UPLC-QE-Orbitrap-MS/MS kombineret med netværksfarmakologi og eksperimentel verifikation for at udforske mekanismen i amerikansk ginseng til behandling af åreforkalkning
Aterosklerose (AS) er den vigtigste årsag til vaskulære sygdomme. Dens læsioner er kendetegnet ved delvis lipidaflejring i arterier, ledsaget af spredning af glatte muskelceller og fibrøs matrix, og udvikler sig gradvist til aterosklerotiske plaques. De kliniske manifestationer af AS omfatter iskæmisk hjertesygdom, iskæmisk slagtilfælde og perifer vaskulær sygdom. Patogenesen af AS er meget kompleks med flere signalveje. Eksperimentelle og kliniske studier har vist, at det kan være relateret til inflammation, oxidativ stress, medfødt og adaptiv immunitet, infektion og andre faktorer. På nuværende tidspunkt er der en tendens til "injury response inflammation theory", som har samme karakter som inflammation, men der er endnu ingen konsensus.

Panax Quinquefolii Radix er en tørret rod af Panax-slægten i Araliaceae-familien, der er rig på ginsenosider. Forskning har vist, at forskellige ginsenosider har farmakologiske aktiviteter som antiinflammatorisk, immunregulering og beskyttelse af det kardiovaskulære system. Den traditionelle tørremetode for amerikansk ginseng er tørring, men det tørrede færdigprodukt har rynket hud, en brændt gul farve, en hård tekstur og er svært at skære eller knuse. Frysetørring (frysetørring) kan dehydrere og tørre materialer ved lave temperaturer og under vakuum. Fri tørring af Panacis Quinquefolii Radix (FDPQ) fremstillet ved frysetørring har en glat hud, lys farve, løs tekstur, god rehydreringsevne, let at indtage, grundig dehydrering og let opbevaring og transport. Desuden var det samlede indhold af ginsenosider Rg1, Re og Rb1 i FDPQ betydeligt højere end i tørret amerikansk ginseng. Samlet set har FDPQ fordele i forhold til tørret amerikansk ginseng med hensyn til udseende og indre sammensætning og har brede markedsudsigter.
Forskergruppens tidligere forskning viste, at FDPQ kan forbedre oxidativ stressskade i aterosklerotiske mus, reducere aterosklerotisk plak og lipidaflejring i aortabuen, men mekanismen er stadig uklar. Netværksfarmakologi kan afsløre lægemidlers regulerende virkninger på kroppen på et systemisk niveau og give nye ideer til at studere sammenhængen mellem komponenter i traditionel kinesisk medicin og sygdomme. Denne artikel har til hensigt at bruge UPLC-QE Orbitrap MS/MS-teknologi kombineret med netværksfarmakologi og molekylære dockingmetoder til at udforske de farmakologiske stoffer, mål og potentiale for FDPQ i behandlingen af AS.

 

På nuværende tidspunkt er antallet af mennesker, der hvert år dør af iskæmiske hjerte-kar-sygdomme og cerebrovaskulære sygdomme, på førstepladsen i verden, og myokardieinfarkt og hjerneinfarkt forårsaget af AS er de mest dødelige vaskulære sygdomme. Forskergruppens tidligere forskning viste, at FDPQ kan have en effekt på intervention eller behandling af aterosklerose. Sammenlignet med traditionel tørret amerikansk ginseng har FDPQ øget indholdet af nogle saponinkomponenter, men det er stadig usikkert, om typerne af saponinkomponenter har ændret sig på grund af forskellige tørringsmetoder og mekanismer; Samtidig er informationskilderne til aktive ingredienser i traditionelle kinesiske medicindatabaser enkelt og endda forældet, hvilket ikke fuldt ud og rettidigt kan afspejle ingredienserne i FDPQ. Derfor identificerede denne artikel først saponinkomponenterne i FDPQ gennem UPLC-QE Orbitrap MS/MS og udforskede derefter dets terapeutiske stoffer og mekanismer til behandling af AS gennem netværksfarmakologi kombineret med molekylær docking, suppleret med celleeksperimenter til foreløbig verifikation.
UPLC-Q Exactive Orbitrap MS/MS-analyse identificerede 28 typer ginsenosider, herunder protopanaxadiol-typer som Rb1, Rc og Rd, protopanaxatriol-typer som Re, Rh1 og Rg4 og antropomorf ginsenosid F11 af Oktyrone-typen. Baseret på databasescreening blev der fundet 117 kandidatmål for FDPQ-behandling af AS, herunder 21 kernemål som STAT3, EGFR, MAPK1, AKT1, PIK3CA, VEGFA osv. Det indikerer, at FDPQ-behandling af AS har karakter af multikomponent og multimål. Analysen af lægemiddelingrediensens sygdomsvejnetværk viser, at der er mange mål forbundet med komponenter som ginsenosid Rk3, ginsenosid Rh4, ginsenosid Rg4, antropomorf ginsenosid F11 og 20 (R/S) - ginsenosid Rh1, som kan være vigtige komponenter til FDPQ-behandling af AS. Eksisterende undersøgelser har vist, at ginsenosid Rk3 har antioxidante, antiapoptotiske og antiinflammatoriske virkninger, der signifikant reducerer udtrykket af inflammatoriske faktorer som NF - κ B, TNF - α, IL-6 og IL-1 β, signifikant sænker serumniveauerne af AST og ALT og reducerer forekomsten af oxidativ stress. Ginsenosid Rg4 kan fjerne ROS betydeligt og hæmme ROS-induceret aktivering af p38 mitogenaktiveret proteinkinase (MAPK), hvilket hjælper med at opretholde endotelcellernes integritet. Personificeret ginsenosid RF11 er en unik komponent i amerikansk ginseng. Undersøgelser har vist, at det kan udøve neurobeskyttende effekter på slagtilfælde ved at reducere autofagi/lysosomdefekter og hæmme calciumoverbelastning. Det kan også forbedre langsigtede neurologiske funktionsskader efter slagtilfælde ved at aktivere BDNF/TrkB-vejen, fremme neurogenese efter slagtilfælde og have et stort potentiale i den kroniske rehabilitering af iskæmisk slagtilfælde. Berigelsesresultaterne af GO og KEGG antyder, at mekanismen for FDPQ til behandling af AS hovedsageligt er relateret til PI3K Akt-signalvej, endokrin resistens, lipid- og ateroskleroserelaterede veje, MAPK-signalvej, VEGF-signalvej osv., Hvilket viser, at FDPQ har egenskaberne ved flere mål og veje til behandling af AS. Resultaterne af molekylær docking indikerer, at den aktive ingrediens har god bindingsaktivitet med potentielle mål, og analyseresultaterne af netværksfarmakologi har en vis grad af pålidelighed.
Mere og mere forskning understøtter, at AS er en kronisk inflammatorisk sygdom, der begynder med endotelskade, og den tilknyttede inflammation medieres af proinflammatoriske cytokiner, inflammatoriske signalveje, bioaktive lipider og adhæsionsmolekyler. Nylige undersøgelser har bekræftet, at PI3K/Akt-signalvejen spiller en vigtig rolle i inflammatoriske reaktioner. PI3K er en type proteinkinase, der specifikt katalyserer phosphatidylinositol-lipidstoffer, mens Akt er en serin/threonin-proteinkinase, også kendt som proteinkinase B. PI3K katalyserer specifikt produktionen af PIP3 af PI, som kan aktivere Akt fuldt ud og udløse en kaskade-reaktion i PI3K/Akt-signalvejen, såsom regulering af frigivelsen af inflammatoriske faktorer som NF κ B, TNF - α, IL-6 og IL-1 β. Ved at regulere disse signalveje kan man opnå virkningerne af at hæmme inflammatoriske reaktioner, forbedre oxidativ stressskade og reducere lipidaflejring og endotelskade. Aktiveringen af NF - κ B spiller en vigtig rolle i den inflammatoriske respons. Proteinkinase MAPK er et vigtigt stof, der transmitterer signaler og udløser cellulære reaktioner. Efter aktivering af MAPK-familiens underfamilie p38MAPK stressfølsom kinase kan NF - κ B aktiveres gennem fosforylering eller pro-inflammatoriske cytokiner (såsom TNF α). NF - κ B aktiverer også p38MAPK i modsat retning gennem de proinflammatoriske cytokiner, den producerer. Den dobbeltrettede effekt mellem de to fremskynder udviklingen af åreforkalkning. Vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF) udskilles af forskellige celler og binder sig til den homologe tyrosinkinase VEGF-receptor (VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3) i endotelceller, hvilket giver forskellige downstream-effekter, fremmer dannelsen af nye blodkar og væksten af vaskulære endotelceller og derved fremmer den funktionelle genopretning af hjerte- eller hjernevæv efter iskæmi/reperfusion. VEGF Akt er en klassisk signalvej, der fremmer endotelcelleproliferation, hæmmer celleapoptose og fremmer angiogenese. Forskning har vist, at VEGF hæmmer celleapoptose gennem den nedstrøms PI3KAkt-signalkaskade via BAD-vejen og fremmer endotelcelleproliferation og angiogenese gennem mTORC2 og FOXO1. I denne undersøgelse blev den screenede mulige mekanisme verificeret ved celleeksperimenter in vitro. Resultaterne viste, at FDPQ kunne øge mitokondriemembranpotentialet i PC12-celler induceret af H2O2, øge aktiviteterne af antioxidantenzymer som SOD og CAT, reducere niveauet af MDA i celler og øge udtrykket af PI3K/Akt, hvilket tyder på, at FDPQ kan være relateret til forbedring af oxidativ skade, hæmning af apoptose og inflammation ved behandling af aterosklerose. Denne undersøgelse giver en foreløbig forklaring på FDPQ's virkningsmekanisme i behandlingen af AS gennem flere komponenter, mål og veje, men der er stadig brug for yderligere eksperimentel verifikation. En anden begrænsning ved denne undersøgelse er dog, at den ikke omfattede store molekylære forbindelser som polysaccharider og proteiner, og der er behov for yderligere forskning.