Summary
Это исследование было направлено на выяснение механизма местного введения лекарств с использованием синергетической интеграции сетевых наборов данных по фармакологии и экспрессии генов (GEO). В этой статье оценивалась осуществимость, цель и механизм ShiDuGao (SDG) в лечении экземы ануса.
Abstract
Экзема заднего прохода – это хроническое и рецидивирующее воспалительное заболевание кожи, поражающее область вокруг ануса. В то время как поражения в основном возникают в анальной и перианальной коже, они также могут распространяться на промежность или гениталии. Было обнаружено, что ShiDuGao (SDG) обладает значительными репаративными свойствами против анального зуда, контроля экссудации, уменьшения влажности и восстановления кожи. Тем не менее, генетические мишени и фармакологические механизмы ЦУР при анальной экземе еще предстоит всесторонне выяснить и обсудить. Следовательно, в этом исследовании использовался сетевой фармакологический подход и использовались наборы данных экспрессии генов (GEO) для изучения генов-мишеней. Кроме того, была создана сеть белок-белковых взаимодействий (ИПП), в результате чего было идентифицировано 149 мишеней, из которых 59 считались генами-концентраторами, в сети взаимодействия «лекарство-мишень-заболевание».
Генная функция ЦУР в лечении перианальной экземы оценивалась с помощью Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG) и анализа генной онтологии (GO). Впоследствии функция антиперианальной экземы и потенциальный путь достижения ЦУР, выявленные в ходе сетевого фармакологического анализа, были валидированы с использованием методологии молекулярного докинга. Биологические процессы, связанные с генами и белками, нацеленными на достижение ЦУР, при лечении экземы заднего прохода в первую очередь охватывают, среди прочего, цитокин-опосредованные реакции, воспалительные реакции и ответы на липополисахариды. Результаты анализа обогащения путей и функциональной аннотации свидетельствуют о том, что ЦУР играет решающую роль в профилактике и лечении анальной экземы, регулируя пути инфицирования шигеллезом и вирусом простого герпеса 1. Анализ базы данных сетевой фармакологии и GEO подтверждает многоцелевой характер ЦУР в лечении анальной экземы, в частности, путем модуляции TNF, MAPK14 и CASP3, которые являются важнейшими мишенями-концентраторами в сигнальных путях TNF и MAPK. Эти результаты дают четкое направление для дальнейшего изучения терапевтического механизма ЦУР при анальной экземе, подчеркивая при этом его потенциал в качестве эффективного подхода к лечению этого изнурительного состояния.
Introduction
Анальная экзема — это аллергическое заболевание кожи, которое поражает перианальную область и слизистую оболочку и проявляется различными клиническими проявлениями1. Характерные симптомы включают эритему заднего прохода, папулы, волдыри, эрозию, экссудат и образование корочек. Эти симптомы в основном возникают из-за расчесывания, утолщения и шероховатости пораженного участка2.
Анальная экзема, характеризующаяся длительным течением заболевания, рецидивирующими приступами и сложным лечением, может оказывать неблагоприятное воздействие на физическое и психическое здоровье пациентов3. Патогенез анальной экземы пока не ясен, и современная медицина предполагает, что он может быть связан с локальными поражениями анального канала, диетой, окружающей средой, генетикой и другими факторами4. Помимо избегания контакта с раздражителями и потенциальными аллергенами, лечение анальной экземы в основном сосредоточено на таких методах, как подавление воспаления, противоаллергическое действие и облегчение зуда.
SDG широко используется для лечения анальной экземы и других анальных заболеваний. SDG регулирует экссудацию анальной кожи, уменьшает влажность, восстанавливает анальную кожу и эффективно борется с зудом 6,7,8. Кроме того, SDG обладает потенциалом для регуляции микробиоты периануса, тем самым улучшая состояние при экземе заднего прохода 9,10.
Сетевая фармакология, новый и междисциплинарный, передовой биоинформатический подход в области искусственного интеллекта и больших данных, обеспечивает углубленное изучение традиционной китайской медицины. Эта дисциплина делает акцент на системном изложении правил молекулярной корреляции между лекарствами и болезнями с точки зрения экологической сети. Он был широко принят для различных аспектов, включая идентификацию ключевых активных ингредиентов в экстрактах трав, расшифровку их глобальных механизмов действия, разработку комбинаций лекарств и изучение совместимости рецептурных препаратов. Традиционные китайские рецепты обладают свойствами многокомпонентности и мультитаргетирования, что указывает на их существенную адаптируемость к области сетевой фармакологии. Благодаря этой методологии появились новые перспективы в изучении сложных систем традиционной китайской медицины, обеспечивающие надежную техническую поддержку для рационализации клинического применения и инноваций в области лекарственных средств 11,12,13,14.
Данное исследование направлено на изучение механизма эффективности ЦУР в лечении анальной экземы. Это исследование было направлено на выяснение механизма местного введения лекарственного средства с использованием синергетической интеграции сетевых фармакологических и гео наборов данных. Полученные данные дают ценную информацию об эффективности и механизмах, лежащих в основе ЦУР в лечении экземы заднего прохода, что указывает на ее потенциал в качестве эффективного терапевтического подхода к этому состоянию. Подробная схема рабочего процесса исследования представлена на рисунке 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
В этом исследовании не говорится об этическом одобрении и согласии на участие. Данные, использованные в данном исследовании, были получены из генетических баз данных.
1. Прогнозирование мишеней заболевания
- Получите доступ к базе данных GeneCards (https://www.genecards.org) и онлайн-базе данных по менделевскому наследованию у человека (OMIM, https://www.omim.org), используя «анус-экзема» в качестве поискового термина для мишеней заболевания.
- Загрузите таблицы с указанием целевых показателей заболевания. Удалите повторяющиеся мишени, чтобы получить мишени для экземы ануса.
2. Подбор активных компонентов
- Выполните поиск по ключевому слову «indigo naturalis, золотой кипарис, кальцинированный гипс, каламин и китайская галль» в базе данных фармакологии системы традиционной китайской медицины (TCMSP; http://tcmspw.com/tcmsp.php), чтобы получить список активных ингредиентов-кандидатов и задач ЦУР.
- Доверьте компонент швейцарской базе данных ADME (http://www.swissadme.ch/index.php), извлекая подробную информацию о тех, которые демонстрируют «высокое» поглощение ГИ, в сочетании с по крайней мере двумя значениями DL «Да» в качестве активных элементов.
ПРИМЕЧАНИЕ: Как правило, в качестве активных ингредиентов включаются только ингредиенты с лекарственными значениями ≥0,18 в базе данных).
3. Построение сети ИПП и скрининг белков ядра
- В Venny2.1( https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html) введите цели ЦУР и анусной экземы в LIST1 и LIST2 соответственно. Визуальное представление пересечения генерируется мгновенно. Нажмите на общую область, чтобы отобразить общие цели в разделе «Результаты ».
- Доступ к базе данных STRING (https://string-db.org/). Введите целевые объекты в поле Список имен . Затем выберите Homo sapiens в качестве Организма и перейдите к поиску > продолжению.
- Когда результаты будут готовы, откройте «Дополнительные настройки » и выберите «Скрыть отключенные узлы в сети». В поле Minimum Required Interaction Score (Минимально требуемая оценка взаимодействия) установите наивысшую достоверность (0,900) и нажмите кнопку Обновить.
- Нажмите « Экспорт», чтобы загрузить текст сети белок-белкового взаимодействия (PPI) в формате .png и .tsv.
4. Построение сети лекарственный компонент-болезнь-мишень
- Откройте Cytoscape 3.9.1 и импортируйте TSV-файл, упомянутый в шаге 3.4. Нажмите на панель стилей на панели управления, чтобы оптимизировать цвет, шрифт и сторону узлов сети.
- Для анализа топологии сети используйте функцию Анализ сети . Чтобы получить гены-концентраторы, используйте CytoHubba в программном обеспечении Cytoscape. Создайте сеть «лекарство-компонент-болезнь-мишень».
5. Анализ обогащения GO и KEGG
- Перейдите на веб-сайт Metascape (https://metascape.org/). Выберите файл или вставьте список генов в диалоговое окно и нажмите кнопку Отправить . Затем выберите H. sapiens в полях Input as Species и Analysis as Species; после этого включите функцию Пользовательский анализ .
- В опции обогащения выберите GO Molecular Functions, GO Biological Processes, GO Cellular Components и базу данных KEGG Pathway. Установите флажок Pick Selective GO Clusters, затем нажмите кнопку Enrichment Analysis . После завершения индикатора выполнения нажмите кнопку Analysis Report Page (Страница отчета об анализе ), чтобы получить результаты обогащения.
6. Анализ набора данных генного чипа GEO
- Поиск и анализ набора данных генного чипа GEO (GDS3806) с помощью инструмента GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/) для исследования экспрессии центральных генов в различных группах данных (контрольная группа - неатопический дерматит; экспериментальная группа - атопический дерматит).
- Зайдите на сайт базы данных ГЕО (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Введите ключевое слово или GEO Accession, и нажмите кнопку Поиск . Выберите наиболее подходящий результат. Найдите справочную серию (GSE26952).
- Войдите на веб-сайт инструмента GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/), введите ссылочную серию в поле GEO Accession и нажмите кнопку Set . Выберите «Атопический дерматит» в качестве экспериментальной группы, выберите «Нетопический контроль » в качестве контрольной группы и нажмите кнопку «Анализировать ». После того, как расчет будет завершен, появится результат.
7. Молекулярный стыковка
- Откройте базу данных TCMSP и загрузите 3D-структуру выбранных ингредиентов. Используйте поле поиска «Химическое название» и выполните поиск по выбранным названиям ингредиентов, чтобы загрузить соответствующие файлы 3D-структуры в формате mol2.
- Откройте базу данных белков RCSB (http://www.pdb.org/) и загрузите кристаллические структуры ключевых мишеней. В поле поиска найдите целевые имена и загрузите соответствующие файлы кристаллической структуры в формате pdb.
- Импортируйте ингредиенты и файлы целевой структуры в аналитическое программное обеспечение. Удалите молекулы воды, нажав « Редактировать» > «Удалить воду». Добавьте водород, нажав на Edit > Hydrogen > Add. Установите ингредиенты в качестве лиганда, выберите целые мишени в качестве рецептора и выполните слепую стыковку.
- Определите дальность молекулярного докинга.
- Выберите рецептор и лиганд последовательно. Щёлкните по кнопке Сетка > Сетка (Grid Box ), чтобы настроить сетку так, чтобы она включала в себя всю модель. Нажмите « Файл» > «Закрыть », сохраняя текущее, чтобы сохранить статус сетки. Сохраняйте файлы в формате gpf.
- Нажмите Run > Run Autogrid4 > Parameter Filename > Browse, выберите файл gpf и нажмите кнопку Launch.
- Используйте AutoDock 4 для выполнения молекулярной стыковки.
- Нажмите на Docking > Macromolecule > Set Rigid Filename , чтобы выбрать рецептор. Нажмите на Docking > Ligand > Open/ Выбрать, чтобы выбрать лиганд.
- Нажмите на Docking > Search Parameters , чтобы задать алгоритмы работы, и Docking > Docking Parameters , чтобы задать параметры стыковки. Выберите файл dpf и нажмите кнопку «Запустить». Сохраняйте файлы в формате dpf.
- Нажмите « Analyze > Docking > Open», выберите файл dlg, нажмите «Analyze > Macromolecule », чтобы открыть рецептор, нажмите « Analyze > Conformations > Play, Rank by Energy », чтобы проанализировать результаты. Нажмите кнопку Set Play > Write Complex , чтобы сохранить результаты в формате pdbqt.
- Импортируйте файлы стыковки в программное обеспечение PyMOL для создания дальнейшей визуализации.
- Выберите лиганд и нажмите Action > Find > Polar Contacts > To Other Atoms in Object, чтобы отобразить водородные связи между лигандами и внешней средой. Нажмите на c, чтобы изменить цвет.
- Нажмите « Действие» > «Извлечь объект». Нажмите на Show > Sticks , чтобы показать структуру палочки рецептора. Определите остатки, связанные с лигандами, и покажите структуру палочки.
- Нажмите на Hide > Sticks , чтобы скрыть структуру палочки рецептора. Нажмите на Wizard > Measurement и нажмите на два атома последовательно. Нажмите на Label > Remains, чтобы отобразить метку остатков. При необходимости отрегулируйте цвет фона и прозрачность. Нажмите « Файл» > «Экспортировать изображение как », чтобы сохранить изображение.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Гены, связанные с анусовой экземой, гены-мишени ЦУР и общие мишени
В общей сложности 958 потенциальных кандидатов в гены были проверены в Genecards и 634 в базах данных OIM, в то время как дубликаты были исключены. Чтобы получить всестороннее представление о генах, связанных с анальной экземой, результаты из нескольких баз данных были объединены, в результате чего было получено в общей сложности 958 различных генов. Следовательно, была тщательно разработана сеть белок-белковых взаимодействий (ИПП), специфичная для анальной экземы. SDG состоит из пяти традиционных китайских лекарств, а именно indigo naturalis, золотого кипариса, кальцинированного гипса, каламина и китайского галла15,16. Основным компонентом кальцинированного гипса является безводный сульфат кальция (CaSO4), а основным компонентом каламина — карбонат цинка (ZnCO3). Индиго натуралис, золотой кипарис и китайский галл имеют сложные ингредиенты. Из базы данных ТКМСП препараты содержат 92 компонента соединения, что позволяет получить в общей сложности 867 надежных мишеней для лекарственных средств (табл. 1).
Путем наложения обоих наборов данных генов-мишеней было выявлено в общей сложности 149 часто встречающихся генов-мишеней (рис. 2A) с последующим построением сети взаимодействия белок-белок (ИПП) (рис. 2B). С помощью метода скрининга, основанного на медиане, на степень, близость и промежуточность, 59 ключевых мишеней были выбраны в качестве потенциальных мишеней для лекарств от анальной экземы. Медианные баллы степени, близости и междугородности для ключевых целей составили 49, 40,31947 и 0,522 соответственно. В топ-10 генов с высокой степенью оценки вошли AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS и PTGS2 (табл. 2). Эти гены очень важны для анальной экземы.
Пути и сети с общими целями
Методы обогащения KEGG и GO были использованы для анализа 59 ключевых мишеней, выявив 218 ассоциированных путей и более 3000 ассоциированных биологических процессов. Анализ выявил пути, которые сильно коррелируют с ЦУР и белками анальной экземы, включая инфекцию вируса простого вишни 1, шигеллез, сигнальный путь TNF, резистентность к ингибитору тирозинкиназы EGFR, цитомегаловирусную инфекцию человека и сигнальный путь Т-клеточного рецептора (рис. 3A). Эти пути в первую очередь связаны с такими генами, как AKT1, TNF, TP53, STAT3, SRC, EGFR и CASP3. На рисунке 3B представлено подробное описание генов-мишеней и путей. Анализ ГО проводили по биологическим процессам (АД), составу клеток (КК) и молекулярной функции (МФ) (рис. 4А). Результаты показывают, что это исследование в первую очередь сосредоточено на общих мишенях для ЦУР и анальной экземы в биологических процессах, причем некоторые из них имеют отношение к КК и МФ. Биологические функции, которые были особенно важны, включают фосфорилирование пептидилтирозина, модификацию пептидилтирозина, регуляцию адгезии между клетками, положительную регуляцию клеточной адгезии, активацию Т-клеток, регуляцию клеточной адгезии лейкоцитов (рис. 4B-D).
Прогнозирование связывания активных компонентов ЦУР с мишенями для экземы заднего прохода
На основе медианных значений степени, близости и промежуточности было проведено скрининг 59 ключевых мишеней, включая AKT1, TNF, TP53, EGFR, STAT3, SRC, JUN, CASP3, HRAS и PTGS2. Дальнейший анализ базы данных GEO выявил повышение регуляции PPARG, EGFR и TNF, в то время как PTPRC, MMP9, MAPK14 и CASP3 были понижены в экспериментальной группе (атопический дерматит) (рис. 5). Путем анализа обогащения общих генных путей было определено, что эти гены преимущественно участвуют в сигнальном каскаде TNF и сигнальном пути MAPC. В сигнальном пути TNF экспрессия TNF была повышена, в то время как экспрессия MMP9, MAPK14 и CASP3 была снижена. В сигнальном пути MAPK экспрессия EGFR и TNF была повышена, в то время как MAPK14 и CASP3 были понижены (рис. 6). Основываясь на этих результатах, TNF, MAPK14 и CASP3 рассматривались в качестве потенциальных мишеней в терапии ЦУР.
Для валидации мишеней-кандидатов в активных компонентах ЦУР был использован анализ стыковки для проверки точности между структурой активного компонента и потенциальными белками-мишенями. Эти белки-мишени участвуют в различных функциональных связях и являются высокими узлами в сети, что позволяет предположить, что они играют решающую роль в ответе ЦУР на анальную экзему. Отрицательное значение энергии связывания стыковки указывает на способность ЦУР стыковаться с мишенями заболевания in vivo, а более отрицательное значение указывает на более легкую стыковку. В данном исследовании был достигнут успешный молекулярный стыковка основных активных компонентов с ключевой мишенью, а энергия связи стыковки была отрицательной, со значениями менее -1 ккал/моль. Индиго и берберрубин обладают хорошей связывающей активностью, с энергией связывания менее -5 ккал/моль (табл. 3, рис. 7). Взятые вместе, эти результаты являются еще одним доказательством того, что эти белки, соответствующие локусам генов, могут выступать в качестве мишеней SDG при экземе заднего прохода.
Рисунок 1: Рабочий процесс сетевого фармакологического анализа. GO, Генная онтология; KEGG, Киотская энциклопедия генов и геномов; TCMSP, База данных и аналитическая платформа фармакологии систем традиционной китайской медицины; GEO, Омнибус экспрессии генов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Диаграмма Венна и сеть ИПП общих мишеней. (А) Диаграмма Венна, показывающая пересечение мишени лекарственного препарата и мишени заболевания. (B) Общая целевая сеть PPI по STRING. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Анализ обогащения путей KEGG. (A) Анализ обогащения путей KEGG. Первые 10 путей KEGG ранжируются в соответствии с P-значениями в порядке возрастания. (Б) Связь между путем и мишенью: путь (желтый), мишени (красный). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Анализ обогащения GO. (A) Результаты GO трех онтологий. (B) Пузырьковая диаграмма биологического процесса (БП). (C) Пузырьковая диаграмма компонента ячейки (CC). (D) Пузырьковая диаграмма молекулярной функции (MF). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Прогнозирование результата потенциальных целей. (А) Тепловая карта экспрессии генов-концентраторов в базе данных GEO, группа А – экспериментальная группа (атопический дерматит), группа В – контрольная группа (неатопический дерматит); (Б) Узлы сети PPI представляют белки, ребра представляют отношения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Сигнальный путь. (A) Сигнальный путь MAPK. (B) Сигнальный путь TNF. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7: Молекулярный докинг основных генов и ингредиентов. Пурпурным цветом обозначены основные компоненты ЦУР, а синим — остатки основных генов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
| Традиционная китайская медицина | Активные ингредиенты | ||
| Индиго натуралис | 9альфа,13альфа-дигидроксилизопропилиденилизатизин,а, бисиндиготин, индикант, исатан В, изатизин,а, изоориентин, изоскопарин, изовитексин, (+)-исоларицизирезинол, 10н-индоло,[3,2-b],хинолон, изоиндиго, сапонарин, индиго, триптантрин, 6-(3-оксоиндолин-2-илиден)индоло[2,1-b]хиназолин-12-он | ||
| Индирубин, бета-ситостерин, ларицирезинол, нонакозан, изовитексин, дотриаконтанол | |||
| Золотой кипарис | берберин, коптизин, даурицин (8CI), яваницин, (±)-лионирезинол, кихадалактон А, обакуновая кислота, обакунон, феллавин, Phellavin_qt, феллодендрин, дельта-7-стигмастенол, феллоптерин, ваниллолизид, кониферин, дегидротаншинон II А, дельта7-дегидрософорамин, амурензин, Amurensin_qt, дигидронилотицин, гиспидол В, кихадалактон В, кихаданин А, нилотицин, номилин, рутаекарпин, скиммианин, хелеритрин, стигмастерин, воренин, кампестерил ферулат, кавидин, свечтоксин А, гериценон Н, Гиспидон, Сиригин, бета-ситостерин, Магнограндиолид, (2S,3S)-3,5,7-тригидрокси-2-(4-гидроксифенил)хроман-4-он, Пальмидин А, магнофлорин, Мениспорфин, пальматин, Фумарин, Изокорипальмин, кверцетин, Ситоглусид, Фриделин | ||
| STOCK1N-14407, ятроризин, менисперин, phellamurin_qt, (S)-канадин, колумбамин, порифераст-5-ен-3бета-ол, магнофлорин, берберрубин, феллодендрин, лимонин, гиперин, кампестерин, SMR000232320, кантин-6-он, 4-[(1R,3aS,4R,6aS)-4-(4-гидрокси-3,5-диметоксифенил)-1,3,3a,4,6,6a-гексагидрофуро[4,3-c]фуран-1-ил]-2,6-диметоксифенол, дигидронилотицин, мелианон, феллочин, талифендин, ваниллолозид, аураптен | |||
| Кальцинированный гипс | безводный сульфат кальция (CaSO4) | ||
| Каламин | карбонат цинка (ZnCO3) | ||
| Китайская галль | Дигаллат | ||
Таблица 1: Активные ингредиенты в ЦУР.
| Ген | Градус | Промежуточное положение | Близость Центральность |
| АКТ1 | 204 | 1669.1692 | 0.765625 |
| ФНФ | 202 | 1988.4543 | 0.761658 |
| ТП53 | 190 | 1590.9288 | 0.73134327 |
| EGFR | 174 | 686.3063 | 0.7033493 |
| СТАТ3 | 168 | 673.03723 | 0.6869159 |
| КГД | 162 | 568.1574 | 0.69014084 |
| ИЮН | 162 | 435.33737 | 0.6805556 |
| КАСП3 | 156 | 483.45276 | 0.67431194 |
| HRAS | 148 | 515.28815 | 0.65625 |
| ПТГС2 | 134 | 761.34094 | 0.6447368 |
Таблица 2: Характеристики 10 основных генов-концентраторов.
| Целевой объект (идентификатор PDB) | Сродство (ккал/моль) | ||
| Индиго | Берберрубин | Дигаллат | |
| ТНФ (1А8М) | -5.96 | -5.19 | -2.22 |
| МАПК14 (1А9У) | -5.51 | -5.41 | -1.93 |
| КАСП3 (1КП3) | -5.77 | -4.98 | -1.06 |
Таблица 3: Энергия связывания молекулярного докинга ингредиентов и основных генов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Атопический дерматит – это специфическая форма экземы, которая имеет общие механизмы с экземой. Считается, что гены-концентраторы связаны с этим состоянием: TNF, MAPK14 и CASP3. Терапевтическое воздействие ЦУР на анальную экзему в основном объясняется его действием на сигнальные пути TNF и MAPK через эти три гена-концентратора17.
SDG включает в себя пять различных препаратов: indigo naturalis, золотой кипарис, кальцинированный гипс, каламин и китайскую желчь. В традиционной китайской медицине кальцинированный гипс и каламин могут играть роль в заживлении ран и сухой сырости, в то время как индиго натуралис, золотой кипарис и китайский галл могут очищать тепло, выводить токсины и сушить сырость. Комбинация этих трав может достичь эффекта отвода влаги, способствуя заживлению ран, очищая тепло и рассеивая ветер18.
Предыдущие исследования показали, что основные компоненты SDG обладают противовоспалительными свойствами. Было показано, что Indigo naturalis (IN) лечит колит, псориаз и острый промиелоцитарный лейкоз 19,20,21. Функция ИН может быть связана с ингибированием трансдукции сигнала TLR4/MyD88/NF-kB, что уменьшает воспаление и способствует заживлению слизистой оболочки кишечника у пациентов с язвенным колитом (ЯК). Он также может регулировать кишечную флору, как было продемонстрировано в DSS-индуцированной модели ЯКмышей 22,23. Недавние исследования показывают, что ЯК часто сочетается с дисбалансом кишечного микробиома. ИН может эффективно восстановить баланс экологии кишечника и защитить желудочно-кишечную систему в зависимости от кишечной флоры24. Сдвигая провоспалительные цитокины на противовоспалительные цитокины, золотой кипарис снижает пролиферацию Т-лимфоцитов и DC-индуцированных секреций Т-клеток и цитокинов IL-12p70, способствуя взаимодействию между DC и Treg25. Сапонарин и кампестерин действуют как природные противовоспалительные средства с противоаллергическим действием 26,27,28. Триптантрин проявляет противомикробное действие29. Мелианонен оказывает существенное ингибирующее действие как на грибы, так и на микробную флору, что может способствовать лечению анальной экземы 30,31.
Исследования показали, что тяжесть кожных заболеваний, таких как акне, раздражающий контактный дерматит и аллергический контактный дерматит, связана с микробной флорой в кишечнике. Сравнивая распределение микрофлоры острой и хронической экземы заднего прохода, результаты показали, что стафилококковая микрофлора больных острой экземой заднего прохода была более многочисленной в32-й группе с хронической экземой. Младенцы с атопической экземой и более низким разнообразием микробиома кишечника демонстрируют корреляцию между численностью микробов и кожными заболеваниями33. Основываясь на влиянии различных компонентов ЦУР на кишечную флору, нельзя исключать возможность того, что ЦУР может улучшить состояние при экземе заднего прохода за счет регуляции микрофлоры. Кроме того, мелианон в SDG также может воздействовать на грибки, предотвращая экзему заднего прохода.
Исследование механизмов признано наиболее сложным аспектом исследования рецептов на растительные препараты. Сетевая фармакология в настоящее время пронизывает различные аспекты фармацевтической отрасли, знаменуя собой сдвиг парадигмы от традиционной к современной биомедицине и переосмысливая развитие традиционной китайской медицины (ТКМ) 34,35,36. Он использует сетевые мишени в качестве основы, строя сетевую диаграмму, связывающую ТКМ, активные ингредиенты, мишени и расстройства, чтобы предвидеть соответствующие терапевтические мишени. Сетевая фармакология всесторонне выясняет взаимодействие между лекарственными препаратами и мишенями заболеваний и систематически изучает ассоциативные сетевые механизмы, тем самым прогнозируя ключевые метаболические пути. Его использование было стратегически реализовано для изучения механизмов действия различных травяных препаратов. Кроме того, создав целевую сеть ИПП для лекарств от болезней, наряду с построением обогащенных путей KEGG и GO, сетевая фармакология способствовала предсказанию сложного механизма, с помощью которого китайские травы влияют на болезни и исследуют патогенез недугов 37,38,39. Это исследование объединило сетевую фармакологию с наборами данных GEO для выявления механизмов местного применения лекарственных средств.
Сетевой фармакологический анализ просто предсказывает компоненты лекарств и мишени, проверяя точные механизмы, требующие экспериментов на животных или клинических испытаний. В этом исследовании использовалась только верификация моделирования молекулярного докинга без проведения клинических экспериментов на животных или клинических экспериментов для проверки. Предлагаемая сетевая фармакологическая структура традиционной китайской медицины сочетает в себе предсказанные мишени отдельных трав, хотя и с меньшей точностью. Включение наборов данных GEO существенно повышает эту точность.
В данном исследовании был использован метод генерации чистых данных для максимального использования данных путем объединения нескольких баз данных. В частности, для некоторых заболеваний, для которых трудно построить модели на животных, онлайн-данные используются в основном для прогнозирования и проверки заболеваний и мишеней для лекарств, чтобы направлять направление исследований и закладывать хорошую основу для последующей экспериментальной проверки.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Никакой.
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).
