2023年2月24日
本实验方案描述了一种行为学测试验证及生物信息学预测传统蒙古药Zadi-5在抑郁症中治疗功效的方法。
通过行为学实验可以确定Zadi-5在治疗抑郁症方面的治疗效果,而网络药理学可预测其药效的潜在作用机制。网络药理学有助于探索具有复杂作用机制的传统药物,并进一步缩短研究所需的时间和降低研究成本。开放旷场实验、蔗糖偏好实验和Morris水迷宫实验是评估神经疾病动物模型食欲、动机水平、学习能力和记忆力的金标准。
这些测试是评估抑郁障碍研究中简单、客观且合理的方法。建立动物模型对于理解新药的病理机制和作用至关重要。为了建立良好的抑郁模型,研究人员必须恰当地安排刺激顺序并调整刺激强度。
首先,除对照组外,对所有大鼠施加选定的抑郁刺激因素,并结合隔离条件,持续28天,同时将大鼠单独饲养在各自的笼子中。进行旷场实验时,将一个黑色箱子均分为九个面积相等的方形区域,并在箱子上方配备视频追踪分析系统。
末次灌胃后一天,将大鼠置于中心方格,记录其3分钟内的水平和垂直活动。然后,以大鼠四肢均移动并伴有停顿的方格穿越次数记为水平活动,以直立和理毛行为记为垂直活动。每次测试后,用75%酒精清洁箱体,以去除大鼠气味,供后续实验使用。
接下来,通过在消耗前后称量相应瓶子的重量来进行蔗糖消耗实验。并使用此公式计算第0、7、14、21和28天的60分钟蔗糖偏好率。进行莫里斯水迷宫实验时,将水池分为四个象限。
将四个象限按一至四的顺序编号,并将隐藏平台置于第三象限,位于水面以下一厘米处。向水池中加入牛奶,使水具有一定的不透明度。然后将实验大鼠从不同的象限放入迷宫中,使其在120秒内寻找平台。
使用Morris水迷宫视频轨迹分析系统记录潜伏期。将大鼠放置于水中固定位置。若大鼠在120秒内未能找到隐藏平台,则记录潜伏期为120秒。
接着,移开平台,将大鼠放入水中,记录120秒内的区域穿越次数。浏览中医药系统药理学网页,在草药名称栏中输入肉豆蔻种子、石菖蒲根和 Piperis longi 果实,以获取化学成分名称。设定口服生物利用度(OB)的药代动力学指数大于30%,类药性指数大于0.18。
在中药药典中检索活性成分,以确定各成分的化学名称。随后,在 Pub Chem 中检索已确定的化学名称,获取其异构体 SMILES 编码或 InChI 编码。利用 SEA、Batman 和 Swiss Target Prediction 工具,基于异构体 SMILES 编码或 InChI 编码预测活性成分的作用靶点蛋白,并找出共同的靶点蛋白。
将数据复制到 Excel 文件中。接着,在 GeneCards、DisGeNET 和 DrugBank 中使用关键词 depression 和 depressive disorder 搜索并鉴定抑郁症的潜在蛋白质靶点。然后将数据复制到 Excel 文件中。
浏览维恩图,将抑郁症的作用靶点上传至列表一,然后将Zadi-5活性成分的作用靶点上传至列表二并提交。获取维恩图结果,并筛选出重叠的靶点候选基因。
创建一个名为 network 的电子表格。同时创建一个名为 type 的电子表格。将该工作表导出至 Cytoscape,以构建网络:Zadi-5 中草药成分-疾病靶点网络。
在 STRING 数据库中设置常见靶点以分析其相互作用。将蛋白类型设置为 homosapiens。将相互作用阈值设为 0.9,以仅筛选经实验验证的相互作用类型,并不显示孤立节点。
打开 DAVID 工具,将 Zadi-5 的 86 个潜在抗抑郁靶点粘贴至“开始分析”框中,以研究相关信号通路。下载 KEGG 通路文件。从富集分析结果中选择 PI3K-AKT 通路中的基因,并将其粘贴至电子表格中,用于构建类型及网络文件。
将网络文件类型导出至Cytoscape,以生成PI3K-AKT通路的可视化化合物靶点网络。在慢性不可预知性轻度应激(CUMS)刺激前,受试动物组之间未显示显著差异。建立CUMS模型后,该组的垂直和水平评分均低于对照组。
与模型组相比,阳性对照组和Zadi-5组的垂直和水平评分显著升高。在第0天,各检测组的蔗糖消耗量无显著差异。在第28天,Zadi-5组和阳性对照组均高于模型组。
在 Morris 水迷宫实验中,模型组找到平台的潜伏期显著长于对照组。阳性对照组和 Zadi-5 组的潜伏期短于模型 组。在穿越目标区域次数方面,模型组的穿越次数少于对照组。
阳性对照组和Zadi-5组的穿越次数多于模型组。维恩图分析显示,在1000个与抑郁症相关的蛋白质靶点中,有86个重叠靶点被确定为Zadi-5治疗抑郁症的关键靶点。基于这些发现,构建了Zadi-5草药成分-疾病靶点以及候选靶点的蛋白质-蛋白质相互作用网络分析。
根据 KEGG 通路分析,PI3K-AKT 信号通路排名第七,且与多种信号通路相关。因此,PI3K-AKT 通路被认为相较于其他富集通路具有相对更高的重要性。
在进行该操作时,必须避免连续多天重复使用相同类型的刺激。在在线数据库中分析Zadi-5各组分后,可通过液相色谱-质谱联用技术及核磁共振波谱法确保验证质量。
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本方案概述了一种用于验证行为学测试并预测传统蒙古药Zadi-5治疗抑郁症的治疗有效性的方法。
将行为学实验与网络药理学相结合,能够对传统药物(如用于神经精神类疾病的Zadi-5)进行系统的风险评估。该方法可提高对靶点-通路关系的预测可信度,并支持对新型中枢神经系统治疗药物在早期阶段进行项目筛选。该工作流程连接了实证疗效与机制解析,为药物发现管线中的“推进/终止”决策提供依据。
这一整合的工作流程涵盖了从早期发现到临床前验证的全过程,将行为学功效与基于网络的靶点定位相结合。