Hier stellen wir ein Protokoll vor, das die Netzwerkpharmakologie und molekulare Docking-Techniken beschreibt, um den Wirkmechanismus von Jiawei Shengjiang San (JWSJS) bei der Behandlung der diabetischen Nephropathie zu untersuchen.
Unser Ziel war es, die Mechanismen zu untersuchen, die der Aktion von Jiawei Shengjiang San (JWSJS) bei der Behandlung der diabetischen Nephropathie und dem Einsatz von Netzwerkpharmakologie zugrunde liegen. Mit Hilfe von Netzwerkpharmakologie und molekularen Docking-Techniken haben wir die Wirkstoffe und Ziele von JWSJS vorhergesagt und ein akribisches “Wirkstoff-Komponenten-Ziel”-Netzwerk konstruiert. Die Anreicherungsanalysen der Genontologie (GO) und der Kyoto-Enzyklopädie der Gene und Genome (KEGG) wurden verwendet, um die therapeutischen Wege und Ziele von JWSJS zu ermitteln. Autodock Vina 1.2.0 wurde für die Verifizierung des molekularen Dockings eingesetzt, und es wurde eine 100-ns-Molekulardynamiksimulation durchgeführt, um die Andockergebnisse zu bestätigen, gefolgt von einer In-vivo-Verifizierung an Tieren. Die Ergebnisse zeigten, dass JWSJS 227 sich überschneidende Ziele mit der diabetischen Nephropathie teilte und eine Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk-Topologie konstruierte. Die KEGG-Anreicherungsanalyse zeigte, dass JWSJS die diabetische Nephropathie durch Modulation von Lipiden und Atherosklerose, dem PI3K-Akt-Signalweg, der Apoptose und dem HIF-1-Signalweg abschwächt, wobei die Mitogen-aktivierte Proteinkinase 1 (MAPK1), MAPK3, der epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) und die Serin/Threonin-Proteinkinase 1 (AKT1) als kollektive Ziele mehrerer Signalwege identifiziert wurden. Molecular docking behauptete, dass die Kernkomponenten von JWSJS (Quercetin, Palmitoleinsäure und Luteolin) die Konformation mit drei zentralen Zielen (MAPK1, MAPK3 und EGFR) durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisieren können. In-vivo-Untersuchungen zeigten eine bemerkenswerte Zunahme des Körpergewichts und eine Verringerung des glykierten Serumproteins (GSP), des Low-Density-Lipoprotein-Cholesterins (LDL-C), des Uridintriphosphats (UTP) und des Nüchternblutzuckerspiegels (FBG) aufgrund von JWSJS. Die Elektronenmikroskopie in Verbindung mit Hämatoxylin und Eosin (HE) und die Periodensäure-Schiff-Färbung (PAS) zeigten das Potenzial jeder Behandlungsgruppe bei der Linderung von Nierenschäden in unterschiedlichem Ausmaß, wobei sie unterschiedliche Rückgänge von p-EGFR, p-MAPK3/1 und BAX sowie Zuwächse der BCL-2-Expression im Nierengewebe der behandelten Ratten zeigten. Zusammenfassend deuten diese Erkenntnisse darauf hin, dass die schützende Wirksamkeit von JWSJS bei diabetischer Nephropathie mit der Unterdrückung der Aktivierung des EGFR/MAPK3/1-Signalwegs und der Linderung der Apoptose der Nierenzellen verbunden sein könnte.
Diabetes mellitus (DM) ist eine chronische Krankheit, die mehrere Systeme betrifft und aufgrund einer kontinuierlichen Hyperglykämie verschiedene Komplikationen verursachen kann, wie z. B. diabetische Nephropathie (DN), Retinopathie und Neuropathie1. DN ist eine schwerwiegende Komplikation der DM und macht etwa 30 % bis 50 % der Nierenerkrankungen im Endstadium (ESRD) aus2. Ihre klinische Manifestation ist die Mikroalbuminurie, die zu einer ESRD fortschreiten kann, die durch ein erhöhtes glomeruläres Volumen, eine mesangiale Stromahyperplasie und eine verdickte glomeruläre Basalmembrangekennzeichnet ist 3. Die Pathogenese der DN ist komplex und noch nicht vollständig geklärt. Klinische Methoden wie die Senkung des Blutzuckerspiegels, die Regulierung des Blutdrucks und die Verringerung der Proteinurie werden hauptsächlich verwendet, um das Fortschreiten zu verzögern, aber die Wirkung ist allgemein.
Derzeit wurde kein spezifisches Medikament zur Behandlung von DN4 gefunden. Seit Jahrhunderten werden chinesische pflanzliche Arzneimittel jedoch häufig zur Behandlung von DM und seinen Komplikationen eingesetzt5 und haben die klinischen Symptome der Patienten verbessert und das Fortschreiten der Krankheit verzögert. Aufgrund der Vorteile von Mehrkomponenten-, Multi-Target- und Multi-Pathway-Effekten wird erwartet, dass chinesische pflanzliche Arzneimittel eine innovative Arzneimittelquelle für die Behandlung von DN6 sind.
“Shengjiang san” stammt von den “Wanbing Huichun” des Arztes Gong Tingxian aus der Ming-Dynastie. Das Buch “Neifu Xianfang” beschreibt die Verwendung von Bombyx Batryticatus, Cicadae Periostracum, Curcumaelongae Rhizoma und Radix Rhei et Rhizome. Auf dieser Grundlage übt es nach der Zugabe von Hedysarum Multijugum Maxim, Epimrdii Herba und Smilacis Glabrae Rhixom die Funktion von Shengjiang san aus, die Klarheit zu erhöhen, die Trübungen zu verringern, stagnierende “Wärme” freizusetzen und das “Qi” und das Blut zu harmonisieren 7,8. Es erhöht auch die Wirkung der Milzstärkung und der Straffung der Nieren. Seine Wirksamkeit steht im Einklang mit der Pathogenese des “Qi” von DN, das aufgrund eines Mangels an “Lebensenergie”, übermäßiger Trockenheit und “Hitze” und einer Stagnation der “Wärme”, die durch einen dreifachen Energizer verursacht wird, ansteigt und abfällt 7,8.
Frühere klinische Studien haben gezeigt, dass chinesische pflanzliche Arzneimittel zur Behandlung von DM und seinen Komplikationen eingesetzt wurden, und es wurde gezeigt, dass Jiawei Shengjiang San (JWSJS) den Blutzucker und die Lipide reguliert, die Proteinurie reduziert und die klinische Wirksamkeit von Patienten mit frühem DN7 signifikant verbessert. Die Fähigkeit von JWSJS, den Protein- und Blutzuckerspiegel im Urin bei DN-Ratten zu senken, wurde durch frühere Studien bestätigt. Dies geschieht wahrscheinlich durch die Hemmung der TXNIP/NLRP3- und RIP1/RIP3/MLKL-Signalwege, die Verringerung der Podozyten-Pyroptose und die Verhinderung der nekrotischen Apoptose im Nierengewebe von DN-Ratten, wodurch ein Nierenschutz erreichtwird 9. JWSJS kann die Expression von Nephrin- und Podocin-Proteinen hochregulieren und die Podozytenschädigung bei DN-Ratten reduzieren, was darauf hindeutet, dass JWSJS eine hemmende Wirkung auf die Podozytenschädigung hat. JWSJS hat eine gewisse Anti-DN-Wirkung mit guten Sicherheitsprofilen, aber es gibt wenig Forschung darüber, und diese Arbeit konzentriert sich hauptsächlich auf Pyroptose und nekrotische Apoptose. Die Literatur ist nicht tief genug und nicht systematisch10. Unsere früheren Ergebnisse haben bestätigt, dass JWSJS die Proteinurie reduzieren und Nierenschäden bei DN-Ratten lindern kann7. Es gibt jedoch nur wenige Studien über den Mechanismus von JWSJS für die DN-Behandlung, und diesen fehlt es an Tiefe und Systematisierung. Ziel dieser Studie ist es daher, die molekularen Substanzen und Wirkmechanismen von JWSJS für die DN-Behandlung mittels Netzwerkpharmakologie zu analysieren und eine solide Grundlage für zukünftige Forschung zu schaffen.
Die Netzwerkpharmakologie ist eine aufstrebende Methode zur Untersuchung des Wirkmechanismus von Arzneimitteln, einschließlich Chemieinformatik, Netzwerkbiologie, Bioinformatik und Pharmakologie11,12. Das Forschungsdesign der Netzwerkpharmakologie ist dem ganzheitlichen Konzept der traditionellen chinesischen Medizin sehr ähnlich13,14 und es ist eine wichtige Methode, um den Mechanismus chinesischer pflanzlicher Arzneimittel zu untersuchen. Molekulares Docking kann Wechselwirkungen zwischen Molekülen untersuchen und ihre Bindungsmuster und Affinität vorhersagen. Molekulares Docking hat sich zu einer wichtigen Technik im Bereich der computergestützten Arzneimittelforschung entwickelt15. Daher wurde in dieser Studie ein JWSJS-DN-Ziel-Interaktionsnetzwerk durch Netzwerkpharmakologie und molekulare Docking-Methoden konstruiert, das eine zuverlässige und theoretische Grundlage für die weitere Erforschung der DN-Behandlung mit JWSJS bietet.
Unsere Studie verwendete eine Kombination aus Netzwerkpharmakologie, molekularem Docking und in vivo Tiermodellen. Ein entscheidender Schritt war die Etablierung des “drug-component-target”-Netzwerks, das entscheidend für die Identifizierung der potenziellen Mechanismen von JWSJS bei der Behandlung von DN war, wobei der Schwerpunkt auf seiner Interaktion mit dem EGFR/MAPK3/1-Signalweg lag.
Während dieser Studie haben wir mehrere Modifikationen vorge…
The authors have nothing to disclose.
Diese Studie wurde durch das allgemeine Projekt der Naturwissenschaftlichen Stiftung der Provinz Hebei, China (Nr. H2019423037) unterstützt.
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 |