Summary

Antagonistische Wirkung von Jiawei Shengjiang San auf ein Rattenmodell der diabetischen Nephropathie: Verwandt mit dem EGFR/MAPK3/1-Signalweg

Published: May 10, 2024
doi:

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Alle Tiere wurden in Übereinstimmung mit dem US National Research Council Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, 8. Auflage, gehalten und verwendet und gemäß den ARRIVE-Richtlinien16,17 berichtet. Die Studie wurde in Übereinstimmung mit dem China National Research Council Guide for the Care and Use of Laboratory Animals durchgeführt und von der Tierethikkommission der Universität für Chinesische Mediz…

Representative Results

Dem Protokoll folgend wurden schließlich 90 Wirkstoffe von JWSJS aus der Analyse nach Screening und Deduplizierung nach den festgelegten Standards von OB und DL gewonnen. Dazu gehörten 20 Arten von Hedysarum Multijugum Maxim, 23 Arten von Epimrdii Herba, 15 Arten von Smilacis Glabrae Rhixoma, 16 Arten von Radix Rhei et Rhizome, vier Arten von Curcumaelongae Rhizoma, 15 Arten von Cicadae Periostracum und sechs Arten von Bombyx Ba…

Discussion

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…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Studie wurde durch das allgemeine Projekt der Naturwissenschaftlichen Stiftung der Provinz Hebei, China (Nr. H2019423037) unterstützt.

Materials

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 

Referenzen

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Mao, J., Lu, Q., Gao, F., Liu, H., Tan, J. Antagonistic Effect of Jiawei Shengjiang San on a Rat Model of Diabetic Nephropathy: Related to EGFR/MAPK3/1 Signaling Pathway. J. Vis. Exp. (207), e66179, doi:10.3791/66179 (2024).

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