Изучение механизма противодействия раку желудка тритерпеноидов из Inonotus obliquus на основе сетевой фармакологии и молекулярного докинга
Рак желудка - распространенная во всем мире злокачественная опухоль с относительно плохим прогнозом и серьезной угрозой для жизни и здоровья человека. Более 70% новых случаев рака желудка приходится на развивающиеся страны, и около 50% случаев - на восточную Азию, в основном на Китай. По уровню заболеваемости и смертности рак желудка занимает второе место среди злокачественных опухолей в Китае, и уровень заболеваемости пока не снижается. Это серьезное заболевание, угрожающее здоровью жителей страны.
Inonotus obliquus (I0) - это лекарственный гриб семейства Polyporus, ресурсы которого распространены в основном в восточном регионе Китая, главным образом в провинциях Цзилинь и Хэйлунцзян. Клинико-фармакологические исследования подтвердили, что Botrytis cinerea обладает широким спектром фармакологических эффектов, включая гипогликемический, липидоснижающий, противоопухолевый, противовирусный и гепатопротекторный эффекты. Уже в XVI веке Botrytis cinerea была популярным лекарственным и съедобным растением среди жителей Северо-Восточного Китая. Исследования показали, что у пациентов с запущенной стадией рака желудка, принимающих Botrytis cinerea, повышается аппетит, улучшается настроение, а также уменьшается боль. Исследования показали, что тетрациклические тритерпеноидные соединения типа ланостерола включают в себя Botrytis cinerea, ланостерол и микотиновую кислоту. Тритерпеноиды Inonotus obliquus (IOT) из Inonotus obliquus благодаря своему значительному противоопухолевому действию способны эффективно подавлять пролиферацию опухолевых клеток. Наша исследовательская группа провела предварительные исследования процесса экстракции и очистки тритерпеноидов из Inonotus obliquus, а также их противоопухолевого действия in vitro. Результаты показали, что при воздействии концентраций тритерпеноидов 20, 50 и 100 мк г/мл на клеточные линии рака желудка человека в течение 24 и 48 часов, скорость ингибирования роста клеток составила 27,80%, 58,41% и 42,50%, 52,70% и 66,14%, соответственно. Очищенные тритерпеноиды Inonotus obliquus значительно подавляли рост клеточных линий рака желудка человека (P<0,05), однако цель и механизм действия тритерпеноидов Inonotus obliquus против рака желудка пока не ясны.
Сетевая фармакология - это новый метод анализа мишеней и механизмов лекарственного воздействия на заболевания с различных точек зрения, основанный на фундаментальных междисциплинарных теориях. В данном исследовании сетевая фармакология использовалась для скрининга потенциальных мишеней тритерпеноидных активных соединений из Inonotus obliquus при раке желудка, изучения их молекулярных механизмов, построения многоцелевой и многопутевой фармакологической сети для их противоракового действия и проведения молекулярной докинг-верификации. Это создает научную основу для дальнейших исследований механизма действия и разработки лекарств из тритерпеноидных соединений Inonotus obliquus против рака желудка.

Рак желудка занимает второе место среди злокачественных опухолей по уровню заболеваемости, что стало актуальной проблемой здравоохранения. В настоящее время все больше людей обращают внимание на натуральные продукты питания и лекарственные препараты. Botrytis cinerea называют "сибирской ганодермой", поскольку она способна подавлять метастазирование раковых клеток, снижать вероятность рецидива рака, улучшать переносимость рака больными, уменьшать дискомфорт, вызванный радио- и химиотерапией, что высоко ценится исследователями. Данное исследование основано на теоретических основах сетевой фармакологии и молекулярного докинга, а также использует соответствующие базы данных и чертежное программное обеспечение для изучения механизма действия тритерпеноидов из Inonotus obliquus на рак желудка.
Результаты сетевой фармакологии показывают, что тритерпеноидные активные ингредиенты Inonotus obliquus включают 24 компонента, в том числе спирт Inonotus obliquus, бетулиновую кислоту, тромботическую кислоту, ланостерол и др. Исследования показали, что бетулиновая кислота обладает значительной противоопухолевой активностью в отношении различных опухолевых клеток и может оказывать противоопухолевое действие путем активации NF kB без каких-либо токсических побочных эффектов. Кроме того, исследования показали, что бетулиновая кислота может вызывать апоптоз клеток, повышая экспрессию белков Caspase-3 и Cyto-3. Ланостерол и микоризная кислота могут ингибировать клеточный цикл G0/G1, снижать пролиферацию раковых клеток, способствовать их апоптозу и оказывать противоопухолевое действие. Противоопухолевый эффект тромбоцита связан с регуляцией P-гликопротеина; Nomura et al. обнаружили, что инотодиол может активировать ключевые гидролитические ферменты во время апоптоза, способствовать расщеплению белков PARP и Caspase-3, инициировать сигналы апоптоза и способствовать апоптозу раковых клеток. Бетулин может повышать экспрессию белка Bax и снижать экспрессию белка Bcl-2, тем самым способствуя апоптозу клеток.
С помощью сети "целевых путей активного ингредиента" и сети взаимодействия белков PPI были выявлены пять ключевых целей, включая MAPK1 ALB、NFKB1、MAPK8、CASP3。 Исследования показали, что сывороточный альбумин (ALB), как один из показателей, используемых в настоящее время для отражения статуса питания, является наиболее распространенным и функционально важным компонентом в сывороточных белках. Он является важным питательным веществом в организме человека и оказывает защитное действие на стенку желудка. Снижение его уровня в плазме крови свидетельствует о плохом питании послеоперационных пациентов с опухолями желудочно-кишечного тракта. В своем исследовании Chen et al., сравнивающем клинические результаты диетологического вмешательства при злокачественных опухолях желудочно-кишечного тракта, обнаружили, что у пациентов, получавших поддерживающую диетотерапию, уровень альбумина в сыворотке крови был значительно выше по сравнению с теми, кто не получал поддерживающую диетотерапию. Уровень альбумина может рассматриваться как независимый прогностический фактор при раке желудка после операции. Ген NFKB1 имеет функциональные сайты связывания в промоторах и энхансерах многих генов. Он может специфически связываться с определенными участками, такими как TNF - α, IL-6 и IL-8, участвовать в воспалении и иммунных реакциях, опосредовать физиологические процессы, такие как клеточная адгезия, дифференцировка, пролиферация и апоптоз, и играть важную роль в возникновении и развитии различных иммуновоспалительных заболеваний и опухолей. Jiang et al. обнаружили, что мутантный генотип CT гена rs4648127, расположенного в интронной области гена NFKB1, значительно коррелирует с предрасположенностью к раку желудка и может существенно снизить риск предрасположенности к раку желудка. Все больше ученых обнаружили, что повышенный риск развития рака желудка у пожилых людей старше 65 лет тесно связан с полиморфизмом промотора гена NFKB1 (-94 вставки/удаления ATTG). По результатам исследования, MAPK1 может быть нижележащим геном-мишенью miR-217 в клетках рака желудка. miR-217 может нацеливаться на MAPK1, снижать уровень его экспрессии, контролировать метастазирование и инвазию клеток рака желудка. В этом исследовании было обнаружено, что фармакологические вещества в тритерпеноидах Botrytis cinerea могут действовать на MAPK1 MAPK8, MAPK10, MAPK14, и они участвуют в сигнальном пути MAPK, оказывая биологическое воздействие; Многие из антираковых мишеней тритерпеноидных активных соединений из Botrytis cinerea включают апоптотические белки, такие как CASP3 и CASP7. Исследования показали, что патогенез рака желудка связан с низкой экспрессией CASP3 и ингибированием клеточного апоптоза в тканях рака желудка человека. Анализ KEGG-путей также показывает, что механизм действия тритерпеноидных активных ингредиентов из Inonotus obliquus против рака желудка связан с сигнальными путями рака. Апоптотический путь регулируется такими белками, как CASP3, CASP7 и CASP9, которые могут непосредственно вызывать апоптоз опухолевых клеток и подавлять их пролиферацию. Сигнальный путь TNF - наиболее распространенный путь воспаления, рецепторный белок TNFR1 на клеточной мембране может связываться с внеклеточным свободным лигандом TNF - α, активируя сигнальный путь. Происходит каскадная реакция, активирующая апоптотический белок каспазу-3, запускающая серию воспалительных реакций, что в конечном итоге приводит к апоптозу клеток. Исследования показали, что водный экстракт Botrytis cinerea способен снижать уровень TNF - α и IL-4, а также значительно уменьшать экспрессию фактора сигнальной трансдукции STAT1 и фактора активации транскрипции STAT6, что приводит к апоптозу опухолевых клеток. Сигнальный путь Toll-подобных рецепторов характеризуется сильной положительной экспрессией TLR4 и TLR9 как на генном, так и на белковом уровне в тканях рака желудка. Связываясь с лигандами, они активируют путь NF kB и регулируют различные провоспалительные гены, такие как IL-8, IL-1 и IL-6. Таким образом, сигнальный путь Toll-подобного рецептора может контролировать метастазирование злокачественных опухолевых клеток через защитный механизм иммунной системы организма. Предполагается, что тритерпеноидные активные ингредиенты Betula platyphylla могут воздействовать на многочисленные мишени и пути, тем самым оказывая противораковое действие на желудок.
Молекулярный докинг, как один из основных методов компьютерного дизайна лекарств, широко применяется в различных аспектах разработки новых лекарств. В целом, Вина разделяет энергии связывания докируемых молекул и мишеней на три категории: -4,0 кДж/моль<энергия связывания<0 кДж/моль, что указывает на то, что они обладают активностью связывания- 7,0 кДж/моль<энергия связывания<-4,0 кДж/моль, что указывает на хорошую активность связывания; Энергия связывания<-7,0 кДж/моль указывает на сильную активность связывания. Согласно результатам докинга, энергия связывания бетулиновой кислоты с различными белками-мишенями, такими как CASP3, MAPK1, MAPK8 и NFKB1, составляет менее -7,0 кДж/моль, что указывает на сильную связывающую способность. Бетулиновая кислота образует гидрофобные взаимодействия с остатками активного сайта CASP3 TYR204 (C), LEU168 (C) и PHE256 (C), а также образует водородную связь с остатком активного сайта MAPK8 LEU110 (A). Также образует гидрофобные взаимодействия с остатками MET111 (A), ASN114 (A), VAL158 (A) и остатками активного сайта NFKB1 PHE310 (A) и LYS275 (P). Обладает хорошей связывающей способностью и образует гидрофобные взаимодействия с остатками активного сайта, такими как ILE523 (A), GLU529 (A), LYS519 (A) и др. 21,24-циклопентадиен-ланостан-3B, 21,25-тригидрокси-8-ен образует две водородные связи с остатком активного сайта MAPK1 MET108 (A), формирует гидрофобные взаимодействия с ALA52 (A), VAL39 (A), TYR36 (A) и др. Анализ моделей связывания ключевых компонентов с различными белками показывает, что каждый ключевой активный компонент входит в активные сайты каждого белкового кристалла и образует водородные связи или гидрофобные взаимодействия с активными сайтами. Таким образом, можно предположить, что тритерпеноидные компоненты Botrytis cinerea могут регулировать пути, связанные с раком желудка, через вышеупомянутые ключевые белки, тем самым улучшая и леча рак желудка.
Таким образом, в данной статье с помощью методов сетевой фармакологии была предсказана сложная молекулярно-сетевая взаимосвязь тритерпеноидных активных компонентов Inonotus obliquus против рака желудка. Результаты показали, что активными ингредиентами тритерпеноидных соединений из Inonotus obliquus против рака желудка могут быть: спирт Inonotus obliquus, бетулиновая кислота, ланостерол, тромбоцитарная кислота и др. Ключевыми мишенями являются ALB, MAPK1, NFKB1, MAPK8, CASP3 и др. Основные сигнальные пути включают сигнальный путь TNF, раковый сигнальный путь, сигнальный путь MAPK, сигнальный путь Toll-подобных рецепторов и т.д. Наконец, путем молекулярного докинга было установлено, что 5 ключевых белков-мишеней имеют хорошее связывание с 24 активными ингредиентами. Данная статья предлагает идеи и методы для изучения родственных механизмов действия, а также создает основу для дальнейшего изучения механизма противоракового действия тритерпеноидов из Inonotus obliquus.