Undersøgelse af virkningsmekanismen for syv sammensatte recepter baseret på netværksfarmakologi til behandling af ulcerativ colitis
Colitis ulcerosa (UC) er bredt anerkendt som en sygdom, der er svær at behandle i det medicinske samfund. På grund af dens tilbagevendende og vedvarende karakter påvirker den i høj grad patienternes arbejde og livskvalitet. I øjeblikket er der ingen specifik medicin til rådighed. Vestlig medicin opdeler UC i en aktiv fase og en remissionsfase, hvor den aktive fase klassificeres som mild, moderat og svær UC. Lægemidlerne til behandling af de forskellige stadier og grader er nogenlunde de samme og omfatter ofte hovedsageligt aminosalicylsyre, glukokortikoider og immunosuppressive midler. Traditionel kinesisk medicin har en lang historie med forebyggelse og behandling af UC, som kan spores tilbage til den gule kejsers indre kanon. UC klassificeres som "tarmdepression", "diarré", "kronisk dysenteri" og "dysenteri". Det antages, at miltmangel er den grundlæggende årsag til denne sygdom, og langvarig sygdom påvirker nyrerne, hvilket fører til milt- og nyremangel. Derfor bør det vigtigste grundlæggende princip være at varme midten og styrke milten, varme nyrerne og hjælpe yang. Traditionel kinesisk medicin har unikke fordele i behandlingen af denne sygdom baseret på syndromdifferentiering. I 2017 udgav Spleen and Stomach Disease Branch of the Chinese Association of Traditional Chinese Medicine "Expert Consensus Opinion on Traditional Chinese Medicine Diagnosis and Treatment of Ulcerative Colonies (2017)" (i det følgende benævnt "Expert Consensus Opinion (2017)"), som opdelte UC-syndromdifferentiering i 7 typer: tyktarmens fugtige varmesyndrom, intens varmetoksin-syndrom, miltmangel fugtig akkumuleringssyndrom, blandet kulde- og varmesyndrom, leverdepression og miltmangelsyndrom, milt nyre yang-mangelsyndrom og yin-blodmangelsyndrom. For de 7 forskellige traditionelle kinesiske medicin-syndromtyper af UC er der tilsvarende klassiske kinesiske medicinformler, som er mere præcise i forebyggelse og behandling af UC. Men på grund af den komplekse sammensætning, de mange ingredienser og den komplekse informationsintegration af klassiske kinesiske medicinformler, findes der i øjeblikket ligheder og forskelle mellem de 7 klassiske kinesiske medicinformler til behandling af UC. De seksuelle komponenter er ikke blevet systematisk og omfattende undersøgt, og specifikke evalueringsindikatorer såsom målveje, der svarer til syndromdifferentiering, er ikke blevet udforsket dybt.
Netværksfarmakologi er en ny, tværfaglig og banebrydende disciplin i en tid med kunstig intelligens og big data til systematisk undersøgelse af lægemidler. Den lægger vægt på at fortolke sygdomsmekanismer og lægemidlers virkningsmekanismer ud fra biologiske netværk som helhed. Dens forskningsfilosofi falder sammen med den holistiske tankegang i traditionel kinesisk medicin og giver en ny metode til systematisk undersøgelse af traditionelle kinesiske medicinformler. Denne undersøgelse fokuserer på syv klassiske kinesiske medicinformler, der bruges til behandling af UC. Ved hjælp af netværksfarmakologiske metoder analyseres de klassiske formlers fælles og forskellige virkningsmekanismer i behandlingen af UC med fokus på at udforske de fælles og unikke vigtige komponenter, mål og veje i disse formler. Baseret på den grundlæggende patogenese af denne sygdom vælges en repræsentativ klassisk formel for den grundlæggende behandlingsmetode med "opvarmning af midten og styrkelse af milten, opvarmning af nyrerne og hjælp til yang" - Fuzi Lizhong Pill (FLZP) til at udføre eksperimentel verifikation af nøglemål for milt-nyre-yang-mangel type UC for at give reference til den potentielle lægemiddelopdagelse og kliniske præcisionsbehandling af forskellige TCM-syndromer af UC og for at give nye ideer til de potentielle specifikke evalueringsindikatorer for UC-syndromdifferentiering.

 

1. Vigtige mål for syv klassiske sammensatte formler

(1) Fælles vigtige mål

I PPI-netværket blev der udvalgt 42 vigtige mål baseret på gradrangering, som hovedsageligt blev opdelt i 5 kategorier: proteintyrosinfosfataser (PTPN1, PTPN2, PTPN6, PTPN11 osv.), phosphatidylinositol 3-kinaser (PIK3R1, PIK3CB, PIK3CA osv.), mitogenaktiverede proteinkinaser (MAPK1, MAPK3, MAPK8, MAPK14 osv.), cyclinafhængige kinaser (CDK1, CDK2, CDK4 osv.) og andre vigtige mål (VEGFA, HSP90AA1, LCK osv.). Disse vigtige mål kan fungere som reference for målrettet behandling af UC.

Proteintyrosinfosfatasefamilien (PTP'er) spiller en afgørende rolle i reguleringen af grundlæggende cellulære signalveje, herunder celleproliferation, -differentiering og -overlevelse. PTPN2 har vist sig at være det vigtigste mål for UC på tyktarmscelleniveau. Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) er et vigtigt molekyle i den vækstfaktorregulerede signalvej, der spiller en afgørende rolle i intracellulær signalering som reaktion på ekstracellulære stimuli. Sun et al. påviste en stigning i PIK3CA-proteinudtryk i tyktarmsvæv fra UC-rotter ved hjælp af polymerasekædereaktion med omvendt transkription og proteinimmunoblotting.
Mitogenaktiveret proteinkinase (MAPK) er forbundet med forskellige livsaktiviteter, der deltager i cellulære reaktioner på forskellige stimuli, regulerer celleproliferation og -differentiering og påvirker celleoverlevelse og apoptose. Zhu et al. fandt, at ekstracellulær signalreguleret proteinkinase 1 (ERK1) og ERK2, medlemmer af MAPK-familien, blev opreguleret i tarmslimhinden hos rotter i UC-modellen.
Cyclin-afhængige kinaser (CDK'er) spiller en vigtig rolle i cellecyklusens reguleringsnetværk. Derudover er nogle mål med ekstremt høje værdier, såsom heat shock protein (HSP) 90AA1 og non-receptor tyrosin kinase familie kinaser (LCK), ikke blevet klart bekræftet i den nuværende forskning og fortjener vores opmærksomhed.
(2) Hvert stof har unikke vigtige mål
14 unikke vigtige mål blev opnået gennem STRING-platformen og Cytoscape-softwaren, såsom Signal Transduction Transcription Activation Factor 1 (STAT1, unik for Large Intestine Damp Heat Formula), som er et vigtigt signalprotein, der kan fremme ekspressionen af celleadhæsionsfaktorer, føre til lymfocytaggregering, forværre inflammatoriske reaktioner og øge ekspressionen i tyktarmsvæv hos UC-rotter betydeligt; Den unormale aktivering af Toll-lignende receptor 4 (TLR4, unik for den blandede kulde- og varmeformel) er tæt knyttet til forekomsten og udviklingen af UC, hvilket fører til frigivelse af en række inflammatoriske faktorer og produktion eller forværring af vævsinflammatorisk skade; Det unikke tumorundertrykkende protein P53 (TP53) og vækstfaktorreceptorbindende protein 2 (GRB2) i milt-nyre-yang-mangelformlen er tæt relaterede mål til tumorer. TP53-genet er i øjeblikket det mest tumorassocierede tumorundertrykkende gen, der er opdaget; GRB2 er et bredt udtrykt adaptorprotein i celler og er stærkt udtrykt i forskellige tumorvæv. Nogle UC-patienter kan udvikle tyktarmskræft, og traditionel kinesisk medicin kategoriserer kræft som "ophobning" og "patologiske forandringer", idet man mener, at den underliggende mangel faktisk er dens patogenese. Den vigtigste underliggende mangel er milt- og nyremangel, som det fremgår af "Jingyue Quanshu": "Mennesker med milt- og nyremangel og svag ubalance har ofte ophobningssygdomme." Dette svarer til den traditionelle kinesiske medicins patogenese af milt- og nyre yang-mangel type UC. Derfor er målene TP53 og GRB2, som er tæt knyttet til tumorer, unikke og vigtige mål for behandling af UC med milt- og nyre-yang-mangelformler. Dette resultat afspejler til en vis grad det overordnede koncept og de dialektiske behandlingsegenskaber ved traditionel kinesisk medicin. De unikke proteinmål, der er nævnt ovenfor, er værd at være opmærksom på i forskningen i præcisionsbehandling af forskellige TCM-syndromer af UC og kan også tjene som specifikke evalueringsindikatorer for TCM-syndromklassificering af UC.
2. Vigtige komponenter i syv klassiske sammensatte formler
(1) Fælles vigtige komponenter

I den gensidige kortlægning af syv klassiske sammensatte ingredienser blev fire vigtige komponenter, herunder kaempferol, β-sitosterol, betulinsyre og stigmasterol, screenet, og alle viste gode resultater i docking med vigtige mål. Kaempferol kan lindre eksperimentel UC hos mus ved at genoprette tarmmikrobiota og regulere TLR4-relaterede signalveje; β-sitosterol kan reducere niveauerne af TNF - α, IL-6 og IL-1 β i DSS-inducerede colitis-mus betydeligt og har terapeutiske virkninger på eksperimentel UC; Betulinsyre kan hæmme colitis-induceret skade i inflammatoriske tarmsygdomsmodelrotter induceret af 2,4,6-trinitrobenzensulfonsyre (TNBS); Dougesterol kan signifikant hæmme kolonforkortelse, reducere sværhedsgraden af colitis, reducere inflammatoriske faktorer som IL-1 β og IL-6 signifikant og derved forbedre DSS-induceret colitis hos mus. Disse ingredienser kan tjene som vigtige referencer til forskning i lægemidler til behandling af UC.
(2) Hver forbindelse indeholder unikke vigtige ingredienser
Sammenlign og analyser de vigtige komponenter i forskellige klassiske sammensatte formler for at få deres unikke vigtige komponenter. Formlen for fugtig varme i tyktarmen indeholder ingredienser som baicalein og baicalein, som begge har antiinflammatoriske, antioxidante, antiallergiske og antitumoreffekter. Baicalin kan effektivt lindre inflammatorisk respons og inflammatorisk patologisk skade på colonslimhinden hos UC-rotter, og dens virkningsmekanisme kan være relateret til den effektive opregulering af ekspression af heat shock protein 70 (HSP70) i colonslimhindevæv; Formlen for miltmangel og fugtakkumulering inkluderer kolesterol, som er bredt fordelt i det menneskelige blod og er et vigtigt råmateriale til hormonproduktion i kroppen. Dets derivater har også antibakterielle, antivirale, antiinflammatoriske og andre virkninger; I den blandede kulde- og varmeformel er der alkaloider såsom yam-alkaloider, som hører til Sichuan-peber. Alkaloiderne i Sichuan-peber har antiinflammatoriske og smertestillende virkninger samt evnen til at hæmme blodpladeaggregering; Formlen for milt nyre yang-mangel indeholder ingredienser som wuzhuzi-alkaloider, som kan lindre patologisk skade på tyktarmslimhinden og hæmme glat muskelbevægelse i tarmen og derved udøve en terapeutisk effekt på eksperimentel ulcerøs colitis; I Yin-blodmangel er der komponenter som yangmei-keton, som er en polyhydroxyflavonolforbindelse med farmakologiske virkninger som antiinflammatorisk, antioxidant og antitumor. Baseret på resultaterne af netværksfarmakologi kan disse komponenter tjene som vigtige referencer til potentiel lægemiddelforskning i præcisionsbehandling af forskellige typer UC.
3. De vigtige veje i syv klassiske sammensatte formler
(1) Fælles vigtige veje
KEGG-vejanalyse viser, at de fælles vigtige mål hovedsageligt involverer inflammationsrelaterede veje og sygdomsrelaterede veje. De inflammationsrelaterede veje inkluderer hovedsageligt PI3K Akt, renin-angiotensinsystem (RAS), VEGF og andre signalveje; PI3K Akt-signalet styrer forekomsten og udviklingen af kræft ved at deltage i processer som cellevækst og udvikling og kan formidle forekomsten og udviklingen af UC. Aktiveret Akt kan aktivere NF - κ B, øge transkriptionsniveauet af proinflammatoriske faktorer og udvide den inflammatoriske respons; RAS er hovedsageligt ansvarlig for regulering af kropsvæsker og er et kaskade-reaktionssystem, der involverer flere hormoner. Forskning har fundet, at forekomsten og udviklingen af UC-mus kan reguleres ved at påvirke udtrykket af lokal RAS i tyktarmen; Den signifikante stigning i VEGF-ekspression i inflammatoriske væv i UC kan påvirke tarmslimhindens mikrocirkulation, forværre tarmslimhindens hypoxi-skade, hvilket indikerer aktivering af VEGF-signalvejen induceret af UC. Dette tyder på, at den fælles mekanisme for forskellige klassiske sammensatte formler kan være at forebygge og behandle UC ved at regulere inflammationsrelaterede veje som PI3K Akt, RAS, VEGF osv. Sygdomsrelaterede veje omfatter hovedsageligt hepatocellulært karcinom, bugspytkirtelkræft, hepatitis B, prostatakræft og andre veje, der hovedsageligt involverer kræftrelaterede veje, som kan være relateret til kræfttendensen ved UC.
(2) Hver forbindelse har sin egen vigtige vej
Ved at sammenligne og analysere de vigtige veje i forskellige klassiske formler blev der opnået potentielle unikke vigtige veje i hver formel: formlen for fugtig varme i tyktarmen har veje som Janus kinase/signaltransducer og aktivator for transkription (JAK-STAT) osv. Forskning har vist, at tarmens fugtige varmeformel kan forbedre graden af patologiske ændringer i tyktarmslimhindevævet hos fugtige varme UC-rotter, effektivt reducere inflammatoriske reaktioner og hæmme JAK2 / STAT3-signalvejen, hvilket producerer negativ feedbackregulering og reducerer dens aktivering; Hot Poison Chisheng-formlen har veje som skjoldbruskkirtelhormoner og kolinmetabolisme i kræft. Plasmafri skjoldbruskkirtelhormoner kan indirekte påvirke den inflammatoriske respons i mave-tarmkanalen, mens kolinmetabolitter kan påvirke fedtsyresyntesevejen for at fremme den inflammatoriske respons og fremskynde udviklingen af kræft. Hot Poison Chisheng Formula har anti-inflammatoriske og sårhelende virkninger. Disse kan være unikke veje til den terapeutiske effekt af Hot Poison Chisheng Formula; Formlen for miltmangel og fugtophobning har veje som AD, og tarmmikrobiotaen spiller en vigtig rolle i udbruddet af AD. Det kan regulere hjernens fysiologiske, adfærdsmæssige og kognitive funktioner gennem de neurale, endokrine, immune og metaboliske veje i hjerne-tarm-aksen. Formlen for miltmangel og fugtophobning kan regulere dysbiosen i tarmmikrobiotastrukturen hos patienter med miltmangel og fugtstagnation af typen UC og derved fremme genopretningen af beskadiget tarmvæv. Dette antyder, at miltmangel og fugtakkumuleringstype UC kan være tæt forbundet med AD; Den blandede formel af kulde og varme inkluderer veje som HIF-1. Det inflammatoriske sted aktiveres af HIF-1-vejen i et hypoxisk miljø, og ekspressionsniveauet for HIF-1-målgener opreguleres, hvilket fører til vaskulær remodellering, ændringer i permeabilitet og øget frigivelse af inflammatoriske faktorer. Kroppen overgår derefter til en kronisk inflammatorisk tilstand; formlen for leverdepression og miltmangel har signalveje som f.eks. østrogen. Østrogen kan aktivere østrogenreceptor β 1 (ER β 1) -receptoren ved at binde til østrogen, hæmme P38/MAPK-vejen og reducere udtrykket af IL-6 og nitrogenoxid (NO) -niveauer hos UC-patienter og derved hæmme udviklingen af UC-sygdom; Formlen for milt nyre yang-mangel har veje som T-cellereceptorer. Den klonale ekspansion af T-celler, der udtrykker TCR - β hos UC-patienter, er forbundet med sygdommens sværhedsgrad og deltager i formidling af tarmbetændelse. Disse unikke veje fortjener opmærksomhed i den præcise behandlingsforskning af forskellige TCM-syndromer i UC.
Traditionel kinesisk medicin mener, at UC-sygdom ofte er forårsaget af fugt og stagnation af milten, unormale sundhedsbevægelser, patogen stagnation af tarmene, forhindring af qi og blodcirkulation, hvilket resulterer i stagnation af organerne og qi, blodtab og kødforfald og diarré, rød, hvid, pus og blod. Over tid påvirker det ofte nyre-yang, hvilket fører til milt- og nyremangel og videreudvikler sig til UC af milt- og nyre-yang-mangeltype. Milt- og nyremangel er blevet den almindelige forståelse af patogenesen af UC i traditionel kinesisk medicin, og de er også de vigtigste faktorer, der gør UC vanskeligt at helbrede. Derfor valgte denne artikel i dyreforsøgssektionen den repræsentative TCM-syndromtype af UC - milt nyre yang-mangel type UC til udforskning. Det manifesteres som milt nyre yang mangel type UC. Milt- og nyremangel er blevet den almindelige forståelse af patogenesen af UC i traditionel kinesisk medicin, og de er også de vigtigste faktorer, der gør UC vanskeligt at helbrede. Derfor valgte denne artikel i afsnittet om dyreforsøg den repræsentative TCM-syndromtype af UC - milt nyre yang-mangel type UC til udforskning.
Udskillelsen af pro-inflammatoriske cytokiner som TNF - α og IL-6 spiller en vigtig rolle i forekomsten og udviklingen af UC. TNF - α kan aktivere epitelceller, inducere kemokiner, forårsage neutrofil aggregering, forstærke inflammatoriske effekter og beskadige tarmslimhindevæv. Dens serumniveauer er positivt korreleret med sværhedsgraden af UC; IL-6 kan inducere ekspression af cytokiner, forbedre den biologiske aktivitet af TNF - α og forværre det inflammatoriske respons. Dens serumniveau kan afspejle sværhedsgraden af UC. Resultaterne af denne undersøgelse viste, at Fuzi Lizhong Wan signifikant kan hæmme aktiviteten af TNF - α og IL-6 i serum fra rotter med milt nyre yang mangel type UC, hvilket indikerer dens antiinflammatoriske virkning. Derudover blev der i denne undersøgelse foretaget en statistisk analyse af hyppigheden af brugen af 7 klassiske sammensatte lægeurter for at opnå vigtige lægeurter. Det viste sig, at de fem lægeurter, der udgør Fuzi Lizhong Wan i Spleen Kidney Yang Deficiency Formula, alle er vigtige lægeurter. Forfatterens tidligere forskning har vist, at Fuzi Lizhong Wan har karakter af multikomponent-, multimål- og flervejs-behandling af UC.
Sammenfattende kan de fire vigtige komponenter i β - sitosterol, stigmasterol, betulinsyre og kaempferol i de syv klassiske sammensatte formler virke på 42 vigtige mål som PTPN1, MAPK1, CDK1 og VEGFA. Ved at regulere inflammatoriske signalveje som PI3K Akt, RAS og VEGF kan de regulere immuniteten, eliminere inflammation, regulere celleapoptose og bekæmpe kræft. Dette giver en reference til lægemiddelforskning og målrettet terapi for UC; Fuzi Lizhong Pill kan behandle milt nyre yang mangel type UC ved at virke på inflammatoriske mål som TNF - α og IL-6, og dens mekanisme kan være relateret til regulering af inflammatoriske veje som T-cellereceptorer. Efterhånden som tilstanden UC udvikler sig, er der forskelle i mål, veje og komponenter blandt forskellige TCM-syndromtyper af klassiske formler for UC. 14 unikke og vigtige mål, såsom STAT1 (tyktarmen fugtig varme formel), TLR4 (kold varme blandet formel), TP53, GRB2 (milt nyre yang mangel formel) osv; 30 unikke vigtige komponenter såsom baicalein og baicalein samt 14 unikke vigtige veje såsom JAK-STAT, indikerer indirekte, at der er forskelle i traditionel kinesisk medicin syndromtyper af UC, og præcis behandling bør være baseret på syndromdifferentiering. Samtidig er disse unikke vigtige mål, komponenter og veje værd at være opmærksom på i den præcise behandlingsforskning af forskellige TCM-syndromer i UC, og unikke målproteiner kan også tjene som potentielle evalueringsindikatorer for TCM-syndromdifferentiering af UC.