Alle Tierversuche wurden vom Tierethikkomitee der Chinesischen Medizinischen Universität Zhejiang genehmigt (IACUC-202402-07).
Vorbereitung und LC-MS/MS-Analyse von LWDHW
Die LWDHW-Formel besteht aus sechs chinesischen Kräutern: Rehmannia glutinosa (Gaertn.), Cornus officinalis (Sieb.), Paeonia suffruticosa (Andr.), Dioscoreae opposite (Thunb.), Poria cocos (Schw.) und Alisma orientale (Sam.). Detaillierte Informationen zu diesen Kräutern sind in Tabelle 1 aufgeführt. Alle rohen Kräuter wurden vom Ersten Angeschlossenen Krankenhaus der Chinesischen Medizinischen Universität Zhejiang (Hangzhou, China) geliefert und in gereinigtem Wasser mit einem Kräuter-Wasser-Verhältnis von 0,1 kg/L gekocht. Der daraus resultierende wässrige Extrakt wurde gefiltert und zu einer Arbeitslösung bei 0,5 g/ml konzentriert, um anschließend LC-MS/MS-Analysen und Tierversuche durchzuführen. Außerdem wurde die Arbeitslösung zu gefriergetrocknetem Pulver für Zellexperimente verarbeitet.
In der LC-MS/MS-Analyse waren die Bedingungen der Flüssigkeitschromatographie wie folgt: mobile Phase A (wässrig) und mobile Phase B (organisch) bestanden aus 0,1 % Ameisensäure in Wasser bzw. Acetonitril für positiven Ionenmodus oder 5 mM Ammoniumformiat in Wasser bzw. Acetonitril für negativen Ionenmodus. Die Gesamtlaufzeit betrug 8 Minuten, mit einer Durchflussrate von 0,3 mL/min, einer Säulentemperatur von 40 °C und einem Einspritzvolumen von 2 μL. Für die Massenspektrometrie wurden die Daten im vollen MS-ddMS2-Modus erhoben, mit Sprühspannungen auf +3,50 kV (positiv) und –2,50 kV (negativ).
Vorhersage von bioaktiven Inhaltsstoffen und Zielvorhersagen von LWDHW
Die einzelnen Namen von sechs Bestandteilen wurden in die TCMSP-Datenbank des Traditional Chinese Medicine System Pharmacology (TCMSP) eingetragen, um die vollständige Zutatenliste für LWDHW zu erhalten. Bioaktive Inhaltsstoffe wurden anschließend anhand der pharmakokinetischen Parameter orale Bioverfügbarkeit (OB) ≥ 30 % und Arzneimittelähnlichkeit (DL) ≥ 0,18 27,28,29,30 getestet. Die entsprechenden Proteine der bioaktiven Inhaltsstoffe wurden identifiziert und UniProt eingereicht, um ihre standardisierten Gennamen zu ermitteln, die als endgültige Genziele von LWDHW definiert wurden.
Überlappende Ziele zwischen LWDHW und PMOP
Genziele, die mit PMOP assoziiert sind, wurden am 2. Oktober 2024 durch die Suche nach dem Schlüsselwort "postmenopausale Osteoporose" sowohl in den Datenbanken GeneCards als auch in DisGeNET gefunden. Ziele wurden mit Score-Schwellenwerten von >0,1 in DisGeNET und >10 in GeneCards gefiltert, und doppelte Einträge wurden entfernt, um einen nicht-redundanten Satz PMOP-bezogener Gene zu erhalten. Anschließend wurden die von Kräutern abgeleiteten Ziele von LWDHW und die PMOP-assoziierten Ziele in das Venny-Online-Tool importiert, um ein Venn-Diagramm zu erstellen, das die sich überlappenden Ziele zwischen LWDHW und PMOP darstellt.
Genontologie (GO) und Analyse der Anreicherung der Signalwege
Die sich überlappenden Ziele zwischen LWDHW und PMOP wurden der GO-Anreicherungsanalyse mittels der DAVID-Datenbank unterzogen. Die abgerufenen GO-Begriffe wurden in drei Kategorien eingeteilt, darunter zelluläre Komponente, molekulare Funktion und biologischer Prozess (BP). Nach der Filterung von FDR < 0,01 wurden die 30 besten BP-Terme in einem Blasendiagramm in absteigender Reihenfolge der Faltanreicherung aufgeführt.
Anschließend wurden die sich überlappenden Ziele in die Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) und Metascape-Datenbanken zur Analyse der Anreicherung der Signalwege eingetragen. Die angereicherten Pfade aus den KEGG- und Metascape-Datenbanken wurden nach der Anzahl der entsprechenden Ziele in absteigender Reihenfolge gerankt, und die 25 obersten Pfade aus jeder Datenbank wurden als Balkendiagramme dargestellt.
Netzwerkbau
Die Netzwerke "Formula-Herbs-Ingredients-Targets-Disease" und "Targets-Pathways" wurden in Cytoscape konstruiert, um die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten zu visualisieren. Ein Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk (PPI) wurde erzeugt, indem die überlappenden Ziele in die STRING-Datenbank eingegeben wurden. Hub-Ziele im Netzwerk wurden durch Screening basierend auf topologischen Merkmalen identifiziert, darunter Gradzentralität (DC), Zwischenzentralität (BC) und Nähezentralität (CC).
Tiergruppierung, OVX-induzierte Osteoporosemodell und Arzneimittelintervention
Insgesamt wurden 27 weibliche C57BL/6J-Mäuse (2 Monate alt, 22 ± 2 g) vom Tierversuchszentrum der Chinesischen Medizinischen Universität Zhejiang (Hangzhou, Zhejiang) bereitgestellt. Alle Tiere wurden unter spezifischen krankheitserregerfreien Bedingungen (SPF) gehalten, mit einem 12-Stunden-Licht/Dunkelzyklus, einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einer Luftfeuchtigkeit zwischen 40 % und 60 %, mit freiem Zugang zu Futter und Wasser. Nach einer Woche adaptiver Fütterung wurden die Mäuse zufällig mit einer Zufallszahlentabelle in drei Gruppen (n = 9 pro Gruppe) eingeteilt: Sham, Model und LWDHW. Die Mäuse in den Modell- und LWDHW-Gruppen unterzogen sich einer bilateralen Ovariektomie (OVX), um das PMOP-Modell zu etablieren, während die Sham-Gruppe ein Scheinverfahren mit der Resektion eines äquivalenten Volumens periovarialen Fettgewebes durchführte. Ab zwei Tagen nach der Operation erhielten die Mäuse der LWDHW-Gruppe täglich orale Gabe der LWDHW-Arbeitslösung in einer Dosis von 9,75 g/kg/Tag (entsprechend der menschlichen Äquivalentdosis basierend auf der Körperoberfläche), während die Modell- und Sham-Gruppen ein gleiches Volumen Kochsalzlösung erhielten. Biologische Proben, einschließlich Serum- und Oberschenkelgewebe, wurden 8 Wochen nach der Verabreichung zur nachfolgenden Analyse entnommen. Während der experimentellen Zeit trat in keiner der Gruppen unerwarteter Tod oder Sterblichkeit auf.
Serumenzymgebundener Immunsorbent-Test (ELISA)
Vollblut wurde aus dem retro-orbitalen Plexus entnommen und bei 1000 x g für 15 Minuten bei 4 °C zentrifugiert, um Serum zu erhalten. Serumkonzentrationen von Osteocalcin (OCN) und β-C-terminalem Teloptid des Typ-I-Kollagens (β-CTX) wurden mit den entsprechenden ELISA-Kits gemäß den Protokollen des Herstellers gemessen.
μCT und biomechanische Analyse
Femurproben wurden mit einer hochauflösenden Mikro-Computertomographie (μCT) mit einer isotropen Auflösung von 10 μm gescannt. Die dreidimensionale (3D) Mikrostruktur des distalen Oberschenkelknochens wurde anhand der aufgenommenen Bilder mit der NRecon-Software rekonstruiert. Anschließend wurden folgende Knochenmikroarchitekturparameter, darunter Knochenmineraldichte (BMD, g/mm3), Knochenvolumenfraktion (BV/TV, %), Trabekuläre Dicke (Tb.Th, mm) und Trabekulärzahl (Tb.N, 1/mm), innerhalb des Interessensbereichs (ROI) des distalen Oberschenkelknochens quantifiziert.
Die biomechanischen Eigenschaften von Oberschenkelproben (n = 3 pro Gruppe) wurden mittels eines Dreipunkt-Biegetests mit einem Axialtorsions-Ermüdungstestsystem bewertet. Auf die Mitteldiaphyse wurde eine Drucklast mit einer konstanten Verschiebungsrate von 2 mm/min bis zum strukturellen Versagen ausgeübt. Die maximale Last (N) wurde automatisch von der Systemsoftware erfasst.
Histomorphologie, Immunhistochemie (IHC) und Immunfluoreszenzfärbung (IF)
Nach der Fixierung mit 4 % Paraformaldehyd, Entkalkung in einer 14 % EDTA-Lösung und der Dehydrierung durch eine graduierte Ethanolserie wurden Oberschenkelproben zu Paraffinabschnitten von 3 μm Dicke verarbeitet, wie zuvorbeschrieben 31. Die Schnitte wurden zur morphologischen Untersuchung mit Alcian Blue Hematoxylin (ABH)/Orange G gefärbt. Eine quantitative Analyse des trabekulären Knochenraumbereichs in der distalen Femurmetaphyse wurde mit der Software OsteoMetrics durchgeführt.
Leber- und Nierenproben wurden fixiert, in Paraffin eingebettet und in 4-μm-Abschnitte geschnitten. Nach routinemäßiger Deparaffinisierung und Rehydrierung wurden die Schnitte mit Hämatoxylin und Eosin gefärbt. Die histologische Untersuchung erfolgte unter einem Lichtmikroskop.
IHC- und IF-Tests wurden an paraffinbeschichteten Schnitten gemäß den festgelegten Verfahren durchgeführt. Kurz gesagt wurde die Antigenentnahme durchgeführt, indem Schnitte in einem 0,01 m Citratpuffer bei 60 °C für 4 Stunden inkubiert wurden. Die Schnitte wurden dann über Nacht bei 4 °C mit primären Antikörpern inkubiert, darunter ALP (1:300), IL-1β (1:500), TNF-α (1:500) und p-P65 (1:300). Nach der 20-minütigen Inkubation mit entsprechenden sekundären Antikörpern wurden Schnitte mit Diaminobenzidin (DAB)-Lösung und Hämatoxylin-Gegenfärbung für IHC unterzogen oder mit DAPI für die nukleare Markierung bei IF. Für die Quantifizierung positiver Färbungen wurden aus jedem von drei Gewebeschnitten pro Probe vier zufällig ausgewählte Felder erfasst. Bei der IHC-Färbung wurde die mittlere optische Dichte als das Verhältnis der integrierten optischen Dichte (IOD) zum entsprechenden Hohlraumbereich definiert, wie es mit der Software Image-Pro Plus bestimmt wurde. Bei der IF-Färbung wurde die positive Färbungsfläche auf die Feldfläche normalisiert und als Prozentsatz ausgedrückt, und die Quantifizierung erfolgte mit derselben Software.
Primäre Knochenmarkmakrophagen (BMMs) Kultur und Zellzählung
Knochenmarkzellen wurden aus den Oberschenkeln und Schienbeinen von zwei Monate alten C57BL/6-Mäusen mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) ausgespült. Die resultierende Zellsuspension wurde durch ein 70-μm-Sieb gefiltert und mit 200 x g für 5 Minuten zentrifugiert. Das Zellpellet wurde in einem α-MEM-Komplettmedium mit 10 % fetalem Rinderserum resuspendiert. Nach 24 Stunden Inkubation bei 37 °C in einer 5%igen CO₂-Atmosphäre wurden nicht haftende Zellen entfernt. Um die Makrophagendifferenzierung zu induzieren, wurden adhärente Zellen in einem Medium kultiviert, das 50 ng/mL Makrophagekolonie-stimulierenden Faktor (M-CSF) und 40 ng/mL RANKL für 5–7 Tage enthielt, bis reife BMMs beobachtet wurden.
BMMs wurden mit 3 x 104 Zellen /Brunnen in 96-Well-Platten plattiert. Nach 24 Stunden Behandlung mit Gradientenkonzentrationen von LWDHW wurden BMMs mit 10% Cell Counting Kit-8 (CCK-8) Arbeitslösung bei 37 °C für 1 Stunde inkubiert. Die Absorption jedes Bohrlochs wurde mit einem Mikroplattenleser bei 450 nm gemessen.
Quantitative Genexpressionsanalyse an primären BMMs
BMMs wurden in 6 cm dicke Schalen mit einer Dichte von 3 x 106 Zellen pro Schale eingesät. Nach der Behandlung mit 500 und 1.000 μg/mL LWDHW für 24 Stunden wurde die gesamte RNA gemäß den Anweisungen des Herstellers mit dem RNA-Quick Purification Kit aus BMMs extrahiert. Nach der Quantifizierung durch Spektrophotometrie wurden 500 ng Gesamt-RNA rückwärts in cDNA transkribiert. Quantitative Echtzeit-PCR (qRT-PCR) wurde mit genspezifischen Primern durchgeführt (Tabelle 2), und die PCR-Zyklusbedingungen waren wie folgt: Anfängliche Denaturierung bei 95 °C für 30 Sekunden, gefolgt von 40 Zyklen mit 95 °C für 5 Sekunden und 60 °C für 30 Sekunden. Die Genexpressionswerte wurden mit der2-ΔΔCt-Methode analysiert, wobei GAPDH das interne Referenzgen war.
Western-Blot-Analyse an primären BMMs
Nachdem sie mit 3 x 10 x6 Zellen pro Schale in 6 cm großen Schalen angelegt wurden, wurden BMMs mit verschiedenen Interventionen behandelt und anschließend mit RIPA-Lysepuffer auf Eis gelysiert. Das Gesamtprotein wurde mit einem BCA-Protein-Assay-Kit gesammelt und quantifiziert. Proteinproben (30 μg pro Lane) wurden durch SDS-PAGE auf 12,5 % Polyacrylamid-Gelen getrennt und auf 0,2 μm PVDF-Membranen übertragen. Nach 20 Minuten Blockierung wurden die Membranen über Nacht bei 4 °C mit folgenden primären Antikörpern inkubiert: P65 (1:1000), p-P65 (1:1000), IκBα (1:1000), p-IκBα (1:1000) und β-Aktin (1:1000). Am nächsten Tag wurden die Membranen mit sekundärem Antikörper für 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Die Proteinbänder wurden mit einem ECL Chemiluminescence Detection Kit visualisiert und mit einem automatischen Chemiluminescence Image Analysis System erfasst.
TRAP-Färbung von Oberschenkelgeweben und BMM
Femoralgewebeschnitte und BMMs, die in 24-Well-Platten mit 1 x 105 Zellen /Bohrloch plattiert wurden, wurden mit einem Tartrat-Resistant Acid Phosphatase (TRAP)-Färbungsset nach dem Protokoll des Herstellers gefärbt. Die von Osteoklasten bedeckte Trabekelknochenoberfläche (Oc.S/BS) in Gewebeschnitten und der Osteoklastbildungsbereich in BMM-Kulturen wurden mit der Software Image-Pro Plus quantifiziert.
Statistische Analyse
Alle Daten wurden als Mittelwert ± Standardabweichung präsentiert. Eine Einweg-ANOVA, gefolgt vom Dunnett-Test, wurde für die statistische Analyse in SPSS verwendet. *p < 0,05 und **p < 0,01 wurden als statistisch signifikant angesehen.