כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר פרמקולוגיה של רשת וטכניקות עגינה מולקולרית כדי לחקור את מנגנון הפעולה של Jiawei Shengjiang San (JWSJS) בטיפול בנפרופתיה סוכרתית.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר פרמקולוגיה של רשת וטכניקות עגינה מולקולרית כדי לחקור את מנגנון הפעולה של Jiawei Shengjiang San (JWSJS) בטיפול בנפרופתיה סוכרתית.
מטרתנו הייתה להתעמק במנגנונים העומדים בבסיס פעולתו של Jiawei Shengjiang San (JWSJS) בטיפול בנפרופתיה סוכרתית ובפריסת פרמקולוגיה רשתית. תוך שימוש בפרמקולוגיה של רשתות ובטכניקות עגינה מולקולריות, חזינו את המרכיבים והמטרות הפעילים של JWSJS ובנינו רשת קפדנית של "רכיבי תרופות-מטרה". אונטולוגיה גנטית (GO) ואנציקלופדיה קיוטו של גנים וגנומים (KEGG) ניתוחי העשרה שימשו כדי להבחין במסלולים ובמטרות הטיפוליות של JWSJS. Autodock Vina 1.2.0 נפרס לאימות עגינה מולקולרית, וסימולציית דינמיקה מולקולרית של 100-ns נערכה כדי לאשר את תוצאות העגינה, ואחריה אימות בעלי חיים in vivo . הממצאים גילו כי JWSJS שיתף 227 מטרות מצטלבות עם נפרופתיה סוכרתית, ובנה טופולוגיית רשת אינטראקציה חלבון-חלבון. ניתוח העשרה של KEGG ציין כי JWSJS מקל על נפרופתיה סוכרתית על ידי אפנון שומנים וטרשת עורקים, מסלול האיתות PI3K-Akt, אפופטוזיס ומסלול האיתות HIF-1, עם חלבון קינאז 1 המופעל על ידי מיטוגן (MAPK1), MAPK3, קולטן גורם גדילה אפידרמלי (EGFR), וסרין/תראונין-פרוטאין קינאז 1 (AKT1) שזוהו כמטרות קולקטיביות של מסלולים מרובים. עגינה מולקולרית טענה כי רכיבי הליבה של JWSJS (קוורצטין, חומצה פלמיטולאית ולוטאולין) יכולים לייצב קונפורמציה עם שלוש מטרות מרכזיות (MAPK1, MAPK3 ו-EGFR) באמצעות קשרי מימן. בדיקות In vivo הצביעו על עלייה ניכרת במשקל הגוף וירידה בחלבון סרום מסוכרר (GSP), כולסטרול ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה (LDL-C), אורידין טריפוספט (UTP) ורמות גלוקוז בדם בצום (FBG) עקב JWSJS. מיקרוסקופ אלקטרונים יחד עם המטוקסילין ואוזין (HE) וצביעת חומצה תקופתית שיף (PAS) הדגישו את הפוטנציאל של כל קבוצת טיפול בהקלה על נזק לכליות בהיקפים שונים, והציגו ירידות מגוונות ב-p-EGFR, p-MAPK3/1 ו-BAX, ועליות בביטוי BCL-2 ברקמות הכליה של החולדות שטופלו. באופן חד משמעי, תובנות אלה מצביעות על כך שהיעילות המגנה של JWSJS על נפרופתיה סוכרתית עשויה להיות קשורה לדיכוי ההפעלה של מסלול האיתות EGFR/MAPK3/1 ולהקלה על אפופטוזיס של תאי הכליה.
סוכרת (DM) היא מחלה כרונית המשפיעה על מערכות מרובות ועלולה לגרום לסיבוכים שונים עקב היפרגליקמיה מתמשכת, כגון נפרופתיה סוכרתית (DN), רטינופתיה ונוירופתיה1. DN הוא סיבוך חמור של DM, המהווה כ-30%-50% ממחלת כליות סופנית (ESRD)2. הביטוי הקליני שלה הוא microalbuminuria, אשר יכול להתקדם ESRD מאופיין נפח גלומרולרי מוגבר, hyperplasia סטרומה mesangial, קרום מרתף גלומרולרי מעובה3. הפתוגנזה של DN היא מורכבת ולא הובהרה במלואה. שיטות קליניות כגון הורדת רמת הגלוקוז בדם, ויסות לחץ הדם והפחתת פרוטאינוריה משמשות בעיקר כדי לעכב את התקדמותה, אך ההשפעה היא כללית.
נכון לעכשיו, לא נמצאה תרופה ספציפית לטיפול ב- DN4. במשך מאות שנים, עם זאת, תרופות צמחי מרפא סיניות היו בשימוש נרחב בטיפול DM וסיבוכיה5 ושיפרו את הסימפטומים הקליניים של החולים ועיכבו את התקדמות המחלה. בשל היתרונות של השפעות מרובות רכיבים, מרובות מטרות ורב-מסלוליות, תרופות צמחיות סיניות צפויות להיות מקור תרופתי חדשני לטיפול ב- DN6.
מקורו של "שנג-ג'יאנג סאן" ב"וואנבינג הוי-צ'ון" (Wanbing Huichun) של הרופא גונג טינגשיאן משושלת מינג. הספר "Neifu Xianfang" מתאר את השימוש ב- Bombyx Batryticatus, Cicadae Periostracum, Curcumaelongae Rhizoma ו- Radix Rhei et Rhizome. בהתבסס על זה, לאחר הוספת Hedysarum Multijugum Maxim, Epimrdii Herba, ו- Smilacis Glabrae Rhixoma, הוא מפעיל את הפונקציה של שנגג'יאנג סאן של הגברת צלילות, הפחתת עכירות, שחרור "חום" עומד, והרמוניה "צ'י" ואת הדם 7,8. זה גם מגביר את ההשפעה של חיזוק הטחול וחיטוב הכליות. יעילותו עולה בקנה אחד עם הפתוגנזה של "צ'י" DN לעלות ולרדת מהסדר עקב מחסור ב"אנרגיה חיונית", יובש ו"חום" מוגזמים, וקיפאון של "חום" הנגרם על ידי אנרג'ייזר משולש 7,8.
מחקרים קליניים קודמים הראו שימוש בצמחי מרפא סיניים לטיפול במחלת DM וסיבוכיה, והוכח כי ג'יאווי שנגג'יאנג סאן (JWSJS) מווסת את רמת הגלוקוז והשומנים בדם, מפחית פרוטאינוריה ומשפר משמעותית את היעילות הקלינית של חולים עם DN7 מוקדם. היכולת של JWSJS להפחית את רמות החלבון בשתן ואת רמות הגלוקוז בדם בחולדות DN אושרה על ידי מחקרים קודמים. זה קורה כנראה על ידי עיכוב מסלולי איתות TXNIP/NLRP3 ו- RIP1/RIP3/MLKL, הפחתת פירופטוזיס פודוציטים, ומניעת אפופטוזיס נמק ברקמות הכליה של חולדות DN, ובכך להשיג הגנה כלייתית9. JWSJS יכול לווסת את ביטוי החלבונים נפרין ופודוצין ולהפחית את הפגיעה בפודוציטים בחולדות DN, ובכך להציע כי ל- JWSJS יש השפעה מעכבת על פגיעה בפודוציטים. ל- JWSJS יש אפקט אנטי-DN מסוים עם פרופילי בטיחות טובים, אך יש מעט מחקר עליו, ועבודה זו מתמקדת בעיקר בפירופטוזיס ובאפופטוזיס נמק. הספרות אינה מעמיקה או שיטתית דיה10. הממצאים הקודמים שלנו אישרו כי JWSJS יכול להפחית פרוטאינוריה ולהקל על נזק לכליות בחולדות DN7. עם זאת, ישנם רק מחקרים מעטים על המנגנון של JWSJS לטיפול ב- DN, ואלה חסרים עומק ושיטתיות. לפיכך, מחקר זה נועד לנתח את החומרים המולקולריים ומנגנוני הפעולה של JWSJS לטיפול ב- DN באמצעות פרמקולוגיה רשתית ולספק בסיס מוצק למחקר עתידי.
פרמקולוגיה של רשת היא שיטה מתפתחת לחקר מנגנון הפעולה של תרופות, כולל כימינפורמטיקה, ביולוגיה של רשתות, ביואינפורמטיקה ופרמקולוגיה 11,12. תכנון מחקר פרמקולוגיה ברשת דומה למדי לתפיסה ההוליסטית של הרפואה הסינית המסורתית13,14, וזוהי שיטה חשובה לחקר המנגנון של צמחי מרפא סיניים. עגינה מולקולרית יכולה לחקור אינטראקציות בין מולקולות ולחזות את דפוסי הקישור והזיקה שלהן. עגינה מולקולרית התפתחה כטכניקה קריטית בתחום מחקר תרופות בעזרת מחשב15. לכן, מחקר זה בנה רשת אינטראקציה JWSJS-DN-target באמצעות פרמקולוגיה של רשת ושיטות עגינה מולקולרית המציעה בסיס אמין ותיאורטי לחקירה נוספת של טיפול DN עם JWSJS.
כל בעלי החיים הוחזקו ושימשו בהתאם למדריך מועצת המחקר הלאומית של ארה"ב לטיפול ושימוש בחיות מעבדה, מהדורה8, ודווחו כמומלץ בהנחיות ARRIVE16,17. המחקר נערך בהתאם למדריך מועצת המחקר הלאומית של סין לטיפול ושימוש בחיות מעבדה ואושר על ידי ועדת האתיקה של בעלי חיים באוניברסיטת חביי לרפואה סינית (DWLL2019030).
1. החומרים הפעילים של JWSJS ואיסוף היעד
2. איסוף יעדים תואם DN
3. עגינה מולקולרית
4. סימולציה דינמית מולקולרית
5. אימות ניסויים בבעלי חיים
6. שיטות סטטיסטיות
בעקבות הפרוטוקול, 90 מרכיבים פעילים של JWSJS התקבלו לבסוף מהניתוח לאחר סינון ומניעת כפילויות על פי הסטנדרטים שנקבעו של OB ו- DL. אלה כללו 20 סוגים של Hedysarum Multijugum Maxim, 23 סוגים של Epimrdii Herba, 15 סוגים של Smilacis Glabrae Rhixoma, 16 סוגים של Radix Rhei et Rhizome, ארבעה סוגים של Curcumaelongae Rhizoma, 15 סוגים של Cicadae Periostracum, ושישה סוגים של רכיבי Bombyx Batryticatus . מכיוון שישנם מרכיבים פעילים רבים ב- JWSJS, רק 20 רשומים (ראה טבלה 1). לאחר מניעת כפילויות, הושגו לבסוף 396 מטרות המתאימות לחומרים הפעילים של JWSJS.
לאחר חיפוש אחר גנים הקשורים למחלות, 3035 גני מטרה הקשורים ל- DN הושגו לבסוף לאחר מיזוג ומניעת כפילויות. המטרות המקבילות של DN הושוו ונותחו עם המטרות של החומרים הפעילים של תרופות. הצומת נקבע, מה שהביא ל-227 מטרות הצטלבות של JWSJS ו-DN. לאחר מכן שורטטה דיאגרמת ויין (ראו איור 1A). דיאגרמת הרשת "תרופה-רכיב-מטרה" נבנתה באמצעות תוכנת Cytoscape 3.8.0 (ראו איור 1B), ובוצע ניתוח טופולוגי. כל צומת דורג מגבוה לנמוך בהתאם לערך התואר. חמשת מרכיבי התרופות המובילים היו קוורצטין, חומצה פלמיטולאית, לוטאולין, קמפפרול ונרינגנין, וחמשת היעדים המובילים היו PTGS2, PTGS1, NCoA2, AR ו-ESR1.
לאחר מכן, פותחה רשת PPI עבור יעדי חיתוך JWSJS ו- DN (196 צמתים ו- 1714 קצוות עם ערך תואר ממוצע של 17.4). יתר על כן, שבע מטרות מפתח שעשויות להיות המטרות העיקריות של JWSJS לטיפול בדנ"ן התקבלו לאחר שלוש הקרנות: MAPK14, TP53, MAPK3, MYC, HIF1A, ESR1 ו-MAPK1 (ראו איור 1C).
לאחר מכן, בוצע ניתוח העשרת GO כדי לשער את המאפיינים הביולוגיים של המטרה של JWSJS בטיפול ב- DN. בין BP, CC ו-MF, עשרת הערכים המועשרים המובילים מתוארים באיור 1D. התוצאות מראות כי JWSJS יכול לווסת את התפשטות התא, התמיינות ואפופטוזיס על ידי קשירה עם גורמי שעתוק וקינאזות חלבונים ברפסודות ממברנה ובמיקרו-דומיינים של ממברנה, ובכך לגרום להשפעה טיפולית על DN. ניתוח העשרת מסלולי KEGG בוצע על המטרות המשתתפות כדי לחקור את מסלולי הפעולה הפוטנציאליים של JWSJS ב- DN. שלושים המסלולים המועשרים המובילים משורטטים באיור 1E. התוצאות מראות כי הטיפול של JWSJS בדנ"ן עשוי לפעול על 181 מסלולי איתות, הכוללים בעיקר שומנים וטרשת עורקים, מסלול איתות PI3K-Akt, קרצינוגנזה כימית, צהבת, סרטן הערמונית, אפופטוזיס, מסלול איתות HIF-1 ומסלול איתות TNF.
כדי להמשיך לחקור את המטרות של 30 המסלולים הראשונים המועשרים ב-KEGG, השתמשנו בתוכנת Cytoscape 3.8.0 כדי לבנות מפת רשת קשרי מסלול איתות KEGG עבור DN שטופל ב-JWSJS. MAPK1, MAPK3, EGFR ו-AKT1 נמצאו כמטרות של מסלולים מרובים הפועלים יחד (ראו איור 1F), דבר המצביע על כך שהחלבונים האלה עשויים למלא תפקיד מרכזי בתיווך ההשפעות של JWSJS על DN.
כדי לאמת עוד יותר את המטרות הפוטנציאליות של JWSJS בטיפול ב- DN, סקרנו כעת שלוש מטרות מפתח, MAPK1, MAPK3 ו- EGFR, עם ערכי דרגה גבוהה ברשת PPI וברשת מסלולי האיתות של KEGG. אלה עוגנו מולקולרית עם קוורצטין, חומצה פלמיטולאית, ולוטאולין - שלושת המרכיבים העליונים של JWSJS לטיפול ב- DN. התנאים לבדיקת מזהה PDB הם כדלקמן: (1) להיגזר מבני אדם; (2) רזולוציית קונפורמציה ≤ 2.5Å, כלומר קטנה ככל האפשר; (3) רצף קונפורמטיבי כדי להיות שלם ככל האפשר, כלומר, המכלול המבני חייב להיות בעל מידע ליגנד מולקולה קטנה; ו-(4) ערך החומציות הגבישי צריך להיות קרוב ככל האפשר לטווח הפיזיולוגי הנורמלי של גוף האדם35. לבסוף, מזהי PDB של MAPK1, MAPK3 ו-EGFR היו 4QTA, 4QTB ו-7JXQ.
כדי לאמת את אמינות תוכנת AutoDock למערכת העגינה במחקר זה36, תחילה עגנו מחדש את שלושת החלבונים של MAPK1, Mapk3 ו-EGFR. קונפורמציית הליגנד במבנה הגבישי המקורי של שלושת חלבוני המטרה הוחלפה עם הליגנדות לאחר העגינה (איור 2A). לאחר מכן חושבו ערכי סטיית השורש-ממוצע-ריבוע (RMSD) בין קונפורמציית הליגנד לאחר העגינה לבין המבנה הגבישי המקורי. ערכי RMSD היו 1.129, 1.201 ו- 1.877 Å, בהתאמה, כולם ≤- 2Å. זה הראה כי שיטת העגינה הייתה אמינה וניתן להשתמש בה לאימות העגינה המולקולרי הבא. כדי להשוות ולהצהיר על הפוטנציאל המעכב של רכיבי הליבה, הליגנדות המקוריות של MAPK1, MAPK3 ו-EGFR שימשו לאחר מכן כבקרות. ניתוח העגינה חזה בהצלחה את אנרגיית הקישור בין לוטאולין, חומצה פלמיטולאית, קוורצטין ושלוש מטרות הליבה. כל אלה היו שליליים ופחות מ -637; ראו טבלה 2. יש לציין כי העגינה המולקולרית בין לוטאולין ל-MAPK1 היא בעלת גודל החלל הגבוה ביותר ואנרגיית הקישור הנמוכה ביותר. באופן כללי, תוצאות העגינה המולקולרית הראו כי לוטאולין, חומצה פלמיטולאית וקוורצטין היו בעלי פעילות קישור טובה עם שלוש מטרות ליבה (איור 2B,C).
ה-RMSD משמש לכימות שינויי התזוזה הממוצעים של קבוצת אטומים נבחרת ביחס למסגרת ייחוס. בינתיים, RMSF מאפיין ביעילות שינויים מקומיים לאורך שרשרת החלבון. תרשים RMSD (איור 2D) מראה שערכי RMSD של קומפלקס לוטאולין-MAPK1 וקומפלקס קוורצטין-MAPK3 התייצבו בטווח של 5 ns. קומפלקס luteolin-EGFR הראה RMSD תנודתי נע בין 0-35 ns; ערך זה התייצב על 35 ns עד סוף סימולציית MD של 100 ns. כל הקומפלקסים קיימו אינטראקציה יציבה בסוף סימולציית MD של 100 ns. ערך RMSF הוערך על פי מסלול סימולציית MD: אטומים באתר הפעיל ובשרשרת הראשית שנעה באופן מינימלי רמזו על שינוי קונפורמטיבי מינימלי, דבר המצביע על כך שתרכובת העופרת שהוזכרה מעוגנת היטב בתוך חלל כיס הקישור של חלבון המטרה. תוצאות RMSF הראו תנודות מוגבלות במבנים המורכבים.
לבסוף, אנו מאמתים את התוצאות לעיל in vivo. ראשית ראינו שמשקל החולדות בקבוצת המודל ירד באופן משמעותי, ו-GSP, LDL-C, UTP ו-FBG עלו באופן משמעותי (P <-0.05). משקל הגוף של חולדות עלה באופן משמעותי בקבוצת irbesartan ובכל קבוצת JWSJS לעומת קבוצת המודל. GSP, LDL-C, UTP ו-FBG ירדו בדרגות שונות (P < 0.05; ראו טבלה 3).
לאחר מכן, צביעת HE הראתה כי glomeruli בקבוצה נורמלית היה בגודל נורמלי. הם היו סדירים ושקופים במבנה שלהם והיו להם קרום מרתף חלק, צינוריות כליות מסודרות בקפידה, וללא חדירת תאים דלקתיים. בקבוצת המודל, הגלומרולי היו היפרטרופיים, קרום המרתף התעבה, והמטריצה המסנגיאלית הוגדלה. לאינטרסטיציום חדרו תאים דלקתיים. הביטויים הפתולוגיים של כל קבוצת ניהול הוקלו בהיקפים שונים בהשוואה לקבוצת המודל (ראו איור 3A).
צביעת PAS הראתה כי לקבוצת המודל היו נפחים גלומרולריים גדלים, קרום מרתף מעובה ומטריצה מסנגיאלית מוגברת לעומת הקבוצה הנורמלית. ביטויים פתולוגיים אלה הוקלו באופן משמעותי על ידי כל קבוצת ממשל (ראו איור 3B). באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת, מצאנו כי קרום המרתף הגלומרולרי בקבוצת המודל היה מעובה לעומת הקבוצה הנורמלית. המטריצה המסנגיאלית גדלה, ותהליכי כף הרגל של פודוציטים התמזגו באופן נרחב. ביטויים מיקרוסקופיים של חולדות בכל קבוצת ניהול הוקלו בהיקפים שונים בהשוואה לקבוצת המודל (ראו איור 3C).
לבסוף, הביטויים של סך כל EGFR, p-EGFR, MAPK3/1 ו-p-MAPK3/1 זוהו כדי לראות אם הם השתנו בחולדות DN שטופלו ב-JWSJS. לא היה שינוי משמעותי בביטוי הכולל של EGFR ו-MAPK3/1 בקבוצות המודל לעומת הקבוצה הרגילה. הביטוי של p-EGFR, p-MAPK3/1 ו-BAX גדל באופן משמעותי, והביטוי BCL-2 ירד באופן משמעותי. לעומת קבוצת המודל, הביטוי של p-EGFR, p-MAPK3/1 ו-BAX הופחת באופן משמעותי, וביטוי BCL-2 היה מווסת באופן משמעותי בדרגות שונות ברקמות הכליה של חולדות בכל קבוצת מינון (איור 3D,E). תוצאה זו אושרה על-ידי אימונוהיסטוכימיה (איור 3F,G). מחקר זה הראה כי JWSJS יכול להגן על הכליות בחולדות DN על ידי ויסות הביטוי של חלבוני p-EGFR, p-MAPK3/1, BAX ו-BCL-2 והפחתת אפופטוזיס של תאים. בנוסף, נעשה שימוש ב-qPCR כדי להעריך את רמות הביטוי של MAPK3, MAPK1 ו-EGFR mRNA בקבוצות שונות. התוצאות הראו כי הביטוי היחסי בקבוצת ה-DN היה גבוה משמעותית בהשוואה לקבוצת הביקורת, כמו גם לקבוצות Irbesartan, JWSJS-L, JWSJS-M ו-JWSJS-H. ממצא זה מאשש עוד יותר את התוצאות הראשוניות (איור 3H).

איור 1: פרמקולוגיה של רשת הבהירה את המטרות האפשריות של JWSJS ואת מסלולי האיתות בנפרופתיה סוכרתית. (A) דיאגרמת Venn של המטרות המצטלבות של JWSJS ונפרופתיה סוכרתית. ירוק מייצג את מספר המטרות הטיפוליות של מרכיבי JWSJS, וסגול מייצג את מספר המטרות הרלוונטיות של DN. החלק המצטלב מייצג את מספר המטרות המצטלבות (כלומר, מספר המטרות של JWSJS עבור DN). (B) דיאגרמת רשת "תרופה-רכיב-מטרה" של JWSJS בטיפול ב-DN. הכחול הבהיר מייצג את המטרות הרלוונטיות של JWSJS לטיפול ב- DN. פוקסיה מייצגת את המרכיב הפעיל של Bombyx Batryticatus. ירוק מייצג את המרכיבים הפעילים של Hedysarum Multijugum Maxim. כחול כהה מייצג את המרכיבים הפעילים של Radix Rhei et Rhizome. אדום מייצג את המרכיבים הפעילים של Cicadae Periostracum. סגול מייצג את המרכיבים הפעילים של Epimrdii Herba. צהוב מייצג את המרכיבים הפעילים של Smilacis Glabrae Rhixoma. כחול שמיים מייצג את המרכיבים הפעילים של Rhizoma Curcumaelongae. (C) רשת PPI של יעדי הצטלבות JWSJS ו-DN. (D) 10 הגנים המשמעותיים ביותר שזוהו באמצעות ניתוח אונטולוגי של גני מטרה טיפוליים המעורבים בטיפול JWSJS ב- DN. (E) 30 הגנים המשמעותיים ביותר שזוהו באמצעות ניתוח מסלול של גני מטרה טיפוליים המעורבים בטיפול JWSJS ב- DN. (F) רשת היחסים של מסלול האיתות KEGG בטיפול ב- DN על ידי JWSJS. סמלים צהובים מייצגים נתיבי איתות. סמלים כחולים מייצגים יעדי פעולה. גרף גדול יותר מרמז על כך שיותר מסלולים מחוברים אליו. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הדמיית מסלולי עגינה מולקולרית ודינמיקה מולקולרית של JWSJS בטיפול בנפרופתיה סוכרתית. (A) הקונפורמציות של הליגנד במבנה הגבישי המקורי של שלושת קומפלקסי חלבוני המטרה 7JXQ (a), 4QTA (b) ו-4QTB (c) מושוות לקונפורמציות של הליגנד לאחר העגינה. ירוק, כתום וורוד הם חלבוני המטרה EGFR, MAPK1 ו-MAPK3, בהתאמה. זהב היא מולקולת הליגנד המקורית, וכחול היא מולקולת הליגנד לאחר העגינה. (B) הדמיית עגינה מולקולרית תלת-ממדית של JWSJS בטיפול בנפרופתיה סוכרתית. ירוק, כתום וורוד הם חלבוני המטרה 7JXQ, 4QTA ו-4QTB, בהתאמה. 1a-3a מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA ו- 4QTB עם המעכב המקורי (כחול). 1b-3b מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA, 4QTB ולוטאולין (צהוב). 1c-3c מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA, 4QTB וחומצה פלמיטולאית (פוקסיה). 1D-3D מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA, 4QTB וקוורצטין (סגול). (C) הדמיית עגינה מולקולרית דו-ממדית של JWSJS בטיפול בנפרופתיה סוכרתית. 1a-3a מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA ו- 4QTB עם המעכב המקורי. 1b-3b מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA, 4QTB ולוטאולין. 1c-3c מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA, 4QTB וחומצה פלמיטולאית. 1D-3D מייצג את דיאגרמת האינטראקציה של 7JXQ, 4QTA, 4QTB וקוורצטין. (D) ניתוח RMSD ו-RMSF של מסלולי הדינמיקה המולקולרית של (א) לוטאולין וחלבון מטרה 7JXQ, (ב) לוטאולין וחלבון מטרה 4QTA, ו-(ג) קומפלקסים של קוורצטין וחלבון מטרה 4QTB. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: JWSJS מקל על פגיעה בכליות ומדכא את הפעלת מסלול האיתות EGFR/MAPK3/1 בניסויי vivo . (A) צביעת HE ו-(B) צביעת חומצה תקופתית (PAS) של רקמות כליות של חולדות בקבוצות שונות (הגדלה, 200x; n = 10). (C) מיקרוסקופ אלקטרונים הולכה של רקמת כליה בקבוצות שונות של חולדות (הגדלה, 5000x; n = 3). (D) EGFR, p-EGFR, MAPK3/1, p-MAPK3/1, BAX ו-BCL-2 ברקמת כליות של חולדה של סוכרת דרך כתם מערבי (n = 3). (E) ניתוח סטטיסטי של ביטוי p-EGFR, p-MAPK3/1, BAX ו-BCL-2. (F) אנליזה אימונוהיסטוכימית של ביטוי p-EGFR ו-p-MAPK3/1 בשש הקבוצות (n = 6). (G) ניתוח סטטיסטי של ביטוי p-EGFR ו-p-MAPK3/1. (H) ניתוח qPCR של ביטוי mRNA מסוג MAPK3, MAPK1 ו-EGFR בשש קבוצות. *P < 0.05 לעומת שליטה. **P < 0.01 לעומת שליטה. ▲P < 0.05 לעומת DN. ▲▲P < 0.01 לעומת DN. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
טבלה 1: מידע על כמה מרכיבים פעילים של JWSJS. הוא נותן פרטים על כל רכיב ועל המאפיינים או המאפיינים שלהם. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 2: טבלת תוצאות עגינה של מטרות ליבה ומרכיבים פעילים עיקריים של JWSJS. הטבלה מציגה את התוצאות ממחקרי עגינה של מטרות ליבה ורכיבים פעילים עיקריים של JWSJS. טבלה זו מראה כיצד מרכיבים אלה מתקשרים עם המטרות שלהם, מה שיכול לספק תובנה לגבי מנגנון הפעולה של JWSJS. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 3: השפעת JWSJS על משקל הגוף ומדדים ביוכימיים בחולדות עם נפרופתיה סוכרתית (מבוטא כממוצע ± סטיית תקן, n = 10). בהשוואה לקבוצה הנורמלית: * P < 0.05. בהשוואה לקבוצת המודל: # P < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
המחקר שלנו השתמש בשילוב של פרמקולוגיה רשתית, עגינה מולקולרית ומודלים של בעלי חיים in vivo . צעד קריטי היה הקמתה של רשת "תרופה-רכיב-מטרה", שהייתה חיונית לזיהוי המנגנונים הפוטנציאליים של JWSJS בטיפול בדנ"ן, והתמקדה במיוחד באינטראקציה שלה עם מסלול האיתות EGFR/MAPK3/1.
במהלך מחקר זה, ביצענו מספר שינויים, במיוחד בתהליך העגינה המולקולרית, כדי לשפר את דיוק התחזיות שלנו. פתרון הבעיות התמקד בעיקר באופטימיזציה של התנאים עבור מודל בעלי החיים in vivo כדי להבטיח את הרלוונטיות שלו ל- DN האנושי. על ידי זיהוי המרכיבים והיעדים הפעילים העיקריים של JWSJS, מחקר זה מספק בסיס תיאורטי להמשך המחקר והפיתוח של JWSJS כמועמדת פוטנציאלית לטיפול ב- DN.
המחקר בדק את מנגנון הפעולה הפוטנציאלי של JWSJS בהפחתת אפופטוזיס כלייתי ב- DN. תוצאות עגינה מולקולרית הראו כי קוורצטין, חומצה פלמיטולאית ולוטאולין הם בעלי פעילות קישור קבועה למטרות מפתח, כולל MAPK1, MAPK3 ו- EGFR. בחרנו יעדים אלה למחקר נוסף בשל פעולתם המשותפת במספר מסלולים. בחולדות DN, הטיפול ב- JWSJS הביא לירידה משמעותית ברמות FBG ו- GSP, שיפור ב- UTP ו- LDL-C, עלייה במשקל ושיפור בביטויים מיקרוסקופיים של רקמת הכליה, מה שמצביע על היעילות הפוטנציאלית של JWSJS בטיפול ב- DN.
אפופטוזיס הוא מצב קריטי של מוות תאי, וחוסר ויסות יכול להגביר את הסיכון למחלות שונות38. מחקרים קודמים הראו כי לחולדות DN היה ביטוי מוגבר של חלבונים הקשורים לאפופטוזיס BAX וקספאז-3, ועלייה משמעותית במספר התאים האפופטוטיים ברקמת הכליה39,40. התוצאות הראו כי הטיפול ב- JWSJS הפך שינויים אלה, מה שמרמז על כך שהוא יכול להחליש אפופטוזיס פודוציטים בתנאי סוכרת.
חקירה נוספת של מנגנון הפעולה הפוטנציאלי של JWSJS הראתה כי יש לו השפעה מרובת מטרות ורב-נתיבים על DN. התמקדנו בחקר MAPK1, MAPK3 ו-EGFR, מכיוון שהיה להם את המספר הגדול ביותר של מסלולי העשרה. מסלול ERK, המעורב בתהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים שונים כגון גדילת תאים, התפשטות, התמיינות, אפופטוזיס והפרשת סטרואידים חריגה, הוא מסלול חיוני במסלול העברת אותות MAPK 13,41,42,43. הוא הסיק כי JWSJS הציל אפופטוזיס פודוציטים על ידי עיכוב מסלול האיתות EGFR/MAPK3/1.
מצאנו גם כי JWSJS יכול לווסת את הביטוי של p-EGFR ו- p-MAPK3/1, וכתוצאה מכך רמות מווסתות במידה ניכרת של Bcl-2 אך רגולציית מטה ניכרת של Bax. זה, בתורו, הוביל אפופטוזיס תאי הכליה מופחת. תוצאות דומות נמצאו גם במחקרים קודמים. לדוגמה, חן דיווח כי מחיקת EGFR בפודוציטים החלישה נפרופתיה סוכרתית44. כמה חוקרים מצאו כי מסלול EGFR/ERK קידם את ההתרבות וההתמיינות של תאי אפיתל מעיים חזיריים9. עיכוב של EGFR יכול לווסת את הביטוי של TGF-β ו- BAX, ובכך לשפר פיברוזיס כליות ואפופטוזיס45. ממצאים אלה מצביעים על כך ש- JWSJS הוא מרשם לרפואה סינית מסורתית עם תפקיד משמעותי בטיפול האדג'ובנטי ב- DN על ידי עיכוב מסלול האות EGFR/MAPK3/1. עם זאת, נדרשים מחקרים נוספים כדי להבין באופן מלא את מנגנון הפעולה הפוטנציאלי של JWSJS בטיפול ב- DN.
היו כמה מגבלות למחקר זה. ראשית, ההסתמכות על מודלים של בעלי חיים עשויה שלא לשכפל באופן מלא את התגובה האנושית ל-JWSJS. בנוסף, תחזיות פרמקולוגיות רשת, למרות שהן בעלות תובנה, דורשות אימות נוסף באמצעות נתונים ניסיוניים. מחקרים קליניים נוספים על בני אדם נחוצים כדי לאמת את הממצאים. שנית, למרות שפרמקולוגיה רשתית היא כלי שימושי לניתוח יחסי תרופות-מחלות, יש לפרש את התוצאות בזהירות מכיוון שהן מבוססות על תחזיות ולא על נתונים ניסיוניים. שלישית, מנגנון הפעולה של JWSJS לטיפול בדנ"א עדיין אינו ברור, והמחקר התמקד רק במטרות הפוטנציאליות של MAPK1, MAPK3 ו-EGFR.
השיטות המשמשות במחקר זה יכולות להיות מיושמות על פורמולציות אחרות של הרפואה הסינית המסורתית, מה שעשוי להוביל לגילוי אפשרויות טיפוליות חדשות עבור DN ומחלות מורכבות אחרות. יתר על כן, גישה זו מניחה את היסודות לשילוב הרפואה המסורתית והמודרנית במחקר פרמקולוגי עתידי. מחקרים נוספים נדרשים כדי להבהיר באופן מלא את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס ההשפעות הטיפוליות של JWSJS. לבסוף, המחקר לא בדק את תופעות הלוואי או הרעילות האפשריות של JWSJS, שהם שיקולים חשובים בפיתוח של כל תרופה חדשה. יש צורך במחקר נוסף כדי להעריך את הבטיחות של JWSJS ולהבטיח את היישום הקליני שלה.
לסיכום, מחקר זה חוקר בעיקר את הפוטנציאל הטיפולי של Jiawei Shengjiang San לנפרופתיה סוכרתית תוך שימוש בפרמקולוגיה רשתית, עגינה מולקולרית ותיקוף בעלי חיים in vivo . הוא מדגיש את ההיבטים הפרוצדורליים, תוך התמקדות במתודולוגיה המשמשת להבנת האינטראקציות בין JWSJS לבין מסלול האיתות EGFR/MAPK3/1 וכיצד אינטראקציות אלה עשויות להפחית אפופטוזיס של תאי הכליה ב- DN.
למחברים אין מה לחשוף.
מחקר זה נתמך על ידי הפרויקט הכללי של הקרן למדעי הטבע של מחוז חביי, סין (מס 'H2019423037).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פעמיים; SYBR ירוק qPCR מאסטר מיקס | Servicebio, ווהאן, סין | G3320-05 | |
| 24-h כימות חלבון שתן (UTP) | המכון להנדסה ביולוגית נאנג'ינג ג'יאנצ'נג | N/A | |
| 3,3'-Diaminobenzidine | שנחאי Huzheng Biotech, סין | 91-95-2 | |
| מכשיר ניתוח ביוכימי אוטומטי | היטאצ'י, יפן | 7170A | |
| אתנול נטול מים | Biosharp, טיאנג'ין, סין | N/A | |
| BAX נוגדנים ראשוניים | Affinity, ארה"ב | AF0120 | חולדה |
| BCL-2 נוגדנים ראשוניים | Affinity, ארה"ב | AF6139 | עכברוש |
| BX53 מיקרוסקופ | אולימפוס, יפן | BX53 | |
| תחליף כלורופורם | ECOTOP, גואנגג'ואו, סין | ES-8522 | |
| תוכנת דזמונד | ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב | מהדורה 2019-1 | |
| אמבט מים דיגיטלי בטמפרטורה קבועה | צ'אנגג'ואו ג'ינטאן ליאנגיו מכשיר, סין | DK-8D | |
| EGFR נוגדנים ראשוניים | Affinity, ארה"ב | AF6043 | |
| Rat Embed-812 RESIN | Shell Chemical, ארה"ב | 14900 | |
| גלוקוז בדם בצום (FBG) | מכון נאנג'ינג ג'יאנצ'נג להנדסה ביולוגית | N/A | |
| FC-סוג FC מנתח תוויות אנזים באורך גל מלא | Multiskan; Thermo, ארה"ב | לא ישים GAPDH | |
| נוגדנים ראשוניים | Affinity, ארה"ב | AF7021 | |
| חלבון סרום מסוכרר עכברוש (GSP) | מכון נאנג'ינג ג'יאנצ'נג להנדסה ביולוגית | N/A | |
| מיקרוסקופ אלקטרונים שידור | היטאצ'י, יפן | H-7650 | |
| המטוקסילין/אאוזין (HE) תמיסת צביעה | Servicebio, ארה"ב | G1003 | |
| Image-Pro Plus | מדיה קיברנטיקה, ארה"ב | N/A | |
| מכשיר הגברת PCR בזמן אמת | Applied Biosystems, ארה"ב | iQ5 | |
| טבליות Irbesartan | Hangzhou Sanofi Pharmaceuticals | N/A | |
| Isopropanol | Biosharp, טיאנג'ין, סין | N/A | |
| גרגירי JWSJS | גואנגדונג Yifang פרמצבטיקה | N/A | |
| Kodak Image Station 2000 MM מערכת הדמיה | קודאק, ארה"ב | IS2000 | |
| כולסטרול בצפיפות נמוכה (LDL-C) | נאנג'ינג ג'יאנצ'נג המכון להנדסה ביולוגית | N/A | |
| MAPK3/1 נוגדנים ראשוניים | זיקה, ארה"ב | AF0155 | |
| צנטריפוגה רפואית | הונאן Xiangyi פיתוח מכשירי מעבדה, סין | TGL-16K | |
| Mini מערכת העברת טרנס-בלם | Bio-Rad, ארה"ב | N/A | |
| מערכת אלקטרופורזה Mini-PROTEAN | Bio-Rad, ארה"ב | N/A | |
| NanoVue Plus ספקטרופוטומטר | Healthcare Bio-Sciences AB, שוודיה | 111765 | |
| p-EGFR נוגדנים ראשוניים | Affinity, ארה"ב | AF3044 | |
| תמיסת צביעה חומצה תקופתית של חולדה (PAS) | Servicebio, ארה"ב | G1008 | |
| p-MAPK3/1 נוגדנים ראשוניים | Affinity, ארה"ב | AF1015 | |
| חולדה נוגדנים משניים | סנטה קרוז, ארה"ב | sc-2357 | ארנב |
| סטרפטוזוטוצין | סיגמא, ארה"ב | S0130 | |
| SureScript ערכת סינתזה cDNA גדיל ראשון | GeneCopeia, ארה"ב | QP056T | |
| TriQuick Reagent | Solarbio, בייג'ינג, סין | R1100 | |
| עבודה נקי במיוחד | ציוד טיהור Suzhou, סין | SW-CJ-1F |