Summary
Deze onderzoeksinspanning was bedoeld om het mechanisme van topische toediening van geneesmiddelen op te helderen met behulp van een synergetische integratie van netwerkfarmacologie en genexpressie omnibus (GEO) datasets. Dit artikel evalueerde de haalbaarheid, het doel en het mechanisme van ShiDuGao (SDG) bij de behandeling van anuseczeem.
Abstract
Anuseczeem is een chronische en terugkerende inflammatoire huidziekte die het gebied rond de anus aantast. Hoewel de laesies voornamelijk voorkomen in de anale en perianale huid, kunnen ze zich ook uitstrekken tot het perineum of de geslachtsorganen. ShiDuGao (SDG) blijkt aanzienlijke herstellende eigenschappen te bezitten tegen anale jeuk, exsudatiecontrole, vochtvermindering en huidherstel. De genetische doelen en farmacologische mechanismen van SDG op anaal eczeem moeten echter nog volledig worden opgehelderd en besproken. Bijgevolg maakte deze studie gebruik van een netwerkfarmacologische benadering en maakte gebruik van genexpressie omnibus (GEO) datasets om gendoelen te onderzoeken. Daarnaast werd een eiwit-eiwitinteractienetwerk (PPI) opgezet, wat resulteerde in de identificatie van 149 targets, waarvan er 59 als hub-genen werden beschouwd, binnen het "drug-target-disease"-interactienetwerk.
De genfunctie van SDG bij de behandeling van perianaal eczeem werd beoordeeld door gebruik te maken van de Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) en Gene Ontology (GO) -analyse. Vervolgens werden de anti-perianaal eczeemfunctie en de potentiële route van SDG, zoals geïdentificeerd in de farmacologische analyse van het netwerk, gevalideerd met behulp van moleculaire docking-methodologie. De biologische processen die verband houden met SDG-gerichte genen en eiwitten bij de behandeling van anuseczeem omvatten voornamelijk cytokine-gemedieerde reacties, ontstekingsreacties en reacties op onder andere lipopolysaccharide. De resultaten van de pathway enrichment en functionele annotatieanalyses suggereren dat SDG een cruciale rol speelt bij het voorkomen en beheersen van anaal eczeem door de Shigellose en herpes simplex virus 1 infectieroutes te reguleren. Netwerkfarmacologie en GEO-database-analyse bevestigen het multi-target-karakter van SDG bij de behandeling van anaal eczeem, met name door TNF, MAPK14 en CASP3 te moduleren, die cruciale hub-doelen zijn in de TNF- en MAPK-signaleringsroutes. Deze bevindingen bieden een duidelijke richting voor verder onderzoek naar het therapeutische mechanisme van SDG voor anaal eczeem, terwijl ze het potentieel ervan benadrukken als een effectieve behandelingsbenadering voor deze slopende aandoening.
Introduction
Anaal eczeem is een allergische huidaandoening die het perianale gebied en de slijmvliezen aantast en verschillende klinische manifestaties vertoont1. De kenmerkende symptomen zijn onder meer anaal erytheem, papels, blaren, erosie, exsudaten en korstvorming. Deze symptomen ontstaan meestal als gevolg van krassen, verdikking en ruwheid van het getroffen gebied2.
Anaal eczeem, gekenmerkt door een langere duur van de ziekte, terugkerende aanvallen en uitdagende behandeling, kan nadelige effecten hebben op de lichamelijke engeestelijke gezondheid van patiënten. De pathogenese van anaal eczeem is nog niet duidelijk en de moderne geneeskunde suggereert dat het verband kan houden met lokale anale laesies, voeding, omgeving, genetica enandere factoren. Naast het vermijden van contact met irriterende stoffen en mogelijke allergenen, richt de behandeling van anaal eczeem zich vooral op methoden zoals het remmen van ontstekingen, het tegengaan van allergie en het verlichten van jeuk5.
SDG is op grote schaal gebruikt voor de behandeling van anaal eczeem en andere anale aandoeningen. SDG reguleert de anale huidexsudatie, vermindert vocht, herstelt de anale huid en pakt jeuk effectief aan 6,7,8. Bovendien heeft SDG het potentieel om de perianus microbiota te reguleren, waardoor anuseczeem wordt verbeterd 9,10.
Netwerkfarmacologie, een nieuwe en interdisciplinaire, geavanceerde bio-informaticabenadering op het gebied van kunstmatige intelligentie en big data, biedt een diepgaande verkenning van de traditionele Chinese geneeskunde. Deze discipline legt de nadruk op het systemisch uiteenzetten van moleculaire correlatieregels tussen geneesmiddelen en ziekten vanuit een ecologisch netwerkperspectief. Het is op grote schaal toegepast voor verschillende aspecten, waaronder het identificeren van de belangrijkste actieve ingrediënten in kruidenextracten, het ontcijferen van hun wereldwijde werkingsmechanismen, het formuleren van medicijncombinaties en het bestuderen van de compatibiliteit met recepten. Traditionele Chinese recepten vertonen de kenmerken van multi-component en multi-target, wat wijst op hun substantiële aanpassingsvermogen aan het domein van de netwerkfarmacologie. Gedreven door deze methodologie zijn er nieuwe perspectieven ontstaan in het onderzoek van complexe traditionele Chinese geneeswijzen, die robuuste technische ondersteuning bieden voor rationalisatie van klinische toepassingen en geneesmiddeleninnovatie 11,12,13,14.
Deze studie heeft tot doel het effectiviteitsmechanisme van SDG bij de behandeling van anaal eczeem te onderzoeken. Deze onderzoeksinspanning was bedoeld om het mechanisme van topische toediening van geneesmiddelen op te helderen met behulp van een synergetische integratie van netwerkfarmacologie en GEO-datasets. De bevindingen bieden waardevolle inzichten in de werkzaamheid en onderliggende mechanismen van SDG bij de behandeling van anuseczeem, wat wijst op het potentieel ervan als een effectieve therapeutische benadering voor deze aandoening. Het gedetailleerde werkstroomdiagram van het onderzoek is weergegeven in figuur 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Deze studie verwijst niet naar ethische goedkeuring en toestemming om deel te nemen. De gegevens die in deze studie zijn gebruikt, zijn afkomstig uit genendatabases.
1. Voorspelling van ziektedoelen
- Toegang tot de GeneCards-database (https://www.genecards.org) en online Mendeliaanse overerving bij de man-database (OMIM, https://www.omim.org), waarbij "anuseczeem" wordt gebruikt als zoekterm voor ziektedoelen.
- Download de spreadsheets van de ziektedoelen. Verwijder de herhaalde doelen om de doelen voor anuseczeem te verkrijgen.
2. Selectie van actieve componenten
- Zoek op het trefwoord "indigo naturalis, gouden cipres, gecalcineerd gips, calamine en Chinese gal" in de farmacologiedatabase van het Traditional Chinese Medicine system (TCMSP; http://tcmspw.com/tcmsp.php) om de lijst met de kandidaat-actieve ingrediënten en doelen van SDG te verkrijgen.
- Vertrouw het onderdeel toe aan de Zwitserse ADME-database (http://www.swissadme.ch/index.php) en extraheer details van degenen die een "hoge" GI-absorptie vertonen, gekoppeld aan ten minste twee "Ja" DL-waarden als actieve elementen.
OPMERKING: Normaal gesproken worden alleen ingrediënten met geneesmiddelachtige (DL) waarden ≥0,18 in de database opgenomen als actieve ingrediënten.
3. Bouw van het PPI-netwerk en screening van de kerneiwitten
- Voer in Venny2.1( https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html) de doelen van SDG en anuseczeem in respectievelijk LIST1 en LIST2 in. Er wordt direct een visuele weergave van het kruispunt gegenereerd. Klik op het gedeelde gedeelte om de gemeenschappelijke doelen in het gedeelte Resultaten weer te geven.
- Toegang tot de STRING-database (https://string-db.org/). Voer de doelen in het veld Lijst met namen in. Selecteer vervolgens Homo sapiens als het organisme en ga verder met Zoeken > doorgaan.
- Wanneer de resultaten beschikbaar zijn, opent u Geavanceerde instellingen en selecteert u de verberg losgekoppelde knooppunten in het netwerk. Stel in de Minimum Required Interaction Score de hoogste betrouwbaarheid in (0,900) en klik vervolgens op Updaten.
- Klik op Exports om de tekst van het eiwit-eiwitinteractienetwerk (PPI) te downloaden in .png- en .tsv-formaat.
4. Opbouw van een drug-component-disease-target netwerk
- Open Cytoscape 3.9.1 en importeer het .tsv-bestand dat in stap 3.4 wordt genoemd. Klik op de stijlbalk in het configuratiescherm om de kleur, het lettertype en de zijkant van de netwerkknooppunten te optimaliseren.
- Gebruik voor netwerktopologieanalyse de functie Netwerk analyseren . Om hub-genen te verkrijgen, gebruikt u CytoHubba in Cytoscape-software. Opzetten van het geneesmiddel-component-ziekte-doelwit-netwerk.
5. GO- en KEGG-verrijkingsanalyse
- Ga naar de website van Metascape (https://metascape.org/). Selecteer een bestand of plak een genenlijst in het dialoogvenster en klik op de knop Verzenden . Selecteer vervolgens H. sapiens in zowel Input als Species als Analysis as Species; schakel daarna de Aangepaste analyse functie.
- Selecteer in de verrijkingsoptie GO Molecular Functions, GO Biological Processes, GO Cellular Components en de KEGG Pathway-database. Vink Pick Selective GO Clusters aan en klik vervolgens op de knop Verrijkingsanalyse . Na voltooiing van de voortgangsbalk start u een klik op de pagina Analyserapport om de verrijkingsresultaten op te halen.
6. Analyse van de dataset van de GEO-genchip
- Zoek en analyseer de GEO-genchipdataset (GDS3806) met behulp van de GEO2R-tool (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/) om de expressie van centrale genen in verschillende datagroepen te onderzoeken (controlegroep-niet-atopische dermatitis; experimentele groepsatopische dermatitis).
- Ga naar de website van de GEO-database (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Voer trefwoord of GEO-toetreding in en klik op de knop Zoeken . Selecteer het best overeenkomende resultaat. Zoek de referentiereeks (GSE26952).
- Ga naar de website van de GEO2R-tool (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/), voer de referentiereeks in het vak GEO-toetreding in en klik op de knop Instellen . Selecteer Atopische dermatitis als de experimentele groep, selecteer Niet-atopische controle als de controlegroep en klik op de knop Analyseren . Nadat de berekening is voltooid, verschijnt het resultaat.
7. Moleculair docken
- Open de TCMSP-database en download de 3D-structuur van de geselecteerde ingrediënten. Gebruik het zoekvak Chemische naam en zoek in de geselecteerde ingrediëntennamen om de bijbehorende 3D-structuurbestanden in mol2-formaat te downloaden.
- Open de RCSB-eiwitdatabase (http://www.pdb.org/) en download de kristalstructuren van de belangrijkste doelwitten. Zoek in het zoekvak naar de doelnamen en download de bijbehorende kristalstructuurbestanden in pdb-formaat.
- Importeer ingrediënten en doelstructuurbestanden in de analysesoftware. Verwijder watermoleculen door te klikken op Bewerken > Water verwijderen. Voeg waterstofatomen toe door te klikken op Bewerken > Waterstof > Toevoegen. Stel de ingrediënten in als ligand, selecteer hele doelen als receptor en voer blinde docking uit.
- Bepaal het bereik van moleculaire docking.
- Selecteer de receptor en ligand in volgorde. Klik op Raster > Rastervak om het rastervak aan te passen zodat het het hele model omvat. Klik op Bestand > Sluiten om de status van de rasterbox op te slaan. Sla bestanden op in gpf-formaat.
- Klik op Uitvoeren > Autogrid4 uitvoeren > Parameterbestandsnaam > Bladeren, selecteer het gpf-bestand en klik vervolgens op de knop Starten .
- Gebruik AutoDock 4 om moleculair docken uit te voeren.
- Klik op Docking > Macromolecule > Set Rigid Filename om de receptor te selecteren. Klik op Docking > Ligand > Open/ Kies om de ligand te selecteren.
- Klik op Docking > Search Parameters om bedieningsalgoritmen in te stellen en op Docking > Docking Parameters om dockingparameters in te stellen. Selecteer het dpf-bestand en klik vervolgens op de knop Starten. Sla bestanden op in het dpf-formaat.
- Klik op Analyze > Docking > Open, selecteer het dlg-bestand, klik op Analyze > Macromolecule om de receptor te openen, klik op Analyze > Formations > Play, Ranked by Energy om de resultaten te analyseren. Klik op Set Play > Write Complex om de resultaten op te slaan in pdbqt-indeling.
- Importeer de dockingbestanden in de PyMOL-software om verdere visualisatie te construeren.
- Selecteer het ligand en klik op Actie > Zoek > polaire contacten > naar andere atomen in object om waterstofbruggen tussen liganden en de externe omgeving weer te geven. Klik op c om van kleur te veranderen.
- Klik op Actie > Object extraheren. Klik op Show > Sticks om de stickstructuur van de receptor weer te geven. Identificeer de residuen die verbonden zijn met liganden en toon de structuur van de stok.
- Klik op Hide > Sticks om de stickstructuur van de receptor te verbergen. Klik op Wizard > Measurement en klik op twee atomen achter elkaar. Klik op Label > Residue om het label van de residuen weer te geven. Pas indien nodig de achtergrondkleur en transparantie aan. Klik op Bestand > Afbeelding exporteren om de afbeelding op te slaan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Anuseczeem-gerelateerde genen, SDG-doelgenen en gemeenschappelijke doelen
In totaal werden 958 potentiële genkandidaten gescreend in Genecards en 634 in OMIM-databases, terwijl duplicaten werden uitgesloten. Om een uitgebreid begrip te krijgen van anale eczeem-gerelateerde genen, werden de bevindingen uit meerdere databases samengevoegd, wat een totaal van 958 verschillende genen opleverde. Bijgevolg werd een eiwit-eiwitinteractienetwerk (PPI) specifiek voor anaal eczeem zorgvuldig geformuleerd. SDG is samengesteld uit vijf traditionele Chinese medicijnen, namelijk indigo naturalis, gouden cipres, gecalcineerd gips, calamine en Chinese gal15,16. Het hoofdbestanddeel van gecalcineerd gips is watervrij calciumsulfaat (CaSO4), terwijl het hoofdbestanddeel van calamine zinkcarbonaat (ZnCO3) is. Indigo naturalis, gouden cipres en Chinese gal hebben complexe ingrediënten. Uit de TCMSP-database bevatten de geneesmiddelen 92 samengestelde componenten, waarmee in totaal 867 betrouwbare geneesmiddeldoelen zijn verkregen (tabel 1).
Door de overlapping van beide datasets van doelgenen werden in totaal 149 vaak gelijktijdig voorkomende doelgenen geïdentificeerd (Figuur 2A), gevolgd door de constructie van een essentieel doelwit-eiwitinteractienetwerk (PPI) (Figuur 2B). Door middel van een mediaangebaseerde screeningsmethode voor graad, nabijheid en tussenheid, werden 59 belangrijke doelwitten geselecteerd als potentiële doelwitten voor anale eczeemmedicijnen. De mediane graden-, nabijheids- en tussenscores voor de belangrijkste doelen waren respectievelijk 49, 40,31947 en 0,522. De top 10 genen met een hoge graadscore waren AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS en PTGS2 (tabel 2). Deze genen zijn zeer relevant voor anaal eczeem.
Trajecten en netwerken met gemeenschappelijke doelstellingen
KEGG- en GO-verrijkingsmethoden werden gebruikt om 59 belangrijke doelen te analyseren, waarbij 218 geassocieerde routes en meer dan 3000 geassocieerde biologische processen werden onthuld. Analyse bracht routes aan het licht die sterk correleren met SDG- en anale eczeemeiwitten, waaronder Cherry simplex-virus 1-infectie, shigellose, TNF-signaleringsroute, EGFR-tyrosinekinaseremmerresistentie, menselijke cytomegalovirusinfectie en T-celreceptorsignaleringsroute (Figuur 3A). Deze routes hebben voornamelijk betrekking op genen zoals AKT1, TNF, TP53, STAT3, SRC, EGFR en CASP3. Figuur 3B geeft een gedetailleerde weergave van doelgenen en -routes. GO-analyse werd uitgevoerd op biologische processen (BP), celsamenstelling (CC) en moleculaire functie (MF) (Figuur 4A). De resultaten suggereren dat deze studie zich voornamelijk richt op gemeenschappelijke doelen voor SDG en anaal eczeem in biologische processen, met enkele die relevant zijn voor CC en MF. Biologische functies die bijzonder relevant waren, zijn onder meer peptidyl-tyrosinefosforylering, peptidyl-tyrosinemodificatie, regulatie van cel-celadhesie, positieve regulatie van celadhesie, T-celactivering, regulatie van leukocytcel-celadhesie (Figuur 4B-D).
Voorspellen van de binding van SDG-actieve componenten aan anuseczeemdoelen
Op basis van de mediane waarden van graad, nabijheid en tussenheid werden 59 belangrijke doelen gescreend, waaronder AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS en PTGS2. Verdere analyse van de GEO-database onthulde opregulatie van PPARG, EGFR en TNF, terwijl PTPRC, MMP9, MAPK14 en CASP3 werden gedownreguleerd in de experimentele groep (atopische dermatitis) (Figuur 5). Door de analyse van gemeenschappelijke genrouteverrijking werd vastgesteld dat deze genen voornamelijk deelnamen aan de TNF-signaleringscascade en de MAPK-signaleringsroute. In de TNF-signaleringsroute werd de TNF-expressie opgereguleerd, terwijl de MMP9-, MAPK14- en CASP3-expressie werd neerwaarts gereguleerd. In de MAPK-signaleringsroute werden EGFR- en TNF-expressie opgereguleerd, terwijl MAPK14 en CASP3 werden neerwaarts gereguleerd (Figuur 6). Op basis van deze bevindingen werden TNF, MAPK14 en CASP3 beschouwd als potentiële doelwitten in SDG-therapie.
Om kandidaat-doelwitten in actieve componenten van SDG te valideren, werd docking-analyse gebruikt om de nauwkeurigheid tussen de actieve componentstructuur en potentiële doeleiwitten te testen. Deze doeleiwitten zijn betrokken bij verschillende functionele verbindingen en zijn de hoge knooppunten in het netwerk, wat suggereert dat ze een cruciale rol spelen in de SDG-respons op anaal eczeem. De negatieve waarde van de koppelingsbindingsenergie geeft het vermogen van SDG aan om in vivo te koppelen aan ziektedoelen, waarbij een negatievere waarde aangeeft dat het gemakkelijker is om aan te meren. In dit onderzoek werd de succesvolle moleculaire koppeling van actieve kerncomponenten met het belangrijkste doel bereikt en was de koppelingsbindingsenergie negatief, met waarden van minder dan -1 kcal/mol. Indigo en berberrubine hebben een goede bindingsactiviteit, met een bindingsenergie van minder dan -5 kcal/mol (tabel 3, figuur 7). Alles bij elkaar leveren deze resultaten verder bewijs dat deze eiwitten die overeenkomen met genloci kunnen fungeren als SDG-doelen bij anuseczeem.
Figuur 1: Workflow voor analyse van netwerkfarmacologie. GO, genontologie; KEGG, Kyoto Encyclopedie van genen en genomen; TCMSP, Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform; GEO, Omnibus voor genexpressie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Venndiagram en PPI-netwerk van de gemeenschappelijke doelen. (A) Venndiagram van het snijpunt van het geneesmiddeldoelwit en het ziektedoelwit. (B) Gemeenschappelijk doel-PPI-netwerk per STRING. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Analyse van de verrijking van de KEGG-route. (A) Analyse van de verrijking van de KEGG-route. De top 10 KEGG-trajecten zijn gerangschikt volgens de P-waarden in oplopende volgorde. (B) De verbinding tussen de route en het doel: pad (geel), doelen (rood). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: GO-verrijkingsanalyse. (A) GO-resultaten van drie ontologieën. (B) Biologisch proces (BP) bellendiagram. (C) Bellendiagram voor celcomponenten (CC). (D) Bellendiagram voor moleculaire functie (MF). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Voorspellen van potentiële doelwitten resultaat. (A) Heatmap van hub-genexpressie in GEO-database, groep A is de experimentele groep (atopische dermatitis) en groep B is de controlegroep (niet-atopische dermatitis); (B) PPI-netwerkknooppunten vertegenwoordigen eiwitten, rand vertegenwoordigt de relaties. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: De signaleringsroute. (A) MAPK-signaleringsroute. (B) TNF-signaleringsroute. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Moleculair koppelen van kerngenen en ingrediënten. Magenta staat voor de kerncomponenten van SDG en blauw voor de residuen van de kerngenen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Traditionele Chinese medicijnen | Actieve ingrediënten | ||
| Indigo naturalis | 9alfa,13alfa-dihydroxylisopropylidenylisatisine,a, bisindigotine, indicatief, isatan B, isatisine,a, isoorientine, isoscoparine, isovitexine, (+)-isolariciresinol, 10h-indolo,[3,2-b],chinolon, isoindigo, saponarine, indigo, tryptanthrine, 6-(3-oxoindoline-2-ylideen)indolo[2,1-b]quinazoline-12-on | ||
| Indirubine, bèta-sitosterol, Lariciresinol, Nonacosane, isovitexine, Dotriacontanol | |||
| Gouden cipres | berberine, coptisine, Dauricine (8CI), Javanicine, (±)-lyoniresinol, Kihadalacton A, Obacuonzuur, Obacunon, Fellavine, Phellavin_qt, phellodendrine, delta 7-stigmastenol, Phellopterine, Vanilloloside, Coniferine, Dehydrotanshinone II A, delta7-Dehydrosophoramine, Amurensin, Amurensin_qt, dihydroniloticine, hispidol B, kihadalacton B, kihadanine A, niloticine, nomiline, rutaecarpine, Skimmianin, Chelerythrine, Stigmasterol, Worenine, Campesterylferulaat, Cavidine, Candletoxin A, Hericenone H, Hispidon, Syrigin, bèta-sitosterol, Magnograndiolide, (2S,3S)-3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyfenyl)chroman-4-on, Palmidine A, magnoflorine, Menisporfine, palmatine, Fumarine, Isocorypalmine, quercetine, Sitogluside, Friedelin | ||
| STOCK1N-14407, jatrorrizine, menisperine, phellamurin_qt, (S)-Canadine, columbamine, poriferast-5-en-3beta-ol, magnoflorine, berberrubine, phellodendrine, limonine, Hyperine, campesterol, SMR000232320, Canthin-6-on, 4-[(1R,3aS,4R,6aS)-4-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyfenyl)-1,3,3a,4,6,6a-hexahydrofuro[4,3-c]furaan-1-yl]-2,6-dimethoxyfenol, dihydroniloticine, melianone, phellochin, thalifendine, vanilloloside, Aurapteen | |||
| Gecalcineerd gips | watervrij calciumsulfaat (CaSO4) | ||
| Calamine | zinkcarbonaat (ZnCO3) | ||
| Chinese gal | digallaat | ||
Tabel 1: Werkzame stoffen in SDG.
| Gen | Graad | Betweenness Centraliteit | Nabijheid Centraliteit |
| AKT1 | 204 | 1669.1692 | 0.765625 |
| TNF | 202 | 1988.4543 | 0.761658 |
| TP53 | 190 | 1590.9288 | 0.73134327 |
| EGFR | 174 | 686.3063 | 0.7033493 |
| STAT3 | 168 | 673.03723 | 0.6869159 |
| SRC | 162 | 568.1574 | 0.69014084 |
| JUN | 162 | 435.33737 | 0.6805556 |
| CASP3 | 156 | 483.45276 | 0.67431194 |
| HRAS | 148 | 515.28815 | 0.65625 |
| PTGS2 | 134 | 761.34094 | 0.6447368 |
Tabel 2: Kenmerken van de top 10 hub-genen.
| Doel (PDB-ID) | Affiniteit (kcal/mol) | ||
| Indigo | Berberrubine | Digallaat | |
| TNF (1A8M) | -5.96 | -5.19 | -2.22 |
| KAART 14 (1A9U) | -5.51 | -5.41 | -1.93 |
| CASP3 (1CP3) | -5.77 | -4.98 | -1.06 |
Tabel 3: De moleculaire dockingbindingsenergie van de ingrediënten en kerngenen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Atopische dermatitis is een specifieke vorm van eczeem die onderliggende mechanismen deelt met eczeem. Hub-genen waarvan wordt aangenomen dat ze verband houden met deze aandoening zijn TNF, MAPK14 en CASP3. De therapeutische effecten van SDG op anaal eczeem worden voornamelijk toegeschreven aan de werking ervan op de TNF- en MAPK-signaleringsroutes via deze drie hub-genen17.
SDG omvat vijf verschillende medicijnen: indigo naturalis, gouden cipres, gecalcineerd gips, calamine en Chinese gal. In de traditionele Chinese geneeskunde kunnen gecalcineerd gips en calamine een rol spelen bij het bevorderen van wondgenezing en uitdrogend vocht, terwijl indigo naturalis, gouden cipres en Chinese gal warmte kunnen verwijderen, ontgiften en vocht kunnen drogen. De combinatie van deze kruiden kan het effect bereiken van het afvoeren van vocht, het bevorderen van wondgenezing, het verwijderen van warmte en het verdrijvenvan wind.
Eerdere studies hebben aangetoond dat de belangrijkste componenten van SDG ontstekingsremmende eigenschappen hebben. Van Indigo naturalis (IN) is aangetoond dat het colitis, psoriasis en acute promyelocytische leukemie behandelt19,20,21. De functie van IN kan verband houden met de remming van TLR4/MyD88/NF-kB-signaaltransductie, die ontstekingen vermindert en de genezing van het darmslijmvlies bevordert bij patiënten met colitis ulcerosa (CU). Het kan ook de darmflora reguleren, zoals aangetoond in het DSS-geïnduceerde CU-muismodel22,23. Recent onderzoek wijst uit dat CU vaak gepaard gaat met een onbalans in het darmmicrobioom. IN kan de darmecologie effectief weer in evenwicht brengen en het maagdarmstelsel beschermen, afhankelijk van de darmflora24. Door pro-inflammatoire cytokines te verschuiven naar ontstekingsremmende cytokines, vermindert gouden cipres de proliferatie van T-lymfocyten en DC-geïnduceerde T-cel- en IL-12p70-cytokinesecreties, waardoor de interactie tussen DC en Treg25 wordt bevorderd. Saponarine en campesterol werken als natuurlijke ontstekingsremmende middelen met anti-allergische effecten 26,27,28. Tryptanthrin vertoont een antimicrobiële werking29. Melianonen vertoont substantiële remmende effecten op zowel schimmels als microbiële flora die kunnen bijdragen aan de behandeling van anaal eczeem30,31.
Studies hebben aangetoond dat de ernst van huidziekten zoals acne, irriterende contactdermatitis en allergische contactdermatitis verband houdt met de microbiële flora in de darm. Door de microflora-verdeling van acuut en chronisch anuseczeem te vergelijken, toonden de resultaten aan dat de stafylokokkenmicroflora van patiënten met acuut anuseczeem overvloediger was in de chronische groep32. Zuigelingen met atopisch eczeem en een lagere diversiteit van het darmmicrobioom vertonen een correlatie tussen microbiële overvloed enhuidziekten33. Op basis van de effecten van verschillende componenten in SDG op de darmflora kan niet worden uitgesloten dat SDG anuseczeem kan verbeteren door microflora te reguleren. Daarnaast kan de melianone in SDG ook inwerken op schimmels om anuseczeem te voorkomen.
Mechanismeonderzoek wordt erkend als het meest ingewikkelde aspect van onderzoek naar het voorschrijven van kruiden. Netwerkfarmacologie dringt momenteel door in verschillende aspecten van het farmaceutische veld, markeert een paradigmaverschuiving van conventionele naar hedendaagse biogeneeskunde en herdefinieert de ontwikkeling van traditionele Chinese geneeskunde (TCM) 34,35,36. Het maakt gebruik van netwerkdoelen als basis en construeert een netwerkdiagram dat TCM, actieve ingrediënten, doelen en aandoeningen met elkaar verbindt om te anticiperen op relevante therapeutische doelen. Netwerkfarmacologie verheldert uitgebreid de interacties tussen geneesmiddelen en ziektedoelen en onderzoekt systematisch associatieve netwerkmechanismen, waardoor cruciale metabole routes worden voorspeld. Het gebruik ervan is strategisch geïmplementeerd voor het onderzoeken van de werkingsmechanismen van verschillende kruiden. Bovendien, door het opzetten van een PPI-netwerk voor ziektegeneesmiddelen, samen met de constructie van KEGG- en GO-verrijkte routes, heeft de netwerkfarmacologie de voorspelling vergemakkelijkt van het complexe mechanisme waarmee Chinese kruiden ziekten beïnvloeden en onderzoekt de pathogenese van aandoeningen 37,38,39. Dit onderzoek combineerde netwerkfarmacologie met GEO-datasets om actuele geneesmiddelmechanismen te onderscheiden.
Netwerkfarmacologie-analyse voorspelt alleen geneesmiddelcomponenten en doelwitten, waarbij precieze mechanismen worden geverifieerd die dierproeven of klinische proeven vereisen. Deze studie maakte alleen gebruik van moleculaire docking-simulatieverificatie zonder dier- of klinische experimenten uit te voeren om te verifiëren. Het voorgestelde netwerkfarmacologiekader voor de traditionele Chinese geneeskunde combineert de voorspelde doelwitten van individuele kruiden, zij het met een lagere nauwkeurigheid. De integratie van GEO-datasets verbetert deze precisie aanzienlijk.
In dit onderzoek werd de pure methode voor het genereren van gegevens gebruikt om het gebruik van gegevens te maximaliseren door meerdere databases te combineren. Vooral voor sommige ziekten waarvoor het moeilijk is om diermodellen te bouwen, worden de online gegevens voornamelijk gebruikt om ziekten en medicijndoelen te voorspellen en te verifiëren om de onderzoeksrichting te sturen en een goede basis te leggen voor latere experimentele verificatie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Geen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AutoDockTools | AutoDock | https://autodocksuite.scripps.edu/adt/ | |
| Cytoscape 3.9.1 | Cytoscape | https://cytoscape.org/ | |
| GeneCards database | GeneCards | https://www.genecards.org | |
| GEO database | National Center for Biotechnology Information | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | |
| GEO2R tool | National Center for Biotechnology Information | https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/ | |
| Metascape | Metascape | https://metascape.org/ | |
| Online Mendelian inheritance in man database | OMIM | https://www.omim.org | |
| RCSB protein database | RCSB Protein Data Bank (RCSB PDB) | http://www.pdb.org/ | |
| STRING database | STRING | https://string-db.org/ | |
| Swiss ADME database | Swiss Institute of Bioinformatics | http://www.swissadme.ch/index.php | |
| Traditional Chinese Medicine system's pharmacology database (TCMSP) | Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform | http://tcmspw.com/tcmsp.php | |
| Venny2.1 | BioinfoGP | https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html |
References
- Ma, M., Lu, H., Yang, Z., Chen, L., Li, Y., Zhang, X. Differences in microbiota between acute and chronic perianal eczema. Medicine. 100 (16), e25623 (2021).
- Dietrich, C. F., Hoch, F.
- Dietrich, A., Ruzicka, T., Hermans, C.
- Rohde, H.
- Havlickova, B., Weyandt, G. H. Therapeutic management of anal eczema: an evidence-based review. International Journal of Clinical Practice. 68 (11), 1388-1399 (2014).
- Rainer, B. M., et al. Characterization and analysis of the skin microbiota in Rosacea: A case-control study. American Journal of Clinical Dermatology. 21 (1), 139-147 (2020).
- Park, S. Y., Kim, H. S., Lee, S. H., Kim, S. Characterization and analysis of the skin microbiota in acne: Impact of systemic antibiotics. Journal of Clinical Medicine. 9 (1), 168 (2020).
- Woo, Y. R., Lee, S. H., Cho, S. H., Lee, J. D., Kim, H. S. Characterization and analysis of the skin microbiota in Rosacea: Impact of systemic antibiotics. Journal of Clinical Medicine. 9 (1), 185 (2020).
- Zheng, Y., et al. Alterations in the skin microbiome are associated with disease severity and treatment in the perioral zone of the skin of infants with atopic dermatitis. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 38 (9), 1677-1685 (2019).
- Totté, J. E. E., et al. Nasal and skin microbiomes are associated with disease severity in paediatric atopic dermatitis. The British Journal of Dermatology. 181 (4), 796-804 (2019).
- Zhao, X. Y., Yang, Y. Y., Jl Feng,, Feng, C. I. Network pharmacology prediction and experimental validation of Trichosanthes-Fritillaria thunbergii action mechanism against lung adenocarcinoma. Journal of Visualized Experiments. (193), e64847 (2023).
- Zeng, B., et al. Network pharmacology prediction and metabolomics validation of the mechanism of Fructus Phyllanthi against hyperlipidemia. Journal of Visualized Experiments. (194), e65071 (2023).
- Wang, T., Jiang, X., Ruan, Y., Li, L., Chu, L. The mechanism of action of the combination of Astragalus membranaceus and Ligusticum chuanxiong in the treatment of ischemic stroke based on network pharmacology and molecular docking. Medicine. 101 (28), Baltimore. e29593 (2022).
- Wang, T., et al. Exploring the mechanism of luteolin by regulating microglia polarization based on network pharmacology and in vitro experiments. Scientific Reports. 13 (1), 13767 (2023).
- Qi-Yue, Y., et al. From natural dye to herbal medicine: a systematic review of chemical constituents, pharmacological effects and clinical applications of indigo naturalis. Chinese Medicine. 15 (1), 127 (2020).
- André, C., Dumur, J. P., Hrabina, M., Lefebvre, E., Sicard, H. Juniperus ashei: the gold standard of the Cuppressaceae. Allergie et Immunologie. 32 (3), 104-106 (2000).
- Weidinger, S., Novak, N.
- Cai, L. L., Wu, Y., He, J. Network pharmacology of Shidu ointment in the treatment of EGFR-TKIs induced acneiform eruptions. China Pharmaceuticals. 29 (16), 5 (2020).
- Gu, S., et al. Mechanisms of indigo naturalis on treating ulcerative colitis explored by GEO gene chips combined with network pharmacology and molecular docking. Scientific Reports. 10 (1), 15204 (2020).
- Lou, Y., Ma, Y., Jin, J., Zhu, H. Oral realgar-indigo naturalis formula plus retinoic acid for acute promyelocytic leukemia. Frontiers in Oncology. 10, 597601 (2021).
- Zhang, Q., et al. Psoriasis treatment using Indigo Naturalis: Progress and strategy. Journal of Ethnopharmacology. 297, 115522 (2022).
- Naganuma, M., et al. Efficacy of Indigo Naturalis in a multicenter randomized controlled trial of patients with ulcerative colitis. Gastroenterology. 154 (4), 935-947 (2018).
- Yang, Q. Y., et al. Exploring the mechanism of Indigo Naturalis in the treatment of ulcerative colitis based on TLR4/MyD88/NF-κB signaling pathway and gut microbiota. Frontiers in Pharmacology. 12, 674416 (2021).
- Sun, Z., et al. Indigo Naturalis alleviates dextran sulfate sodium-induced colitis in rats via altering gut microbiota. Frontiers in Microbiology. 11, 731 (2020).
- Cao, H., et al. Immune and metabolic regulation mechanism of Dangguiliuhuang decoction against insulin resistance and hepatic steatosis. Frontiers in Pharmacology. 8, 445 (2017).
- Min, S. Y., Park, C. H., Yu, H. W., Park, Y. J. Anti-inflammatory and anti-allergic effects of saponarin and its impact on signaling pathways of RAW 264.7, RBL-2H3, and HaCaT cells. International Journal of Molecular Sciences. 22 (16), 8431 (2021).
- Seo, K. H., et al. Saponarin from barley sprouts inhibits NF-κB and MAPK on LPS-induced RAW 264.7 cells. Food & Function. 5 (11), 3005-3013 (2014).
- Moreno-Anzúrez, N. E., et al. A cytotoxic and anti-inflammatory campesterol derivative from genetically transformed hairy roots of Lopezia racemosa Cav. (Onagraceae). Molecules. 22 (1), Basel, Switzerland. 118 (2017).
- Numao, N., et al. Tryptanthrin attenuates TLR3-mediated STAT1 activation in THP-1 cells. Immunologic Research. 70 (5), 688-697 (2022).
- Veni, A., Lokeswari, T. S., Pavithra, D., Sugapriya, T. Melianone inhibits secreted aspartic proteases (SAP), a virulence factor during hyphal formation in Candida albicans. Current Computer-Aided Drug Design. 18 (5), 327-336 (2022).
- Veni, A., Lokeswari, T. S., Krishna Kumari, G. N., Gayathri, D., Sudandiradoss, C. Bioactivity of melianone against Salmonella and in silico prediction of a membrane protein target. 3 Biotech. 10 (10), 460 (2020).
- Ma, M., Lu, H., Yang, Z., Chen, L., Li, Y., Zhang, X. Differences in microbiota between acute and chronic perianal eczema. Medicine. 100 (16), e25623 (2021).
- Williams, H. C., Chalmers, J.
- Nogales, C., Mamdouh, Z. M., List, M., Kiel, C., Casas, A. I., Schmidt, H. H. H. W. Network pharmacology: curing causal mechanisms instead of treating symptoms. Trends in Pharmacological Sciences. 43 (2), 136-150 (2022).
- Wang, T., Zhou, Y., Wang, K., Jiang, X., Wang, J., Chen, J. Prediction and validation of potential molecular targets for the combination of Astragalus membranaceus and Angelica sinensis in the treatment of atherosclerosis based on network pharmacology. Medicine (Baltimore). 101 (26), e29762 (2022).
- Jiang, X., et al. Exploration of Fuzheng Yugan mixture on COVID-19 based on network pharmacology and molecular docking. Medicine (Baltimore). 102 (3), e32693 (2023).
- Dong, Y., Zhao, Q., Wang, Y. Network pharmacology-based investigation of potential targets of astragalus membranaceous-angelica sinensis compound acting on diabetic nephropathy. Scientific Reports. 11 (1), 19496 (2021).
- Wang, T., Jiang, X., Lu, Y., Ruan, Y., Wang, J. Identification and integration analysis of a novel prognostic signature associated with cuproptosis-related ferroptosis genes and relevant lncRNA regulatory axis in lung adenocarcinoma. Aging (Albany NY). 15 (5), 1543-1563 (2023).
- Wang, T., Jiang, X., Ruan, Y., Zhuang, J., Yin, Y. Based on network pharmacology and in vitro experiments to prove the effective inhibition of myocardial fibrosis by Buyang Huanwu decoction). Bioengineered. 13 (5), 13767-13783 (2022).
