Silico-pohjaisessa näytössä synergistiset lääkeyhdistelmät yrttilääkkeistä: tapaus, jossa käytetään Cistanche Tubulosa-Ⅰ

Neurogeeninen hermotulehdus määritellään asynnynnäisten ja mukautuvien immuunisolujen, verisuonisolujen ja hermosolujen organisoidut toiminnot, jotka laukaisevat patologiset tilat ja lisääntynyt hermosolujen aktiivisuus keskushermostossa (CNS). Sillä on todennäköisesti rooli keskushermoston tulehdusreaktioiden käynnistämisessä sellaisissa olosuhteissa kuin kipu, psyykkinen stressi ja epilepsia tai siitä tulee patogeeninen tekijä hermostoa rappeutuvissa sairauksissa. Nykyiset edustajathermotulehduksen hoitoonenimmäkseen kuuluvat monoterapiaan, mukaan lukien dopamiini, somatostatiini, neuropeptidi, adenosiini ja niin edelleen. Kuitenkin esimerkiksi yleisten mutta vanhojen lääkkeiden COX-estäjien, ei-steroidisten tulehduskipulääkkeiden (NSAID) pitkäaikainen käyttö voi aiheuttaa haittavaikutuksia, maha-suolikanavan vaurioita tai sydän- ja verisuoniriskejä, ja kliinisten tutkimusten tulokset ovat edelleen epätyydyttäviä, joten hermotulehduksen uusille hoitomuodoille on täyttämätön tarve.

LUONNOLLINEN CISTANCHE TUBULOSA ALZHEIMERIN TAUDIN HOITOON PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Uusi lääkeyhdistelmähoito voi olla vauhdikas strategia uusien lääkkeiden kehittämistarpeiden täyttämiseksi sekä monimutkaisten sairauksien hoidon esteiden voittamiseksi. Yhdistelmä- tai monikomponenttihoito voisi täyttää edellä mainitut vaatimukset, jossa kahta tai useampaa lääkettä käytetään yhdessä, ja siinä on lueteltuja etuja: suurempi teho, minimaalinen ristiresistenssi, pieni annos, mutta vähemmän sivuvaikutuksia ja vähemmän toksisuutta verrattuna yksittäisiin lääkeaineisiin6 . Sitä on käytetty monimutkaisten sairauksien hoidossa lähes 30 vuoden ajan. Kiehtovaa, lääkeyhdistelmähoitoa sovelletaan myös neurologisten sairauksien tutkimuksessa, esimerkiksi glimepiridin ja ibuprofeenin yhdistelmällä voitaisiin tehokkaastivähentää tulehdusta Alzheimerin taudissa (AD)tai ketamiini/atropiini saattaa alentaa tulehdusta edistävien proteiinien ilmentymistä epilepsiahiirillä. Synergistiset lääkeyhdistelmät voivat siksi tuoda uutta inspiraatiota tehokkaiden hermotulehduksen hoitojen jäljittämiseen. Näin ollen, kuinka voimme murtaa kovan pähkinän saavuttaaksemme optimaaliset kombinatoriset huumeet?

Nykyään olemassa olevat lähestymistavat lääkeyhdistelmien seulomiseen ovat seuraavat: systemaattiset lääkeparien tutkimukset in vitro, kuten korkean suorituskyvyn seulontamenetelmä11 ja "Multiplex Screening for Interacting Compounds" (MuSIC) tai arvioinnit parittaisista lääkeyhdistelmistä suurilla mittakaavan kokeet. Siitä huolimatta työvoiman, luonnonvarojen liiallinen kulutus ja vaivalloisen empiirisen testauksen aika voivat olla väistämätön kysymys tehokkaiden lääkeyhdistelmien arvioinnissa. Vastauksena puutteiden voittamiseen syntyy verkostoanalyysiin perustuvia lähestymistapoja, erityisesti geneettisen vuorovaikutuksen verkostojen kemiallisen systeemibiologian dataa sekä molekyyli- ja farmakologista dataa, myös kombinatoriseen lääkekehitykseen. Lisäksi yhä useammat tutkijat ehdottivat uusia verkkolähestymistapoja optimaalisten yhdistelmien ennustamiseksi ja tarjosivat sillä välin vastaavaa kokeellista validointia, joten verkkoennusteen integrointi kokeelliseen validointiin voi olla uusi suuntaus yhdistelmäennusteen alalla.

Kasviperäiset lääkkeet sisältävät huomattavan määrän kaavoja (mandariinikiinaksi Fang-Ji) ja kemiallisia ainesosia, jotka muodostavat luonnontuotetietokannan, jotta se voisi tarjota innovatiivisia vihjeitä, ja perustavanlaatuista biologista tietoa lääkeyhdistelmien kehittämistä varten, kuten professori Lija professori Liu esittelivät integroituun biologiaan perustuvia holistisia analyysimenetelmiä kasviperäisten lääkkeiden molekyylimekanismien tulkitsemiseksi: Liu-Wei-Di-Huang -pilleri tai Reducing Injection. Aiemmassa työssämme havaitsimme, että kahdella edustavalla yrtillä Lonicera japonica ja Fructus Forsythiae ei ole synergistisiä vaikutuksia influenssaan tai tulehdukseen, vaan myös rutiini- ja amentoflavoniyhdisteillä on synergistisiä vaikutuksia masennuksen ehkäisyssä.

Nykyisessä työssämme kehitämme systeemifarmakologian lähestymistapaa löytääksemme synergistisiä lääkeyhdistelmiä yhdisteiden välillä.Cistanche tubulosa -yrtti(SCHENK) R. WIGHT, ehdotetaan seuraavia vaiheita: Ensin poimimme lääkemäisen ennustuksen avulla bioaktiivisia yhdisteitä, joita käytetään syöttinä vastaavien kohteiden etsimiseen. Ja sitten "verkkokohteeseen" perustuvan paradigman innoittamana synergististen aineiden yhdistelmien priorisoimiseksi korkean suorituskyvyn tavalla, hankimme tehokkaita lääkeyhdistelmiä mahdollisten yhdisteiden joukossa, jotka perustuvat talon sisäiseen algoritmiin, jota kutsutaan nimellä Probability Ensemble Approach (PEA)26. korkea koulutustehokkuus, laaja sovellettavuus ja kaksi kvantitatiivista indeksiä kuvaamaan lääkeyhdistelmän ominaisuuksia. Lopuksi käytämme saatuja kohteita ja ehdokasparien yhdisteitä verkon/polun rakentamiseen ja sitten tarjoamme analyysin koodataksemme Cistanche tubulosan mekanismin hermotulehdukselle kokonaisvaltaisesti. Esimerkkinä voidaan mainita, että ensimmäistä kertaa seulotaan systeemifarmakologiaan perustuvia tehokkaita lääkeyhdistelmiä luonnontuotteista integroimalla laskennallisia menetelmiä ja kokeellista validointia ennusteen luotettavuuden vahvistamiseksi. Uskomme, että tämä voi auttaa yksilöimään hermotulehduksen hoitoa, lisäämään ymmärrystämme tehokkaasta hermostoa suojaavasta kehityksestä ja tukemaan tulevaa prekliinistä tutkimusta.

CISTANCHE TUBULOSA PARKINSONIN TAUDIN HERMOSTOTULETUKSEN SÄÄTELYN PHGS75 % ECH 30 % ACT 12 %

Tulokset

Cistanche tubulosa -lajin kohteena

Saadaksemme hermotulehdukseen liittyvät tavoitteet saavutamme ensin Cistanche tubulosa (SCHENK) R. WIGHTin ainesosat tekemällä hakuja TCMSP-tietokannasta (http://lsp.nwu.edu. cn/), mikä johtaa 10 3 yhdistettä (lisätaulukko S1, katso materiaalit ja menetelmät). Sitten analysoimme niiden lääkemäisyyttä soveltamalla aiemmassa työssämme rakennettua DL-ennustemallia (katso Materiaalit ja menetelmät). Tällä tavalla saavutamme 63 potentiaalista bioaktiivista yhdistettä (lisätaulukko S2), joiden DL-indeksi on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,18. Myöhemmin tunnistamme SysDT- ja WES-algoritmeilla näiden potentiaalisten bioaktiivisten yhdisteiden 117 kohdetta. Lopuksi 43 potentiaalista kohdetta (lisätaulukko S3), jotka liittyvät läheisesti hermotulehdukseen, haetaan melun ja virheiden poistamisen jälkeen kartoittamalla yhdisteiden 117 kohdetta CTD-tietokantaan.

GOBP-rikastusanalyysi kohteille

Tarkistaaksemme, liittyvätkö mahdollisten bioaktiivisten yhdisteiden kohteena olevat proteiinit läheisesti hermotulehdukseen, suoritamme GOBP-rikastusanalyysin kartoittamalla kohteet DAVIDiin. Kuva 1 esittää GO-puuta, joka edustaa merkittävästi rikastuneiden GOBP-termien tuloksia (P-arvo pienempi tai yhtä suuri kuin 0,05), jossa kohteet on luokiteltu 20 eri ryhmään, kuten verisuonten sileän lihaksen positiivinen säätely. solujen lisääntyminen ja leukosyyttien migraation positiivinen säätely. Näistä ryhmistä kemiallinen synaptinen transmissio, tulehdusvaste, solu-solusignalointi ja niin edelleen liittyvät kaikki läheisesti hermotulehdukseen. Esimerkiksi hermotulehdussairauksien aikana tapahtuvat synaptiset muutokset välittyvät suurelta osin tunkeutuvista T-soluista ja aktivoiduista mikroglioista vapautuvien inflammatoristen sytokiinien kautta, ja ne ovat vastuussa ainakin osittain irreversiibelistä dendriittipatologiasta. Yhdessä nämä havainnot viittaavat siihen, että ennustetut kohteet voivat todennäköisesti edistää hermotulehduksen hoitoa.

Yhdistelmäkohdeverkon rakentaminen ja analysointi

Yleensä toteutettavissa olevat ja tehokkaat yhdistelmähoidot ovat bioaktiivisten yhdisteiden yhdistelmiä, joilla on ihanteelliset farmakokineettiset ominaisuudet ja jotka voivat tasapainottaa sairausverkostoa säätelemällä tiettyjä kohteita. Siksi rakennamme edelleen staattisen yhdiste-kohdeverkon tarkistaaksemme niiden topologiset suhteet. Kuten kuvassa 2 esitetään, kaksipuolinen yhdiste-kohdeverkko (CT) osoittaa 482 vuorovaikutusta 63 yhdisteen ja 43 kohteen välillä visuaalisesti houkuttelevalla tavalla. Analysoimme solmujen astetta yhdiste-kohdeverkostossa, mikä johtaa vastaavasti keskimääräiseksi asteeksi yhdistettä kohden 11,209 ja 7,651 kohdetta kohden. Havaitsemme, että 63 yhdisteen joukosta 38 niistä säätää yli 7 kohdetta (keskimääräistä suurempi), mikä ilmentää mahdollisia synergistisiä vaikutuksia niiden välillä.

Esimerkiksi syringiini (mol30) on vuorovaikutuksessa suurimman määrän kohteita, joilla voi olla verkon keskusrooli. Mielenkiintoista on, että tutkimus osoittaa, että Euonymus alatus (Tunb.) Sieb. (Celastraceae) on hermoston tulehdusta estävä vaikutus estämällä NO-tuotantoa27. 2′-asetyylilakteosidi (mol42) hallitsee 10 eri kohdetta (aste{7}}). Näistä kohteista HSPB1 (tunnetaan myös nimellä HSP27) esimerkkinä on molekyylikaperoni, jolla on hermoja suojaavia ominaisuuksia monissa sairaus- ja vammamalleissa. Verbaskosidin (mol33) osalta tämän bioaktiivisen yhdisteen hermostoa suojaaviin ominaisuuksiin kuuluu transkriptiotekijöiden modulointi ja

näin ollen muutti geenin ilmentymistä, mikä johtaa tulehduksen vähenemiseen. On syytä huomata, että vaikka verkon topologiaominaisuus ei painota sitäekinakosidi(mol41, aste=7), se on potentiaalinen uusi oraalisesti aktiivinen yhdiste hermotulehduksen ja siihen liittyvien signaalien säätelyyn Parkinsonin taudissa ja voi tarjota uuden mahdollisuuden kliiniseen hoitoon. Yhdessä nämä tulokset osoittavat, että seulotut mahdolliset aktiiviset yhdisteet liittyvät kaikki hermotulehdukseen ja niitä voidaan pitää lääkeyhdistelmien ennustamisen tietojoukona.

Compound-Target-Pathway verkon rakentaminen ja analysointi

Käytettäessä PEA-algoritmia saadaan 10 erilaista lääkeyhdistelmää (taulukko 1.), joissa on mukana 12 yhdistettä. Näillä lääkeyhdistelmillä on suuri synergiatodennäköisyys, mikä edustaa mahdollisuutta saada aikaan synergiaa kahden yhdisteen välillä.

Siksi näitä yhdisteitä pidetään tietyssä määrin farmakologisina perusaineinaCistanche tubulosa. Näiden yhdisteiden kohdetietojen ja DAVIDista johdettujen reittien perusteella rakennamme yhdiste-kohde-reitti (CTP) -verkoston, joka valaisee alustavasti näiden yhdisteiden molekyylimekanismeja. Tuloksena oleva yhdiste-kohde-polkuverkosto koostuu 47 solmusta ja 99 reunasta. Kuten kuviossa 3 on havainnollistettu, nämä yhdisteet voivat vaikuttaa ei vain ylävirran proteiineihin, vaan myös alavirran reitteihin, jotka liittyvät hermotulehdukseen, erityisesti tulehdusmarkkerien suoriin indikaattoreihin.

Erityisesti suurin osa yhdisteistä kohdistuu ylävirran proteiineihin, kuten HSPB1, HTR2A, NTSR1 ja muihin, mikä osoittaa näiden yhdisteiden makrosäätelyn hermotulehduksen hoidossa. Esimerkiksi yhdiste ekinakosidi (mol41) kohdistaa VEGF-reitin HSPB1-proteiinin kautta (täydentävä kuva 1). Onneksi tutkimukset osoittavat, että HSPB1:llä on merkittäviä sytoprotektiivisia ominaisuuksia useissa neurologisten sairauksien malleissa in vivo tai in vitro ja sillä voi olla rooli anti-inflammatorisessa vaikutuksessa säätelemällä ydintekijä-κB (NF-KB) -signalointireittiä. Lisäksi tutkimus osoittaa myös, että R-Ras voisi säädellä endoteelisolujen angiogeenisiä aktiivisuuksia osittain estämällä VEGF-signalointireitin p38-mitogeeniaktivoitua proteiinikinaasi (p38 MAPK)-HSPB1-akselia.

Voimme saada tuon tubulosidi A:n (mol56) kohdistamaan kalsiumin signalointireitin NTSR1-proteiinin kautta verkossa. Kaikki tiedetään, että kalsiumionit (Ca2+) ovat yleinen toissijainen lähettiläs immuunijärjestelmän soluissa. Synaptisen aktiivisuuden väheneminen tai lisääntynyt ekstrasynaptinen N-metyyli-D-asparagiinihappo (NMDA) -reseptorisignalointi voi johtaa tuman kalsiumin dyshomeostaasiin, mikä lisää neurodegeneraation ja kognitiivisten toimintahäiriöiden esiintymistä. Lisäksi kohdeproteiini NTSR1 on G-proteiiniin kytkeytyneiden reseptorien suuren superperheen jäsen, ja signalointi syntyy sitoutuvien G-proteiinien kautta, jotka voivat aktivoida fosfatidyyli-inositoli-kalsium-toisen lähettijärjestelmän ja alavirran MAP-kinaasit.

Toinen esimerkki on, että yhdiste 2'-asetyylilakteosidi (mol42) kohdistaa GnRH-signalointireitin PRKCD-proteiinin kautta. PRKCD, yksi PKC-isoformeista, on tärkeä välittäjä solunulkoisten säädeltyjen proteiinikinaasien1/2 MAPK (ERK1/2 MAPK), c-Jun N-terminaalisten proteiinikinaasien MAPK (JNK MAPK) ja p38 MAPK:n aktivaatiossa gonadotropiinia vapauttamalla. hormoni (GnRH)40. Ja GnRH-stimuloidun signalointiverkoston avainprosesseina alavirran MAPK-kaskadit ja arakidonihapon (AA) metaboliitit voivat tuottaa tulehdusproteiinia, COX-2. Mitä tulee kankanosidiin O (mol18) ja syringiiniin (mol30), ne ovat suoraan vuorovaikutuksessa alavirran proteiinien PTGS2, NOS2 ja muiden tulehdusindikaattoreiden kanssa, mikä on intuitiivinen osoitus yhdisteiden tehokkuudesta. Tutkimus osoittaa, että syringiini voi tukahduttaa tuumorinekroositekijän (TNF-) tuotannon lipopolysakkarideilla (LPS) stimuloiduissa RAW264.7-soluissa42. Muut tutkimukset osoittavat, että syringiini voisi myös alentaa NO-pitoisuutta ja NOS-aktiivisuutta43 tai prostaglandiini E244:n tuotantoa. Isoakteosidi (mol43) kohdistuu MMP9:ään, on tärkeä toimija keskushermostossa, ja se olisi oletettu välittäjäentsyymi neuropsykiatrisille häiriöille, kuten skitsofrenialle ja kaksisuuntaiselle mielialahäiriölle. NF-KB:n hajoaminen ja p38:n, ERK1/2:n, JNK MAPK:n tai Akt:n (proteiinikinaasi B) fosforylaatio ylävirran signalointireiteillä voisi moduloida MMP9-geenin ilmentymistä ja MMP9:n estoa, mikä voi vähentää indusoituvan typpioksidisyntaasin ilmentymistä. (iNOS) aktivoiduissa soluissa.

LUONNOLLINEN CISTANCHE TUBULOSA VÄHENTÄMISEENNEURO-TULEHTEETPHGS75 % ECH 30 % ACT 12 %

Reittianalyysi

Sisällytetty "neuroinflammaatioreitti" rakennetaan integroimalla yhdiste-kohde-reitti-verkkoanalyysin avulla saadut avainreitit, mukaan lukien Alzheimerin taudin reitti, kalsiumin signalointireitti, GnRH-signalointireitti, VEGF-signalointireitti ja serotonerginen synapsi. 43 kohteesta 19 voidaan kartoittaa "hermotulehdusreitille". Kuten kuviossa 4 esitetään, Cistanche tubulosa edustaa "hermotulehdusreitillä" jakautuvien aktiivisten yhdisteiden kohteita. "Neuroinflammaatioreitti" luokitellaan 13 eri terapeuttiseen moduuliin, kuten solukuolema, apoptoosi, tulehdus ja hermosolujen suojaus. Tässä tutkimuksessa otamme esimerkkeinä solukuolema-, tulehdus- ja hermosuojausmoduulit selventämäänCistanche tubulosa hermotulehdukseen.

Solukuolemamoduuli

Alzheimerin taudin reitillä sijaitsevat kohteet ovat pääasiassa mukana solukuolemaprosessissa, mikä viittaa siihen, että solukuolema liittyy läheisesti hermotulehdukseen. Tutkimukset osoittavat, että mikroglian välittämä hermotulehdus edistää hermosolujen kuolemaa, joka ei rajoitu tiettyyn sairauteen, vaan liittyy useisiin sairauksiin, kuten iskemiaan, Parkinsonin tautiin ja Alzheimerin tautiin. Kuten kuvassa 4 näkyy,

Kohteita APP, GRIN2B ja MAPT säätelevät Cistanche tubulosa -bakteerin aktiiviset yhdisteet, mikä osoittaa, että ne voivat estää solukuolemaa ja tarjota siten hoidon hermotulehdukselle. Mielenkiintoista on, että APP:n solunsisäinen domeeni heikentää aikuisten neurogeneesiä siirtogeenisissä hiirissä indusoimalla hermotulehdusta. MAPT:n kyvyttömyys säädellä kunnolla hermosolujen mikrotubulusten dynamiikkaa ja siten välittää hermosolujen kuolemaa. Kaikki nämä osoittavat, että Cistanche tubulosa voi hoitaa hermoston tulehdusta estämällä solukuolemaa.

Tulehdusmoduuli

Termi neuroinflammaatio tarkoittaa keskushermoston tulehdusreaktioita vasteena hermosolujen aktiivisuuteen1. Tässä tutkimuksessa havaitsemme, että GnRH-signalointireitti ja VEGF-signalointireitti ovat osallisia tulehdusmoduulissa (kuvio 4). Esimerkiksi GnRH-signalointireitin MMP2 kuuluu MMP-perheeseen, joka ilmentyy fysiologisissa tilanteissa ja patologisissa olosuhteissa, joihin liittyy tulehdus. Ja MMP:t säätelevät useita tulehdukseen liittyviä toimintoja, mukaan lukien tulehduksellisten sytokiinien ja kemokiinien biologinen hyötyosuus ja aktiivisuus. Lisäksi VEGF-signalointireitti voi johtaa NOS2:n muodostumiseen, ja lisäksi se osallistuu akuuttiin tulehdusvasteeseen LPS:lle useilla mekanismeilla: osallistumalla proinflammatoriseen sytokiinien signalointiin ja muuttamalla eri geenien ilmentymistä, jotka vaikuttavat tulehdus-immuunivasteisiin. LPS. Kaikki nämä yhdessä osoittavat, että Cistanche tubulosa voi parantaa hermotulehdusta säätelemällä tulehdusjärjestelmää.

LUONNOLLINEN CISTANCHE TUBULOSA ALZHEIMERIN TAUTEEN PHGS75% ECH 30% ACT 12%