Обсуждение механизма сетевой фармакологии и молекулярных мишеней Shenqin Baizhu San в лечении колоректального рака
Колоректальный рак (КРР) в настоящее время является третьей по распространенности злокачественной опухолью в мире. Уровень заболеваемости и смертности от него продолжает расти, а пятилетняя выживаемость остается неудовлетворительной. С точки зрения эпигенетических изменений, возникновение и развитие CRC занимает 10-15 лет, но такие факторы риска, как диетические предпочтения, чрезмерное потребление красного мяса, старение, воспалительные заболевания кишечника и дисбаланс микробиоты кишечника, могут быстро способствовать его развитию. В настоящее время основными методами лечения КРР являются хирургическое вмешательство, лучевая терапия, химиотерапия и таргетная терапия. Однако нельзя игнорировать токсические побочные эффекты этих методов лечения, которые оказывают большое влияние на качество жизни пациентов и серьезно ограничивают их эффективность.

Традиционная китайская медицина (ТКМ), как альтернативный препарат для лечения опухолевых заболеваний, имеет значительные преимущества в лечении КРР, а ее сочетание с лучевой и химиотерапией позволяет значительно улучшить выживаемость пациентов на 1-3 года. СЛБЗП получают из "Тай Пин Хуэй Минь Хэ Цзи Цзю Фан" и в основном состоит из женьшеня (Ginseng Radix et Rhizoma), пории (Poria), атрактилодиса макроцефа лаэ (Rhizoma Atractylodis Macrocepha lae), Lablab Semen Album, Nelumbi nis Semen (семя лотоса), Dioscorea Hizoma (ямс), Amo mi Fructous (Amo mi Fruitus), Coici Semen (семя коикса), Platycodo nis Radix (Platycodo nis Radix), Glycyrrhiza (Glycyrrhiza Radix et Rhizoma). Состав ароматизированных препаратов. СЛБЗП содержит большое количество сапонинов, флавоноидов, стероидов, полисахаридов, тритерпеноидов и других соединений. В клинической практике SLBZP в сочетании с лучевой и химиотерапией может эффективно улучшить качество жизни пациентов с КРР, повысить их иммунитет и уменьшить токсические побочные эффекты лучевой и химиотерапии. Wang et al. провели рандомизированное контролируемое клиническое исследование, чтобы проанализировать влияние SLBZP в сочетании с химиотерапией на послеоперационную иммунную функцию и качество жизни пациентов с КРР. Они обнаружили, что после 12 недель лечения, по сравнению с группой химиотерапии, традиционная китайская медицина в сочетании с химиотерапией значительно подавляла экспрессию CD3+, CD4+, CD4+/CD8+, увеличивала экспрессию CD8+, улучшала оценку KPS, увеличивала процент контроля заболевания (88,10%), улучшала токсические побочные эффекты после химиотерапии и качество жизни пациентов. Zhang et al. использовали комбинацию SLBZP и схемы mFOLFOX6 для лечения послеоперационных пациентов с CRC, что значительно повысило иммунитет организма и улучшило побочные токсические эффекты после химиотерапии. Женьшень и Poria cocos, как основные травы в SLBZP, в основном питают пять органов человеческого тела и регулируют ци селезенки и желудка. Современные исследования показали, что основной компонент женьшеня, гинзенозид Rb2, не только воздействует на сигнальный путь TGF - β 1/Smad, подавляя рост, адгезию, EMT и метастазирование клеток CRC человека, но и активирует путь P53, повышает уровень проапоптотического фактора Bax и способствует апоптозу клеток HCT-116 и SW620; Полисахарид Poria cocos (PCP), являясь наиболее распространенным активным ингредиентом Poria cocos (составляет около 84% от общего количества компонентов), обладает широким спектром биологической активности, такой как противоопухолевая, иммунорегулирующая и противовоспалительная. Эксперименты на животных также показали, что SLBZP может эффективно снизить инфильтрацию MDSCs и улучшить иммуносупрессивное микроокружение опухоли; а за счет снижения уровня TCF - β 1 и N-кадхерина, повышения уровня E-кадхерина снижает EMT и активацию β-катенина, и смягчает процесс канцерогенеза.

Традиционная китайская медицина является национальным достоянием Китая и прошла через непрерывные испытания, развитие и совершенствование поколениями практикующих врачей. Традиционная китайская медицина подчеркивает важность правителя, подданного и помощника. Клинические рецепты часто состоят из комбинации нескольких лекарств. Эти комплексные препараты часто имеют характеристики нескольких активных ингредиентов, нескольких мишеней действия и нескольких путей регуляции, что делает их идеальным выбором для лечения сложных заболеваний. Однако то, как четко и объективно изучить и проанализировать молекулярные механизмы и взаимодействия активных ингредиентов каждого препарата, стало огромной проблемой, которая в настоящее время сдерживает развитие медицины в Китае. Поэтому для решения проблем, стоящих на пути развития традиционной китайской медицины, появился метод анализа эффективности традиционной китайской медицины с помощью сетевой фармакологии. Как новый метод, объединяющий систематический сетевой анализ и фармакологию, он может быть использован для выяснения синергетических эффектов активных ингредиентов лекарств через сети заболеваний-мишеней, предсказания потенциальных механизмов лечения заболеваний через многоцелевые и многопутевые пути на молекулярном уровне, понимания взаимосвязей между генами, белками и заболеваниями, а также предоставления новых возможностей для фармакологических исследований сложных формул традиционной китайской медицины.
В данном исследовании были использованы методы сетевой фармакологии для анализа молекулярных мишеней и механизмов действия активных ингредиентов SLBZP в лечении CRC. Дифференциально экспрессированные гены между больными CRC и здоровыми людьми были получены и проверены через базу данных GEO для получения мишеней, связанных с CRC. Потенциальный механизм действия SLBZP в лечении CRC был проанализирован с помощью GO и KEGG.

Уникальная концепция традиционной китайской медицины прошла тысячелетний путь развития и наследования и широко используется для профилактики и лечения различных заболеваний. Формулы традиционной китайской медицины обычно состоят из множества трав, которые используются в комбинации в соответствии с принципами Цзюнь, Чэнь, Цзо и Ши для достижения синергетического эффекта, доставки лекарства к месту заболевания, а также содействия восстановлению ци и устранения зла. CRC относится к таким категориям традиционной китайской медицины, как "висцеральная токсичность", "кишечный ветер", "кишечный гриб", "запертый анальный геморрой", "дянь хуан", "накопление" и др. Причиной этого заболевания часто является скопление холода, флегмы, сырости, токсинов и застоя крови, которые сгущаются в карбункул и скапливаются в толстой кишке. Лечение часто направлено на укрепление организма и рассеивание зла, укрепление селезенки и ци, очищение от жара и сырости, достижение цели - рассеивание скопления токсинов и застоя крови, укрепление праведной ци организма, улучшение симптомов заболевания и повышение качества жизни. SLBZP, являясь классической формулой для укрепления селезенки, продвижения сырости и укрепления организма, широко используется в клинической практике для лечения язвенного колита (ЯК). Его можно сочетать с радио- и химиотерапией, чтобы значительно повысить иммунную функцию пациентов с ЯК, облегчить воспалительные реакции в кишечнике, оптимизировать структуру кишечной микробиоты и т. д. Традиционная китайская медицина делает акцент на целостном подходе к лечению заболеваний, сосредоточиваясь на восстановлении общих функций организма и устранении основных причин. После того как была предложена концепция сетевой фармакологии, она была быстро объединена с формулами традиционной китайской медицины для исследования, что позволяет всесторонне раскрыть общую концепцию традиционной китайской медицины в лечении заболеваний и проанализировать сложные механизмы действия формул традиционной китайской медицины. Таким образом, при поддержке многочисленных платформ баз данных, методы биоинформатики используются для анализа сложных лекарственных компонентов и механизмов действия формул традиционной китайской медицины, что делает конкретную эффективность препаратов ясной и понятной. В этом исследовании 190 соединений и 255 целевых генов SLBZP были проверены на основе OB и DL, а пересечение было получено путем объединения 611 дифференциально экспрессированных генов между больными CRC и здоровыми людьми. На основании FDR1 в итоге был выявлен 31 ген, связанный с SLBZP и CRC. Мы построили сеть таргетинга соединений SLBZP на CRC. Результаты показали, что большинство соединений SLBZP могут регулировать множество мишеней, таких как кверцетин, каэмпферол и кумарин, которые действуют на 21, 5 и 4 мишени соответственно. Они занимают важные позиции в сети, поэтому, вероятно, являются ключевыми активными соединениями SLBZP. Хотя количество предсказанных мишеней для каждого отдельного препарата различно, существует множество повторяющихся мишеней действия. Нетрудно понять, что несколько активных компонентов SLBZP оказывают синергетическое воздействие на регулирующие мишени. Как один из наиболее широко изученных флавоноидов, эксфолиант обладает сильной антиоксидантной и противовоспалительной активностью, и считается, что он играет важную роль в лечении и профилактике диабета, рака, нейродегенеративных заболеваний и сердечно-сосудистых заболеваний. Что касается влияния на опухоли, то берберин способен регулировать различные биологические пути, вызывать апоптоз опухолевых клеток, подавлять ангиогенез и предотвращать пролиферацию опухолевых клеток. Исследования показали, что кверцетин, являясь эффективным ингибитором β - катенина, может вызывать снижение регуляции Wnt/β - катенина в клетках CRC SW480, предотвращая прогрессирование CRC. Ху и др. изучили влияние препарата наночастиц Xiexin (35 нм) на опухолевое микроокружение рака мочевого пузыря путем приготовления препарата наночастиц Xiexin. Они обнаружили, что препарат гранул Xiexin может увеличить проницаемость лекарств для опухолевого барьера, значительно уменьшить рост активных фибробластов и количество коллагена в опухоли, а также нормализовать содержание коллагена в опухолевой ткани для достижения противоопухолевой цели. Фенол Шаннаи - это природный брассинол, содержащийся в различных видах растений. Многочисленные эксперименты in vitro показали, что фенол Шаннаи обладает значительным противовоспалительным действием и может подавлять развитие опухолей, блокируя клеточный цикл, предотвращая опухолевый ангиогенез, способствуя апоптозу опухолевых клеток и препятствуя миграции опухолевых клеток. Однако из-за влияния таких факторов, как проницаемость транспортных белков, липофильность, структура брыжейки и транспорт клеток кишечного эпителия, на утилизацию лекарств в организме, сальвианоловая кислота имеет низкую пероральную доступность, что ограничивает ее применение в качестве противоракового средства. Однако, по имеющимся данным, комбинация сальвианоловой кислоты и кверцетина может значительно усилить противораковый эффект кверцетина за счет блокирования его эффлюкса, а комбинация с цисплатином может значительно повысить его токсичность для клеток. Ситостерин, являющийся одним из кандидатов в противораковые препараты, также продемонстрировал значительный противораковый эффект. Он может подавлять пролиферацию, миграцию и формирование капиллярных сетей опухолевых эндотелиальных клеток, нарушая ось TNF - α - VEGFR-2, эффективно снижая выработку воспалительных цитокинов, привлечение макрофагов и опухолевый ангиогенез, и достигая цели подавления роста опухоли. Состав традиционной китайской медицины сложен, и хотя сетевая фармакология может всесторонне проанализировать химический состав и механизм действия традиционной китайской медицины, общий объем эффективных ингредиентов и синергетические эффекты после взаимодействия всех сторон не могут быть решены. Лекарственная терапия заболеваний является результатом совместного действия нескольких компонентов. В данном исследовании кверцетин, каэмпферол и стигмастерол регулировали большинство соответствующих мишеней CRC, а также обладали противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами, что делает их репрезентативными соединениями SLBZP.
Предсказанные мишени SLBZP и мишени, связанные с CRC, были объединены и структурированы с помощью сети PPI. Для более точного анализа взаимосвязи между SLBZP и общими мишенями CRC и родственными белками, два параметра, включая DC и BC, были установлены для отбора узлов и построения новой сети. С помощью анализа PPI-сети было установлено, что SLBZP сильно взаимодействует с другими белками при лечении CRC, а его терапевтический эффект на CRC может синергетически регулировать взаимодействие с другими белками.

Проведите анализ обогащения GO на предмет обогащения мишеней SLBZP, нацеленных на CRC, в BP, CC и MF. Результаты показывают, что SLBZP регулирует определенные биологические процессы, такие как распад внеклеточного матрикса, метаболизм распада коллагена и активность алкогольдегидрогеназы. Эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМТ) играет важнейшую роль как в эмбриональном развитии, так и в канцерогенезе. В опухолях EMT связан с инвазией, метастазированием, лекарственной устойчивостью и плохим прогнозом раковых клеток. EMT обычно индуцируется цитокинами, такими как TCF - β, который активирует несколько сигнальных путей, снижает экспрессию E-кадхерина и фосфорилирует белок β-катенин, уменьшает концентрацию комплекса E-кадхерин - β-катенин (E β) и нарушает межклеточную адгезию. Внеклеточный матрикс (ECM) претерпевает быстрые изменения в составе и структуре во время развития рака. Опухолевый ЭЦМ богат коллагеном I и фибронектином, и благодаря LOX-опосредованному сшиванию коллагена он реорганизуется из случайной сети в выровненную сеть, тем самым увеличивая плотность ЭЦМ, способствуя выживанию и пролиферации опухолевых клеток, увеличивая их подвижность, способствуя инвазии опухолевых клеток и часто приводя к устойчивости опухоли к лучевой терапии. Такое ремоделирование ECM может напрямую влиять на прогрессирование рака. Отложение и сшивание белков волокнистого ECM, включая коллаген и фибронектин, увеличивается, а снижение межклеточной адгезии, вызванное EMT, приводит к дисбалансу клеточного матрикса и межклеточной адгезии, что также является основой для прогрессии рака. Примерно 3,6% раковых заболеваний в мире вызваны употреблением алкоголя, который может быть тесно связан со злокачественными новообразованиями желудочно-кишечного тракта, включая колоректальный рак (КРР). Поэтому Международное агентство по изучению рака (МАИР) относит алкоголь к канцерогенам группы 1 для человека. Механизм канцерогенного действия алкоголя: вмешательство в синтез и восстановление ДНК; содействие генным мутациям в клетках; изменение метаболических путей; чрезмерное потребление ретиноевой кислоты приводит к низкой дифференцировке тканей, высокой дегенерации и предзлокачественному состоянию. У больных CRC активность алкогольдегидрогеназы (ADH) в сыворотке крови значительно повышена по сравнению со здоровой слизистой, в то время как активность альдегиддегидрогеназы (ALDH) значительно снижена, что приводит к нарушению баланса между этими двумя видами деятельности и образованию большого количества токсичного ацетальдегида. SLBZP может предотвратить возникновение и развитие опухолей, вмешиваясь в эти физиологические и патологические процессы.

Преимущества традиционной китайской медицины заключаются в наличии множества компонентов, мишеней и путей в лечении заболеваний. Соединение SLBZP также обладает теми же характеристиками. Для лечения CRC используется многокомпонентный, многоцелевой и многопутевой подход. В этом исследовании были значительно обогащены 20 сигнальных путей KEGG, включая те, которые связаны с химическим канцерогенезом и инфекцией Salmonella. Вследствие диетических привычек и профессиональных вредностей растет заболеваемость CRC, вызванная химическим канцерогенезом. Пища, приготовленная при высоких температурах (>130 °С) или загрязненная воздухом, часто выделяет такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), гетероциклические амины (ГЦА), N-нитрозосоединения (НОС), микотоксины (афлатоксины) и акриламид, которые необходимо срочно признать потенциальными факторами риска развития колоректального рака (КРР). В большинстве эпидемиологических исследований отмечается положительная корреляция между воздействием HCA и CRC, причем увеличение индекса риска на 30% связано с мутациями, индуцированными CRC. Нитраты, как эффективные консерванты, добавляемые в пищевые продукты, не только предотвращают рост Clostridium botulinum, но и улучшают цвет и вкус переработанного мяса. Однако все больше данных свидетельствует о том, что они могут приводить к образованию эндогенных ННК и оказывать сильное канцерогенное действие. Основной канцерогенный механизм НОК заключается в увеличении производства аномальных очагов крипт (ACF) и очагов истощения слизистой (MDF) в кишечнике, что вызывает мутации ДНК в эпителиальных клетках кишечника и способствует возникновению колоректального рака (CRC). С развитием высокопроизводительного секвенирования выявляется взаимосвязь между микробиотой кишечника и CRC. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что структура микробиоты кишечника нарушена. Патогены могут изменять клеточную биологию, вызывая хроническое воспаление кишечника, что становится важным пусковым механизмом развития CRC. Ежегодно около 90 миллионов человек заражаются сальмонеллой, а в кишечнике обитает более 2500 различных серотипов подвидов сальмонеллы. Сальмонелла влияет на множество сигнальных путей, связанных с опухолями, активируя AKT и ERK через секретируемые в клетках эффекторные белки, которые обычно также активируются при многих видах рака. В сигнальном пути Wnt эффекторный нетоксичный белок A (AvrA) сальмонеллы может быть перенесен в клетки хозяина через T3SS. Под действием деубиквитиназной активности AvrA он предотвращает деградацию β-катенина и способствует его массированному набору в ядро. Связываясь с TCF/LEF, он снижает экспрессию онкогенов MYC и CCND1. В то же время AvrA может активировать AKT для фосфорилирования β-катенина на серине, что способствует дальнейшему развитию ядерной β-катениновой сигнализации. Таким образом, такие факторы, как химический канцерогенез, воспаление кишечника и увеличение количества патогенных бактерий, являются важными факторами развития CRC. SLBZP, как классическая формула для укрепления селезенки и питания ци, может эффективно увеличить экспрессию противовоспалительных факторов в организме, усилить иммунный ответ, регулировать кишечную микробиоту, защитить эпителиальные клетки кишечника от повреждения и предотвратить развитие CRC. В этом исследовании вышеуказанные пути были значительно обогащены и тесно связаны с сигнальными путями CRC, что указывает на то, что регулирование путей, связанных с возникновением CRC, может быть одним из механизмов лечения CRC с помощью SLBZP. Кроме того, SLBZP может действовать путем регуляции других путей, включая путь TNF, путь Toll-подобных рецепторов, путь IL-17 и т.д.

В данном исследовании также была построена сеть генных путей для изучения ключевых генов-мишеней SLBZP для CRC. Результаты показывают, что FOS и IL-1B имеют самый высокий BC и могут быть основными мишенями. Остальные 9 генов (MMP9, VEGFA, ADHIC, STAT3, ADH1A, CCNDI, CXCL2, CLALI, IL-1A) были выбраны в качестве ключевых целевых генов. FOS, являющийся ключевым движущим фактором метастазирования CRC, расположен на хромосоме человека 14q21-31 и кодирует ядерный белок c-Fos. Самостоятельный белок c-Fos не имеет физиологической функции и должен связываться с c-Jun для образования гетеродимера (AP-1) с транскрипционной активационной активностью AP-1 тесно связан с клеточной пролиферацией и дифференцировкой. Экспрессия c-Fos и c-Jun низкая в нормальных тканях и высокая во многих злокачественных опухолях и раковых процессах. Чен и др. проанализировали экспрессию белка c-Fos в раковых тканях 16 пациентов с CRC и прилегающих нормальных тканях, чтобы выяснить восприимчивость CRC под влиянием FOS. Они обнаружили, что уровень экспрессии белка c-Fos в тканях CRC был значительно повышен, а выживаемость значительно снижена. Воспаление, как фактор, влияющий на различные стадии канцерогенеза, привлекает все больше внимания. Многие исследования показали, что регулярное применение нестероидных противовоспалительных препаратов позволяет значительно снизить риск развития РПК. Это косвенно доказывает, что воспалительная реакция способствует возникновению РМЖ. ИЛ-1В (ИЛ-1 β), являясь провоспалительным "тревожным" фактором, активируется на ранних стадиях воспаления и рака. Уровень экспрессии IL-1 β значительно повышен у пациентов с CRC и связан с тяжестью и прогнозом заболевания. Как и большинство других опухолевых заболеваний, CRC - это опухоль с высоким уровнем ангиогенеза, а эффективное образование кровеносных сосудов является важным фактором повышения выживаемости, пролиферации и метастазирования клеток CRC. Путь IL-1 β/IL-6 может способствовать ангиогенезу и росту опухолевых клеток, стимулируя экспрессию потенциального ангиогенного фактора COX2, причем экспрессия этих трех факторов значительно коррелирует. Сверхэкспрессия COX-2 регулируется значительным увеличением IL-1 β и IL6.

В данном исследовании использовались методы сетевой фармакологии для изучения механизма и молекулярных мишеней воздействия SLBZP на CRC. Кверцетин (21 мишень), каэмпферол (5 мишеней), β-каротин (5 мишеней), стигмастерол (4 мишени), изофлавоны (4 мишени) и диосгенин (3 мишени) действуют на множество мишеней, поскольку занимают важные позиции в сети и могут быть ключевыми активными соединениями SLBZP. Таким образом, SLBZP может действовать через вышеупомянутые ключевые соединения, влияя на специфические биологические процессы, регулируя пролиферацию и миграцию опухолевых клеток и оказывая терапевтический эффект в подавлении воспалительных реакций, предотвращении химического канцерогенеза, оптимизации структуры микробиоты кишечника и других путях. FOS, IL-1B, MMP9, VEGFA, ADH1C, STAT1, ADH1A, CCND1, CXCL2, CLAL1 и IL-1A являются ключевыми генами для лечения CRC с помощью SLBZP, что еще раз подтверждает преимущества формул традиционной китайской медицины в лечении сложных заболеваний с множеством компонентов, целей и путей.