Undersøgelse af virkningsmekanismen for Er Zhi Wan i bekæmpelsen af Alzheimers sygdom baseret på serummetabolomik og netværksfarmakologi
Er Zhi Wan stammer fra den klassiske recept fra Ming-dynastiet "Yi Bian" bind 1 og har den virkning, at den giver næring til nyreessensen, stopper blødninger og styrker krop og knogler. Er Zhi Wan består af kristtornfrø og tørkelotusgræs. Farmakologiske undersøgelser har vist, at Er Zhi Wan har anti-aging, anti-inflammatoriske og anti-tumor-virkninger. Relaterede undersøgelser har vist, at Er Zhi Wan kan forbedre indlærings- og hukommelsesevnen hos D-galaktose-inducerede aldrende rotter, har anti-aldringsfunktioner, fjerner frie radikaler i hjernen og beskytter neuroner. De aktive ingredienser i Er Zhi Wan, såsom quercetin, geraniol, β-sitosterol, naringenin og icarium, kan forbedre Alzheimers sygdom (AD), og virkningsmekanismen for disse forbindelser er tæt forbundet med PI3K/Akt-signalvejen. På nuværende tidspunkt er forskningen i Er Zhi Wan kun blevet udført på det overordnede terapeutiske niveau, og dens anti-AD-mekanisme er ikke blevet belyst, hvilket i høj grad hindrer dens kliniske anvendelse.
Alzheimers sygdom er en progressiv neurodegenerativ sygdom, som i øjeblikket rammer over 50 millioner mennesker på verdensplan, og som forventes at blive et stort problem for den aldrende befolkning og lægge en stor byrde på patienter, familier og sundhedssystemer. Alzheimers sygdom er den mest almindelige aldersrelaterede demens og tegner sig for ca. 70% af alle demenstilfælde. Selvom den endelige positive diagnose af AD stadig kræver post mortem-analyse af hjernevæv, er der blevet foreslået et stigende antal biomarkører til cerebrospinalvæske, blod og positronemissionstomografi, og det forventes at give tidlig diagnose, følsomhed og specifik diagnose for levende patienter ved at kombinere kliniske standarder og evalueringer. Kendetegnene for AD er ekstracellulære amyloid beta (A β) plaques, neuronale inklusioner bestående af trunkerede og fosforylerede former af mikrotubuli-stabiliserende protein tau (neurofibrillære tangles), underernærede neurale processer, tab af synapser og neuroner og en fremtrædende gliose, der involverer ændringer i mikroglia og astrocytters morfologi og funktion. I de senere år har blodmetabolomik-teknologien spillet en stor rolle i diagnosticeringen og mekanismeforskningen af AD, og den kan endda bruges som et specifikt detektionsværktøj til screening af AD. Det metaboliske grundlag for AD er dårligt forstået, og forholdet mellem abnormiteter i det metaboliske system og patogenesen af AD er stadig uklart. Det er afgørende at forstå, hvordan overordnede metaboliske forstyrrelser er forbundet med sværhedsgraden af AD-neuropatologi og det ultimative udtryk for AD-symptomer i højrisikopopulationer for at udvikle effektive sygdomsforbedrende behandlinger. 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 analyse af molekylære relationer mellem lægemidler og behandlingsmål ud fra systemniveau og biologiske netværk. Det bruges i vid udstrækning til opdagelse af aktive forbindelser i lægemidler og traditionel kinesisk medicin, fortolkning af overordnede virkningsmekanismer og analyse af lægemiddelkombinationer og regler for formelkompatibilitet. Det giver nye ideer til studiet af komplekse systemer i traditionel kinesisk medicin og ny teknologisk støtte til klinisk rationel brug af lægemidler og udvikling af nye lægemidler. Derfor brugte denne undersøgelse high-throughput metabolomics kombineret med netværksfarmakologiteknikker til at undersøge det for at opdage potentielle komponenter og kernemetabolitter relateret til sygdommen og afklare lægemidlets virkningsmekanisme.

Denne undersøgelse opdagede 15 blodbiomarkører, der er tæt forbundet med AD gennem metabolomics-teknikker, og deres metaboliske mekanismer og fysiologiske betydning er relateret til udviklingen af AD i forskellige stadier. Følgende er en forklaring.

Kroppens lærings- og hukommelsesmekanisme er tæt forbundet med metabolitter som 5-HT. Tyrosin er en ikke-essentiel aminosyre, der produceres ved hydroxylering af phenylalanin hos mennesker og dyr. Det er en forløber for monoamin-neurotransmittere som adrenalin, noradrenalin og dopamin. Dopamin regulerer psykologisk aktivitet, følelser, genkendelse, tænkning og ræsonnement gennem mellemhjernen, mellemhjernebarken, substantia nigra striatum og knudetragten, hvilket indirekte påvirker hukommelsen. 3-methoxy-4-hydroxyphenylethylenglykolsulfat og homovanillinsyre er begge metabolitter i dopamins metaboliske vejsystem. I denne undersøgelse var niveauerne af 3-methoxy-4-hydroxyphenylenglykolsulfat og N-acetyl5-hydroxytryptamin i serum hos rotterne i modelgruppen signifikant højere end i gruppen, der blev udsat for skinoperation, mens niveauerne af vanillinsyre og vanillylmandelsyre i modelgruppen var lavere end i gruppen, der blev udsat for skinoperation. Er Zhi Wan kan regulere niveauerne af endogene metabolitter i AD-rotter (P<0,05), hvilket tyder på, at Er Zhi Wan kan forbedre indlærings- og hukommelsesevnen hos AD-rotter ved at regulere niveauerne af monoamin-neurotransmittere og deres metabolitter.

Den vigtigste hæmmende aminosyre-neurotransmitter gamma-aminosmørsyre i nervesystemet menes også at være forbundet med kognitiv funktion. Gammaaminosmørsyre spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af hjernens excitationsbalance og hæmning af nerveledningen. Obduktioner og dyremodelstudier har vist, at der er dysfunktion i gamma-aminosmørsyresystemet i den patologiske proces ved AD. 4-Guanidosmørsyre er en forløber for gamma-aminosmørsyre. Hos patienter med arginase-mangel fører forhøjede niveauer af 4-guanidinsmørsyre til forskellige kliniske syndromer som intellektuel funktionsnedsættelse, neuroudviklingsstop og epilepsi. I denne undersøgelse reducerede Er Zhi Wan indholdet af 4-guanidinsmørsyre i blodet hos AD-rotter og øgede indholdet af gamma-aminosmørsyre i hippocampus, hvilket indikerer, at Er Zhi Wan kan fremme syntesen af gamma-aminosmørsyre, reducere skader forårsaget af hyperammonæmi i nervesystemet og dermed udøve neurobeskyttende virkninger.

Glutaminsyre og asparaginsyre er to af de vigtigste neurotransmittere af excitatoriske aminosyrer, som spiller en vigtig rolle i overførslen af excitatorisk information i nervesystemet. De er relateret til neuroners overlevelse, synapsedannelse og plasticitet. Glutamat og aspartat er exciterende aminosyrer, der frigives fra den præsynaptiske membran og selektivt binder sig til G-proteinmedierede glutamatreceptorer og N-methyl-D-aspartat (NMDA)-receptorer, hvilket fører til åbning af calciumkanaler. Det øger tilstrømningen af Ca2+ til den postsynaptiske membran og medvirker til at skabe og vedligeholde langtidspotentiering (LTP) af synaptisk transmission. LTP betragtes som en indikator for neuronal fysiologisk aktivitet under processen med hukommelsesdannelse og -konsolidering. Indholdet af glycin og asparaginsyre i modelgruppen steg markant (P<0,01), mens indholdet af glycin og asparaginsyre i behandlingsgruppen faldt markant (P<0,01). Resultaterne indikerer, at Er Zhi Wan kan hæmme syntesen af excitatoriske aminosyrer i hjernen og derved udøve en beskyttende effekt på nerveceller.

Taurin er en betinget essentiel aminosyre, der især er fordelt i hjernebarken, hippocampus og lillehjernen. I centralnervesystemet spiller taurin, som den næstmest forekommende endogene aminosyre, en rolle i neural regulering, osmotisk regulering, vedligeholdelse af calciumhomeostase, membranstabilitet, antioxidantfunktion, antiinflammatorisk proces og neurobeskyttelse. Taurin har også vist neurobeskyttende effekter i mange patologiske tilstande, såsom AD og Huntingtons sygdom. Under udviklingen af AD aggregerer A β-monomerer til neurotoksiske opløselige oligomerer A β, hvilket fører til kognitiv svækkelse. Ifølge rapporter er taurinindholdet i hjernen hos AD-patienter reduceret, og taurin kan hæmme ophobningen af A β. Desuden har taurin en betydelig indvirkning på den intellektuelle udvikling hos rotter. Indsprøjtning af taurin i kroppen kan øge indholdet af acetylcholin i hjernen, og langvarig brug af taurin har ingen toksicitet eller andre bivirkninger. I denne undersøgelse faldt taurinkoncentrationen i blodet hos rotterne i modelgruppen efter indgivelse af Er Zhi Wan, mens den steg markant efter behandling med Er Zhi Wan. Dette resultat indikerer, at Er Zhi Wan kan hæmme ophobningen af A β-protein ved at regulere taurinmetabolismen.

Adenosin er ansvarlig for at regulere, integrere og finjustere neuronal aktivitet og påvirke relaterede hjernefunktioner, herunder søvn og vågenhed, kognition og hukommelse samt neuronal skade og degeneration. Uridin, som er en forløber for membranfosfolipidbiosyntese, har vist sig at øge antallet af hjernesynapser og forbedre indlæring og hukommelse på lang sigt ved at reducere tidlig apoptotisk celledød hos nyfødte. Sammenlignet med skinoperation var niveauerne af adenosin og uridin i modelgruppen markant forøget, mens niveauerne af adenosin og uridin i behandlingsgruppen var meget lavere end i modelgruppen. Genoprettelsen af adenosin og uridin til sunde niveauer kan forbedre AD-rotters indlæring og hukommelse ved at påvirke strukturen og funktionen af neuroner i Er Zhi Wan.

Tryptofan er en essentiel aminosyre for menneskekroppen, der er involveret i syntesen af proteiner og nogle vigtige aktive stoffer (serotonin, nikotinamid-adenin-dinukleotid og niacin). Ubalance i aminosyresystemet i hundens urin er forbundet med AD. Kynureninvejen består af to grene, der fører til dannelse af xanthin og kynurenin eller produktion af 3-hydroxyanthranilat og 3-methoxyanthranilat. Urinsyre fra hunde anses som en N-methyl-D-aspartat-receptorantagonist for at have neurobeskyttende virkninger, mens metabolitter fra andre grene, herunder 3-hydroxyanthranilinsyre og 3-methoxyanthranilinsyresalte, menes at have neurotoksicitet. Ophobningen af 3-hydroxyanthranilsyre og 3-methoxyanthranilsyresalte kan føre til apoptose af astrocytter og visse nerveceller og dermed svække arbejdet i det mikrogliale neurale netværk, reducere syntesen af neurotrofiske faktorer og forårsage skade på hele nervesystemet. Er Zhi Wan reducerer indholdet af 3-hydroxyanthranilat i urinen hos AD-rotter, hvilket indikerer, at Er Zhi Wan kan beskytte nerveceller ved at reducere neurotoksiske stoffer.

Desuden har undersøgelser vist, at vævsprotease D kan være en vigtig diagnostisk faktor for AD. Studiet undersøgte ændringer i udvalgte proteinniveauer, der er forbundet med patogenesen af Alzheimers sygdom, i plasmaprøver fra kontrolpersoner og patienter med kognitiv svækkelse. For at kunne klassificere sygdommen nøjagtigt blev 56 deltagere undersøgt for hyperintensitet i den hvide substans ved hjælp af kliniske kognitive tests, amyloid positronemissionstomografi og magnetisk resonansbilleddannelse. Plasmaniveauerne af cathepsin D hos forsøgspersonerne blev undersøgt ved hjælp af immunoblotting og enzymbundet immunosorbent assay (ELISA). At undersøge sammenhængen mellem plasmavævsprotease D-niveauer og AD-relaterede faktorer og kliniske egenskaber gennem statistisk analyse. Gennem kvantitativ immunoblotting og ELISA-analyse fandt vi, at sammenlignet med kontrolgruppen var plasmaniveauerne af cathepsin D (en vigtig lysosomal protease), der var deponeret i amyloide plaques i hjernen, reduceret. Niveauet af cathepsin D i plasma er negativt korreleret med den samlede score på Clinical Dementia Rating Scale. Den omfattende multivariate logistiske regressionsmodel indikerer, at plasmavævsprotease D-niveauer har høj ydeevne til at skelne mellem AD og ikke-AD-patienter. Disse resultater indikerer, at plasmavævsprotease D-niveauer er tæt forbundet med AD og kan udvikles som en diagnostisk biomarkør, der er en fænologisk vælger for AD.

Efter intervention med Er Zhi Wan hos AD-rotter blev niveauerne af uridin, 3-hydroxyanthranilsyre, p-cresolsulfat, p-cresol, N-acetylserotonin, 3-methoxy-4-hydroxyphenylenglycolsulfat, 4-guanidinsmørsyre, adenosin, kreatinin, vanillinsyre, taurin, indolyloxysulfat, hypervanadat, citronsyre og phenylacetylglycin blev genoprettet til det normale. Resultaterne af vejberigelsesanalysen indikerer, at Er Zhi Wan kan opnå synergistisk indgriben i AD ved at regulere processer som tryptofanmetabolisme, taurin- og lavtaurinmetabolisme, citronsyrecyklus (TCA-cyklus), glyoxylat- og dicarboxylsyremetabolisme. Resultaterne af netværksfarmakologi viser, at flere komponenter i formlen arbejder sammen og involverer flere mål relateret til AD, hvilket afspejler den synergistiske effekt af flere komponenter og mål i traditionelle kinesiske medicinrecepter. Den vigtigste opdagelse er skæringspunktet mellem metabolomics og netværksfarmakologi, nemlig cathepsin D, som kan være kernemålet og nøglen til effekten af Er Zhi Wan i behandlingen af AD. Den direkte virkende komponent i den forbindelse er quercetin, som findes i både Ligustrum lucidum og Alternanthera philoxeroides, og som er blevet bekræftet som en af de effektive ingredienser i denne formel. Baseret på ovenstående resultater mener denne undersøgelse, at den har betydelig forskningsmæssig betydning i behandlingen af AD, og yderligere valideringsforskning vil gradvist fokusere på det relaterede arbejde med quercetin på vævsprotease D. Konklusionen på denne undersøgelse giver et teoretisk grundlag for undersøgelsen af anti-AD-mekanismen i Er Zhi Wan, og der er stadig behov for yderligere forskning.