Undersøgelse af den potentielle mekanisme for Jingjie Fangfeng-medicin i behandlingen af coronavirus-lungebetændelse baseret på netværksfarmakologi og molekylær docking
I december 2019 brød en ny coronavirus-lungebetændelse forårsaget af en ny coronavirus (SARS CoV-2) ud i Wuhan. De vigtigste symptomer hos patienterne er feber, træthed og tør hoste. Alvorlige patienter oplever ofte vejrtrækningsbesvær og/eller hypoxæmi en uge efter udbruddet, og i alvorlige tilfælde udvikler de sig hurtigt til akut respiratorisk distress-syndrom, septisk chok, metabolisk acidose, der er vanskelig at korrigere, og koagulationsforstyrrelser. Fra kl. 24:00 den 26. maj 2020 har Kina rapporteret i alt 82993 bekræftede tilfælde, med 79 bekræftede tilfælde (inklusive 5 alvorlige tilfælde), 78280 helbredte og udskrevne tilfælde og 4634 dødsfald. Samtidig fortsætter forekomsten af oversøiske infektioner med at stige, med i alt over 5,5 millioner bekræftede tilfælde. Dette er det tredje store udbrud af coronavirus på bare 20 år i det 21. århundrede, efter SARS (severe acute respiratory syndrome) i 2003 og MERS (Middle East respiratory syndrome) i 2015. Coronavirussen udgør en alvorlig trussel mod menneskers sundhed, hver gang den spredes i stor skala, og den medfører alvorlige udfordringer og store byrder for den sociale og økonomiske udvikling. Der findes dog i øjeblikket ikke noget specifikt lægemiddel til behandling af lungebetændelse forårsaget af coronavirus i klinisk praksis, og der anvendes hovedsageligt understøttende behandling. Derfor er der et presserende behov for forskning i relaterede lægemidler.

Siden udbruddet af den nye coronavirusepidemi er kinesisk medicin i henhold til de relevante diagnose- og behandlingsplaner og anbefalinger fra provinser, byer og autonome regioner blevet brugt i vid udstrækning til behandling af ny coronavirus, hvoraf mange provinser og byer anbefaler brugen af Schizonepeta tenuifolia og Fangfeng i traditionel kinesisk medicin. Schizonepetae Herba (SH) er den tørre overjordiske del af Nepeta cataria L., en plante i familien Lamiaceae. Den har en skarp smag, en lidt varm natur og virker ved at lindre ydre symptomer, sprede vind, gennemtrænge udslæt og fjerne sår. Saposhnikoviae Radix (SR) er en planteart i Umbelliferae-familien, Saposhnikovia divaricata (Trucz.) Schischk Tørre rødder med en skarp og sød smag og en lidt varm natur. Den har den virkning, at den fordriver vind, lindrer smerter, fordriver fugt og stopper spasmer. Jingjie og Fangfeng er den kongelige medicin fra Fangfeng Tongsheng Wan, som er beskrevet i Xuanming Lun Fang. De to er beskrevet i Shi Jin Mo Yao Dui som et par lægemidler til at sprede vind og kulde, fjerne vind og undertrykke fugt. Både Jingjie og Fangfeng har febernedsættende, smertestillende, beroligende, antibakterielle, antiinflammatoriske, hæmostatiske og andre virkninger.

Siden forslaget i 2008 er netværksfarmakologi blevet en ny disciplin, der systematisk afslører de regulatoriske netværkseffekter af traditionel kinesisk medicin på kroppen. På grund af dens holistiske og systematiske forskningsmetoder og vægt på lægemiddelinteraktioner, som er i overensstemmelse med den traditionelle kinesiske medicins karakteristika med flere mål og flere veje, er den blevet et effektivt værktøj til systematisk at analysere de traditionelle kinesiske medicinformlers mekanismer med flere mål og flere veje. Flere studier har med succes udforsket virkningsmekanismen for traditionel kinesisk medicin ved hjælp af netværksfarmakologi. Sammenfattende har denne artikel til hensigt at udforske den potentielle mekanisme til behandling af coronavirus lungebetændelse ved hjælp af netværksfarmakologi og molekylære dockingmetoder og give reference til den kliniske anvendelse af Jingjie Fangfeng. For det første blev aktive ingredienser og deres mål i Schizonepeta tenuifolia indsamlet ved at søge i TCMSP-, ETCM- og BATMAN-TCM-databaser, og coronavirus-lungebetændelsesrelaterede mål blev indsamlet i GeneCards, OMIM og NCBI Gene-databaser. Derefter blev skæringspunktet mellem de to analyseret ved hjælp af STRING-databasen for at undersøge proteininteraktioner mellem vigtige mål, og DAVID-databasen blev brugt til biologisk funktion og vejanalyse. Endelig bruges Autodock-software til molekylær docking af potentielle farmakologiske stoffer og nøglemål.

Jingjie og Fangfeng er almindelige traditionelle kinesiske lægemidler til at fjerne vind, lindre overfladevarme, fjerne varme og reducere feber. De har farmakologiske virkninger som antiinflammatorisk, antibakteriel, antiviral og febernedsættende. Siden udbruddet af den nye coronavirus-epidemi er Schizonepeta tenuifolia og Saposhnikovia divaricata blevet brugt i vid udstrækning til behandling af coronavirus-lungebetændelse. De har relativt tilfredsstillende klinisk effekt og forbedret den kliniske helbredelsesrate. Deres virkningsmekanisme er imidlertid ikke klar, og der mangler eksperimentel forskning på molekylært niveau. Derfor giver dybdegående forskning og analyse af virkningsmekanismen for Jingjie Fangfeng ved behandling af coronavirus lungebetændelse, udforskning af dens potentielle mål, retning for den efterfølgende molekylære mekanismeforskning af Jingjie Fangfeng og er af stor betydning for klinisk anvendelse. Denne artikel er baseret på netværksfarmakologi og molekylær dockingteknologi til at undersøge de aktive ingredienser, potentielle mål og handlingsveje for Jingjie Fangfeng i behandlingen af coronavirus lungebetændelse. Det blev konstateret, at Jingjie Fangfeng-medicin kan virke på mål som IL6, TNF, MAPK1, IL1 β, TP53 gennem aktive produkter som luteolin, quercetin, wogonin, beta sitosterol osv. og regulere biologiske processer som inflammationsrespons, positiv regulering af RNA-polymerase II-promotortranskription, immunrespons og negativ regulering af apoptose. Det udøver multikomponent-, multimål- og multikanal-farmakologiske virkninger mod coronavirus-lungebetændelse gennem TNF-signalvej, PI3K Akt-signalvej, cytokin-cytokinreceptorinteraktion, MAPK-signalvej, HIF-1-signalvej, Toll-lignende receptor-signalvej, T-cellereceptor-signalvej osv.

PPI-netværksparametrene viser, at gradværdierne for 23 proteiner, herunder IL6, TNF, MAPK1, TP53, IL1 β, RELA og IL10, er højere end gennemsnittet, hvilket indikerer, at de er tæt forbundet med andre proteiner og har stærke interaktioner i PPI-netværket. Blandt dem har inflammatoriske faktorrelaterede proteiner som IL6, IL1 β, TNF og IL10 høje gradværdier og er placeret i midten af netværket. Disse målproteiner er involveret i immunresponsen og den inflammatoriske proces ved luftvejssygdomme og er tæt forbundet med stimuleringen af luftvejene ved den inflammatoriske respons. En nylig obduktionsundersøgelse af resterne af patienter med coronavirus-lungebetændelse viste betydelige lungeskader og klare inflammatoriske læsioner, hvilket indikerer, at betændelse spiller en vigtig rolle i udviklingen af sygdommen. Jingjie Fangfeng kan udøve antiinflammatoriske virkninger gennem disse mål. Kindrachuk et al. fandt, at hæmmere rettet mod MAPK- og PI3K Akt-signalvejene hæmmer coronavirusreplikation både før og efter virusinfektion. KEGG-berigelsesresultater viste også statistiske forskelle i berigelsen af MAPK- og PI3K Akt-signalveje. HIF-1-signalvejen spiller også en vigtig rolle i opretholdelsen af homeostasen i alveolære epitelceller og patogenesen af sygdomme, hvilket stemmer overens med berigelsesresultaterne af KEGG-vejen. Dette indikerer, at de aktive stoffer i Jingjie Fangfeng-medicin kan udøve farmakologiske virkninger mod coronavirus-lungebetændelse gennem MAPK-signalvejen, PI3K Akt-signalvejen og HIF-1-signalvejen.

Gennem netværksfarmakologisk screening fandt vi, at luteolin, quercetin, wogonin og beta sitosterol-forbindelser har moderate værdier, der er højere end gennemsnittet i netværket "component target pathway". Derfor dockede vi disse fire komponenter med de fem bedste molekyler i PPI-netværket, og resultaterne viste, at dockningsenergierne for disse fire komponenter med IL6, TNF, MAPK1 og IL1 β alle var mindre end -5 kcal/mol, og dockningsenergien for beta-sitosterol med TP53 var mindre end -0,5 kcal/mol. Dette indikerer, at de aktive kemiske komponenter i Schizonepeta tenuifolia stabilt kan binde sig til proteinerne IL6, IL1 β, TNF og TP53. I mellemtiden har undersøgelser vist, at luteolin, quercetin, wogonin og beta sitosterol alle udviser god antiinflammatorisk aktivitet, hvilket indikerer, at disse komponenter spiller en vigtig rolle i den antiinflammatoriske virkning af Jingjie Fangfeng-medicin. På grund af det faktum, at COVID-19 er en ny sygdom, og sygdomsmålene ikke er fuldt ud inkluderet, validerede vi docking af kemiske komponenter med gradværdier større end gennemsnittet med SARS-virus ACE2 og COVID-19 hovedprotease og fandt, at alle fire kemikalier opnåede gode dockingresultater med ACE2 og COVID-19 hovedprotease. Dette indikerer, at det aktive stof i Jingjie Windproof kan binde sig til disse to proteiner for at udøve virkninger mod coronavirus-lungebetændelse.

Sammenfattende brugte denne undersøgelse netværksfarmakologiske analysemetoder til at undersøge de aktive stoffer og mål for Jingjie Fangfeng i behandlingen af coronavirus-lungebetændelse og validerede de screenede mål gennem molekylær docking-teknologi. Samtidig blev de aktive stoffer forankret med SARS-virusreceptoren ACE2 og COVID-19 hovedprotease, og Jingjie Fangfengs potentielle anti-coronaviruspotentiale blev opdaget. Dette understøtter den kliniske anvendelse og udvikling af Jingjie Fangfeng og lægger grundlaget for forskningsgruppens efterfølgende screening af aktive stoffer og målforskning af Jingjie Fangfeng.