文摘

客观的。使用网络药理学和分子对接,我们探讨独活的机制——(美联社)草Taxilli (HT)治疗骨关节炎(OA)。方法。我们选择中医系统药理学平台(TCMSP)滤液AP-HT的实际组件和目标。“骨关节炎(OA)”的疾病目标被GeneCards收集,DrugBank,运输大亨,人类,和网页数据库,component-target交互网络建立了Cytoscape 3.9.1。然后,我们设置字符串(PPI)蛋白质相互作用网络的平台和可视化Cytoscape 3.9.1。我们也进行了基因本体论(去)基因和基因组的分析和京都百科全书(KEGG)通路富集分析通过生物信息学平台。最后,我们进行分子对接使用PyMOL tripwire和AutoDock七弦琴软件。结果。11潜在化合物被选中,1007 OA疾病收集目标。九十四年主要目标AP-HT复合治疗OA已定义。PPI网络表明,小君,RELA、肿瘤坏死因子、白细胞介素6、MAPK1, TP53 AKT1,安全系数,IL10, MYC可能作为AP-HT治疗OA的关键目标。此外,膜筏,膜microdomain、细胞化学反应压力,和细胞因子受体结合可以发挥重要作用的治疗OA通过去分析。主要功能通路参与这些关键目标包括流体剪切应力和动脉粥样硬化,脂质和动脉粥样硬化,IL-17信号通路,年龄范围信号通路在糖尿病复合材料,并通过KEGG肿瘤坏死因子信号通路分析。分子对接的结果表明AP-HT有优秀的亲和力的关键成分相关的核基因。

1。介绍

骨关节炎(OA),也称为退行性骨关节炎、退行性关节炎、老年性关节炎,和肥厚性关节炎、退行性关节疾病,主要发生在老年人,和与许多因素如年龄、体重、性别、和创伤(1]。OA的临床表现主要包括慢性关节疼痛,关节肿胀,晨僵,肿胀,常见的畸形。全世界估计有2.4亿人患有症状,activity-limiting OA (2,3]。OA在沉重的负面压力下,通常发生在关节和频繁的活动,如髋关节和膝关节关节。研究表明,30%的人超过45岁成像膝骨关节炎的证据,和一半的膝盖症状(4,5]。髋关节骨关节炎症状的患病率约为10% (6,7]。OA的病理特征是关节软骨变形、软骨下骨硬化和囊性改变,边缘骨赘的形成。

OA治疗的主要方法是有规律的锻炼,适当的减肥,对本地或口服非甾体类抗炎药和教育没有禁忌症患者。关节内注射类固醇可以在短时间内减轻疼痛,如:度洛西汀(8]。办公自动化阶段后期,膝关节或髋关节置换通常是必需的,给患者带来巨大经济负担和他们的家庭。也值得考虑更换接头都有一个特定的使用寿命。因此,保守治疗关节炎的病人和他们的家属具有十分重要的意义。独活-(美联社)草Taxilli (HT)是一个经典的处方药物对Duhuo-Jisheng汤,这是广泛应用于治疗OA。独活是当归双齿的伞形科植物的干燥根。其同伴药物草Taxilli是木霉属的干树枝和树叶。现代医学研究表明,中药(TCM)在治疗OA独特的优势和广阔的发展前景,但其原则需要进一步揭示和验证。

功效的物质基础和上述两种药物的分子机制仍需要完全理解。因此,本研究旨在分析活性成分,AP-HT治疗OA的目标,和可能的方法。

网络药理学是一种涉及生物信息学技术和知识,多向药理学、计算机科学和其他学科(9]。它可以解释在多个方向和药物治疗的潜在机制反映了药物作用的完整性和系统性。整体概念和治疗基础上辨证是中医最重要的特点和困难在过去研究中医。网络药理学的完整性和系统性的特点可以解决这个问题。被广泛应用于中医的研究(10]。有鉴于此,我们使用网络药理学屏幕的实际组件AP-HT从网络数据库,匹配的目标与疾病OA的目标功能元素,和屏幕的交叉目标药物的效果。进行生物信息学分析上述交叉目标。“药物component-disease目标”网络和蛋白质交互(PPI)网络可视化,分别(图1)。

2。材料和方法

2.1。目标检测和预测AP-HT和骨关节炎

TCMSP包含499个草药中医中药和12144组件,研究中医网络药理学的一个共享数据库。这些化合物源于AP-HT是从TCMSP组装的。使用索引的吸收,分布,代谢,排泄(ADME)屏幕AP-HT的血液进入活性成分。获得的化合物进行进一步分析,我们筛选候选化合物,满足以下参数,包括 和 。

通过组件的目标预测函数TCMSP, AP-HT的目标组件收集血液中。为了方便和准确的数据表达,“蛋白质名称”的目标转化为“基因名称”UniProt数据库。

本研究收集相关疾病目标数据使用GeneCards DrugBank,运输大亨,人类,和网页数据库。使用“办公自动化”或“关节炎”关键字搜索相关疾病的基因。消除目标与相关值低于1 GeneCards数据库来提高数据的可靠性。地图与疾病的药物靶点的目标,在韦恩图显示结果,并初步获得十字路口AP-HT和骨关节炎的目标,也就是说,活跃AP-HT治疗OA的目标。

2.2。构建和分析Compound-Target-Disease网络

Cytoscape软件,作为光网络建设和分析软件,是一个典型的软件的视觉分析中药网络药理学。输入目标数据AP-HT治疗OA,活性成分,和骨关节炎收集到Cytoscape(3.9.1版)软件。网络中,节点代表AP-HT和疾病的有效成分OA的目标。边代表组件和目标之间的关系。然后,AP-HT治疗OA的机制是初步讨论了通过构造和分析网络compound-disease目标。

2.3。构建和分析关键的PPI网络的目标

字符串构建蛋白质相互作用的数据库是一种常用的数据库(PPI)网络。它包含的蛋白质相互作用关系的各种方法,包括计算、实验,和文学。字符串在线数据库用于构造之间的交互网络重叠的目标进一步了解他们的相互作用。构建网络时,“智人”和设置选项 (高度信任)。此外,将网络图导出为一个表和图片,分别。构建和分析网络由Cytoscape(3.9.1版本)。

2.4。去分析和KEGG浓缩分析的关键目标

使用生物信息学平台执行基因本体论(去)和《京都议定书》百科全书的基因和基因组(KEGG)通路富集分析分析关键AP-HT治疗OA的目标机制。当物种选择“人类”值被定义为< 0.05,值< 0.05。

2.5。对接和验证潜在的活性成分

我们选择分子对接网络验证相关化合物的药理研究。它模拟也适用于希望的目标。选择PubChem数据库下载2 d解构的化合物,然后将其保存为一个文件mol2格式。OA对接目标的三维结构(最高5度在PPI网络)治疗AP-HT下载从全球蛋白质数据库(PDB)数据库。他们进口加氢AutoDock工具,脱水的脱水和其他方法。然后,受体分子对接,分析了配体为其绑定的活动。常用的分子图像软件PyMOL用于可视化分子对接结果。

3所示。结果

3.1。筛选活性成分和目标

通过搜索TCMSP数据库,99种不同的活性成分的美联社和HT筛选的46。筛选条件(OB和DL)后,包括11个活性化合物,包括9个化合物从美联社(81.82%)和2化合物从HT(18.18%)(补充表1)。

排除交叉目标数据库中的1007 OA疾病收集目标,包括885年的目标在GeneCards数据库中,六个在人类数据库,142年DrugBank数据库,11运输大亨数据库中的目标,和四个目标网页数据库。参见图2(一个)韦恩图的疾病的目标。

175的目标活性成分AP-HT和1007 OA收集疾病的目标。参见图2 (b)韦恩图的重叠药物和疾病的目标。可以看出,有94个重叠的目标,这是潜在的目标治疗OA AP-HT。

3.2。Compound-Target-Disease网络建设

化合物针对疾病的网络构建使用九个重要组件和94年核心目标(图3)。从图可以看出3在这个网络,有八个活性成分美联社和一个活性成分节点的节点HT(在11补充表中活性成分的药物1[(1 r, 2 r) 2, 3-dihydroxy-1——(7-methoxy-2-oxochrome-6-yl) 3-methylbutyl] 3 -甲基butanoate OA和谷甾醇没有相应的目标)。有94个潜在的行动目标AP-HT治疗OA:槲皮素,beta-sitosterol, o-acetylcolumbianetin, angelicone活性成分至关重要。

3.3。PPI网络建设

PPI网络的构建和分析,进一步探索之间的交互重叠的目标。十字路口目标导入数据库构建PPI网络的字符串。将PPI可靠性设置为0.9(高度可靠),然后输出网络信息。PPI网络由使用Cytoscape(3.9.1版)(图4)。节点越大,程度越高的价值。也就是说,网络中越重要。网络的主要参数包含的节点数(84)和边(306)。节点度的蛋白质在前十,RELA、肿瘤坏死因子、白细胞介素6、MAPK1, TP53 AKT1,安全系数,IL10, MYC。结果表明,AP-HT在OA的药理作用与这些核心蛋白质之间的相互作用有关。

一些地区在PPI与高密度复杂网络被称为社区或模块。模块内部的网络潜在的PPI网络的子网。子网连接密度高,部分地区几乎没有联系。因此,该模块被认为是生物学意义的集合。为了更准确地分析AP-HT治疗OA的作用机制,有必要进一步确定其内在模块后获得的PPI网络AP-HT治疗OA(数字4(一)和4 (b))。

3.4。去富集分析

分子功能富集分析在预期的行动目标。4个4161项目获得,包括3642个基点,MF 199 CC, 320。结果表明,AP-HT治疗OA主要涉及英国石油(BP)、CC、MF、中介三个方面。英国石油(BP)对脂多糖主要包括反应,反应分子的细菌来源、细胞化学反应压力、活性氧代谢过程中,活性氧代谢过程的调节,氧化应激反应,细胞氧化应激反应,对活性氧反应,金属离子反应,氧含量和反应。CC(蜂窝组件)主要富集在“膜筏,”“膜microdomain”和“转录监管机构复杂,RNA聚合酶II转录监管机构复杂。“MF(分子功能)主要富集在细胞因子受体结合,细胞因子活性,受体生活活动,信号受体激活活动,和其他人(图5)。

3.5。KEGG富集分析

KEGG生物通路富集分析进行重叠的行动目标。KEGG途径丰富二百一十七信号通路分析的核心目标。参见图6十大生物学途径。其中,基本途径包括AGE-RAGE信号通路在糖尿病并发症,脂质和动脉粥样硬化,流体剪切应力和动脉粥样硬化,IL-17信号通路,肿瘤坏死因子信号通路,恰加斯氏病、前列腺癌、乙型肝炎、卡波济氏肉瘤相关疱疹病毒感染,和化学carcinogenesis-receptor激活(图6和补充图1)。

3.6。分子对接结果和分析

程度的五大目标,RELA、肿瘤坏死因子、白细胞介素6、MAPK1。的对接目标活性成分槲皮素程度最高的AP-HT对接(图7)。如补充表所示2,结合能小于-5.0千卡·摩尔¹,显示合理的约束力。

4所示。讨论

一些数据表明,OA影响每年大约有3亿人,可能影响整个身体的许多关节。通常涉及关节包括膝关节、髋关节、脊柱关节,和小关节的手11]。OA患者个体产生重大影响,引起疼痛和残疾。这也是一个社会和医疗负担加重。因为OA的发病机制非常复杂,到目前为止,仍然是一个缺乏临床方法治疗OA或完全预防OA疾病的发展。全球普遍OA病例增加了113.25%,从2.4751亿年的1990到5.2781亿年的2019人。年龄标准化患病率(ASR)在1990年和6348年6173 .38点每100000 .25 2019年每100000人,平均每年增长0.12%(95%可信区间(CI) 95% 0.11%, 0.14%) (12]。

Duhuo-Jisheng汤治疗骨关节炎是一种传统的配方。软骨侵蚀是办公自动化的一个重要指标。刘等人的研究表明,Duhuo-Jisheng汤可以参与SDF-1 / CXCR4 / NF -κB通路。这些信号通路可以有效地抑制促炎细胞因子的生产和降低II型胶原蛋白的损失所以Duhuo-Jisheng汤可以减缓关节疾病过程(13]。吴等人的研究表明,Duhuo-Jisheng汤能明显促进DNA合成软骨细胞的增殖周期,提高细胞周期蛋白D1的表达,到,CDK6, Rb。上述结论表明Duhuo-Jisheng汤能促进关节软骨细胞的增殖,这对OA的预防和治疗是至关重要的14]。张等人客观、系统地评价了论文用Duhuo-Jisheng汤结合西药治疗膝骨关节炎的在线数据库之前,10月12日2015年。结果表明,Duhuo-Jisheng汤能显著降低受影响部分的疼痛和改善影响肢体的功能结合葡萄糖胺,meloxicam或透明质酸注射超过4周(15]。

AP-HT Duhuo-Jisheng中央药物对煎煮,具体治疗对OA的影响。疾病的内部规章的身体是一个非常复杂的过程。一个目标或一个信号通路不能起到治疗作用。不同的目标和相关信号通路必须配合发挥作用。结果TCMSP数据库检索和“组件目标”网络分析研究表明,槲皮素,beta-sitosterol, o-acetylcolumbianetin, angelicone,槲皮素,β谷甾醇、醋酸和当归酮是主要的实际组件AP-HT药物。胡等人进行的研究表明,槲皮素不仅可以增加成骨细胞分化也抑制破骨细胞骨吸收和诱导其凋亡维持骨代谢的平衡,防止OA的进一步发展16]。槲皮素可以刺激生产的正常外周血单核细胞(PBMC)衍生品和还可以抑制cox - 2,核因子-κB (NF -κB),激活蛋白1 (AP-1),增殖蛋白激酶(MAPK)、一氧化氮合酶(NOS)活性和炎症c反应蛋白(CRP)。李等人进行的一项研究表明,槲皮素可以改善软骨修复一个办公环境下通过抑制炎症和软骨细胞的凋亡,调节滑膜巨噬细胞的极化M2巨噬细胞,软骨细胞和创建一个chondrogenic环境,从而发挥软骨保护作用[17]。通过以上方式,槲皮素可以有效地调节体内炎症反应。钱等。研究表明β谷甾醇可以抑制滑膜血管生成影响内皮细胞的增殖和迁移,从而减少关节肿胀和CIA小鼠软骨损伤。它可以抑制VEGF信号通路的表达,减缓关节炎症,改善骨骼和软骨的损伤18]。

PPI网络AP-HT治疗OA的分析结果显示,在94年的目标蛋白质,小君,RELA、肿瘤坏死因子、白细胞介素6、MAPK1, TP53 AKT1,安全系数,IL10, MYC排名在前的节点度值,这可能是关键目标AP-HT发挥疗效。岑等人的研究表明,CXCL8可能迁移起着关键作用的CD4 + T细胞由骨髓间充质干细胞(msc),和msc的自噬与CXCL8 mRNA的表达呈正相关,因此参与炎症反应(19]。白细胞介素6是一个炎症相关的因素。它的表达分泌细胞中扮演着关键角色与淋巴细胞和单核细胞的分化和办公自动化的发展是一个重要的环节。表皮生长因子酪氨酸激酶受体,起着至关重要的作用在维持表面的软骨细胞在关节软骨的发展。它是细胞增殖的受体和信号转导。其激活能调解生物过程,如生长、破骨细胞的增殖和分化关节炎(20.]。拉等的测试数据表明,减少小鼠的单核细胞/巨噬细胞在关节数量符合缺乏CCL2,结果有效地预防OA在老鼠的进展。与此同时,他们的研究表明,CCL2 OA患者滑液的水平明显高于普通民众(CCL2 / CCR2,但不是CCL5 / CCR5,介导单核细胞招聘、信息,利用破坏骨关节炎)(21]。

AKT1是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。研究表明,AKT1有关细胞凋亡,并抑制AKT1能促进软骨细胞凋亡的表达(22]。HMOX1可以促进脂肪形成的和成骨分化的msc诱导骨形成蛋白9 (BMP9)和可以提高骨通过调节多个信号通路(23]。

KEGG浓缩的结果分析表明,AP-HT可以治疗OA通过多种信号通路。潜在目标主要富集在AGE-RAGE信号通路在糖尿病并发症,脂质和动脉粥样硬化,流体剪切应力和动脉粥样硬化,IL-17信号通路,肿瘤坏死因子信号通路等。他们主要涉及复杂的生物过程,如细胞分化、细胞凋亡、代谢和炎症反应。细胞分化和凋亡包括肿瘤坏死因子信号通路、MAPK信号通路,HIF-1信号通路,c型凝集素受体信号通路。HIF-1信号通路是缺氧信号通路,可有效提高成骨与血管生成骨髓间充质干细胞的分化能力。MAPK调节细胞增殖和分化发挥重要作用在维持骨代谢平衡。Metabolic-related信号通路包括AGE-RAGE信号通路在糖尿病并发症,风湿性关节炎,和内分泌阻力。类风湿性关节炎是一种炎症性疾病侵入关节滑膜。炎症因子和增生的滑膜组织破坏关节软骨和软骨下骨,导致增强破骨细胞的活动,从而加速骨吸收的过程。炎症反应包括人类巨细胞病毒感染、乙型肝炎、感染和鲑鱼。OA在疾病发展的过程中,炎症因子参与软骨侵蚀和加快办公自动化的发展24]。

5。结论

总之,潜在的实际组件AP-HT治疗OA主要包括槲皮素,beta-sitosterol, o-acetylcolumbianetin, angelicone等等。上面这些组件可以发挥治疗作用的OA直接或间接参与细胞分化、细胞凋亡、代谢、炎症反应和多组分的特点,多目标,多系统。基于网络药理学分析,我们可以获得的实际组件和潜在的行动目标AP-HT治疗OA。然而,这项研究只是一个预测分析,和上述结论和具体机制的行动需要在后续的研究。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究应以自己的费用。

补充材料

补充1。补充表1:主要活性成分的化学信息表。

补充2。补充表2:前10 PPI的目标。

补充3。补充图1:KEGG的重要目标和途径。