Khám phá cơ chế hoạt động của bệnh suy tim mãn tính được bảo dưỡng bằng cách làm giảm giá trị sa mạc dựa trên dược lý mạng kết hợp với phân tích đa chip của cơ sở dữ liệu địa lý

Tóm tắt

 

Khách quanĐể phân tích cơ chế hoạt động phân tử củaSa mạc Cistanchechống lạiSuy tim mãn tính (CHF)Sử dụng tin sinh học vàDược phẩm mạng.

Phương phápCácCơ sở dữ liệu của TCMSP, Dự đoán mục tiêu của Thụy Sĩ, ETCM, tìm kiếm dược phẩm và tài liệu đã được sử dụng để sàng lọc các hợp chất và mục tiêu của cistanche sa mạc. Cơ sở dữ liệu biểu hiện gen Omnibus (GEO) đã được sử dụng để tải xuống GSE16499, GSE42955, GSE84796 CHIP gen để sàng lọc các bộ dữ liệu gen khác biệt và các bộ dữ liệu từ Genecard, Disgenet, Digsee, GEO và các cơ sở dữ liệu khác. Cơ sở dữ liệu chuỗi và phần mềm Cytoscape 3.7.2 đã được sử dụng để xây dựng thành phần hoạt động của mạng trực quan hóa ứng dụng Cistanche sa mạc và các mục tiêu cốt lõi đã thu được bằng phân tích tham số tôpô. Các phân tích làm giàu con đường GO và KEGG đã được thực hiện bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu DVAID để xây dựng thành phần hoạt động của mạng lưới đường dẫn Cistanche -target. Cuối cùng, phần mềm AutoDock đã được sử dụng để trực quan hóa kết quả lắp ghép phân tử giữa các mục tiêu và hợp chất cốt lõi. Kết quả 55 hợp chất và 630 mục tiêu tiềm năng của cistanche sa mạc đã được sàng lọc, bao gồm các thành phần chính như rhodiola rosea, gastrynamics, batrachotoxin và các mục tiêu lõi như glyceraldehyd -3- . Các con đường chính chủ yếu liên quan đến con đường truyền tín hiệu PI3K-AKT, chuyển hóa carbon trung tâm trong ung thư, con đường truyền tín hiệu protein kinase (MAPK) được kích hoạt bằng mitogen, v.v ... Kết quả lắp ghép phân tử cho thấy các thành phần chính và mục tiêu cốt lõi được kết hợp tốt. Kết luận Một nghiên cứu đa mục tiêu, đa mục tiêu và đa đường dẫn đã được thực hiện để điều tra cơ chế phân tử của cistanche sa mạc chống lại CHF. Kết quả cho thấy các thành phần hoạt chất củaSa mạc Cistanchecó thể hành động trên nhiều mục tiêu và con đường để cải thiện CHF.

Từ khóa: Cistanche sa mạc; Suy tim mãn tính; Dược phẩm mạng; tin sinh học; Cơ sở dữ liệu địa lý; Kết nối phân tử; mục tiêu cốt lõi

 

Chiết xuất thảo dược cistanche để điều trị suy tim mãn tính

 

Suy tim mãn tính (CHF)là một hội chứng lâm sàng phức tạp chủ yếu là doCấu trúc tim bất thườngvà chức năng, dẫn đếnLàm suy yếu sự trám máu tâm thấthoặc khả năng tống máu [1]. Dữ liệu dịch tễ học mới nhất cho thấy CHF đã trở thành một vấn đề sức khỏe cộng đồng toàn cầu và có mối tương quan tích cực với sự lão hóa dân số [2-4]. Hiện tại, các phương pháp điều trị bên trong và bên ngoài hiện tại không thể chữa khỏi CHF, và bệnh thường đi kèm với nhiều biến chứng, tiên lượng kém và tỷ lệ tử vong cao. Hiện tại, các kế hoạch điều trị tiêu chuẩn đã được phát triển để điều trị CHF. Theo các báo cáo tài liệu có liên quan [5], các loại thuốc chống bệnh truyền thống chủ yếu bao gồm các tác nhân tim mạch Digitalis, thuốc lợi tiểu, chất gây nghiện, thuốc ức chế enzyme angiotensin, chất đối kháng thụ thể angiotensin và chất đối kháng thụ thể mineralocorticoid. Các thuốc điều trị mới bao gồm các thụ thể angiotensin, thuốc ức chế enkephalinase, chất ức chế cotransporter natri-glucose, chất chủ vận cyclase guanylate hòa tan, chất kích hoạt myosin tim và nút sinoatrial cụ thể nếu thuốc chẹn kênh ion. Mặc dù các loại thuốc này có thể cải thiện các triệu chứng lâm sàng của bệnh nhân CHF, nhưng chúng cũng đi kèm với nhiều phản ứng bất lợi. Nghiên cứu của Giáo sư Zhou Jingmin chỉ ra rằng các loại thuốc chống CHF hiện đang được sử dụng trong thực hành lâm sàng có thể gây mất nước hoặc mất cân bằng điện giải, và trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây phù mạch, hạ huyết áp, nhịp tim nhanh, rối loạn nhịp tim và tổn thương chức năng gan và thận [6]. Do đó, có một nhu cầu cấp thiết để phát triển các loại thuốc hoặc phương pháp điều trị an toàn hơn và hiệu quả hơn để ngăn ngừa và điều trị CHF.

Cistanche sa mạclà thân thịt khô với lá có vảy của cistanche sa mạc ycma hoặc cistanche tubulosa (Schenk) Wight, một loại cây của gia đình Orobanchaceae. Nó có các đặc điểm của cả một loại thuốc và thực phẩm, và đã được sử dụng lâm sàng trong hơn 2, 000 năm. Theo "Shennong Bencao Jing", sa mạc Cistanche có vị ngọt, mặn và ấm áp, và có tác dụng làm giảm đáng kể yang thận, mang lại lợi ích cho tinh chất và máu, và làm ẩm ruột và làm giảm táo bón [7-8]. Từ quan điểm của y học cổ truyền Trung Quốc, việc điều trị CHF chủ yếu tập trung vào việc tiếp thêm sinh lực và làm nóng Yang, thúc đẩy lưu thông máu và loại bỏ ứ máu, và thúc đẩy lợi tiểu và loại bỏ độ ẩm [9-12]. Là một loại thuốc tốt để làm nóng Yang, nuôi dưỡng máu và loại bỏ máu ứ, sa mạc Cistanche đã cho thấy nhiều tác dụng dược lý, như xơ vữa động mạch chống ung thư, bảo vệ chống lại tổn thương tái tưới máu cơ tim do thiếu máu cục bộ. Các thử nghiệm lâm sàng và các nghiên cứu dược lý đã chỉ ra rằng các hoạt chất chính của sa mạc cistanche, như salidroside, axit ferulic, leonurine, axit gallic, axit succinic, axit caffeic và motilin, đã cho thấy sự cải thiện đáng kể trong các mô hình thực nghiệm của động vật. Tuy nhiên, nghiên cứu về cơ chế hoạt động của sa mạc cistanche trong điều trị CHF vẫn còn tương đối khan hiếm. Dựa trên điều này, bài viết này sử dụng phân tích chung của cơ sở dữ liệu địa lý, dược lý mạng và công nghệ lắp ghép phân tử để phân tích mối quan hệ giữa các loại thuốc và bệnh từ nhiều quan điểm như mục tiêu thuốc, mục tiêu bệnh và đường dẫn tín hiệu và khám phá cơ chế hoạt động của các hoạt động.

 

1 vật liệu và phương pháp

1.1 Sàng lọc các thành phần hoạt động của Cistanche sa mạc và thu thập các mục tiêu tiềm năng

Sử dụng "Cistanche sa mạc" làm từ khóa, các thành phần hóa học có liên quan đã được tìm kiếm thông qua cơ sở dữ liệu TCMSP và các thành phần hoạt động của sa mạc cistanche được sàng lọc theo tiêu chuẩn của sinh khả dụng bằng miệng (OB) Các thành phần hoạt động trong sa mạc Cistanche đã được bổ sung thêm bằng cách tìm kiếm các tài liệu có liên quan được xuất bản. Nền tảng PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/) đã được sử dụng để thu được số CAS của tất cả các hoạt chất chính được sàng lọc, và sau đó thu được các công thức hóa học Smiles của chúng. Tải xuống tệp SDF của cấu trúc 2DS của các hoạt chất tiềm năng và nhập công thức hóa học Smiles của tất cả các thành phần vào nền tảng phân tích Thụy Sĩ (http://www.swissadme.ch/) theo từng đợt. Sàng lọc được thực hiện dựa trên năm nguyên tắc của lipinski (ít nhất hai điều kiện "có" đã được đáp ứng và sự hấp thụ GL là "cao") và tổng cộng 49 thành phần hoạt động đã được sàng lọc. Sử dụng các nền tảng như dự đoán mục tiêu Thụy Sĩ (http://www.swisstargetprediction.ch/), Pharmmapper (http://www.lilab-ecust.cn/pharmmapper/)
ction.charite.de/) and SEA Search Server https://sea.docking.org/search), set the species to "human" and add "Probability">0 làm điều kiện sàng lọc để thu thập và tổ chức các mục tiêu tiềm năng của sa mạc Cistanche. Cuối cùng, các mục tiêu tương ứng với từng thành phần hợp chất hoạt động được nhập thông qua cơ sở dữ liệu Uniprot (https://www.uniprot.org/) và loài được chọn là "Homo sapiens". Tất cả các tên mục tiêu đã được sao chép và tiêu chuẩn hóa để có được các chữ viết tắt gen.

 

1.2 CHF GENE CHIP và sàng lọc gen khác nhau

Sử dụng "Suy tim mãn tính" làm thuật ngữ tìm kiếm chính, cơ sở dữ liệu GEO (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/) đã được tìm kiếm và "sinh vật" được đặt thành "Homo sapiens" Bệnh nhân CHF và kiểm soát lành mạnh. Gói Limma trong ngôn ngữ R đã được sử dụng để phân tích vi phân được ghép nối. Các tiêu chí sàng lọc được đặt dưới dạng [log2 (fc)] ＞ 0. 5 và đã sửa p 0. 05 để xác định các gen biểu hiện khác nhau (DEG). Các lô núi lửa và bản đồ nhiệt gen đã được tạo ra để thu được các gen biểu hiện khác nhau liên quan đến bệnh CHF được sàng lọc bởi nhiều chip.

 

1.3 Sàng lọc các mục tiêu bệnh tiềm năng và các thành phần sa mạc Cistanche

Dựa trên cơ sở dữ liệu bệnh như Disgenet (https://www.disgenet.org/), DrugBank (https://www.drugbank.com/dataset
. Sau đó, các gen này đã được nhập vào cơ sở dữ liệu Uniprot để có được các biểu tượng gen và sau khi sử dụng liên minh, các mục tiêu gen đã được loại bỏ để có được các mục tiêu gen cho bệnh CHF. Áp dụng
Phần mềm lập bản đồ trực tuyến Venny 2.1 (https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/) để vẽ giao điểm của các thành phần sa mạc và gen mục tiêu thuốc, có được các mục tiêu chung và tạo ra sơ đồ Venny.

 

1.4 Xây dựng mạng lưới tương tác protein-protein (PPI) của các thành phần hoạt chất sa mạc cistanche cho các mục tiêu điều trị tiềm năng của CHF

Nhập các tên tiêu chuẩn mục tiêu chung thu được trong sơ đồ Venny vào cơ sở dữ liệu chuỗi, chọn chế độ "Nhiều protein", đặt "Điểm tương tác tối thiểu" thành độ tin cậy trung bình (độ tin cậy trung bình) 0. 400 và tạo tương tác mục tiêu giao nhau.

 

1.5 Sàng lọc các mục tiêu cốt lõi của các mục tiêu giao điểm mắc bệnh Cistanche sa mạc

Dữ liệu định dạng TSV được lấy thông qua sơ đồ mạng tương tác mục tiêu tiềm năng ở trên và dữ liệu định dạng TSV được xuất được phân tích và trực quan hóa bằng phần mềm Cytoscape 3.7.2. Giá trị kết nối mục tiêu (độ) được điều chỉnh từ nhỏ đến lớn để điều chỉnh màu và kích thước của mỗi nút (màu của nút tương ứng thay đổi từ ánh sáng sang tối khi giá trị độ thay đổi từ nhỏ sang lớn tương ứng với nút thay đổi từ nhỏ đến lớn). Các tham số tôpô như tính trung tâm giữa (BC), tính trung tâm gần gũi (CC) và giá trị độ được sử dụng làm điều kiện sàng lọc, và sau đó các tham số cấu trúc liên kết mạng của từng nút trong sơ đồ mạng tương tác được phân tích và tính toán bằng bộ phân tích mạng công cụ tích hợp của phần mềm Cytoscape 3.7.2. Đồng thời, mục tiêu có giá trị lớn hơn BC, CC và mức độ đã được chọn. Mục tiêu trung bình đã được sử dụng làm mục tiêu cốt lõi trong quy định của CHF bởi Cistanche sa mạc. Các hình ảnh được vẽ và hiển thị bằng phần mềm Cytoscape 3.7.2.

1.6 Chức năng sinh học và Phân tích làm giàu con đường KEGG

Các mục tiêu phổ biến của Cistanche sa mạc-CHF thu được từ sơ đồ Venny đã được tải lên nền tảng phân tích trực tuyến David (https://david.ncifcrf.gov/). "Homo sapiens" đã được chọn trong các tùy chọn "loài đầu vào" và "loài phân tích". Sau khi cài đặt (p <0. 01), phân tích làm giàu GO và KEGG đã được thực hiện. 10 quá trình sinh học hàng đầu (BP), các thành phần tế bào và chức năng phân tử (MF) và 20 con đường quan trọng hàng đầu được sàng lọc theo giá trị P. Sau đó, các bản đồ làm giàu chức năng GO và KEGG đã được rút ra thông qua nền tảng lập bản đồ thông tin vi sinh vật (https://www.bioinformatics.com.cn/) để phân tích trực quan.

 

1.7 Xây dựng mạng lưới các mục tiêu đường dẫn tín hiệu hoạt động của các thành phần hoạt động

Dựa trên kết quả phân tích con đường KEGG, nhóm nghiên cứu đã trích xuất các mục tiêu tiềm năng được làm giàu trong các con đường này và kết hợp chúng với các hoạt chất tương ứng, nhập chúng vào phần mềm Cytoscape 3.7.2 để trực quan hóa và xây dựng sơ đồ mạng của các mục tiêu lõi đường dẫn hoạt chất.

 

1,8 Xác minh lắp ghép phân tử

Cấu trúc hợp chất của thành phần hoạt động của thuốc đã thu được thông qua cơ sở dữ liệu PubChem và tệp SDF đã được chuyển đổi thành định dạng PDB bằng phần mềm OpenBabel -3. 1.1. Sau đó, cấu trúc của protein thụ thể mục tiêu chính đã được truy xuất thông qua cơ sở dữ liệu PDB (http://www.rcsb.org), và mất nước và trục trặc đã được thực hiện trong phần mềm Pymol. Sau đó, phần mềm AutoDock Tools (AutoDock Tools.EXE) đã được sử dụng để cân bằng hydro hóa và sạc, và protein thụ thể và các phân tử nhỏ phối tử cuối cùng đã được chuyển đổi thành định dạng PDBQT. Cuối cùng, AutoDock Vina phiên bản 1.1.2 đã được sử dụng để lắp ghép phân tử và dự đoán năng lượng tự do liên kết và phần mềm Pymol (Pymol.exe) đã được sử dụng để trực quan hóa biểu đồ ba chiều để hiển thị các thành phần chính với năng lượng liên kết phân tử cao giữa các mục tiêu-kết hợp mục tiêu cốt lõi.

 

2 Kết quả

2.1 Các thành phần chính của Cistanche sa mạc

Cơ sở dữ liệu TCMSP đã được tìm kiếm với từ khóa "Cistanche sa mạc" để có được 75 thành phần hóa học. OB lớn hơn hoặc bằng 3 0% và DL lớn hơn hoặc bằng 0,18 được đặt làm điều kiện sàng lọc và 6 hoạt chất chính của sa mạc cistanche cuối cùng đã được sàng lọc. Ngoài ra, 49 thành phần hoạt động như salidroside, phenethyl caffeate, leonurin, ononin, cistanin, dauricine và motilin đã được thêm vào thông qua tìm kiếm tài liệu và tổng cộng 55 thành phần hoạt động. Xem Bảng 1 để biết chi tiết.

 

Bảng 1 Các thành phần hoạt chất chính của sa mạc Cistanche

KHÔNG.	Thể loại chất	Tên	CAS số
R1	Sắc tố đỏ	Alizarin	103-58-8
R2	Hợp chất phenolic	Phloretin	104-57-4
R3		axit caffeic	331-39-5
R4	Hợp chất hương vị	Kenuin	92432-60-5
R5		Enone	101-62-6
R6		Axit ferulic	1135-24-6
R7		Axit salicylic	69-72-7
R8		Coumarin	91-64-5
R9		Kava Lactone H1	68434-40-4
R10		Kava Lactone H2	17193-39-6
R11		Kava Lactone H3	17193-40-9
R12		Kava Lactone H4	17193-41-0
R13		3, 4- Dihydroxyphenylalanine	1194-00-1
R14		4- cồn hydroxybenzyl	623-05-2