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* 这些作者具有相同的贡献
在这里,我们提出了一个描述网络药理学和分子对接技术的方案,以探索嘉味盛江散 (JWSJS) 治疗糖尿病肾病的作用机制。
我们旨在深入研究 Jiawei Shengjiang San (JWSJS) 治疗糖尿病肾病和部署网络药理学作用的机制。利用网络药理学和分子对接技术,我们预测了 JWSJS 的活性成分和靶点,并构建了一个细致的“药物-成分-靶点”网络。利用基因本体论 (GO) 和京都基因与基因组百科全书 (KEGG) 富集分析来识别 JWSJS 的治疗途径和靶点。部署 Autodock Vina 1.2.0 进行分子对接验证,并进行 100 ns 分子动力学模拟以确认对接结果,然后进行 体内 动物验证。研究结果显示,JWSJS 与糖尿病肾病共享 227 个交叉靶点,构建了蛋白质-蛋白质相互作用网络拓扑。KEGG 富集分析表明,JWSJS 通过调节脂质和动脉粥样硬化、PI3K-Akt 信号通路、细胞凋亡和 HIF-1 信号通路减轻糖尿病肾病,丝裂原活化蛋白激酶 1 (MAPK1)、MAPK3、表皮生长因子受体 (EGFR) 和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 1 (AKT1) 被确定为多个通路的集体靶点。分子对接断言 JWSJS 的核心成分 (槲皮素、棕榈油酸和木犀草素) 可以通过氢键稳定与三个关键靶点 (MAPK1、MAPK3 和 EGFR) 的构象。 体内 检查表明,由于 JWSJS,体重显着增加,糖化血清蛋白 (GSP) 、低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C) 、三磷酸尿苷 (UTP) 和空腹血糖 (FBG) 水平降低。电子显微镜结合苏木精和伊红 (HE) 以及高碘酸-希夫 (PAS) 染色突出了每个治疗组在不同程度上减轻肾脏损伤的潜力,表现出 p-EGFR 、 p-MAPK3/1 和 BAX 的不同下降,以及 BCL-2 表达的增加治疗大鼠的肾脏组织。总之,这些见解表明,JWSJS 对糖尿病肾病的保护作用可能与抑制 EGFR/MAPK3/1 信号通路的激活和减轻肾细胞凋亡有关。
糖尿病 (DM) 是一种影响多个系统的慢性疾病,可因持续高血糖而引起各种并发症,例如糖尿病肾病 (DN)、视网膜病变和神经病变1。DN 是 DM 的一种严重并发症,约占终末期肾病 (ESRD) 的 30%-50%2。其临床表现为微量白蛋白尿,可进展为 ESRD,其特征是肾小球体积增加、系膜基质增生和肾小球基底膜增厚3。DN 的发病机制很复杂,尚未完全阐明。临床方法如降低血糖、调节血压、减少蛋白尿等多用于延缓其进展,但效果一般。
目前,尚未发现治疗 DN4 的特异性药物。然而,几个世纪以来,中草药已广泛用于治疗 DM 及其并发症5 ,并改善了患者的临床症状并延缓了疾病进展。由于中草药具有多组分、多靶点、多通路效应的优势,有望成为治疗 DN6 的创新药物来源。
“生江散”起源于明代医医龚庭贤的《万兵汇春》。《内浮仙坊》一书描述了 Bombyx Batryticatus、Cicadae periiostracum、Curcumaelongae Rhizoma 和 Radix Rhei et Rhizome 的用途。基于此,在添加 Hedysarum Multijugum Maxim、Epimrdii Herba 和 Smilacis Glabrae Rhixoma 后,它发挥了胜江散增清、降浊、释滞“热”、调“气”血的功能 7,8。它还可以增加健脾和补肾的效果。它的功效与 DN 的“气”因缺乏“生命能量”、过度干燥和“热”以及三重增能器引起的“热”停滞而无序上升和下降的发病机制一致 7,8。
既往临床研究表明,中草药已被用于治疗 DM 及其并发症,而甲味生姜散 (JWSJS) 已被证明可以调节血糖和血脂,减少蛋白尿,并显着提高早期 DN7 患者的临床疗效。JWSJS 降低 DN 大鼠尿蛋白和血糖水平的能力已被先前的研究证实。这可能是通过抑制 TXNIP/NLRP3 和 RIP1/RIP3/MLKL 信号通路,减少足细胞焦亡,防止 DN 大鼠肾组织坏死凋亡,从而实现肾脏保护9。JWSJS 可以上调 DN 大鼠肾蛋白和波多辛蛋白的表达,减少足细胞损伤,从而表明 JWSJS 对足细胞损伤具有抑制作用。JWSJS 具有一定的抗 DN 作用,安全性良好,但对其研究较少,这项工作主要集中在细胞焦亡和坏死细胞凋亡上。文献不够深入或系统10。我们以前的研究结果证实,JWSJS 可以减少 DN 大鼠的蛋白尿并减轻肾脏损伤7。然而,关于 JWSJS 治疗 DN 机制的研究很少,缺乏深度和系统化。因此,本研究旨在利用网络药理学分析 JWSJS 治疗 DN 的分子物质和作用机制,为未来的研究提供坚实的基础。
网络药理学是研究药物作用机制的新兴方法,包括化学信息学、网络生物学、生物信息学和药理学11,12。网络药理学研究设计与传统中医的整体概念13,14 非常相似,是研究中草药机制的重要方法。分子对接可以研究分子之间的相互作用并预测它们的结合模式和亲和力。分子对接已成为计算机辅助药物研究领域的一项关键技术15。因此,本研究通过网络药理学和分子对接方法构建了 JWSJS-DN-靶点相互作用网络,为进一步探索 JWSJS 治疗 DN 提供了可靠的理论依据。
所有动物均按照美国国家研究委员会实验动物护理和使用指南第 8版进行维护和使用,并按照 ARRIVE 指南中的建议进行报告16,17。该研究是根据中国国家研究委员会《实验动物护理和使用指南》进行的,并获得了河北中医药大学动物伦理委员会 (DWLL2019030) 的批准。
1. JWSJS 活性成分和靶标集合
2. DN 对应的 target 集合
3. 分子对接
4. 分子动力学模拟
5. 动物实验验证
6. 统计方法
按照方案,根据 OB 和 DL 的既定标准,经过筛选和重复数据删除,最终从分析中获得 JWSJS 的 90 种活性成分。其中包括 20 种 Hedysarum multijugum Maxim、23 种 Epimrdii Herba、15 种光滑 根瘤病、16 种 大黄根茎、4 种 姜黄根瘤、15 种 蝉 Periostracum 和 6 种 Bombyx Batryticatus 成分。由于 JWSJS 中有许多活性成分,因此仅列出了 20 种(见 表...
我们的研究结合了网络药理学、分子对接和 体内 动物模型。一个关键步骤是建立“药物-成分-靶点”网络,这对于确定 JWSJS 治疗 DN 的潜在机制至关重要,特别关注其与 EGFR/MAPK3/1 信号通路的相互作用。
在这项研究中,我们进行了几次修改,特别是在分子对接过程中,以提高我们预测的准确性。故障排除主要集中在优化 体内 动物模型的...
作者没有什么可披露的。
本研究得到了中国河北省自然科学基金面上项目(第 H2019423037 号)的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2×SYBR Green qPCR Master Mix | Servicebio, Wuhan, China | G3320-05 | |
24-h urine protein quantification (UTP) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
3,3'-Diaminobenzidine | Shanghai Huzheng Biotech, China | 91-95-2 | |
Automatic biochemical analysis instrument | Hitachi, Japan | 7170A | |
Anhydrous Ethanol | Biosharp, Tianjin, China | N/A | |
BAX Primary antibodies | Affinity, USA | AF0120 | Rat |
BCL-2 Primary antibodies | Affinity, USA | AF6139 | Rat |
BX53 microscope | Olympus, Japan | BX53 | |
Chloroform Substitute | ECOTOP, Guangzhou, China | ES-8522 | |
Desmond software | New York, NY, USA | Release 2019-1 | |
Digital Constant Temperature Water Bath | Changzhou Jintan Liangyou Instrument, China | DK-8D | |
EGFR Primary antibodies | Affinity, USA | AF6043 | Rat |
Embed-812 RESIN | Shell Chemical, USA | 14900 | |
Fasting blood glucose (FBG) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
FC-type full-wavelength enzyme label analyser | Multiskan; Thermo, USA | N/A | |
GAPDH Primary antibodies | Affinity, USA | AF7021 | Rat |
Glycated serum protein (GSP) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
Transmission electron microscope | Hitachi, Japan | H-7650 | |
Haematoxylin/eosin (HE) staining solution | Servicebio, USA | G1003 | |
Image-Pro Plus | MEDIA CYBERNETICS, USA | N/A | |
Real-Time PCR Amplification Instrument | Applied Biosystems, USA | iQ5 | |
Irbesartan tablets | Hangzhou Sanofi Pharmaceuticals | N/A | |
Isopropanol | Biosharp, Tianjin, China | N/A | |
JWSJS granules | Guangdong Yifang Pharmaceutical | N/A | |
Kodak Image Station 2000 MM imaging system | Kodak, USA | IS2000 | |
Low-density cholesterol (LDL-C) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
MAPK3/1Primary antibodies | Affinity, USA | AF0155 | Rat |
Medical Centrifuge | Hunan Xiangyi Laboratory Instrument Development, China | TGL-16K | |
Mini trans-blot transfer system | Bio-Rad, USA | N/A | |
Mini-PROTEAN electrophoresis system | Bio-Rad, USA | N/A | |
NanoVue Plus Spectrophotometer | Healthcare Bio-Sciences AB, Sweden | 111765 | |
p-EGFR Primary antibodies | Affinity, USA | AF3044 | Rat |
Periodic acid-Schiff (PAS) staining solution | Servicebio, USA | G1008 | |
p-MAPK3/1 Primary antibodies | Affinity, USA | AF1015 | Rat |
Secondary antibodies | Santa Cruz, USA | sc-2357 | Rabbit |
Streptozotocin | Sigma, USA | S0130 | |
SureScript First-Strand cDNA Synthesis Kit | GeneCopeia, USA | QP056T | |
TriQuick Reagent | Solarbio, Beijing, China | R1100 | |
Ultra-Clean Workbench | Suzhou Purification Equipment, China | SW-CJ-1F |
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