Studie über den Anti-Aging-Mechanismus von Scutellaria baicalensis auf der Grundlage von Netzwerk-Pharmakologie und molekularem Docking
Die Überalterung der Bevölkerung ist ein schwieriges Problem, mit dem China und die ganze Welt heute konfrontiert sind. Die Überalterung der Bevölkerung führt nicht nur zu einem Rückgang der altersgerechten Arbeitskräfte und zu einem Anstieg der Belastung durch die Altenpflege für das Land und die Familien, sondern bringt auch eine Reihe von Gesundheitsproblemen mit sich. Die Forschung hat bestätigt, dass das Altern ein Risikofaktor für viele komplexe Krankheiten ist, z. B. Herz-Kreislauf- und zerebrovaskuläre Krankheiten, Diabetes, Krebs, neurodegenerative Krankheiten usw. Das Altern lässt sich zwar nicht verhindern, aber durch Methoden wie Kalorienrestriktion, genetische Manipulation und medikamentöse Intervention verzögern. Noch wichtiger ist, dass das Hinauszögern des Alterns nicht nur die Lebensspanne des Körpers verlängert, sondern auch seinen Gesundheitszustand erheblich verbessert. So kann beispielsweise bei den meisten chronischen Krankheiten eine Einschränkung der Nahrungsaufnahme die Schwere der Symptome wirksam verringern; Metformin und Rapamycin verlängern nachweislich die Lebensspanne in vielen Modellorganismen. Epidemiologische Studien zeigen, dass die Einnahme von Metformin und Rapamycin in angemessener Dosierung das Auftreten vieler Krebsarten verhindern und die Häufigkeit neurodegenerativer Erkrankungen verringern kann. Daher ist die Verzögerung des Alterns eine der wirksamsten Methoden, um das Auftreten altersbedingter Krankheiten zu verringern.
Die Traditionelle Chinesische Medizin (TCM) legt seit jeher Wert auf Gesundheit und Wohlbefinden und behandelt bereits bestehende Krankheiten, bevor sie auftreten. Die Anti-Aging-Methode der TCM hat zunehmend an Bedeutung gewonnen. Erigeron breviscapus (Vant.) Hand Mazz. ist ein häufig verwendetes traditionelles chinesisches Arzneimittel zur Behandlung altersbedingter Krankheiten wie Herz-Kreislauf- und zerebrovaskuläre Erkrankungen. Seine Wirkstoffe sind hauptsächlich Flavonoide und Caffeoylverbindungen. Forschungen haben ergeben, dass der Flavonoidbestandteil Breviscapin dem D-Galaktose-induzierten Alterungsprozess entgegenwirken, Gedächtnisstörungen und anormale Leber- und Nierenveränderungen bei Mäusen verbessern kann, aber der Wirkungsmechanismus ist noch unklar. Derzeit gibt es jedoch keinen Bericht darüber, ob die Kaffeesäureverbindungen in Scutellaria baicalensis Anti-Aging-Effekte haben. Die Netzwerkpharmakologie ist eine auf der Rezeptortheorie und der biologischen Netzwerktechnologie basierende Forschungsmethode, die die Wirkung von Arzneimitteln und deren Wirkmechanismus umfassend aufklärt. Die traditionelle chinesische Medizin wird hauptsächlich oral eingenommen, und nur die Bestandteile, die in den Blutkreislauf gelangen, können wirksame Bestandteile zur Behandlung von Krankheiten und zur Förderung der Gesundheit sein. Um den Anti-Aging-Mechanismus von Scutellaria baicalensis zu erforschen und Ideen für die nachfolgende experimentelle Forschung zu liefern, wurden in dieser Studie die oral verabreichten Blutbestandteile von Scutellaria baicalensis ermittelt, Methoden der Netzwerkpharmakologie angewandt, um die Anti-Aging-Ziele der Blutbestandteile vorherzusagen, die biologischen Funktionen und Wirkungswege der Ziele analysiert und die Bindungswirkung zwischen den Blutbestandteilen und den wichtigsten Zielen mit Hilfe von molekularen Docking-Methoden überprüft.

In der Netzwerkpharmakologie werden Forschungskomponenten häufig auf der Grundlage einer oralen Bioverfügbarkeit (OB) ≥ 30%, einer Halbwertszeit (HL) ≥ 4 und einer Wirkstoffähnlichkeit (DL) ≥ 0,18 untersucht. Die Autorin fand heraus, dass bei einem Screening der Inhaltsstoffe von Scutellaria baicalensis unter diesen Bedingungen die wichtigsten aktiven Bestandteile der Flavonoide, Baicalin und Kaffeesäure, vollständig ausgeschlossen wurden. Dies steht offensichtlich im Widerspruch zu der gängigen Auffassung, dass diese beiden Arten von Bestandteilen die wichtigsten aktiven Komponenten von Scutellaria baicalensis sind. Traditionelle chinesische Medizin wird hauptsächlich oral eingenommen, und die Bestandteile, die nach oraler Verabreichung in den Blutkreislauf aufgenommen werden, könnten die aktiven Bestandteile der traditionellen chinesischen Medizin sein. Daher konzentrierte sich diese Studie auf die Bestandteile von Scutellaria baicalensis, von denen berichtet wurde, dass sie oral in den Blutkreislauf aufgenommen werden können. In dieser Studie wurden 30 oral verabreichte Blutbestandteile von Scutellaria baicalensis, darunter 13 Flavonoide, 11 Caffeoylverbindungen und 6 andere Verbindungen, ermittelt und ihre Auswirkungen auf 37 Alterungsziele vorhergesagt. Diese 37 Targets betreffen hauptsächlich biologische Prozesse und Signalwege wie Alterung und Tumorregulierung, was mit der Erkenntnis übereinstimmt, dass "Tumore und Alterung eng miteinander verbunden sind und Alterung der größte Risikofaktor für Tumore ist". Die Forschung hat gezeigt, dass mit dem Alter DNA-Schäden und Mutationen zunehmen, was zu einem erhöhten Krebsrisiko führt. Darüber hinaus können altersbedingte Veränderungen des Kreislaufsystems, des endokrinen Systems und des Immunsystems ebenfalls zu einem Anstieg der Krebsinzidenz führen. Die Analyse des PPI-Netzwerks zeigt, dass TP53, AKT1, RB1, RHAS, HDAC1 und STRT1 potenzielle Hauptziele für das Anti-Aging von Scutellaria baicalensis sind. Das Tumorprotein P53 (TP53) ist ein Tumorsuppressorprotein, das die Tumorentstehung und Alterungsprozesse reguliert. Eine Überexpression von TP53 kann die Zellalterung auslösen, und eine abnormale Aktivierung von P53 bei Mäusen verringert zwar die Tumorinzidenz, führt aber auch zu einer vorzeitigen Alterung der Mäuse. Weitere Forschungen haben ergeben, dass eine hohe Expression und normale Regulierung von P53 die Toleranz des Körpers gegenüber Tumoren verbessern kann, ohne zu vorzeitiger Alterung und verkürzter Lebenserwartung zu führen. AKT1 ist eine Serin/Threonin-Proteinkinase. Die Hemmung der AKT1-Aktivität kann die Lebensspanne verlängern, wie z. B. bei AKT1-defizienten Mäusen (AKTG1+/-), bei denen die männliche Lebensspanne um 8% und die weibliche Lebensspanne um 15% verlängert ist. Das Retinoblastom-Gen 1 (RB1) ist ein Tumorsuppressor-Gen. In Bezug auf die Alterungsregulation induziert RB1 die Zellalterung hauptsächlich über den P16-Signalweg des Tumorsuppressorgens. Das Harvey-Maus-Sarkom-Virus-Onkogen (HRAS) ist ein Mitglied der RAS-Onkogenfamilie. Eine Überexpression von HRAS kann die Zellalterung auslösen, und es hat sich gezeigt, dass der RAS-Weg zusammen mit Insulin/insulinähnlichem Wachstumsfaktor die Entwicklung und Alterung von Fadenwürmern beeinflusst. Die Histon-Deacetylase 1 (HDAC1) spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung, der Transkriptionsregulierung und der Zellzyklusprogression. Eine Überexpression von HDAC1 kann die zelluläre Alterung auslösen. Die Mutation des Homologs Rpd3 von HDAC1 in Fruchtfliegen verlängert die Lebensspanne von männlichen Fruchtfliegen um 33% und von weiblichen Fruchtfliegen um 52%. STRT1 ist eine NAD+-abhängige Deacetylase, deren Aktivierung die Alterung verzögern und die Langlebigkeit fördern kann. Die Überexpression von STRT1 speziell im Gehirn von Mäusen verlängert die Lebensspanne von Frauen um 16% und die von Männern um 9%. Daher kann Scutellaria baicalensis den Alterungsprozess regulieren, indem es auf diese Ziele einwirkt.
Die Analyse des Zielnetzwerks der Blutbestandteile zeigte, dass Flavonoide wichtige aktive Bestandteile der Anti-Aging-Eigenschaften von Scutellaria baicalensis sind. Molekulares Docking zeigte, dass die Bindungswerte der Flavonoide an vier potenzielle Schlüsselziele, TP53, AKT1, HDAC1 und SIRT1, über dem Schwellenwert lagen, was darauf hindeutet, dass Flavonoide potenzielle aktive Bestandteile der Anti-Aging-Eigenschaften von Scutellaria baicalensis sind. Im Gegensatz dazu zeigte die Netzwerkanalyse, dass Caffeoylverbindungen keine Schlüsselkomponenten für die Anti-Aging-Wirkung von Scutellaria baicalensis sind. Die molekulare Docking-Analyse zeigte jedoch, dass mit Ausnahme von Kaffeesäure und Ferulasäure 11 Caffeoylverbindungen Bindungswerte über dem Schwellenwert für TP53, AKT1, HDAC1 und SIRT1 aufwiesen und insgesamt sogar höher waren als Flavonoide. Der Grund für diese Analyse könnte darin liegen, dass derzeit nicht viel über Kaffeesäureverbindungen geforscht wird und nur wenige Verbindungen mit ähnlichen Strukturen wie diese Art von Komponenten in der Datenbank für Zielvorhersagen enthalten sind, oder dass es nur wenige Informationen über die validierten Ziele dieser Art von Komponenten gibt, was zu einer geringen Anzahl von vorhergesagten Zielen führt. Unter den 777 vorhergesagten Targets von Scutellaria baicalensis betrug die durchschnittliche Anzahl der vorhergesagten Targets für jede der 13 Flavonoid-Komponenten 102, während die durchschnittliche Anzahl der vorhergesagten Targets für jede der 11 Kaffeesäure-Komponenten nur 26 betrug. Aus der Literaturrecherche geht hervor, dass Flavonoide und Kaffeesäureverbindungen die Hauptwirkstoffe von Scutellaria baicalensis im Anti-Aging-Bereich sein könnten, und dass sie Anti-Aging-Effekte über Targets wie TP53, AKT1, HDAC1 und SIRT1 ausüben könnten. In der Tat haben einige dieser beiden Arten von Inhaltsstoffen in Lebensversuchen Anti-Aging-Effekte gezeigt, und die Anti-Aging-Mechanismen einiger Inhaltsstoffe stimmen mit den vorhergesagten Ergebnissen dieser Studie überein. Das Experiment zur Lebenserwartung von Fadenwürmern ergab, dass Quercetin, Baicalein, Kaempferol, Chlorogensäure, 5-CQA, 4-CQA, 1,3-DCQA und 1,5-DCQA die durchschnittliche Lebenserwartung von Fadenwürmern um 18,0%, 45,0%, 10%, 20,1%, 12,1%, 15,2%, 12,5% bzw. 8,0% verlängert. In der Literatur wurde bestätigt, dass Chlorogensäure die Lebensdauer von Fadenwürmern durch die Hemmung der AKT1-Aktivität verlängert, was mit den Ergebnissen dieser Studie übereinstimmt, wonach AKT1 ein wichtiges Ziel des Anti-Aging in Scutellaria baicalensis ist und Chlorogensäure eine gute Bindungswirkung mit AKT1 hat. Die oben genannten Berichte bestätigen die Ergebnisse dieser Studie, was darauf hindeutet, dass die Ergebnisse dieser Studie ein gewisses Maß an Zuverlässigkeit haben. Daher gibt es derzeit keine eindeutigen experimentellen Beweise in den Forschungsergebnissen, um die Anti-Aging-Wirkung der Inhaltsstoffe zu bestätigen, und entsprechende Experimente können auf der Grundlage der vorhergesagten Ergebnisse zur Überprüfung konzipiert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich diese Studie auf die orale Aufnahme von Blutbestandteilen in Scutellaria baicalensis als Forschungsobjekt konzentriert. Die potenziellen Anti-Aging-Ziele und -Wege von Scutellaria baicalensis wurden mit Methoden der Netzwerkpharmakologie analysiert, und die Bindungsfähigkeit dieser Blutbestandteile an die wichtigsten potenziellen Ziele wurde durch molekulares Docking überprüft. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass Flavonoide und Kaffeesäure-Komponenten die potenziellen Wirkstoffe von Scutellaria baicalensis im Anti-Aging-Bereich sind, die Anti-Aging-Effekte ausüben können, indem sie auf Targets wie TP53, AKT1, HDAC1, SIRT1 einwirken und damit verbundene biologische Prozesse und Signalwege wie Alterung und Tumore regulieren. Die Forschungsergebnisse liefern Ideen für die anschließende experimentelle Überprüfung.