文摘
背景。糖尿病肾病(DKD)构成了全球主要的公共卫生负担。雷公藤钩F(雷公藤)是一种广泛使用草药在糖尿病患者中减少蛋白尿。然而,一个全面的网络药理学策略探讨活性成分和治疗机制DKD仍然是不可用。方法。我们收集中药雷公藤成分和他们的目标数据库(TCMSP)。然后,我们从GeneCards DKD获得目标和人类,收集和分析TwHF-DKD共同目标数据库使用字符串。蛋白质相互作用(PPI)网络建立了Cytoscape MCODE插件和分析的集群。此外,cytoHubba软件被用来识别基因中心。最后,所有的目标集群受到基因本体论(去)和《京都议定书》百科全书的基因和基因组(KEGG)通路富集分析通过大卫。结果。共有51个活性成分在88年确定了雷公藤和受到DKD相关的潜在目标。化合物与多目标包括山柰酚、beta-sitosterol豆甾醇,Triptoditerpenic酸B,似乎高潜力的化合物。PTGS2基因与更高的学位包括VEGFA,小君,MAPK8,雷公藤对DKD和HSP90AA1中心基因,参与炎症、胰岛素抵抗、脂质稳态。山柰酚和VEGFA表示为最主要的活性成分和核心基因治疗DKD雷公藤的分别。大卫·结果表明,雷公藤可能发挥作用在治疗DKD通过AGE-RAGE信号通路,IL-17信号通路,肿瘤坏死因子信号通路,胰岛素抵抗,和钙信号通路( )。结论。山柰酚和VEGFA表示为最主要的活性成分和核心基因治疗DKD雷公藤的分别。雷公藤的关键机制对DKD可能参与减少肾脏炎症的表达下调VEGFA。
1。介绍
糖尿病肾病(DKD),一个高度流行的微血管并发症糖尿病、肾小球基底膜增厚,系膜扩张,足细胞,肾小球损伤,导致肾小球硬化阻力指标纤维化(也许可以和1]。这几乎发生在20 - 50% 1型或2型糖尿病患者在世界范围内,即使在足够的血糖控制的存在,它仍然是糖尿病患者发病率和死亡率的主要原因(2,3]。因为那些生活在DKD有更高的风险发展为心血管并发症和终末期肾病(ESKD),因此DKD正成为全球医疗保健的一大挑战。的临床特点DKD被描述为进行性肾功能下降的存在和持续的尿白蛋白排泄。几种机制有助于DKD发病机制通过推动先进的糖化结束产品的生产过剩,血流动力学变化,炎症,氧化应激,纤维化,内皮细胞和足细胞损伤,最终导致蛋白尿和肾功能下降(3]。目前的标准治疗管理DKD推荐药物控制血压和血糖,主要包括肾素血管紧张素醛固酮系统(老城)抑制剂,钠葡萄糖转运蛋白2 (SGLT2抑制剂),glucagon-like肽1 (GLP1)受体激动剂。尽管DKD这些策略显示出可喜的成果,很多糖尿病患者继续进步DKD和ESKD3,4]。DKD的多因子的起源和多个潜在的分子机制很难取得成功的结果与一个单一的药物。小说治疗代理人根据多个目标造成DKD进展因此迫切需要。
累积经验经验的指导下,中药(5)作为一个有效的疗法治疗DKD几个世纪以来在中国和一些亚洲国家。不同于化学药物,据报道,中国草药5)目标不同的途径来恢复细胞内稳态,这可能提供了一个新选项DKD[等多因子的疾病的治疗6]。雷公藤钩F(雷公藤)是最著名的药物DKD CHM和降低蛋白尿排泄产生显著的影响。雷公藤的证据来自临床试验的建议治疗的结合,ARB和ACEI比ARB和ACEI单一疗法更有效的减少蛋白尿DKD患者(7,8]。广泛的生物活动对雷公藤包括抗炎、免疫抑制、抗氧化、antifibrosis已经演示了在过去几十年(9- - - - - -13),属性对DKD renoprotective效应(14,15]。然而,一个令人满意的解释它的药理机制和相关材料基地DKD仍是目前不可用。
网络药理学是一个互动网络用于研究“compound-proteins / genes-disease”途径,而自己的生物系统阐明复杂性的能力,药物,从系统性的角度和疾病(16,17]。这个概念有着非常相似的整体哲学CHM,提供一个全面的方法来系统地揭示了多组分之间的相互作用,多目标,multipathways CHM(活性成分的18,19]。本研究旨在探讨雷公藤的药理机制DKD雇佣网络药理学的方法。我们的工作流程是在图展出1。
2。材料和方法
2.1。雷公藤数据库建设和靶基因的预测
中药系统药理学数据库(TCMSPhttp://tcmspw.com/tcmsp.php)是用来收集雷公藤的化学成分,这是一个独特的系统药理学平台CHM显示药物之间的关联,目标,和疾病(20.]。我们筛选了雷公藤化合物使用ADME(吸收、分布、代谢和排泄)模型,和配料OB(口服生物利用度(OB))≥30%, DL (drug-likeness (DL))≥0.18筛选候选化合物进行进一步分析根据TCMSP建议标准的数据库。与此同时,相关的靶基因活性成分雷公藤聚集基于TCMSP数据库。UniProt数据库(https://www.uniprot.org)提供大量的序列和蛋白质的功能信息全面、高质量,为世界范围内的科学家免费访问的方式21]。所有获得目标随后被放入UniProtKB,有机体选为“智人”搜索官方目标名称。因此,我们收集了雷公藤的活性化合物和涉及目标基因和表中描述的细节S1。另外,组件对应于多个目标(前十)导入PubChem数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)获得的复合结构。
2.2。识别DKD目标
关键字“糖尿病肾病”是用于GeneCards (https://www.genecards.org)和在线孟德尔遗传在人(人类,https://www.omim.org)数据库搜索DKD-related目标。GeneCards是全面、权威的人类基因纲要,使科学界能够有效地导航简洁的基因组,转录组、蛋白质组,疾病,和功能数据预测和已知的人类基因22,23]。人类被认为是全面的主要存储库(24),自由访问信息基因,基因表型,gene-phenotype关系。
2.3。建设和分析蛋白质交互(PPI)网络
复合目标的交集和DKD疾病目标确定与semiprogrammed脚软件R项目(×64 3.6.1)和作为候选目标组件DKD雷公藤治疗。蛋白质相互作用(PPI)网络重叠目标基因是建立基于字符串的数据库(http://stringdb.org)生物设置为“智人”[25]。之后,绘制和分析目标交互信息的可视化软件Cytoscape(版本3.7.2章;https://www.cytoscape.org/)。节点显示在一个梯度的颜色从红色到黄色的降序排列的程度值,和一个更高的学位价值节点利用目前公认的PPI网络的关键目标。此外,cytoHubba软件被用来基于混合字符计算选择基因中心(MCC)得分,和复杂的分子检测(MCODE),一个插件Cytoscape软件,帮助我们屏幕重要功能模块,实现集群在PPI网络 。
2.4。功能性浓缩和路径分析
基因本体论(去)和《京都议定书》百科全书的基因和基因组(KEGG)通路富集分析雷公藤的DKD进行使用大卫(https://david.ncifcrf.gov)数据库(26]。结果与 和 保留进一步分析了PPI网络的关键目标参与生物过程,分子功能,细胞组件和功能的信号通路。
3所示。结果与讨论
3.1。Compound-Compound目标网络
活性化合物和化合物通过TCMSP收集目标数据库。有51个组件雷公藤TCMSP ADME参数的基础上 %, 表中列出1(详细情况见表S1和图2)。此外,93涉及目标后获得删除重复数据。我们建造了一个compound-compound目标网络的目的进一步阐明雷公藤的活性成分之间的相互作用和相应的目标,如图3。93年通过映射51化合物与目标,网络包含126个节点和579边缘,组件的计算从雷公藤黄色,和彩色的粉色圆圈反映cotarget TwHF-DKD基因,只和红圈代表组件的目标。雷公藤的多目标效应在这个网络了。
化合物与多目标包括山柰酚、beta-sitosterol豆甾醇,和Triptoditerpenic酸B,这与46岁,39岁,38岁,分别和33个目标。结果表明,这些化合物可能作为潜在的治疗DKD成分。山柰酚的抗糖尿病的活动、beta-sitosterol和豆甾醇据报道由于其抗氧化和消炎作用而研究Triptoditerpenic酸B是一个无效(27- - - - - -29日]。山柰酚、自然类黄酮素,提出抑制高血糖诱导炎性细胞因子的激活,TGF -β1表达,氧化应激在NRK-52E和人类肾小管上皮细胞(29日),与此同时,为了防止在胰脏脂质积累和ER应激β细胞(30.),这说明山柰酚治疗DKD的潜力。我们进行去KEGG分析cotargets Triptoditerpenic酸B和DKD(表S6),结果表明,炎症反应可能作为重要的机制治疗DKD Triptoditerpenic酸B。
3.2。复合Target-DKD目标网络分析
使用GeneCards和人类数据库,11389年目标与DKD相关的基因被检索,包括11247年人类GeneCards和142年。共有11261个目标是获得引人注目的后多余的条目。细节显示在表中S2。总共88个重叠基因测定通过匹配compound-related 93目标基因DKD-related 111261目标基因(图S1),并导入到字符串PPI网络数据库,后来建立了分析复合目标和疾病的目标之间的关系。几乎所有人(88)93目标中雷公藤可以直接影响DKD-related目标,表明雷公藤对预防和治疗DKD是有前途的候选人。如图4(一),这个网络由88个节点和547边,和平均节点度是12.4。节点和边代表目标基因和一对目标基因之间的相互作用,分别。节点显示在一个梯度的颜色从红色到黄色的降序排列的程度值。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
度较高的目标包括VEGFA PTGS2,小君,MAPK8, HSP90AA1被确认为中心基于cytoHubba雷公藤对DKD分析的基因。这些基因大多与慢性炎症、胰岛素抵抗、脂质稳态,氧化应激和纤维化31日- - - - - -34]。
血管内皮生长因子(VEGFA)、肾脏的主要proangiogenic因素,由足细胞分泌,为内皮细胞提供了必要的维护信号,足细胞,肾小球系膜细胞(35]。慢性高血糖症和过度生产先进的糖化终端产品(年龄)诱导VEGFA合成和分泌,从而刺激异常在多个信号通路包括炎症,过多的活性氧生成、TGF -β和CTGF激活,脚过程抹杀,最终导致细胞外基质(ECM)积累、GBM增厚,蛋白尿(31日,36]。VEGFA抑制剂可能导致蛋白尿,缓解糖尿病大鼠肾小球肥大,内皮细胞在体外激活(36]。前列腺素合成酶(发现),包括PTGS1和PTGS2,已知促炎细胞因子,参与许多炎性疾病如糖尿病的发病机理32]。酶都是据报道发现在胰腺组织,并有证据表明PTGS2参与炎症mediator-induced胰腺的损伤β细胞(33]。c-JUN n端激酶(物)和p38增殖蛋白激酶(p38 MAPK)压力激发了蛋白激酶。研究表明肾小球阻力指标p38 MAPK /物信号也许可以和显著激活的肾活检诊断为糖尿病患者和糖尿病动物模型的37,38]。值得注意的是,据报道p38 MAPK的激活与肾脏炎症和纤维化密切相关设置的糖尿病,而抑制p38 MAPK proinflammation改善和profibrotic反应。此外,hyperactivation增殖蛋白激酶8 (MAPK8)中扮演一个关键的角色在胰岛素抵抗和肥胖的发病机制,而MAPK8基因敲除小鼠提出改善肥胖和胰岛素敏感性34]。热休克蛋白C(一半)主要是肾小球足细胞和间质细胞中表达。尽管没有任何一半寿命的变化表达在2型糖尿病小鼠的肾皮质和高血糖孵化肾小球细胞(39一半寿命,抑制已经证明提供一个有益的影响在调节脂质稳态和抑制肾发炎的NF -的失活κB和STAT信号通路在DM2老鼠40]。
总的来说,这些结果表明,雷公藤治疗的潜在机制DKD可能参与减少过度的炎症和防止胰岛功能障碍和脂质沉积。
3.3。Compound-DKD PPI网络的集群
目标由MCODE compound-DKD PPI网络进行了分析,和5基因簇中心(表返回2,数据4 (b)- - - - - -4 (f))。这些集群随后被导入到大卫去富集分析(显示在表中S3),和无数DKD-related生物过程返回包括以下几点:(1)炎症和免疫反应:反应脂多糖(去:0032496),调节炎症反应(去:0050727),辅助细胞分化的调节(去:0045622),调节白细胞增生(去:0070663),调节淋巴细胞增殖(去:0050670)和调节B细胞增殖(去:0030888);(2)缺氧和氧化应激:应对缺氧(去:0001666),响应减少氧含量(去:0036293)、活性氧代谢过程(去:0072593)和一氧化氮生物合成的过程(去:0006809);(3)血液循环和血压控制:血管收缩(去:0042310),负调节血管直径(去:0097756),调节血压(去:0008217),负监管系统性动脉血压(去:0003085),和积极的调节血液循环(去:1903524);(4)细胞代谢过程:cAMP-mediated信号(去:0019933)、腺苷酸cyclase-modulating G protein-coupled受体信号通路(去:0007188),胆固醇代谢过程(去:0008203),葡萄糖跨膜运输(去:1904659)和脂肪酸分解过程(去:0009062)。这些生物功能的潜在目标的雷公藤治疗DKD可能代表与机制。
3.4。Compound-DKD PPI网络的通路
进一步揭示DKD雷公藤的潜在机制,KEGG通路富集分析是在上述五个基因进行集群。如表所示S4和图5,有一些KEGG通路与DKD丰富五星团。集群1主要富集在AGE-RAGE信号通路,IL-17信号通路,肿瘤坏死因子信号通路,内分泌阻力。集群中的2会刺激神经组织的交互和钙信号通路。集群3包括雌激素信号通路和1型糖尿病。集群4钙信号通路。集群5包含PPAR信号通路。DKD相关的关键途径和相关基因被描述在图6。
年龄的生成和积累各种组织高度促进糖尿病条件下由于持续的高血糖和胰岛素抵抗增加。肾脏作为重要目标AGE-mediated障碍以及贡献者年龄增加,肾功能下降的结果,间隙的年龄(41]。交互的年龄年龄(愤怒)的受体引起有害的细胞内的信号级联,激活氧化应激,炎症,和在糖尿病肾组织纤维化反应,最终导致肾功能不全(42]。增加糖尿病条件下AGE-RAGE交互激活肾VEGFA表达式在各种体外和体内实验模型,进一步加剧炎症因子的释放31日]。治疗RAGE-aptamer阻止年龄绑定的愤怒导致减少ROS生产、蛋白尿,和细胞外基质堆积,伴随着增加NADPH氧化酶活动从糖尿病大鼠肾组织43]。愤怒,淘汰赛糖尿病大鼠体外实验中显示明显缓解或肾小球基底膜增厚,系膜扩张而老鼠管理与AGE-albumin发达NF -κB激活,调节胶原IV,肾小球硬化症在肾组织44]。此外,研究表明,通过NF - AGE-RAGE轴刺激肾脏炎症κB信号通路和中央的释放促炎细胞因子TNF -α,AGE-RAGE之间的相互作用和肿瘤坏死因子信号通路可能导致糖尿病的过度生成过氧化物(45]。
慢性炎症有关键作用DKD的开发和发展。肿瘤坏死因子(TNF)函数作为一种重要的细胞因子在调节多种细胞内信号通路包括炎症和免疫,一直积极参与肾病理生理学和激活主要由NF -κB信号通路和MAPK级联(46]。有越来越多的证据表明,肿瘤坏死因子-α从肾细胞和巨噬细胞浸润显示生成的能力调节几种机制参与DKD开发和进展,包括促进肾小球基底膜的渗透性和肾小球血管收缩,减少intraglomerular血流量(47]。最近发现临床标本DKD表明肾小管与TNF基因表达增加纤维化,肾小球滤过率(GFR)下降48,有密切相关性肾脏功能下降和循环TNF -α及其受体(TNFR) [49]。值得注意的是,据报道,multiglycoside雷公藤可能抑制p38 MAPK和NF -的激活κB信号和抑制促炎细胞因子(TNF -超表达α,il - 1β,TGF -β1)在肾,这可能有助于改善在糖尿病大鼠肾小球硬化症(13]。triptolide的另一项研究显示,干预雷公藤的主要活性成分,缓解DKD通过维护Th1 / Th2细胞平衡伴随着下调干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α和调节il - 4和il - 1050]。此外,马等人证实,IL-17缺陷小鼠发达减少蛋白尿和肾小球损伤和纤维化的改善糖尿病设置下,暗示IL-17信号的贡献作用的发病机理DKD [51]。雷公藤及其提取物的抑制作用IL-17已被确定在自身免疫性疾病包括牛皮癣、强直性脊柱炎、类风湿性关节炎(52- - - - - -54),但没有在DKD。
新出现的证据表明,钙信号通路开发DKD似乎是至关重要的。它表明本机的功能肾细胞可以通过细胞内钙离子信号控制(55]。高glucose-induced Ca2 +交替在系膜细胞增强的细胞外基质蛋白的沉积和系膜扩张,从而导致肾小球损伤(56),白蛋白在近端肾小管上皮细胞内吞作用2 +端依赖(56]。至于足细胞,研究表明,钙流入血管紧张素ⅱ,ROS,和其他因素在糖尿病条件下导致足细胞肥大和脚过程抹杀,这可能导致蛋白尿和进展DKD (57]。此外,增加细胞内钙离子水平提升LKB1-AMPK / PPARα在高glucose-treated肾小球内皮细胞和足细胞通路,因此衰减氧化应激和细胞凋亡58]。
度值的基础上每个基因在复合target-DKD目标网络,VEGFA被视为对DKD雷公藤的核心基因。VEGFA最有效的血管生成因子,是一个主要因素的发展新船,也认定为促炎细胞因子(59]。数据来自BTBR ob / ob老鼠,DKD患者糖尿病小鼠体外实验,证明VEGFA是调节糖尿病环境下36,60,61年),并增加VEGFA密切相关各种病理异常DKD如肾小球肥大,脚过程抹杀,纤维化和蛋白尿31日),这意味着VEGFA的关键作用DKD的发病机理。之间存在显著的关系VEGFA和肾脏炎症在糖尿病的设置。DKD患者血清VEGFA水平升高与增强炎症生物标记物的表达(61年),而药物抑制VEGFA减毒肾脏病理损害,通过抑制内皮细胞激活和减少肾小球蛋白尿巨噬细胞浸润和肿瘤坏死因子-α表达式[36]。VEGFR2 Lavoz等人发现堵塞,VEGFA的受体,表明有益治疗DKD MCP-1等表达下调促炎介质的表达,il - 6,阻力指标炎症也许可以和IL-17a,从而提高并最终逆转糖尿病肾损害(60]。否则,VEGFA表达式在脂肪组织被报道与肥胖和胰岛素抵抗的发展(59]。因此,对DKD雷公藤的主要机制可能是rugulate VEGFA超表达,从而抑制促炎因子和胞内信号的级联,导致肾脏损伤在糖尿病条件下的缓解。研究显示,triptolide二萜triepoxide从雷公藤,可能通过抑制血管生成发挥影响类风湿关节炎VEGF, TNF -α,IL-17 [54),需要进行进一步的实验调查的具体DKD雷公藤的药理作用。
DKD构成重大公共卫生负担全球归因于糖尿病的患病率显著增加。尽管努力寻找药理策略基于一个目标控制这种病一种药物范式,ESRD的发病率持续上升;因此,多个component-multiple最近目标模式接收大量的关注。Tripterygium已广泛应用在中国几千年来从业者在治疗在减少蛋白尿排泄DKD和展品非凡的效果。临床试验证实,雷公藤及其提取物在治疗DKD有效,包括减少蛋白尿和减少表皮生长因子受体(62年]。与此同时,我们的研究表明,雷公藤可能调节脂质体内平衡和胰岛素抵抗糖尿病环境下,提供了一个新颖的解释阐明DKD雷公藤的潜在机制,但我们的假设需要进一步实验验证。值得注意的是,雷公藤治疗相关的不良事件包括肝毒性,不孕和造血障碍近年来已报告(63年),收到越来越多的关注。二萜生物碱,常用药用的主要有毒成分Tripterygium [64年]。我们分析了前20名化合物的雷公藤对根据比较Toxicogenomics DKD数据库,发现有6双萜,1三萜,0生物碱。然而,高潜力的组件山柰酚、beta-sitosterol和豆甾醇治疗DKD属于黄酮类化合物和植物甾醇,分别。因此,我们的研究有助于识别雷公藤的活性成分与DKD以及可能被视为一个良好的开端点设计新药用更少的副作用。
4所示。结论
我们的研究是第一个报告解释雷公藤的活性成分和机制对DKD使用网络药理学。共有51在雷公藤有效成分筛选和遭受88潜在目标DKD、山柰酚和VEGFA表示为最主要的活性成分和核心基因治疗DKD雷公藤的分别。雷公藤的机制与DKD与5有关功能集群,并针对DKD雷公藤的关键机制可能参与减少肾脏炎症的表达下调VEGFA。尽管目前的研究提供了方法论的探索对于识别潜在的活性化合物和DKD雷公藤的药理机制,体内和体外实验验证需要在下一步中支持我们的研究结果。
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有关的出版。
确认
本文支持由中国国家自然科学基金(81804087;81620108031)和优秀青年科技项目的中国中医科学院基金(zz13 - yq - 031)。
补充材料
表S1:复合Tripterygium数据库。表S2:去KEGG分析Triptoditerpenic酸B-DKD cotargets。表S3: compound-DKD cotargets。表S4:浓缩分析基于compound-DKD PPI网络。表S5: KEGG通路分析基于compound-DKD PPI网络。表S6:去KEGG分析Triptoditerpenic酸B和DKD cotargets。表S7:去使用WebGestalt KEGG分析基于compound-DKD PPI网络。图S1:匹配的目标基因DKD和雷公藤之间。(补充材料)