Undersøgelse af mekanismen for flygtige komponenter i tibetansk ephedra på bronkitis baseret på netværksfarmakologi og molekylær docking
Bronkitis er hovedsageligt forårsaget af specifikke reaktioner i bronkieslimhinden og det omgivende væv med en lang debutcyklus. Dens patogenese er hovedsageligt påvirket af eksterne faktorer som sæsonændringer, virusinfektioner, allergiske infektioner samt interne faktorer som respiratorisk forsvarssystem og svækket immunitet.

Ephedra har som traditionel kinesisk medicin en lang anvendelseshistorie. Det virker svedfremkaldende, fordriver kulde, fremmer diurese, reducerer hævelse og renser lungerne og astma. Det er et almindeligt anvendt traditionelt kinesisk lægemiddel mod bronkitis og indeholder flere aktive ingredienser. Forskning har vist, at flavonoider som luteolin, apigenin og quercetin i kombinationen af Ephedra sinica og Cinnamomum cassia har en terapeutisk effekt på bronkitis ved at angribe TNF - α og LTB4. Der er dog i øjeblikket ingen rapport om, hvorvidt flygtige komponenter har en effekt på bronkitis. Ephedra tibetana er en unik ephedra-plante i Xizang, og dens rødder og stængler har en særlig aroma. Den gamle tibetanske lægebog "Jingzhu Bencao" fortæller, at "Caitun (ephedra) stopper blødninger og fjerner miltvarme", mens "Zhonghua Tibetan Bencao" fortæller, at "fjerner blodvarme, hjertevarme, levervarme, miltvarme, ny og gammel varme, fremmer diurese, stopper blødninger og lindrer hoste". Der har været rapporter om de flygtige komponenter i andre ephedraplanter, såsom Ephedar sinica i Gansu, som hovedsageligt består af d - α - terpineol (21,4%), hexadecansyre (14,74%) og 9-hexadecansyre (7,51%); De vigtigste flygtige komponenter i Shaanxi ephedra er 1- α - terpenol (28.57%) og 2,3,5,6-tetramethylpyrazin (7.92%); De vigtigste flygtige komponenter i Ephedra media er 1,4-eucalyptol (12.8%) og 1,8-eucalyptol (9.9%); De vigtigste flygtige komponenter i Ephedra equisetina er hexadecansyre (26.22%) og dibutylphthalat (10.48%). Tibetansk ephedra kan have særlige medicinske stoffer på grund af dens langsigtede tilpasning til miljøer i store højder. Det har vist sig, at den unikke aroma i rødderne og stænglerne af tibetansk ephedra er forskellig fra den i traditionelle kinesiske lægemidler som kinesisk ephedra og kinesisk ephedra. Hvad er de flygtige komponenter i ephedra, hvordan adskiller de sig fra de flygtige komponenter i andre ephedraplanter, og hvordan adskiller de sig fra de flygtige komponenter i ephedras rødder og stængler? Der er i øjeblikket ingen rapporter om dette.
Ved at bruge netværksfarmakologiske metoder til at screene aktive stoffer, forudsige målproteiner og søge efter signalveje kan man hurtigt forudsige interaktionerne mellem aktive ingredienser, målproteiner og sygdomsforekomst og udviklingsrelaterede vejnetværk. Molekylær docking er en metode til lægemiddeldesign, der anvender computerteknologi baseret på receptoregenskaber og interaktionen mellem receptorer og lægemiddelmolekyler. Dens vigtigste forskningsgrundlag er konformationsændringerne af ligander og receptormolekyler under bindingsprocessen. På grund af manglen på oplysninger om den kemiske sammensætning af Ephedra sinica i online TCMSP-databasen blev GC-MS brugt til at udlede de flygtige komponenter i Ephedra sinica. Der blev konstrueret en lille database baseret på TCMSP-onlinedata, og der blev søgt efter potentielle lægemiddelmål ved hjælp af sammensatte CAS-numre. Netværksfarmakologisk analyse og molekylær docking blev udført for at forudsige virkningsmekanismen for flygtige komponenter i Ephedra sinica til behandling af bronkitis.

Denne undersøgelse viste, at de vigtigste flygtige komponenter i stænglerne af tibetansk ephedra er forskellige fra dem, der er rapporteret i kinesisk ephedra og kinesisk ephedra. 2,3,5,6-tetramethylpyrazin er den vigtigste flygtige komponent, der deles af både tibetansk ephedra og kinesisk ephedra. Ud over efedrin og pseudoefedrin er 2,3,5,6-tetramethylpyrazin også den vigtigste aktive ingrediens i efedra og bruges i vid udstrækning i tilsætningsstoffer til fødevarer. De to andre hovedkomponenter i stammen af tibetansk ephedra er Z-9-pentadecenol (9.15%) og dihydroxyacetophenon (7.92%). Z-9-pentadecenol er blevet rapporteret som den vigtigste flygtige komponent i Peucedanum praeruptorum-stammen, og dens flygtige olie har antibakteriel aktivitet mod Escherichia coli, Salmonella typhi og Shigella flexneri. Det er dog ikke blevet rapporteret, om Z-9-pentadecenol har aktivitet. Dihydroxyacetophenon har den effekt, at det reducerer det gennemsnitlige tryk i lungearterien hos patienter med kronisk obstruktiv lungesygdom, men dets effekt på bronkitis er ikke blevet rapporteret. De vigtigste flygtige komponenter i Ephedra sinica-rødder er linolsyre (7,81%), bisabolol (7,1%) og Z-9-pentadecenol (5,98%). Linolsyre er en umættet fedtsyre, der har den virkning, at den reducerer blodlipiderne og blødgør blodkarrene. Rød myrrhol er hovedkomponenten i planter som Waldheimia glabra, Pogostemon specious, Eremantus erythropapus og Matricaria chamomilla i Xizang og har anti-inflammatoriske, anti-cancer, antibakterielle og antioxidante aktiviteter. De flygtige komponenter i rødderne og stænglerne af tibetansk ephedra, herunder palmitinsyre, palmitinsyre og linolsyre, er alle umættede fedtsyrer med vigtig ernæringsmæssig og økonomisk værdi. Alpha terpenol, linalooloxid, alpha limonen, thymol og elephantol er også almindelige komponenter i flygtige planteolier med flere aktiviteter såsom antibakterielle, antiinflammatoriske og antioxidante. Alt i alt tyder det på, at den flygtige olie fra rhizomet af Ephedra sinica har lovende anvendelsesmuligheder inden for fødevare- og lægemiddeludvikling.

Bronkitis er for det meste en sporadisk sygdom med en relativt lav prævalens. Den opstår ofte i kolde årstider eller ved pludselige klimaforandringer og er mere tilbøjelig til at forekomme hos ældre og svage personer. Klinisk validering har vist, at ephedra har betydelige effekter i behandlingen af akut bronkitis og pædiatrisk bronkiolitis. Bronkitis er en sygdom med en inflammatorisk reaktionsmekanisme. Denne undersøgelse identificerede fire centrale målproteiner, nemlig IL6, TNF, PTGS2 og CXCL8, som kan spille en vigtig rolle i behandlingen af bronkitis med flygtige komponenter fra tibetansk ephedra. IL-6 er et kemokin med flere biologiske aktiviteter, der kan stimulere inflammation og autoimmune processer i forskellige sygdomme. Det har fysiologiske egenskaber som aktivering og regulering af immunceller. Ved at deltage i differentieringen af lymfocytter og monocytter fremmer det modningen af B-celler, udskiller cytokiner som IgG, IgE, IgA og deltager i forskellige inflammatoriske reaktioner og sygdomsudviklingsprocesser. Det er et lægemiddelmål til behandling af infektioner, inflammation, autoimmune sygdomme og kræft. TNF er et cytokin, der er involveret i systemisk inflammation og er også et af de mange cytokiner, der forårsager akutte reaktioner. Det udskilles hovedsageligt af makrofager og kan fremkalde celledød i visse tumorcellelinjer. TNF - α kan aktivere neutrofiler og makrofager til at øge deres cytotoksiske virkninger, frigive flere inflammatoriske cytokiner som IL-6 og IL-8 og fremskynde den inflammatoriske reaktionsproces. PTGS2 er ansvarlig for at producere inflammatoriske prostaglandiner og er en lipidregulator, der fremkalder biologisk aktivitet. Under stimulering af inflammatoriske mediatorer øges niveauet betydeligt, og PTGS2-indholdet i bronchoalveolær skyllevæske hos astmapatienter er højere, hvilket indikerer, at PTGS2 er forbundet med betændelse i astma. CXCL8 er et cytokin, der udskilles af makrofager og epitelceller, som kan tiltrække neutrofiler, eosinofiler og T-celler og også deltage i aktivering af neutrofiler. Det kan frigives fra flere typer celler for at reagere på inflammatoriske stimuli, og dets vigtigste biologiske aktivitet er at tiltrække og aktivere neutrofiler. Neutrofile gennemgår morfologiske ændringer ved kontakt med CXCL8, migrerer i retning af reaktionsstedet og frigiver en række aktive produkter. Disse effekter kan føre til lokale betændelsesreaktioner i kroppen og opnå formålet med sterilisering og celleskader. Derudover har CXCL8 også visse effekter på eosinofiler, basofiler og lymfocytter.
Denne undersøgelse viste, at 34 flygtige komponenter i tibetansk ephedra virker på 32 mål for bronkitis. Disse mål omfatter hovedkomponenten i stilken, 2,3,5,6-tetramethylpyrazin, hovedkomponenten i roden, linolsyre, og de almindelige komponenter i rhizomet, benzaldehyd, α-terpineol, linalooloxid, 2,3,5,6-tetramethylpyrazin, geraniol, thymol og elephantol. De mål, der har gode bindingseffekter med IL6, TNF, PTGS2 og CXCL8, omfatter eugenol, laurinsyre, transfarnesol, α - terpineol, elephantol og palmitinsyre. Blandt dem er eugenol og laurinsyre komponenter i rødderne, trans farnesol er en komponent i stænglerne, og α - terpineol, elephantol og palmitinsyre er fælles komponenter i rødderne og stænglerne. Ud fra dette kan man se, at de flygtige olier fra rødderne og stænglerne af Ephedra sinica kan have en effekt i behandlingen af bronkitis. Dingzixiang phenol anses for at være et plantebaseret pesticid med svampedræbende egenskaber. Laurinsyre har den virkning, at den øger udtrykket af den antiinflammatoriske faktor IL-10 og reducerer udtrykket af den proinflammatoriske faktor IL-6, hvilket til en vis grad kan lindre kroppens inflammatoriske respons. Farnesol har en hæmmende effekt på Streptococcus mutans, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei og Actinobacteria naeslundii. Høje koncentrationer af farnesol hæmmer udtrykket af IL-17 hos mus, der er inficeret med Candida albicans. Alfa-terpenoider findes i flygtige planteolier og har antibakterielle, antioxiderende og antiinflammatoriske virkninger. Deres esterforbindelser har insektdræbende virkninger. De tre ovennævnte stoffer har alle den effekt, at de hæmmer inflammatoriske faktorer, men palmitinsyre er blevet rapporteret at have en proinflammatorisk effekt. Dingzixiang phenol og elephantol er almindelige stoffer i æteriske planteolier, og deres antibakterielle virkninger er blevet rapporteret at være betydelige sammen med andre komponenter i æteriske olier. Dette indikerer, at kanelsyre, transfarnesol, α-terpineol, eugenol og elephantol kan deltage i inflammatoriske reaktioner gennem deres antibakterielle virkninger. GO-berigelsesresultaterne viste også, at målene for de ovennævnte forbindelser var betydeligt beriget i reaktionsprocessen for bakterieafledte molekyler. Fire målmolekyler er beriget sammen i den Toll-lignende receptorsignalvej. Toll-lignende receptorer hører til medfødte immunpatogenmønstergenkendelsesreceptorer, som kan genkende invaderende patogene mikroorganismer og spille en nøglerolle i inflammation, immuncelleregulering og andre aspekter. Dette indikerer, at eugenol, laurinsyre, transfarnesol, α-terpineol og elephantol i den flygtige olie fra rødderne og stilkene af Ephedra sinica kan hæmme udtrykket af IL6, TNF, PTGS2 og CXCL8 i inflammatoriske og immune signalveje såsom TNF, IL-17 og Toll-lignende receptorer og derved undertrykke inflammation og immunresponser fra patogene mikroorganismer og dermed spille en terapeutisk rolle i bronkitis. Palmitinsyre udløser udskillelsen af pro-inflammatoriske cytokiner, hvilket fører til en inflammatorisk reaktion i kroppen.
Denne undersøgelse er baseret på netværksfarmakologi og molekylære dockingmetoder og tager de flygtige komponenter i rødderne og stilkene af Ephedra sinica som forskningsobjekt. De biologiske veje og veje til indgriben i bronkitis analyseres grundigt, og omvendt molekylær docking bruges til verifikation. Det konstateres, at aktive ingrediensers indgriben i bronkitis hovedsageligt har karakter af multimolekyler, multimål og multiveje, og der er en synergistisk effekt mellem forskellige flygtige komponenter. Forskningsresultaterne giver reference til den eksperimentelle undersøgelse og kliniske anvendelse af tibetansk ephedra, men resultaterne af denne undersøgelse spekulerer kun i mekanismen for interaktionen mellem de flygtige komponenter i tibetansk ephedra og bronkitis gennem teori, og der er behov for yderligere farmakologiske eksperimenter for at verificere det.