I silico-baserte skjermsynergistiske medikamentkombinasjoner fra urtemedisiner: et tilfelle som bruker Cistanche Tubulosa-Ⅰ

Nevrogen nevroinflammasjon er definert som ens orkestrerte handlinger av medfødte og adaptive immunceller, vaskulære celler og nevroner utløst av patologiske tilstander og økt nevronal aktivitet i sentralnervesystemet (CNS). Det er sannsynlig å spille en rolle i priming av CNS inflammatoriske reaksjoner ved tilstander som smerte, psykisk stress og epilepsi eller bli en patogen faktor i nevrodegenerative sykdommer. De nåværende agenter forbehandling av nevroinflammasjontilhører for det meste monoterapi, inkludert dopamin, somatostatin, nevropeptid, adenosin og så videre. Imidlertid kan for eksempel langvarig bruk av de vanlige, men gamle legemidlene COX-hemmere, ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler (NSAIDs), forårsake uønskede bivirkninger, gastrointestinale lesjoner eller kardiovaskulær risiko, og kliniske forsøksresultater forblir spesielt utilfredsstillende, så det er et udekket behov for nye behandlinger av nevroinflammasjon.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA FOR BEHANDLING AV ALZHEIMERS SYKDOM PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Den nye terapien av medikamentkombinatorisk kan være en økende strategi for å møte behovene til utviklingen av nye medikamenter, samt overvinne hindringer i behandlingen av komplekse sykdommer. Kombinasjons- eller multikomponentbehandling kan oppfylle kravene ovenfor, der to eller flere legemidler brukes sammen, med de listede fordelene: høyere effekt, minimal kryssresistens, lav dose mens færre bivirkninger og mindre toksisitet sammenlignet med enkeltlegemidler6 . Det har blitt brukt i behandling av komplekse sykdommer i nesten 30 år. Spennende, medikamentkombinasjonsterapi brukes også i forskningen på nevrologiske sykdommer, for eksempel kan en kombinasjon av glimepirid og ibuprofen effektivtredusere betennelse ved Alzheimers sykdom (AD), eller ketamin/atropin kan redusere pro-inflammatorisk proteinuttrykk hos epileptiske mus. Synergistiske medikamentkombinasjoner kan derfor gi ny inspirasjon for å spore effektive behandlinger for nevroinflammasjon. Derfor, hvordan kan vi knekke den harde nøtten for å oppnå de optimale kombinatoriske medikamentene?

I dag er de eksisterende tilnærmingene for å sile ut medikamentkombinasjoner som følger, systematiske undersøkelser av legemiddelpar in vitro, slik som screeningmetoden med høy gjennomstrømning11 og 'Multiplex Screening for Interacting Compounds' (MuSIC) eller evalueringer av de parvise medikamentkombinasjonene med stor- skalaeksperimenter. Ikke desto mindre kan det overdrevne forbruket av arbeidskraft, naturressurser og tid med krevende empiriske tester være et uunngåelig problem i evalueringen av effektive medikamentkombinasjoner. Som svar på å overvinne manglene, dukker det også opp tilnærminger basert på nettverksanalyse, spesielt genetiske interaksjonsnettverk kjemiske systembiologidata, og molekylære og farmakologiske data for kombinatorisk medikamentoppdagelse. Videre foreslo et økende antall etterforskere nye nettverkstilnærminger for å forutsi optimale kombinasjoner og tilbød den tilsvarende eksperimentelle valideringen i mellomtiden, så å integrere nettverksprediksjon med eksperimentell validering kan være en ny trend innen kombinasjonsprediksjon.

Urtemedisiner involverer et betydelig antall formler (Fang-Ji på mandarin) og kjemiske ingredienser, som danner en naturproduktdatabase slik at den har råd til innovative ledetråder, og grunnleggende biologiske data for utvikling av medikamentkombinasjoner, som professor Liog professor Liu introduserte holistiske analysemetoder basert på integrert biologi for å tyde de molekylære mekanismene til urtemedisiner: Liu-Wei-Di-Huang pille eller Reduserende injeksjon. I vårt tidligere arbeid fant vi ikke bare to representative urter Lonicera japonica og Fructus Forsythiae viser synergistiske effekter på infuensa eller betennelse, men også forbindelser rutin og amentoflavon har synergistiske effekter for å forhindre depresjon.

I vårt nåværende arbeid utvikler vi en systemfarmakologisk tilnærming for å oppdage de synergistiske medikamentkombinasjonene blant forbindelser fraurt Cistanche tubulosa(SCHENK) R. WIGHT, følgende trinn er foreslått: For det første plukker vi ut bioaktive forbindelser gjennom prediksjon av stofflikhet, som brukes som lokkemat for å finne de relaterte målene. Og så, inspirert av et "nettverksmål"-basert paradigme for å prioritere synergistiske middelkombinasjoner på en måte med høy gjennomstrømming, anskaffer vi effektive medikamentkombinasjoner blant de potensielle forbindelsene basert på en intern algoritme som kalles Probability Ensemble Approach (PEA)26 med høy treningseffektivitet, omfattende anvendelighet og to kvantitative indekser for å beskrive egenskapen til en medikamentkombinasjon. Til slutt bruker vi de oppnådde målene og forbindelsene til kandidatparene for å bygge et nettverk/vei og deretter gi analyse for å kode mekanismen til Cistanche tubulosa på nevroinflammasjon holistisk. Som et eksempel er det første gang å filtrere ut effektive medikamentkombinasjoner fra naturlige produkter basert på systemfarmakologi gjennom integrering av beregningsmetoder og eksperimentell validering for å godkjenne påliteligheten til prediksjonen. Vi tror at dette kan bidra til å tilpasse nevroinflammasjonsbehandling, forbedre vår forståelse av effektiv nevrobeskyttende utvikling og hjelpe fremtidig preklinisk forskning.

CISTANCHE TUBULOSA FOR REGULERING AV NEUROINFLAMMASJON VED PARKINSONS SYKDOM PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Resultater

Mål for Cistanche tubulosa

For å finne målene relatert til nevroinflammasjon oppnår vi først ingrediensene i Cistanche tubulosa (SCHENK) R. WIGHT ved å søke i TCMSP-databasen (http://lsp.nwu.edu. cn/), noe som resulterer i 10 3 forbindelser (tilleggstabell S1, se materialer og metoder). Deretter analyserer vi deres medikamentlikhet ved å bruke DL-prediksjonsmodellen konstruert i vårt tidligere arbeid (se materialer og metoder). På denne måten oppnår vi 63 potensielle bioaktive forbindelser (tilleggstabell S2) med DL-indeks større enn eller lik 0,18. Deretter, ved å bruke SysDT- og WES-algoritmene, identifiserer vi 117 mål for disse potensielle bioaktive forbindelsene. Til slutt hentes 43 potensielle mål (tilleggstabell S3) nært relatert til nevroinflammasjon etter sletting av støy og feil, ved å kartlegge de 117 målene til forbindelsene til CTD-databasen.

GOBP berikelsesanalyse for mål

For å sjekke om proteinene som er målrettet av de potensielle bioaktive forbindelsene er nært relatert til nevroinflammasjon, utfører vi GOBP-anrikningsanalyse ved å kartlegge mål til DAVID. Fig. 1 viser et GO-tre som representerer resultatene av signifikant berikede GOBP-termer (P-verdi mindre enn eller lik 0.05), der målene er kategorisert i 20 forskjellige grupper, for eksempel positiv regulering av vaskulær glatt muskel celleproliferasjon og positiv regulering av leukocyttmigrasjon. Blant disse gruppene er kjemisk synaptisk overføring, inflammatorisk respons, cellecellesignalering og så videre nært forbundet med nevroinflammasjon. For eksempel er de synaptiske endringene som skjer under nevroinflammatoriske sykdommer i stor grad mediert av inflammatoriske cytokiner frigjort fra infiltrerende T-celler og fra aktiverte mikroglia, og er ansvarlige, i det minste delvis, for irreversibel dendritisk patologi. Samlet antyder disse observasjonene at de forutsagte målene sannsynligvis kan bidra til behandling av nevroinflammasjon.

Sammensatt målnettverkskonstruksjon og analyse

Generelt er gjennomførbare og effektive kombinasjonsterapier kombinasjoner av bioaktive forbindelser med ideelle farmakokinetiske egenskaper, som kan balansere sykdomsnettverket ved å regulere spesifikke mål. Derfor konstruerer vi videre et statisk sammensatt-målnettverk for å sjekke deres topologiske relasjoner. Som vist i fig. 2, viser nettverket med todelt sammensatt mål (CT) 482 interaksjoner mellom 63 forbindelser og 43 mål på en visuelt tiltalende måte. Vi analyserer nodenes grad i sammensatt-målnettverket som resulterer i en gjennomsnittlig grad per forbindelse på henholdsvis 11.209 og 7.651 per mål. Vi observerer at blant de 63 forbindelsene justerer 38 av dem mer enn 7 mål (større enn gjennomsnittlig grad), noe som viser de potensielle synergistiske effektene blant dem.

For eksempel samhandler syringin (mol30) med det største antallet mål, noe som kan spille en knutepunkt i nettverket. Interessant nok viser en studie at den fenoliske komponenten syringin isolert fra Euonymus alatus (Tunb.) Sieb. (Celastraceae) har en anti-nevroinflammatorisk effekt ved å hemme NO-produksjon27. 2'-acetylakteosid (mol42) har kontroll over 10 forskjellige mål (grad=10). Blant disse målene er HSPB1 (også kjent som HSP27), som et eksempel, en molekylær chaperone som viser nevrobeskyttende egenskaper i mange sykdoms- og skademodeller. For verbascoside (mol33) involverer de nevrobeskyttende egenskapene til denne bioaktive forbindelsen modulering av transkripsjonsfaktorer og

følgelig endret genuttrykk, noe som resulterer i nedregulering av betennelse. Det er verdt å merke seg at selv om topologiegenskapen til nettverket ikke forutsetterechinacoside(mol41, grad=7), er det en potensiell ny oralt aktiv forbindelse for å regulere nevroinflammasjon og relaterte signaler ved Parkinsons sykdom og kan gi nye muligheter for klinisk behandling. Til sammen indikerer disse resultatene at de screenede potensielle aktive forbindelsene alle er relatert til nevroinflammasjon og kan betraktes som datasettet for å forutsi medikamentkombinasjoner.

Compound-Target-Pathway nettverkskonstruksjon og analyse

Ved å bruke PEA-algoritmen får vi 10 forskjellige medikamentkombinasjoner (tabell 1.), som involverer 12 forbindelser. Disse medikamentkombinasjonene er alle med høy synergisannsynlighet, noe som representerer muligheten for å indusere synergi mellom to forbindelser.

Derfor, opp til en viss grad, anses disse forbindelsene å være de farmakologiske grunnleggende stoffene tilCistanche tubulosa. Basert på målinformasjonen til disse forbindelsene og veiene avledet fra DAVID, konstruerer vi nettverket sammensatt-målvei (CTP) for å foreløpig belyse de molekylære mekanismene til disse forbindelsene. Det resulterende sammensatte-mål-banenettverket består av 47 noder og 99 kanter. Som illustrert i fig. 3, kan disse forbindelsene virke på ikke bare proteinene i oppstrøms, men også nedstrømsveiene assosiert med nevroinflammasjon, spesielt de direkte indikatorene for inflammasjonsmarkører.

Spesielt er det store flertallet av forbindelsene rettet mot oppstrømsproteinene som HSPB1, HTR2A, NTSR1 og andre, noe som indikerer makroreguleringen av disse forbindelsene for behandling av nevroinflammasjon. For eksempel målretter forbindelsen echinacoside (mol41) VEGF-banen gjennom protein HSPB1 (tilleggsfigur 1). Heldigvis viser studier at HSPB1 har betydelige cytobeskyttende egenskaper i flere modeller av nevrologisk sykdom in vivo eller in vitro, og det kan spille en rolle i anti-inflammatorisk effekt ved å regulere den nukleære faktor-kB (NF-kB) signalveien. I tillegg viser en studie også at R-Ras kan regulere angiogene aktiviteter til endotelceller delvis via hemming av den p38 mitogenaktiverte proteinkinase (p38 MAPK) -HSPB1-aksen til VEGF-signalveien.

Vi kan få den forbindelsen tubulosid A (mol56) til å målrette kalsiumsignalveien gjennom protein NTSR1 i nettverket. Det er alt kjent at kalsiumioner (Ca2+) er en universell andre budbringer i immunsystemets celler. Reduksjonen i synaptisk aktivitet eller økt ekstrasynaptisk N-metyl-D-asparaginsyre (NMDA) reseptorsignalering kan føre til kjernefysisk kalsiumdyshomeostase, og dermed øke forekomsten av nevrodegenerasjon og kognitiv dysfunksjon. Videre er målproteinet NTSR1 medlem av den store superfamilien av G-proteinkoblede reseptorer, og signalering genereres gjennom binding av G-proteiner som kan aktivere et fosfatidylinositol-kalsium andre budbringersystem og nedstrøms MAP-kinaser.

Et annet eksempel er at forbindelse 2'-acetylakteosid (mol42) retter seg mot GnRH-signalveien gjennom protein PRKCD. PRKCD, en av PKC-isoformene, er en viktig mediator for aktivering av ekstracellulært regulerte proteinkinaser 1/2 MAPK (ERK1/2 MAPK), c-Jun N-terminale proteinkinaser MAPK (JNK MAPK) og p38 MAPK ved gonadotropinfrigjøring hormon (GnRH)40. Og som nøkkelprosesser i det GnRH-stimulerte signalnettverket, kan nedstrøms MAPK-kaskadene og arachidonsyre(AA)-metabolitter produsere et inflammatorisk protein, COX-2. Når det gjelder kankanosid O (mol18) og syringin (mol30), samhandler de direkte med nedstrømsproteinene PTGS2, NOS2 og andre inflammatoriske indikatorer, som er en intuitiv reflektering av forbindelsenes effektivitet. En studie viser at syringin kan undertrykke produksjonen av tumornekrosefaktor- (TNF-) i Lipopolysaccharides (LPS)-stimulerte RAW264.7-celler42. De andre studiene viser at syringin også kan senke NO-konsentrasjon og NOS-aktivitet43 eller produksjonen av prostaglandin E244. Isoacteosid (mol43) målrettet MMP9, er en viktig aktør i sentralnervesystemet, og vil være et antatt medierende enzym for nevropsykiatriske lidelser som schizofreni og bipolar sykdom. Nedbrytningen av NF-KB og fosforylering av p38, ERK1/2, JNK MAPK eller Akt (Protein Kinase B) av oppstrøms signalveier kan modulere MMP9-genekspresjonen og hemmingen av MMP9 som kan redusere uttrykket av induserbar nitrogenoksidsyntase (iNOS) i aktiverte celler.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA FOR REDUSERINGNEUROINFLAMMASJONPHGS75 % ECH 30 % ACT 12 %

Baneanalyse

En integrert "nevroinflammasjonsvei" er konstruert ved å integrere nøkkelveiene oppnådd gjennom sammensatt-målvei-nettverksanalyse, inkludert Alzheimers sykdomsvei, kalsiumsignalvei, GnRH-signalvei, VEGF-signalvei og den serotonerge synapsen. Av de 43 målene kan 19 kartlegges på "nevroinflammasjonsveien". Som vist i fig. 4, representerer Cistanche tubulosa målene til de aktive forbindelsene som distribueres i "nevroinflammasjonsveien". "Neuroinflammasjonsveien" er klassifisert i 13 forskjellige terapeutiske moduler, som celledød, apoptose, betennelse og nevrobeskyttelse. I denne studien tar vi celledød, betennelse og nevrobeskyttelsesmoduler som eksempler for å klargjøre mekanismen tilCistanche tubulosa for nevroinflammasjon.

Celledødsmodul

Mål lokalisert i Alzheimers sykdomsvei er hovedsakelig involvert i celledødsprosessen, noe som tyder på at celledød er nært knyttet til nevroinflammasjon. Studier viser at nevroinflammasjon mediert av mikroglia bidrar til nevronal celledød, som ikke er begrenset til en spesifikk sykdom, men involvert i ulike sykdommer som iskemi, Parkinsons sykdom og Alzheimers sykdom. Som vist i fig. 4,

målene APP, GRIN2B og MAPT er regulert av de aktive forbindelsene fra Cistanche tubulosa, noe som indikerer at de kan hemme celledød og dermed tilby en behandling for nevroinflammasjon. Interessant nok svekker det intracellulære APP-domenet voksen nevrogenese hos transgene mus ved å indusere nevroinflammasjon. MAPTs manglende evne til å regulere nevronal mikrotubuli-dynamikk på riktig måte og dermed mediere nevronal celledød. Alle disse indikerer at Cistanche tubulosa kan behandle nevroinflammasjon ved å hemme celledød.

Inflammasjonsmodul

Begrepet nevroinflammasjon er de inflammatoriske reaksjonene i CNS som respons på nevronal aktivitet1. I denne studien oppdager vi at GnRH-signalveien og VEGF-signalveien er involvert i den inflammatoriske modulen (fig. 4). For eksempel tilhører MMP2 i GnRH-signalveien MMP-familien, som kommer til uttrykk i fysiologiske situasjoner og patologiske tilstander som involverer betennelse. Og MMP-er regulerer flere funksjoner relatert til betennelse, inkludert biotilgjengelighet og aktivitet av inflammatoriske cytokiner og kjemokiner. I tillegg kan VEGF-signalveien føre til generering av NOS2, dessuten deltar den i den akutte inflammatoriske responsen på LPS ved flere mekanismer: involvering i proinflammatorisk cytokinsignalering og endring av ekspresjonen av ulike gener som påvirker inflammatorisk-immune responser på LPS. Samlet indikerer alle disse at Cistanche tubulosa kan kurere nevroinflammasjon ved å regulere det inflammatoriske systemet.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA FOR ANTI-ALZHEIMERS SYKDOM PHGS75% ECH 30% ACT 12%