Predizione farmacologica di rete e convalida metabolomica del meccanismo di Fructus phyllanthi contro l'iperlipidemia
Summary
Il presente protocollo descrive una strategia integrata per esplorare i bersagli e i meccanismi chiave di Fructus Phyllanthi contro l’iperlipidemia basata sulla previsione della farmacologia di rete e sulla verifica metabolomica.
Abstract
L’iperlipidemia è diventata un fattore di rischio leader per le malattie cardiovascolari e le lesioni epatiche in tutto il mondo. Fructus Phyllanthi (FP) è un farmaco efficace contro l’iperlipidemia nelle teorie della medicina tradizionale cinese (MTC) e della medicina indiana, tuttavia il potenziale meccanismo richiede ulteriori esplorazioni. La presente ricerca si propone di rivelare il meccanismo della FP contro l’iperlipidemia sulla base di una strategia integrata che combina la previsione della farmacologia di rete con la validazione metabolomica. Un modello di topi indotti da una dieta ricca di grassi (HFD) è stato stabilito valutando i livelli plasmatici di lipidi, tra cui colesterolo totale (TC), trigliceridi (TG), colesterolo lipoproteico a bassa densità (LDL-C) e colesterolo lipoproteico ad alta densità (HDL-C). La farmacologia di rete è stata applicata per scoprire i principi attivi della FP e i potenziali bersagli contro l’iperlipidemia. La metabolomica del plasma e del fegato è stata eseguita per identificare i metaboliti differenziali e i loro percorsi corrispondenti tra il gruppo normale, il gruppo modello e il gruppo di intervento. La relazione tra farmacologia di rete e metabolomica è stata ulteriormente costruita per ottenere una visione completa del processo di FP contro l’iperlipidemia. Le proteine bersaglio chiave ottenute sono state verificate mediante docking molecolare. Questi risultati riflettono che la FP ha migliorato i livelli plasmatici di lipidi e il danno epatico dell’iperlipidemia indotta da un HFD. L’acido gallico, la quercetina e il beta-sitosterolo nella FP sono stati dimostrati come composti attivi chiave. Un totale di 16 e sei potenziali metaboliti differenziali nel plasma e nel fegato, rispettivamente, sono risultati coinvolti negli effetti terapeutici della FP contro l’iperlipidemia da parte della metabolomica. Inoltre, l’analisi di integrazione ha indicato che gli effetti dell’intervento erano associati a CYP1A1, AChE e MGAM, così come l’aggiustamento di L-chinurenina, corticosterone, acetilcolina e raffinosio, coinvolgendo principalmente la via del metabolismo del triptofano. Il docking molecolare ha assicurato che gli ingredienti di cui sopra che agiscono sui bersagli proteici correlati all’iperlipidemia hanno svolto un ruolo chiave nell’abbassare i lipidi. In sintesi, questa ricerca ha fornito una nuova possibilità per prevenire e curare l’iperlipidemia.
Introduction
L’iperlipidemia è una malattia metabolica comune con gravi impatti sulla salute umana ed è anche il principale fattore di rischio per le malattie cardiovascolari1. Recentemente, c’è stata una tendenza al ribasso legata all’età per questa malattia e i giovani sono diventati più suscettibili a causa di stili di vita irregolari a lungo termine e abitudini alimentari malsane2. Nella clinica, vari farmaci sono stati usati per trattare l’iperlipidemia. Ad esempio, uno dei farmaci più comunemente usati per i pazienti con iperlipidemia e disturbi aterosclerotici correlati sono le statine. Tuttavia, l’uso a lungo termine di statine ha effetti collaterali che non possono essere trascurati, che portano a una prognosi infausta, come intolleranza, resistenza al trattamento ed eventi avversi 3,4. Queste carenze sono diventate ulteriori dolori per i pazienti con iperlipidemia. Pertanto, dovrebbero essere proposti nuovi trattamenti per un’efficacia ipolipemizzante stabile e un minor numero di effetti collaterali.
La medicina tradizionale cinese (MTC) è stata ampiamente utilizzata per trattare le malattie a causa della sua buona efficacia e pochi effetti collaterali5. Fructus Phyllanthi (FP), il frutto secco di Phyllanthus emblica Linn. (popolarmente conosciuta come bacca di amla o uva spina indiana), è una famosa medicina e materiale omologo alimentare delle medicine tradizionali cinesi e indiane 6,7. Questo medicinale è stato utilizzato per eliminare il calore, raffreddare il sangue e promuovere la digestione, secondo le teorie TCM8. I moderni studi farmacologici hanno dimostrato che la FP è ricca di composti bioattivi come acidi gallici, acidi ellagici e quercetina9, che sono responsabili di una serie di proprietà biologiche sfaccettate, agendo come antiossidante, antinfiammatorio, protettivo del fegato, anti-ipolipidemia e così via10. Recenti ricerche hanno anche dimostrato che la FP potrebbe regolare efficacemente i lipidi nel sangue dei pazienti con iperlipidemia. Ad esempio, Variya et al.11 hanno dimostrato che il succo di frutta FP e il suo principale ingrediente chimico dell’acido gallico possono ridurre il colesterolo plasmatico e ridurre l’infiltrazione di olio nel fegato e nell’aorta. L’efficacia terapeutica era correlata alla regolazione della FP nell’aumentare l’espressione del recettore-alfa attivato dal proliferatore dei perossisomi e nel diminuire l’attività lipogenica epatica. Tuttavia, il meccanismo alla base della FP nel migliorare l’iperlipidemia dovrebbe essere ulteriormente studiato, perché i suoi ingredienti bioattivi sono piuttosto estesi. Abbiamo cercato di esplorare il potenziale meccanismo di efficacia terapeutica della FP, che può essere utile per l’ulteriore sviluppo e utilizzo di questo farmaco.
Attualmente, la farmacologia di rete è considerata una tecnica olistica ed efficiente per studiare il meccanismo terapeutico della MTC. Invece di cercare singoli geni che causano malattie e farmaci che trattano esclusivamente un bersaglio individuale, viene costruita una rete completa di farmaci-ingredienti-geni-malattie per trovare il meccanismo multi-target del farmaco multi-ingrediente per quanto riguarda il loro trattamento completo12. Questa tecnica è particolarmente adatta per la MTC, poiché le loro composizioni chimiche sono massicce. Sfortunatamente, la farmacologia di rete può essere utilizzata solo per prevedere obiettivi influenzati da ingredienti chimici in teoria. I metaboliti endogeni nel modello di malattia devono essere osservati per convalidare l’efficacia della farmacologia di rete. Il metodo della metabolomica, che emerge con lo sviluppo della biologia dei sistemi, è uno strumento importante per monitorare i cambiamenti nei metaboliti endogeni13. I cambiamenti nei metaboliti riflettono i cambiamenti dello stato stazionario dell’ospite, che è anche un indicatore importante per studiare il meccanismo interno. Alcuni ricercatori hanno integrato con successo la farmacologia di rete e la metabolomica per esplorare il meccanismo di interazione tra farmaci e malattie14,15.
Questo articolo esplora le basi meccanicistiche della FP contro l’iperlipidemia integrando tecniche di farmacologia di rete e metabolomica. La farmacologia di rete è stata applicata per analizzare la relazione tra i principali principi attivi nella FP e i bersagli molecolari per l’iperlipidemia. Successivamente, è stata eseguita la metabolomica per osservare il cambiamento dei metaboliti endogeni nel modello animale, che può spiegare le azioni della medicina a livello metabolico. Rispetto all’applicazione della sola farmacologia di rete o della sola metabonomica, questa analisi integrata ha fornito un meccanismo di ricerca più specifico e completo. Inoltre, la strategia di docking molecolare è stata utilizzata per analizzare l’interazione tra principi attivi e proteine chiave. In generale, questo approccio integrato potrebbe compensare la mancanza di prove sperimentali per la farmacologia di rete e la mancanza di un meccanismo endogeno per il metodo metabolomico, e può essere utilizzato per l’analisi del meccanismo terapeutico della medicina naturale. Il diagramma di flusso schematico principale del protocollo è mostrato nella Figura 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Negli ultimi anni, il tasso di incidenza di iperlipidemia è aumentato, principalmente a causa di abitudini alimentari malsane a lungo termine. La MTC e i suoi ingredienti chimici hanno varie attività farmacologiche, che sono state ampiamente studiate negli ultimi anni37,38. FP è una sorta di risorsa di frutta, utilizzata sia come medicina che come cibo, e ha un potenziale importante per il trattamento dell’iperlipidemia. Tuttavia, il potenziale meccanismo tera…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata supportata dal Product Development and Innovation Team di TCM Health Preservation and Rehabilitation (2022C005) e Research on New Business Cross-border Integration of “Health Preservation and Rehabilitation+”.
Materials
| 101-3B Oven | Luyue Instrument and Equipment Factory | ||
| 80312/80302 Glass Slide | Jiangsu Sitai Experimental Equipment Co., LTD | ||
| 80340-1630 Cover Slip | Jiangsu Sitai Experimental Equipment Co., LTD | ||
| AccucoreTM C18 (3 mm × 100 mm, 2. 6 μm) | Thermo Fisher Scientific | ||
| Acetonitrile | Fisher Chemical | A998 | Version 1.5.6 |
| ACQUITY UPLC HSS T3 Column (2.1 mm × 100 mm, 1.8 μm) | Thermo Fisher Scientific | ||
| Aethanol | Fisher Chemical | A995 | Version 3.0 |
| Ammonia Solution | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 1336-21-6 | Version 3.9.1 |
| AutoDockTools | Scripps Institution of Oceanography | ||
| BS-240VT Full-automatic Animal Biochemical Detection System | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | ||
| Compound Discoverer | Thermo Fisher Scientific | ||
| Cytoscape | Cytoscape Consortium | ||
| DM500 Optical Microscope | Leica | ||
| DV215CD Electronic Balance | Ohaus Corporation ., Ltd | T15A63 | |
| Ethyl Alcohol | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 64-17-5 | |
| Formic Acid | Fisher Chemical | A118 | |
| HDL-C Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A112-1-1 | |
| Hematoxylin Staining Solution | Biosharp | BL700B | |
| High Fat Diet | ENSIWEIER | 202211091031 | |
| Hitachi CT15E/CT15RE Centrifuge | Hitachi., Ltd. | ||
| Homogenizer | Oulaibo Technology Co., Ltd | ||
| Hydrochloric Acid | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 7647-01-0 | |
| Image-forming System | LIOO | ||
| JB-L5 Freezer | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| JB-L5 Tissue Embedder | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| JK-5/6 Microtome | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| JT-12S Hydroextractor | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | ||
| KQ3200E Ultrasonic Cleaner | Kun Shan Ultrasonic Instruments Co., Ltd | ||
| LDL-C Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A113-1-1 | |
| Male C57BL/6 Mice | SBF Biotechnology Co., Ltd. | Version 2.3.2 | |
| Neutral Balsam | Shanghai Yiyang Instrument Co., Ltd | 10021190865934 | |
| Pure Water | Guangzhou Watson's Food & Beverage Co., Ltd | GB19298 | |
| PyMOL | DeLano Scientific LLC | Version 14.1 | |
| RE-3000 Rotary Evaporator | Yarong Biochemical Instrument Factory ., Ltd | ||
| RM2016 Pathological Microtome | Shanghai Leica Instruments Co., Ltd | Version 26.0 | |
| SIMCA-P | Umetrics AB | ||
| Simvastatin | Merck Sharp & Dohme., Ltd | 14202220051 | |
| SPSS | International Business Machines Corporation | ||
| TC Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A111-1-1 | |
| TG Assay Kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A110-1-1 | |
| UPLC-Q-Exactive Quadrupole Electrostatic Field Orbital Hydrazine High Resolution Mass Spectrometry | Thermo Fisher Scientific | ||
| Vortex Vibrator | Beijing PowerStar Technology Co., Ltd. | LC-Vortex-P1 | |
| Xylene | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 1330-20-7 |
Referências
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