Udforskning af Huangqi San-mekanismen i behandlingen af Alzheimers sygdom baseret på netværksfarmakologi og eksperimentel verifikation
Alzheimers sygdom (AD) er en degenerativ sygdom i centralnervesystemet, der er karakteriseret ved progressiv kognitiv svækkelse og adfærdsmæssig svækkelse. Med den accelererende aldringsproces i befolkningen stiger forekomsten af AD i Kina år for år, hvilket alvorligt truer midaldrende og ældres helbred og skaber en tung byrde for samfundet og familierne. På nuværende tidspunkt er de anti-AD-lægemidler, der er godkendt af den amerikanske FDA, hovedsageligt N-methyl-D-aspartat (NMDA)-receptorblokkere og acetylkolinesterase (AchE)-hæmmere. Selv om de kan forbedre patienternes symptomer moderat, kan de stadig ikke helbrede eller vende udviklingen af AD. Traditionelle kinesiske medicinformler har synergistiske effekter af flere komponenter, mål og veje og har betydelige terapeutiske effekter i forhold til at forbedre den kognitive funktion, evnen til at leve i dagligdagen og livskvaliteten hos AD-patienter. De har også minimale toksiske bivirkninger og er ikke let resistente over for langvarig brug.
Nogle forskere kalder AD type 3 "diabetes" i hjernen og påpeger, at kernen i AD kan være forårsaget af forhindring af hjerneinsulin og insulinlignende vækstfaktor-signaltransduktionsvej. Forskning har bekræftet, at diabetes er en meget vigtig højrisikofaktor for AD, og diabetespatienter har en meget høj risiko for AD, og mange AD-patienter har diabetes på samme tid, hvilket i høj grad øger patienternes smerte og bringer større vanskeligheder med klinisk behandling. Huangqi San stammer fra "Shengji Zonglu" og er en klassisk formel til behandling af tørst. Den består af kudzu-rod, Huangqi-rod og morbærbark. Undersøgelsen viste, at Huangqi-pulver kan reducere fastende blodsukker, glukosetolerance og adrenalininduceret hyperglykæmi hos diabetesmus. Eksperimentelle resultater har vist, at Huangqi San kan forbedre indlæring og hukommelse, rumlig kognitiv dysfunktion og AD-lignende patologi hos 5 × FAD-mus. Traditionelle kinesiske medicinformler er kendetegnet ved synergistiske effekter af flere komponenter, mål og veje, som er vanskelige at forklare systematisk og omfattende fra helheden til det cellulære og molekylære niveau. Netværksfarmakologi er en ny disciplin, der kombinerer computerteknologi, systembiologi og bioinformatik til systematisk at analysere sammenhængen mellem lægemidler, mål, veje og sygdomme. Den kan belyse det farmakologiske stofgrundlag og virkningsmekanismen i traditionelle kinesiske medicinformler ud fra et molekylært og holistisk perspektiv, hvilket giver teknisk støtte til screening af effektive ingredienser i traditionelle kinesiske medicinformler og undersøgelse af deres virkningsmekanismer. Det er i høj grad foreneligt med de overordnede principper for behandling med traditionel kinesisk medicin og de synergistiske virkninger af flere komponenter, mål og veje i traditionelle kinesiske medicinformler.
Huangqi San har mange aktive ingredienser og rige mål, men de effektive ingredienser og virkningsmekanismen for Huangqi San til behandling af AD er stadig uklare. Derfor anvender denne undersøgelse metoden til netværksfarmakologi til at forudsige og analysere de effektive ingredienser, mål og signalveje i Huangqi San og verificerer dem gennem celleeksperimenter i et forsøg på at udforske mekanismen for Huangqi San i behandlingen af AD på molekylært niveau for at give reference til yderligere grundlæggende eksperimentel forskning og klinisk rationel anvendelse af Huangqi San.

 

 

AD er blevet kaldt "type 3-diabetes" i akademiske kredse på grund af dens lignende patogenese med type 1- og 2-diabetes, som hovedsageligt afspejles i hjernens insulinmangel og insulinresistens. Diabetes hører til den traditionelle kinesiske medicin, som hovedsageligt er kendetegnet ved mangel på både qi og yin og overskud af tørhed og varme. Derfor er nærende qi, nærende yin og rensning af varme de grundlæggende principper for behandling af diabetes. Huangqi San er en klassisk formel til behandling af tørst. I formlen producerer kudzu-rod spyt for at slukke tørsten og styrke milten for at rense yang. Kropsvæsken tilføres for at overrisle de fem organer, give næring til yin og fjerne varme; Huangqi (Astragalus membranaceus) giver næring til qi og styrker milten, tager dens qi for at genoprette væsker og anvender den på skyer og regn; Mulberry white skin er sød, kold og kan lindre ild, give næring til yin og fugte tørhed. Dens søde og kolde natur svarer til Huangqis lidt varme natur; Kombinationen af tre lægemidler har den virkning, at de styrker qi og milt, nærer yin og fjerner varme, genererer væsker og slukker tørst og behandler symptomerne på en afbalanceret måde.

Det aktive ingrediensmålnetværk viser, at Huangqi San har karakter af multikomponent- og multimålbehandling for AD. Resultaterne viser, at quercetin, puerarin, astragalosid IV og resveratrol er de vigtigste aktive ingredienser. Forskning har vist, at quercetin kan øge Bcl-2/Bax-ekspressionsforholdet og mindske ekspressionen af Caspase-3-protein gennem den klassiske østrogenreceptorvej og MAPK-vej og derved reducere forekomsten af apoptose. Forskning har vist, at puerarin effektivt kan bremse stigningen i tau-proteinfosforyleringsniveauer i den olfaktoriske pære hos AD-modelrotter, og dens virkningsmekanisme kan være relateret til dens reduktion af GSK-3 β-aktivitetsniveauer. Forskning har vist, at MEK5/ERK5-signalvejen har en hæmmende effekt på aktiviteten af mikroglia hos AD-rotter og kan modvirke neuronal apoptose hos AD-rotter. Forskning har vist, at resveratrol kan afhjælpe inflammatoriske skader og forbedre den kognitive svækkelse hos AD-mus ved at fremme M2-polarisering af hippocampus-mikroglia.

Kortlægning af de aktive ingredienser til det fælles mål for AD resulterede i 102 fælles mål for lægemiddelsygdomme. De tre vigtigste mål for Huangqi San er PINK1, NLRP3 og BDNF. PINK1 er et vigtigt medlem af PINK1/Parkin-signalvejen, og forskning har vist, at aktivering af PINK1 Parkin-medieret mitokondriel autofagi påvirker AD-patologi og forbedrer kognitiv og hukommelsesmæssig svækkelse i AD-modelmus. Forskning har vist, at NLRP3-inflammasomet kan spille en afgørende rolle i forekomsten og udviklingen af Alzheimers sygdom ved at regulere den inflammatoriske respons. De to vigtigste markører for aktivering af NLRP3-inflammasomet, IL-1 β og IL-18, findes i høje niveauer i hjernen hos AD-patienter. BDNF, som er en vigtig neurotrofisk faktor, spiller en afgørende rolle for synaptisk plasticitet, neurogenese og neuronal overlevelse.

GO-berigelsesanalyse viste, at Huangqi San's genfunktioner i behandlingen af AD hovedsageligt omfatter autofagi, inflammatorisk respons, regulering af synaptisk plasticitet, respons på insulin, neuronal apoptose, oxidativ stressrespons og andre processer. Blandt de signalveje, der blev screenet i denne undersøgelse, har den mitokondrielle autofagi-signalvej den højeste korrelation med de effektive mål for Huangqi San, efterfulgt af insulinresistens. I denne undersøgelse, kombineret med patogenesen af AD, blev reguleringsmekanismerne for mitokondriel autofagi, inflammatorisk respons og synaptisk plasticitet, der blev forudsagt i resultaterne, screenet som mulige mekanismer for Huangqi Sans indgriben i AD gennem in vitro-celleeksperimenter. PINK1/Parkin-signalvejen er en vigtig vej til regulering af mitokondriel autofagi, som aktiverer autofagi gennem ubiquitinering af parkin. PINK1 er den vigtigste detektor for mitokondrieskader. Når mitokondrier er beskadiget, fosforylerer PINK1 parkin på mitokondriernes ydre membran for at rekruttere dem fra cytoplasmaet til de beskadigede mitokondrier og fosforylerer derefter E3 ubiquitin proteinligase parkin i cytoplasmaet for at inducere dets rekruttering fra cytoplasmaet til den beskadigede ydre membran af mitokondrier. Aktiveret parkin forbinder ubiquitin med kælderproteinet for at danne en ubiquitinkæde, som binder sig til p62 og andre molekyler for at rekruttere autofagimarkøren LC3 i cytoplasmaet og danne autofagosomer med en dobbeltlagsmembranstruktur. Autofagosomer smelter i sidste ende sammen med lysosomer for at nedbryde beskadigede mitokondrier fuldstændigt, hvilket afslutter processen med mitokondriel autofagi. Jo højere grad af transformation af LC3-II, jo flere autofagosomer er der, og niveauet af autofagi kan bestemmes af LC3-II/LC3-I. P62 kan binde sig direkte til specifikke områder af LC3-proteinet og i sidste ende nedbrydes selektivt af autofagosomer. Under autofagi nedbrydes p62-proteinet i autofagosomer, hvilket gør dets nedbrydning til en af de markører, der afspejler autofaginiveauet. Forskning har vist, at nedsat mitokondriel autofagi kan føre til ophobning af A β- og tau-proteiner, hvilket forværrer oxidative skader og resulterer i synaptisk dysfunktion og kognitiv svækkelse. Derfor spiller mitokondriel autofagi en afgørende rolle i Alzheimers sygdom. Forskning har vist, at aktivering af PINK1/Parkin-vejen for at fremme mitokondriel autofagi kan forbedre kognitiv dysfunktion, forbedre mitokondriefunktionen og give neurobeskyttende effekter i AD-modelmus. Resultaterne af denne undersøgelse viser, at Huangqi San kan øge antallet af autofagosomer, fremme autofagosomindkapsling af beskadigede mitokondrier, øge LC3 Ⅱ/Ⅰ-forholdet, opregulere ekspressionen af PINK1- og parkinproteiner og nedregulere ekspressionen af p62-protein, hvilket tyder på, at Huangqi San kan fremme mitokondriel autofagi ved at aktivere PINK1/Parkin-stien. Forskning har vist, at ROS er et nøglesignal, der fremmer aktiveringen af NLRP3-organer og udtrykket af downstream-inflammatoriske molekyler som IL1 β, IL-18 og TNF - α. Eksperimenter har vist, at aktivering af PINK1/Parkin-stien for at fremme mitokondriel autofagi kan reducere ROS-niveauer, hæmme NLRP3-inflammasomaktivitet og reducere downstream-niveauer af inflammatoriske faktorer som IL-1 β og IL-18, hvilket spiller en beskyttende rolle i AD. Resultaterne af denne undersøgelse viser, at Huangqi San kan reducere ROS-niveauerne betydeligt, hæmme NLRP3-inflammasomaktiviteten og sænke niveauerne af de inflammatoriske faktorer IL-1 β, IL-18 og TNF - α, hvilket kan være relateret til Huangqi San, der aktiverer PINK1/Parkin-stien for at fremme mitokondrielle autofagi-niveauer. Neuroner er de strukturelle enheder i nervesystemet, hvor neuroner er tæt forbundet gennem synapser. Den udadgående vækst af neurale processer i neuroner er et tegn på neurodegeneration og neurobeskyttelse. Væksten af neurale processer er en vigtig forudsætning for neuronal udvikling, synapsedannelse og regenerering af nerver. Derfor er det særligt vigtigt at fremme væksten af neurale processer og reparere beskadigede nerveceller i behandlingen af sygdomme i centralnervesystemet. BDNF, som er en vigtig neurotrofisk faktor, spiller en afgørende rolle i synaptisk plasticitet, neurogenese og neuronal overlevelse. Forskning har vist, at aktivering af PINK1/Parkin-vejen for at fremme mitokondriel autofagi kan forbedre indlæring, hukommelse, kognitiv svækkelse, synaptisk og dendritisk rygstruktur og funktionsskader hos 3xTg AD-mus. I vores undersøgelse fandt vi, at Huangqi San kan øge overlevelsesraten for PC12-celler induceret af A β 25-35, øge længden af celleprocesser og forbedre BDNF-proteinekspression, hvilket kan være relateret til Huangqi San, der aktiverer PINK1/Parkin-stien for at fremme mitokondriel autofagi.

Sammenfattende analyserede denne undersøgelse mekanismen for Huangqi San til behandling af AD ved hjælp af netværksfarmakologi og eksperimentelle verifikationsmetoder. Konklusionen er, at Huangqi San kan udøve sin terapeutiske virkning på AD ved at aktivere PINK1/Parkin-vejen for at fremme mitokondriel autofagi og eliminere ROS og derved hæmme aktiveringen af NLRP3-inflammasom og forbedre den synaptiske plasticitet. Uddybning af de molekylære og cellulære niveauer, der giver reference til yderligere grundlæggende eksperimentel forskning og rationel klinisk anvendelse af Huangqi-pulver.