文摘

客观的。系统地研究蝉虫草的机制在糖尿病肾病(DN)的治疗与网络药理学和分子对接的方法分析,以便为新药的开发提供理论基础治疗DN。方法。TCMSP、Symmap PubChem、PubMed和CTD数据库被用来预测和筛选活性成分和治疗DN的目标。活性成分和目标的网络是由Cytoscape 3.6.0,蛋白质相互作用(PPI)由字符串分析数据库,和大卫数据库用于十字路口的富集分析目标。分子对接研究被发现Studio 3.5完成。结果。36活性化合物,包括myriocin、鸟苷、肌苷、378年蝉虫草的潜在目标。PPI网络分析表明,AKT1 MAPK8, TP53和相关目标是蝉虫草和DN。去KEGG路径分析表明,这些目标主要是参与r - hsa - 450341, 157.14 3 - 3细胞周期,PDGF通路。对接研究表明myriocin可以绑定口袋里的两个目标蛋白质(AKT1和MAPK8)。结论。的蝉虫草活性成分如myriocin可能通过不同的目标,如AKT1 DN, MAPK8, TP53和其他目标,它可以帮助开发创新药物的有效治疗DN。

1。介绍

糖尿病肾病(DN),也被称为糖尿病肾病(DKD),是最常见的继发性肾病发病率高,治愈率低。DKD发展在大约40%的糖尿病患者和慢性肾脏疾病(CKD)的主要原因在全球范围内(1]。它增加了糖尿病患者的死亡率(2]。目前,有有效的方法,可以减少糖尿病肾病的发病率和推迟其进展如控制血糖和血压以及封锁肾素-血管紧张素-醛固酮系统(3]。许多中医研究也一直在进行治疗DN和近年来取得了一些成就,例如小檗碱(4),契丹Dihuang谷物(QDDHG) [5圣(DSS) [], Danggui Shaoyao6]。的作用机制可能是多方面的,如调节葡萄糖代谢,纠正脂质代谢紊乱,抑制多元醇通路的激活,抗氧化压力,改善足细胞的结构和功能,抑制炎症反应,干预细胞信号转导。然而,这仍然是一个迫切需要创新的药物来治疗DN。

蝉虫草,也叫“陈华”,属于家庭麦角菌科,子囊茵,其鉴定是Isaria cicadae进行筛选。此外,蝉虫草已被用来作为替代冬虫夏草(7]。蝉虫草是最著名的中药之一,在中国已经使用大约1600年之久。蝉虫草是一种拟青霉属产生的冬虫夏草真菌感染后sp.蝉。它属于相同的昆虫和冬虫夏草真菌复杂。李的研究已经表明,头脑,蝉虫草活性成分之一,可以缓解许多糖尿病并发症遗传肥胖老鼠和可能提供的承诺作为糖尿病管理的补充(8]。另一项研究表明,蝉虫草在糖尿病大鼠模型和抗糖尿病的活动可能是一个有前途的治疗源管理糖尿病及其相关并发症(9]。据报道,结果表明,共产党,蝉虫草的一个重要组成部分,改善胰岛素抵抗和DN大鼠的糖耐量。此外,中国共产党干预显著抑制炎症,肾脏病理变化,和肾脏功能障碍,减缓肾间质纤维化的进展(10]。

网络药理学,旨在研究复杂,不同目标之间的关系,药物、疾病、药物发现和途径,提出了一种新的方法(11]。网络药理学研究中药和疾病之间的关系在整体层面上,它提供了一个简单的方法来解释中医治疗的机制。网络药理学使用生物信息学来帮助我们更好地理解药物的行为,从而促进药物发现。

本研究旨在探索蝉虫草的疗效和机制在DN的网络药理学的方法。工作流图所示1。


图1
网络药理学工作流的蝉虫草和糖尿病肾病。

2。材料和方法

2.1。识别候选组件

大多数组件从中医系统药理学数据库收集和分析平台(TCMSP)数据库(http://tcmspw.com/tcmsp.php)。账户,蝉虫草含有冬虫夏草的几乎所有相同的活性成分;关键字是“冬虫夏草”和“蝉虫草”,以便收集符合条件的活性成分和相应的目标。Symmap数据库(http://www.symmap.org/)是用于搜索所有活性成分和目标的关键字“冬虫夏草”和“蝉虫草。“化合物和相应的目标 筛选出来,重复的化合物被移除。此外,PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)是用于搜索文献进行进一步的信息。最后,确定候选人活性化合物。

2.2。预测的目标候选人活性化合物

从四个方面获得的目标是:(1)PubChem数据库(http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov),(2)TCMSP数据库,(3)Symmap数据库,和(4)PubMed数据库。

2.3。预测糖尿病肾病的目标

以“糖尿病肾病”为关键词,供数据库使用(http://ctdbase.org/about/搜索基因与糖尿病肾病有关。

2.4。网络建设

蝉虫草的活性成分的目标网络是由使用软件Cytoscape 3.6.0分析组件和目标之间的关系,以及候选化合物和目标之间的程度进行了分析。

2.5。蛋白质相互作用网络建设(PPI)

候选化合物和糖尿病肾病的交叉目标通过使用omicshare网站(http://www.omicshare.com/)。候选化合物和糖尿病肾病的交叉目标导入到数据库(字符串https://string-db.org/)获得蛋白质相互作用信息。条件仅限于“智人。“信心与关联度得分≥0.700。PPI数据导入到软件Cytoscape 3.6.0构造交叉目标蛋白质相互作用的网络图。

2.6。去和KEGG浓缩分析目标

为了进一步分析所选目标的功能及其信号通路中的作用,十字路口的目标活性成分和糖尿病肾病是上传到大卫生物浓缩过程分析和数据库通路富集分析。

2.7。预测Myriocin和候选人之间的绑定模式两个目标蛋白质

完成了对接研究发现Studio 3.5探索myriocin的绑定模式预测AKT1 (PDB代码:3时常和MAPK8 (PDB代码:4 g1w),分别是下载从RCSB蛋白质数据银行(http://www.pdb.org/)。蛋白质是准备使用准备蛋白质协议在DS3.5,删除所有晶体水,添加氢原子,受损的连锁店,并添加CHARMm力场。一个球体结合位点在DS3.5使用定义站点生成工具。对接之前,小分子myriocin准备使用准备或过滤器配体在DS3.5协议。DS3.5 CDOCKER协议是用于执行分子对接。图像是由PyMOL。

3所示。结果

3.1。从蝉虫草生物活性化合物的筛选

38冬虫夏草被发现的化合物TCMSP数据库。31个化合物的冬虫夏草被Symmap数据库筛选 。12活性化合物的发现蝉虫草的文学。总共61个候选化合物被发现。根据这些方法,378年的目标相关的候选化合物被发现(表1)。

表1
蝉虫草的候选化合物。
3.2。蝉虫草网络建设的目标和活性化合物

目标相关的候选化合物通过使用上面的方法,组件和目标导入到Cytoscape 3.6.0软件和网络的蝉虫草活性化合物和目标(如图2)。总共有61种化合物筛选,其中25个化合物未找到对应数据库中的目标。因此,图2只显示36化合物之间的相互作用网络和相关的目标。蓝色的圆圈代表候选化合物,和红色的钻石代表着目标。越边缘连接的节点,节点的度值越高。在这个网络中,鸟嘌呤核苷(C54)有107个目标,myriocin (C58)有89个目标,和肌苷(C53)有89个目标。鸟嘌呤核苷和肌苷是冬虫夏草的通用组件和蝉虫草,和myriocin蝉虫草的唯一组成部分。这些目标化合物可能是蝉虫草的核心组件。PTGS2 (endoperoxidase的前列腺素合成酶2)和PTGS1(前列腺素endoperoxidase合酶1)与高价值的目标网络,分别。更高的学位价值的目标可能是冬虫夏草的功效的关键目标和蝉虫草。


图2
蝉虫草活性成分和目标网络。蓝色的圆圈代表蝉虫草的组件;红色钻石表示目标;节点的大小代表节点度的大小。
3.3。Target-DN PPI网络

377个基因与DN CTD数据库中得到的 。378年目标化合物与DN 377目标相关,和85年的重要目标。这些85年的目标是上传到数据库的字符串。获得的PPI数据是通过设置置信水平0.7,然后,PPI数据导入到Cytoscape 3.6.0软件构建的目标蛋白质交互网络(如图3)。图3显示了一个与1466年85蛋白质交互网络边缘。节点的平均度是34.5。MAPK1 AKT1 MAPK8, TP53 INS,白细胞介素6、TNF,小君,MAPK3, CASP3程度较高的目标(> 30)。


图3
Target-diabetic肾病(PPI)蛋白质间交互作用的网络。MAPK1 AKT1 MAPK8, TP53 INS,白细胞介素6、TNF,小君,MAPK3, CASP3程度较高的目标(> 30)。
3.4。浓缩的分析去KEGG

85十字路口大卫目标导入到数据库去浓缩分析和通路富集分析。去富集分析如图4。去浓缩的结果分析表明,关键路口目标主要集中在BH3域绑定,从线粒体细胞色素c的释放,线粒体膜电位的监管,和其他流程。通路富集分析的结果在图所示5。丰富因子代表的比例差异表达基因的途径的基因数量的目标基因总数的所有基因的途径。丰富的因素是越大,浓缩度越大。本研究的主要目标是主要富集在r - hsa - 450341信号通路,157.14 3 - 3细胞周期信号通路,PDGF信号通路。


图4
浓缩的分析目标。的 - - - - - -轴代表了生物过程的前23功能性浓缩,和 - - - - - -轴代表的负对数 价值。

图5
前20名的通路富集。圆的大小代表基因数据,红色和更高的富裕系数表明更浓缩的通路。
3.5。分子对接

分子对接研究进行调查的绑定模式myriocin ATK1和MAPK8。如图6(一)AKT1 myriocin绑定,四个关键氢键。两个氢键形成的羧酸组myriocin LYS179的侧链(长度:2.1)和骨干的GLY294(长度:2.4),分别。的羟基形成氢键与侧链之一LYS179(长度:2.1)。额外的氢键(长度:2.1)之间形成羰基ASP439 myriocin和骨气。同样,myriocin停靠到绑定的口袋MAKP8通过两个氢键MET111(长度:1.7)和PHE170(长度:2.1),如图7(一)。数据6 (b)和7 (b)显示之间的交互myriocin ATK1 MAPK8,分别在二维图。

(一)
(一)
(b)
(b)
图6
(一)提出绑定模式myriocin AKT1 (PDB代码:3台籍干部)。(b) 2 d myriocin和AKT1之间的互动。
(一)
(一)
(b)
(b)
图7
(一)提出绑定模式myriocin MAPK8 (PDB代码:4 g1w)。(b) 2 d myriocin和MAPK8之间的互动。

4所示。讨论

糖尿病肾病是糖尿病患者最常见的微血管并发症之一,是世界各地的终末期肾病的主要原因(12]。近几十年来,在DN进行了许多研究,取得了一些成果。但是,没有更好的治疗药物或措施到目前为止已经产生。近年来,中药治疗DKD也进行了大量的研究和取得的成就。王等人的研究表明,冬虫夏草可以保护肾小管,促进肾小管修复药物引起的急性肾损伤的动物模型,从而提高肾脏功能(13]。研究表明,蝉虫草能够减轻肾小球硬化症,提高慢性肾功能衰竭(14- - - - - -16]。

本研究系统地研究了蝉虫草治疗DN的潜在机制通过网络药理学和分子对接的方法分析和分析和构建“积极ingredient-target-disease”网络图的蝉虫草治疗DN。36蝉虫草的主要活性成分和85 DN的共同目标,包括myriocin、鸟苷、腺苷、筛选通过数据库搜索和筛选。此外,AKT1等关键目标,MAPK8 MAPK1, TP53白介素、肿瘤坏死因子筛选出来。分子对接研究显示的绑定模式myriocin ATK1和MAPK8。AKT是丝氨酸苏氨酸激酶,中央监管机构细胞生长、增殖、生存和新陈代谢。足细胞损伤是一个DN的预测指标。据报道,足突细胞自噬,加剧其可以抑制细胞凋亡在AKT通路(17]。促炎因子il - 6,在DN的发生的重要因素之一是炎症。DN患者显示更高水平的il - 6,这与蛋白尿的程度呈正相关18]。il - 6似乎是一个不错的慢性肾损伤的生物标志物;的信号转导炎症反应参与DN的发展是至关重要的。研究表明,这些il - 6的反应介导通过gp130-STAT3-dependent机制(19]。TP53也称为TRIAP1。high-glucose条件下,TRIAP1小守恒的含有76个氨基酸的蛋白。这是诱导低级下TP53基因毒性压力,有助于减少细胞死亡。据报道,TRIAP1与热休克蛋白70 (HSP70)来调节细胞凋亡通路20.,21]。研究表明,TRIAP1直接mir - 770 - 5 - p的目标。mir - 770 - 5 - p的表达在足细胞是调节high-glucose条件下,mir - 770 - 5的差别,对这些- p通过瞄准TRIAP1可以消除高葡萄糖引起的足细胞和抑制细胞凋亡,这进一步证明了TP53的潜在作用在DN的发生和发展22]。在糖尿病环境中,糖化的增加生产终端产品激活NF -κB MAPK和其他信号通路,从而介导的激活TGF -β信号通路,促进细胞外基质的合成和沉积23]。MAPK8与脂质代谢(24),和脂质代谢障碍是一个DN的发生的重要危险因素。去浓缩分析结果表明,关键目标是主要富集在BH3域绑定,从线粒体细胞色素c的释放,调节线粒体膜电位的生物过程。在文献中有报道称BH3域参与细胞凋亡和自噬的过程25]。线粒体也发挥了非常重要的作用在细胞凋亡过程中(26]。通路富集的结果表明,r - hsa - 450341, 157.14 3 - 3细胞周期,PDGF信号通路可能与治疗有关冬虫夏草的DN。蝉虫草活性化合物中,候选化合物可能与这些目标包括myriocin、β谷甾醇、鸟苷、花生四烯酸、肌苷、小檗碱、肉桂醛、乙酸linoleyl, uralene,亚油酸,deoxyandrographolide。Myriocin (ISP-1 thermozymocidin),一个典型的氨基酸,从文化孤立的肉汤,蝉虫草菌丝,sporoderm-broken孢粉(27]。分子对接研究表明,myriocin绑定与四个关键AKT1氢键以及MAKP8通过两个氢键。结果显示,myriocin蝉虫草活性化合物之一,可能作用于AKT1和MAPK8。然而,蝉虫草的主要活性物质如myriocin对DN目标可能需要进一步的实验验证和探索。从蝉虫草活性化合物之间的相互作用需要进一步研究。为了验证网络药理筛选活性化合物的效果和目标,我们将进一步利用分子生物学方法来调查候选化合物的效果和分子机制的目标和对DN的影响。这些潜在机制由蝉虫草治疗DN将提供良好的思想和方向进行下一步的实验验证和创新药物开发。

总之,我们的研究预测目标蛋白质相关的候选化合物的蝉虫草网络药理学和分子对接验证了。以来中药含有多种活性物质,它们可以同时在多个目标和信号通路,产生协同效应,可以治疗DN的一种有效方法。此外,我们可以找到中医特别活跃的化合物。可以开发创新药物治疗DN的疾病和突破困难问题治疗DN。

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。

作者的贡献

x和ZJ。p的概念和设计研究。y Q。,X. W., and X. Y. contributed to the conduct/data collection. Y. Q. contributed to data analysis. Y. Q. and X. W. contributed to manuscript writing. Yi Qian and Xin Sun contributed equally to this work.

确认

这项工作是支持的科学、教育和卫生Engineering-Medical创新团队项目的无锡(批准号CXTD007)、江苏医药协会Osaikang基金项目(批准号A2017033)、无锡市政建设科技项目计划健康委员会(批准号MS201708),主要研究与发展计划项目(批准号2019633),江苏南京医科大学科技发展基金项目(批准号NMUB2020277),为转化医学和转化医学研究项目中心无锡(批准号2020 zhyb11)。