IF 6.9,黄芩-黄连治疗动脉粥样硬化机制研究

文摘   2024-08-11 10:45   美国  

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山东中医药大学

陈泽涛和陈维达团队

2023年7月25日

《Biomedicine & Pharmacotherapy》(IF=6.9)

发表中药学研究

Identification of bioactive compounds and potential mechanisms of scutellariae radix-coptidis rhizoma in the treatment of atherosclerosis by integrating network pharmacology and experimental validation

网络药理学与实验验证相结合鉴定黄芩-黄连治疗动脉粥样硬化的生物活性成分及其潜在机制

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0753332223010016?via%3Dihub


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 研究发现与亮点:

该研究通过网络药理学、分子对接、生物信息学分析和实验验证,研究了黄芩-黄连(QLYD)动脉粥样硬化的潜在治疗作用和机制。

1、黄芩-黄连是治疗动脉粥样硬化的核心药物。

2、黄芩-黄连主要活性成分关键治疗靶点在动脉粥样硬化的治疗中得到了广泛的研究。

3、黄芩-黄连的主要活性成分与动脉粥样硬化的关键治疗靶点具有良好的结合亲和力

4、黄芩-黄连通过多组分、多靶点、多通路作用治疗动脉粥样硬化。


重点摘要



背景及目的

利用网络药理学、分子对接、生物信息学分析和实验验证,研究黄芩-黄连(QLYD)对动脉粥样硬化(AS)的潜在靶点和功能机制。

方法:

 1、从中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)及文献中收集黄芩-黄连的活性成分及其对应的靶点。

 2、利用OMIM、DrugBank、DisGeNET、CTD和GEO数据库挖掘AS的潜在治疗靶点。

 3、构建并可视化共同靶点的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络。

 4、进行GO及KEGG分析,以分析PPI网络中核心靶点的功能。

 5、使用AutoDockTools、AutoDock Vina和PyMOL软件进行分子对接,验证黄芩-黄连主要成分与核心靶点之间的相关性。

  6、建立小鼠AS模型,并通过体内实验验证网络药理学的结果。


研究结果:

   1、共获得49个黄芩-黄连活性成分和225个相应的靶点,与AS相关靶点交集后识别出68个共同靶点

    从PPI网络中筛选出5个主要靶点:IL6、VEGFA、AKT1、TNF和IL1B

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图2 展示了QLYD活性成分和它们对应的靶点之间的网络关系。


图4a 显示了68个共同靶点的PPI网络,其中节点的大小和颜色表示它们在网络中的重要性。


图2中的网络图揭示了QLYD的复杂作用模式,而图4a中的PPI网络则突出显示了在AS中起关键作用的基因,为进一步的生物学研究和药物开发提供了潜在的靶点。


    2GO功能分析显示这些靶点主要与细胞对氧化应激的响应、炎症反应的调节、上皮细胞凋亡过程血液凝固有关。

    3、KEGG通路分析表明这些靶点糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路TNF信号通路IL-17信号通路MAPK信号通路NF-kappa B信号通路相关。

图 5.黄芩-黄连干预AS交叉靶点的GO和KEGG富集分析。(a) GO富集分析(BP、CC和MF富集分析的前20个术语分别以绿色、蓝色和橙色条显示)。(b) 68个交叉靶标的KEGG富集分析的条形图(前50个结果)。(c-d)KEGG富集途径的分类学分析。(e) 信号转导部分涉及的六条通路的和弦图。(f) 靶向通路网络。


4、分子对接结果显示黄芩-黄连FOS、AKT1和TNF有良好的结合亲和力

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表4提供了QLYD中六个核心活性成分与它们潜在结合的七个核心靶点的分子对接信息。这些数据帮助研究者理解这些成分如何与特定的蛋白质靶点相互作用,为进一步的药物开发和机理研究提供了分子层面的见解。


Protein (蛋白质): 列出了七个核心靶标蛋白质的名称,这些靶标与动脉粥样硬化(AS)治疗相关。

PDB ID: 每个蛋白质的蛋白质数据银行(PDB)标识符,这是一个独特的代码,用于识别数据库中的3D结构。

Structure: 表示每个蛋白质的3D结构模型,可用于进一步分析。

Docking compound (对接化合物): 列出了进行分子对接的六个QLYD活性成分。

Affinity (亲和力): 显示了每个活性成分与蛋白质靶标的结合亲和力,单位是千卡/摩尔(kcal/mol)。亲和力的数值越小,表示结合得越紧密,相互作用越强。


图6展示了QLYD中活性成分与核心靶点之间的分子对接结果,这些结果是通过计算模拟来预测药物成分与靶点蛋白之间的结合亲和力。


亲和力数值越小,表示结合越紧密,这通常意味着更强的生物活性。在图6中,Wogonin与FOS的结合亲和力最低,表明它们之间可能具有最强的相互作用。这种强相互作用可能对QLYD的药理作用至关重要,尤其是在调节炎症反应和细胞信号传导方面。


图6a: 展示了所有活性成分与核心靶点对接的热图,其中颜色的深浅表示结合亲和力的大小。颜色越深,表示亲和力越强,即结合越紧密。

图6b-f: 分别展示了五个具有最低亲和力(即最强结合能力)的分子对接结果。每个子图都展示了一个特定的活性成分与其结合的核心靶点的结构。

图6b: Wogonin与FOS蛋白的分子对接,亲和力为-9.4 kcal/mol。

图6c: Berberine与FOS蛋白的分子对接,亲和力为-9.0 kcal/mol。

图6d: Quercetin与FOS蛋白的分子对接,亲和力为-8.2 kcal/mol。

图6e: Berberine与AKT1蛋白的分子对接,亲和力为-8.2 kcal/mol。

图6f: Berberine与TNF蛋白的分子对接,亲和力为-8.0 kcal/mol。





    5动物实验表明黄芩-黄连抑制炎症、改善血脂水平,并减少动脉粥样硬化小鼠的斑块面积,以预防和治疗脉粥样硬化

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图7 展示了QLYD对AS小鼠模型的影响。

图7中的组织学染色图和ELISA结果图直观地展示了QLYD对AS小鼠模型的治疗效果,包括斑块面积的减少、血脂和炎症因子水平的降低,以及对TLR4/NF-κB信号通路的调节作用,证实了QLYD在体内具有潜在的治疗AS的效果。




结论:

      基于网络药理学和分子对接的研究揭示了QLYD(黄芩-黄连)干预动脉粥样硬化(AS)主要活性成分关键靶点,以及主要信号通路,包括AGE-RAGE信号通路、TNF信号通路、IL-17信号通路、MAPK信号通路和NF-kappa B信号通路

      黄芩-黄连同一活性成分可以调节不同的靶点同一靶点可以干预不同的生物过程和信号通路,展现出中药多成分、多靶点和多途径干预的特点。

      此外,我们通过体内实验验证了黄芩-黄连在动脉粥样硬化小鼠模型中的潜在治疗效果,并探索了其通过部分抑制TLR4/NF-κB经典炎症途径来减少炎症水平,从而发挥抗炎稳定斑块效应的机制。

    

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