Исследование механизма действия препарата Er Zhi Wan в борьбе с болезнью Альцгеймера на основе метаболомики сыворотки крови и сетевой фармакологии
Средство Er Zhi Wan взято из классического рецепта династии Мин "Yi Bian", том 1, и обладает такими свойствами, как питание почек, остановка кровотечений, укрепление тела и костей. В состав Er Zhi Wan входят семена остролиста и трава засушливого лотоса. Фармакологические исследования показали, что Er Zhi Wan обладает антивозрастным, противовоспалительным и противоопухолевым действием. Соответствующие исследования показали, что Er Zhi Wan может улучшить способности к обучению и памяти у крыс, стареющих под воздействием D-галактозы, обладает антивозрастными функциями, очищает мозг от свободных радикалов и защищает нейроны. Активные компоненты Er Zhi Wan, такие как кверцетин, гераниол, β-ситостерин, нарингенин и икарий, могут улучшать течение болезни Альцгеймера (БА), а механизм действия этих соединений тесно связан с сигнальным путем PI3K/Akt. В настоящее время исследования Er Zhi Wan проводились только на общем терапевтическом уровне, и механизм его действия против БА не был выяснен, что значительно затрудняет его клиническое применение.
СД - прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которым в настоящее время страдают более 50 миллионов человек во всем мире и которое, как ожидается, станет одной из основных проблем стареющего населения, создавая огромное бремя для пациентов, семей и систем здравоохранения. СД - наиболее распространенное возрастное слабоумие, на долю которого приходится около 70% всех случаев деменции. Хотя для окончательного положительного диагноза БА все еще требуется посмертный анализ ткани мозга, было предложено все большее количество биомаркеров для спинномозговой жидкости, крови и позитронно-эмиссионной томографии, и ожидается, что они обеспечат раннюю диагностику, чувствительность и специфический диагноз для живых пациентов путем объединения клинических стандартов и оценок. Характерными признаками БА являются внеклеточные бляшки амилоида бета (A β), включения в нейронах, состоящие из усеченных и фосфорилированных форм микротрубочкового стабилизирующего белка тау (нейрофибриллярные клубки), нарушение питания нейронов, потеря синапсов и нейронов, выраженный глиоз с изменением морфологии и функции микроглии и астроцитов. В последние годы технология метаболомики крови играет огромную роль в диагностике и исследовании механизмов БА, и даже может быть использована в качестве специфического инструмента для скрининга БА. Метаболические основы БА изучены плохо, и связь между нарушениями метаболизма и патогенезом БА до сих пор не ясна. Понимание того, как общие метаболические нарушения связаны с тяжестью нейропатологии БА и конечным проявлением симптомов БА в группах высокого риска, имеет решающее значение для разработки эффективных методов лечения заболевания. Сетевая фармакология - это новая, междисциплинарная и передовая дисциплина в эпоху искусственного интеллекта и больших данных для систематического изучения лекарств. В ней особое внимание уделяется анализу молекулярных связей между лекарственными препаратами и объектами лечения с точки зрения системного уровня и биологических сетей. Она широко используется для обнаружения активных соединений в лекарственных препаратах и традиционной китайской медицине, интерпретации общих механизмов действия, анализа комбинаций лекарств и правил совместимости формул. Он дает новые идеи для изучения сложных систем в традиционной китайской медицине и новую технологическую поддержку для клинического рационального использования лекарств и разработки новых препаратов. Поэтому в данном исследовании для его изучения использовалась высокопроизводительная метаболомика в сочетании с методами сетевой фармакологии, чтобы обнаружить потенциальные компоненты и основные метаболиты, связанные с заболеванием, и уточнить механизм действия препарата.

В ходе данного исследования с помощью методов метаболомики было обнаружено 15 биомаркеров крови, тесно связанных с БА, а их метаболические механизмы и физиологическое значение связаны с развитием БА на разных стадиях. Ниже приводится объяснение.

Механизм обучения и памяти в организме тесно связан с такими метаболитами, как 5-HT. Тирозин - это незаменимая аминокислота, образующаяся в результате гидроксилирования фенилаланина в организме человека и животных. Он является предшественником моноаминовых нейротрансмиттеров, таких как адреналин, норадреналин и дофамин. Дофамин регулирует психологическую активность, эмоции, распознавание, мышление и рассуждения через край среднего мозга, кору среднего мозга, стриатум substantia nigra и воронкообразный путь, косвенно влияя на память. 3-метокси-4-гидроксифенилэтиленгликоль сульфат и гомованилиновая кислота являются метаболитами системы метаболического пути дофамина. В этом исследовании уровни 3-метокси-4-гидроксифенилэтиленгликольсульфата и N-ацетил5-гидрокситриптамина в сыворотке крови крыс модельной группы были значительно выше, чем в группе мнимой операции, в то время как уровни ванилиновой кислоты и ванилилмандаловой кислоты в модельной группе были ниже, чем в группе мнимой операции. Эр Чжи Вань может регулировать уровни эндогенных метаболитов у крыс с БА (P<0,05), что позволяет предположить, что Эр Чжи Вань может улучшить способности к обучению и памяти у крыс с БА путем регулирования уровней моноаминовых нейротрансмиттеров и их метаболитов.

Считается, что основной тормозной аминокислотный нейротрансмиттер гамма-аминомасляная кислота в нервной системе также связан с когнитивными функциями. Гамма-аминомасляная кислота играет важную роль в поддержании баланса возбуждения в мозге и торможении нервной проводимости. Аутопсия и исследования на животных моделях показали, что в патологическом процессе БА наблюдается дисфункция системы гамма-аминомасляной кислоты. 4-гуанидомасляная кислота является предшественником гамма-аминомасляной кислоты. У пациентов с дефицитом аргиназы повышенный уровень 4-гуанидиномасляной кислоты приводит к различным клиническим синдромам, таким как умственная отсталость, задержка нейроразвития и эпилепсия. В этом исследовании Er Zhi Wan снизил содержание 4-гуанидиномасляной кислоты в крови крыс с AD и, как предполагается, увеличил содержание гамма-аминомасляной кислоты в гиппокампе, что указывает на то, что Er Zhi Wan может способствовать синтезу гамма-аминомасляной кислоты, уменьшать повреждения, вызванные гипераммонемией нервной системы, и, таким образом, оказывать нейропротекторное действие.

Глутаминовая и аспаргиновая кислоты - два основных возбуждающих аминокислотных нейротрансмиттера, которые играют важную роль в передаче возбуждающей информации в нервной системе. Они связаны с выживанием, формированием синапсов и пластичностью нейронов. Глутамат и аспартат - возбуждающие аминокислоты, высвобождающиеся из пресинаптической мембраны, избирательно связывающиеся с глутаматными рецепторами, опосредованными белками G, и N-метил-D-аспартат (NMDA) рецепторами, что приводит к открытию кальциевых каналов. Это увеличивает приток Ca2+ в постсинаптическую мембрану и участвует в генерации и поддержании долговременного потенцирования (LTP) синаптической передачи. LTP считается показателем физиологической активности нейронов в процессе формирования и консолидации памяти. Содержание глицина и аспаргиновой кислоты в модельной группе значительно увеличилось (P<0,01), в то время как в группе лечения содержание глицина и аспаргиновой кислоты значительно снизилось (P<0,01). Полученные результаты свидетельствуют о том, что Er Zhi Wan может подавлять синтез возбуждающих аминокислот в головном мозге, тем самым оказывая защитное действие на нервные клетки.

Таурин - условно незаменимая аминокислота, особенно распространенная в коре головного мозга, гиппокампе и мозжечке. В центральной нервной системе таурин, как вторая по распространенности эндогенная аминокислота, играет роль в нейрорегуляции, осмотической регуляции, поддержании гомеостаза кальция, стабильности мембран, антиоксидантной функции, противовоспалительном процессе и нейропротекции. Таурин также продемонстрировал нейропротекторное действие при многих патологических состояниях, таких как БА и болезнь Хантингтона. При прогрессировании БА мономеры A β агрегируют в нейротоксичные растворимые олигомеры A β, что приводит к когнитивным нарушениям. По имеющимся данным, содержание таурина в мозге больных БА снижено, и таурин может подавлять накопление A β. Кроме того, таурин оказывает значительное влияние на интеллектуальное развитие крыс. Введение таурина в организм может увеличить содержание ацетилхолина в мозге, а длительное применение таурина не имеет токсичности или других побочных эффектов. В данном исследовании после введения Er Zhi Wan концентрация таурина в крови крыс модельной группы снизилась, в то время как после лечения Er Zhi Wan она значительно увеличилась. Этот результат указывает на то, что Er Zhi Wan может ингибировать накопление A β белка путем регулирования метаболизма таурина.

Аденозин отвечает за регуляцию, интеграцию и тонкую настройку активности нейронов, влияет на соответствующие функции мозга, включая сон и бодрствование, познание и память, а также на повреждение и дегенерацию нейронов. Было показано, что уридин, являющийся предшественником биосинтеза мембранных фосфолипидов, увеличивает количество синапсов мозга и улучшает обучение и память в долгосрочной перспективе за счет снижения ранней апоптотической гибели клеток у новорожденных. По сравнению с мнимой операцией уровни аденозина и уридина в модельной группе были значительно повышены, в то время как уровни аденозина и уридина в группе лечения были значительно ниже, чем в модельной группе. Восстановление аденозина и уридина до здорового уровня может улучшить обучение и память крыс с АД за счет влияния на структуру и функцию нейронов в Er Zhi Wan.

Триптофан - незаменимая аминокислота для человеческого организма, участвующая в синтезе белков и некоторых важных активных веществ (серотонина, никотинамид аденин динуклеотида и ниацина). Дисбаланс в мочевом пути аминокислот у собак связан с АД. Кинурениновый путь состоит из двух ветвей, приводящих к образованию ксантина и кинуренина или к образованию 3-гидроксиантранилата и 3-метоксиантранилата. Считается, что мочевая кислота, являясь антагонистом рецепторов N-метил-D-аспартата, обладает нейропротекторным действием, в то время как метаболиты других ветвей, включая 3-гидроксиантраниловую кислоту и соли 3-метоксиантраниловой кислоты, обладают нейротоксичностью. Накопление 3-гидроксиантраниловой кислоты и солей 3-метоксиантраниловой кислоты может привести к апоптозу астроцитов и некоторых нервных клеток, тем самым ослабляя работу микроглиальной нейронной сети, снижая синтез нейротрофических факторов и вызывая повреждение всей нервной системы. Er Zhi Wan снижает содержание 3-гидроксиантранилата в моче крыс с AD, что свидетельствует о том, что Er Zhi Wan может защищать нервные клетки, снижая уровень нейротоксических веществ.

Кроме того, исследования показали, что тканевая протеаза D может быть важным диагностическим фактором для БА. В исследовании изучались изменения уровней отдельных белков, связанных с патогенезом болезни Альцгеймера, в образцах плазмы контрольной группы и пациентов с когнитивными нарушениями. Для точной классификации заболевания у 56 участников была выявлена гиперинтенсивность белого вещества с помощью клинических когнитивных тестов, позитронно-эмиссионной томографии с амилоидом и показателей магнитно-резонансной томографии. Уровень катепсина D в плазме крови исследовали методом иммуноблотинга и иммуноферментного анализа (ELISA). С помощью статистического анализа изучена корреляция между уровнем тканевой протеазы D в плазме крови и факторами, связанными с БА, и клиническими характеристиками. С помощью количественного иммуноблотинга и ИФА мы обнаружили, что по сравнению с контрольной группой уровень катепсина D (основной лизосомальной протеазы), откладывающегося в амилоидных бляшках в головном мозге, в плазме крови был снижен. Уровень катепсина D в плазме отрицательно коррелирует с общим баллом по шкале оценки клинической деменции. Комплексная многомерная логистическая регрессионная модель показала, что уровень тканевой протеазы D в плазме крови обладает высокой эффективностью для отличия пациентов с БА от пациентов без БА. Эти результаты свидетельствуют о том, что уровень тканевой протеазы D в плазме крови тесно связан с БА и может быть разработан в качестве диагностического биомаркера фенологического селектора БА.

После применения препарата Er Zhi Wan у крыс, страдающих БА, повысился уровень уридина, 3-гидроксиантраниловой кислоты, п-крезол сульфата, п-крезола, N-ацетилсеротонина, 3-метокси-4-гидроксифениленгликоль сульфата, 4-гуанидиномасляной кислоты, аденозина, креатинина, ванилиновой кислоты, таурина, индолилоксисульфата, гиперванадата, лимонной кислоты и фенилацетилглицина были восстановлены до нормы. Результаты анализа обогащения путей указывают на то, что Er Zhi Wan может оказывать синергетическое воздействие на AD, регулируя такие процессы, как метаболизм триптофана, метаболизм таурина и низкого таурина, цикл лимонной кислоты (TCA-цикл), метаболизм глиоксилата и дикарбоновых кислот. Результаты сетевой фармакологии показывают, что несколько компонентов в формуле работают вместе, вовлекая несколько мишеней, связанных с AD, что отражает синергетический эффект нескольких компонентов и мишеней в рецептах традиционной китайской медицины. Наиболее важным открытием является пересечение метаболомики и сетевой фармакологии, а именно катепсин D, который может быть основной мишенью и ключом к эффективности Er Zhi Wan в лечении БА. Компонентом прямого действия, связанным с ним, является кверцетин, который присутствует как в Ligustrum lucidum, так и в Alternanthera philoxeroides, и был подтвержден как один из эффективных ингредиентов этой формулы. Основываясь на вышеприведенных результатах, данное исследование считает, что он имеет важное научное значение для лечения БА, и дальнейшие исследования по проверке будут постепенно сосредоточены на связанной работе кверцетина на тканевой протеазе D. Заключение данного исследования обеспечивает теоретическую основу для изучения механизма борьбы с БА Er Zhi Wan, и дальнейшие исследования все еще необходимы.