Analyse af virkningsmekanismen for Liuwei Dihuang Pill til behandling af osteoporose baseret på netværksfarmakologi og molekylær docking-teknologi
Osteoporose (OP) er en systemisk knoglesygdom, der er kendetegnet ved lav knoglemasse og skader på knoglevævets mikrostruktur. Med den aldrende befolkning i Kina er forekomsten af osteoporose og knoglebrud også stigende. Epidemiologiske data viser, at der i øjeblikket er over 200 millioner OP-patienter på verdensplan. I Kina er omkring 112 millioner mennesker ramt af denne sygdom, hovedsageligt koncentreret i befolkningen over 40 år. Osteoporose er blevet et alvorligt folkesundhedsproblem. På nuværende tidspunkt er de vigtigste behandlingsmetoder i moderne medicin tilskud af calcium og D-vitamin. Baseret på dette udføres anti-OP-behandling ud fra to aspekter: knogleresorption og knogledannelse gennem hæmning og fremme. Selv om den terapeutiske effekt er betydelig, er der ikke taget effektivt hånd om de toksiske bivirkninger og den dårlige langsigtede overholdelse af lægemiddelbehandlingen. Traditionel kinesisk medicin har større fordele, når det gælder forebyggelse og behandling af osteoporose. Både traditionelle kinesiske medicinformler og enkeltstående lægemidler har regulerende virkninger på flere mål og flere systemer, men de specifikke molekylære mekanismer er stadig uklare.
OP hører til kategorierne "knoglesvaghed", "knogleobstruktion", "ryg- og taljesmerter" i traditionel kinesisk medicin, og forekomsten er tæt forbundet med nyremangel. I bogen "Su Wen: On Impotence" fortæller: "Hvis nyrernes qi er varm, vil taljen og rygsøjlen ikke blive løftet, knoglerne vil visne, og marven vil falde, hvilket resulterer i knogleimpotens. I "Ling Shu - Jing Mai" står der: "Hvis der er mangel på Yin Qi i fødderne, vil knoglerne visne. Under Song-dynastiet nedskrev Qian Yi den meget udbredte Liu Wei Di Huang Wan i sin bog "Direct Formula for Preschool Medicine Diagnosis", som har den virkning, at den nærer yin og tonificerer nyrerne samt søger yin i yang. Liuwei Dihuang Wan, som er en anbefalet medicin til behandling af OP, har en god terapeutisk effekt på OP. Lu et al. fandt gennem bioinformatisk analyse, at Liuwei Dihuang Pill kan fremme østrogenudskillelse ved at nedregulere ekspressionen af XRN1-genet og ZNF-familiegenet, opregulere ekspressionen af MAP3K10-genet og nedregulere ekspressionen af XPO1-genet og NUP54-genet for at afbalancere immunrespons og fremme dannelse af knoglevæv; Wu et al. fandt, at Liuwei Dihuang Wan kan øge knogletætheden og perifert serumosteocalcin og derved øge knoglemassen hos OP-patienter; Yu et al.s forskning viser, at Liuwei Dihuang Pill forbedrer den kliniske effekt og effektivitet hos OP-patienter betydeligt på basis af konventionelt calciumtilskud. Den terapeutiske effekt af Liuwei Dihuang Pill på OP er blevet valideret i klinisk praksis, og derfor er undersøgelsen af dens specifikke virkningsmekanisme af stor praktisk betydning. Netværksfarmakologi kan afsløre mekanismen for synergistiske virkninger af traditionel kinesisk medicin og sammensatte formler med flere komponenter, flere mål og flere veje. Derfor bruger denne artikel netværksfarmakologimetoder til at analysere de kemiske komponenter, målproteiner, mål, signalveje og biologiske processer, der er involveret i Liuwei Dihuang Wan, udforske mekanismen for lægemiddelbehandling af sygdomme og give nye forskningsideer og datareferencer til yderligere behandling af OP.

Denne undersøgelse viste, at de vigtigste aktive ingredienser, der udøver terapeutiske virkninger i Liuwei Dihuang Wan, omfatter quercetin, stigmasterol, kaempferol, diosgenin, β-sitosterol osv. Blandt dem spiller quercetin, sitosterol og kaempferol en nøglerolle i knoglemetabolismeprocesser. Gu et al. bekræftede, at quercetin effektivt kan hæmme ældningen før modning af osteoblastcellelinjen MC3T3-E1, og gennem denne vej kan det effektivt reducere knogletab i kastrerede osteoporotiske musemodeller og udøve østrogenlignende effekter. En undersøgelse har vist, at kaempferol kan aktivere østrogenreceptoraktivitet, forbedre spredningen og differentieringsevnen af osteoblastcellelinjen MG-63 og fremme osteoblastmineralisering. Osteoblaster, der behandles med diosgenin, kan opregulere forholdet mellem osteoprotegerin/nuklear faktor kappa B-receptoraktivatorligandsystem i celler betydeligt og derved reducere knogleresorption og hæmme osteoklastdannelse. Zeng et al. fandt ud af, at β-sitosterol fremmer og forbedrer osteogenese ved at øge forholdet mellem osteoprotegerin/osteoklastdifferentieringsfaktor (OPG/ODF) og stimulere differentieringen af ovariegranulosaceller til østradiol. Sammenfattende har nogle potentielle molekylære aktive ingredienser i Liuwei Dihuang Wan potentielle terapeutiske virkninger på osteoporose ved at hæmme dannelsen af osteoklaster, reducere knogletab og fremme osteogenese.
GO pathway enrichment-analyse viste, at Liuwei Dihuang Wans virkning på sygdomme hovedsageligt involverer forskellige biologiske processer såsom oxidativ stressrespons, lipopolysaccharidrespons, aktiv regulering af cellemigration, reaktiv iltartrespons osv. Flere biologiske processer involverer kerne- og hjertemål som AKT1, IL6, TP53, VEGFA, TNF osv. Blandt dem kan AKT1 kontrollere differentieringen af osteoblaster (OB) og væksten af osteoklaster (OC) ved at aktivere downstream-effektorproteiner mTORC1/S6K1. Undersøgelser har bekræftet, at AKT1-gen-knockout-mus udviser forsinket ossifikation, hvilket alvorligt forstyrrer knoglevækst og -udvikling. Nylige undersøgelser har vist, at forekomsten og udviklingen af osteoporose er direkte relateret til dysfunktion i immunsystemet, som fører til inflammatoriske reaktioner. Inflammatoriske cytokiner som IL6 og TNF, der spiller en nøglerolle i den inflammatoriske reaktion, forstyrrer balancen i knogleomsætningen ved at øge osteoklasternes knogleresorption eller mindske osteoblasternes knogledannelse og er involveret i forekomsten og udviklingen af osteoporose. VEGFA kan fremme endotelcelleproliferation og neovaskularisering, fremskynde knogledannelse og remodelleringsprocesser, direkte fremme mesenkymale stamceller i knoglemarven og øge den osteogene aktivitet i knoglemarven (OB), reducere OC-osteolytisk aktivitet for at fremme knogledannelse og øge knogletætheden, hvilket spiller en vigtig rolle i forekomsten og udviklingen af osteoporose.
De veje, der er analyseret af KEGG, involverer hovedsageligt TNF-signalvej, MAPK-vej, HIF-1-signalvej, PI3K/Akt-vej, Toll-lignende receptorsignalvej osv., hvilket indikerer, at de kemiske komponenter i Liuwei Dihuang Pill kan gribe ind i visse veje for at nå målet om behandling af OP. Den kroniske inflammationsrelaterede knogleremodelleringsproces medieret af tumornekrosefaktorens signalvej (TNF) er en vigtig vej til behandling af osteoporose. Undersøgelser har vist, at TNF - α kan føre til forekomsten af postmenopausal osteoporose, og dens virkningsmekanisme er at fremme dannelsen af osteoklaster induceret af RANKL. Kernegenerne TNF og IL-6 regulerer balancen mellem knogleresorption og knogleopbygning ved at kommunikere signalvejene for TNF og RANK/RANKL/OPG. MAPK-vejen kan påvirke udviklingen af OP ved at regulere differentieringen af OC. Der er forskning, der bekræfter, at MAPK direkte deltager i differentieringen af OC-forløberceller til modne OC efter aktivering og deltager i differentieringen af OC gennem autofagi. Hovedårsagen til OP er overaktivering af osteoklaster, som er et vigtigt terapeutisk mål. PI3K/Akt-vejen er tæt forbundet med de osteogene og osteoklastiske veje og regulerer osteoblasternes og osteoklasternes overlevelses- og differentieringsprocesser for at opretholde balancen mellem knoglemasse og knogleomsætning. Aktivering af PI3K/Akt-signalvejen kan fremme udtrykket af osteogene differentieringsmarkører som alkalisk fosfatase (ALP) og BMP-2 og fremme spredningen og differentieringen af osteoblaster. Tilstedeværelsen af PI3K/Akt-signalvejen spiller en afgørende rolle for osteoklasternes overlevelse. Toll-lignende receptorer er en type uspecifik immunreceptor, og den Toll-lignende signalvej spiller en vigtig rolle i knoglemetabolismen. Den Toll-lignende receptor 4 (TLR4) signalvej kan interagere med andre osteogene veje ved at aktivere ERK, p38, JNK og NF - κ B veje og påvirke osteoblast differentiering, proliferation, mineralisering og apoptose. Den dynamiske balance mellem knogleresorption og knogleopbygning dannes på grundlag af osteoblast-osteoklast-koblingen, som er afgørende for forekomsten og behandlingen af osteoporose. Den hypoxi-inducerbare faktor-1-signalvej (HIF-1) er tæt forbundet med proliferation, differentiering og apoptose af osteoblaster og osteoklaster. HIF-1 har den funktion at aktivere osteoklaster, og manglen på østrogen hos patienter med osteoporose kan reducere den hæmmende virkning af HIF-1 på osteoklaster, hvilket forværrer udviklingen af osteoporose. Derfor spekuleres det i, at Liuwei Dihuang Pill regulerer nøglemål som AKT1, IL6, TP53, VEGFA og TNF i behandlingen af OP gennem signalveje som TNF-signalvej, MAPK-signalvej, HIF-1-signalvej, PI3K/Akt-signalvej og Toll-lignende receptorsignalvej. Der blev udført molekylær docking mellem de potentielle aktive ingredienser i Liuwei Dihuang Wan og vigtige mål, og det viste sig, at forbindelser som quercetin, stigmasterol og kaempferol havde bindingsenergier på mindre end -5,0 kcal/mol med tilsvarende mål som TP53, AKT1 og IL6. Dette tyder på, at de potentielle aktive ingredienser i Liuwei Dihuang Wan har god bindingsaktivitet med vigtige mål, hvilket indikerer, at de kan være potentielle aktive ingredienser til behandling af OP. Forudsigelsen af de potentielle aktive ingredienser og centrale mål i Liuwei Dihuang Pill til behandling af OP gennem netværksfarmakologi og molekylære dockingmetoder har et vist videnskabeligt grundlag og teoretisk støtte.
Denne artikel antyder gennem netværksfarmakologi og molekylær dockingverifikation, at Liuwei Dihuang Pill kan forebygge og behandle osteoporose ved at regulere knoglemetabolisme, inflammatorisk respons, celleproliferation og differentiering og har karakteristika for multikomponent-, multimål- og multivejseffekter. Samtidig er det at give et flerdimensionelt perspektiv på den specifikke virkningsmekanisme for traditionel kinesisk medicin i forebyggelse og behandling af osteoporose mere befordrende for arv, innovation og udvikling af traditionel kinesisk medicin samt uddybning af efterfølgende eksperimentel forskning og udvidelse af klinisk tænkning. Det giver også grundlæggende teoretisk støtte til fremtidig lægemiddelforskning og -udvikling. På grund af det faktum, at denne undersøgelse hovedsageligt er afhængig af databaseoplysninger og overvejer kompleksiteten af traditionel kinesisk medicinafkog og mulige ændringer i aktive ingredienser in vivo, er der imidlertid behov for yderligere eksperimenter for at bekræfte lægemidlets specifikke virkningsmekanisme.