本研究では、ネットワークベースのターゲットマッピング、GEO発現データ、およびドッキングを統合し、慢性心不全における真武湯・五苓散の併用に関連する候補化合物のランキングを行った。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
研究記事
116 回視聴
⸱
2026年9月11日
本研究では、ネットワークベースのターゲットマッピング、GEO発現データ、およびドッキングを統合し、慢性心不全における真武湯・五苓散の併用に関連する候補化合物のランキングを行った。
真武湯と五苓散の併用は慢性心不全（CHF）に用いられているが、その分子基盤は完全には解明されていない。我々は、ネットワークベースのターゲットマッピング、Gene Expression Omnibus（GEO）のトランスクリプトームデータ、および分子ドッキングを統合し、候補ターゲットとパスウェイの優先順位付けを行った。8種類の生薬の化合物記録を薬理学および化学データベースから取得し、化合物およびターゲットのスクリーニングに供した。CHF関連遺伝子を6つの疾患リソースから収集し、処方関連ターゲットとの重複をPPIネットワークおよび機能濃縮解析を用いて検討した。GSE5406により、心不全サンプルおよび非心不全サンプルの心筋発現データを得た。このワークフローにより、89個のスクリーニング済み化合物、314個の非冗長な化合物ターゲット、および2,515個のCHF関連ターゲットが抽出され、143個の共通遺伝子が特定された。疾患ターゲットネットワークでは、AKT1、IL6、TNF、SRC、ESR1が高い順位を占めた。発現解析の結果、1,348個の発現変動遺伝子（DEG）が抽出され、HSP90AA1およびSTAT1がトランスクリプトームのハブ候補として選出された。濃縮された用語は、低酸素、循環、TNF関連シグナル伝達、PI3K-Akt、およびMAPKパスウェイを中心にクラスター化した。ドッキングにより、代表的な成分-ターゲットペアに対して負の予測スコアが得られ、STAT1とalisol Cで最も低いスコア（-9.2 kcal/mol）が観察された。これらの知見は、検証可能な計算上の仮説を提示し、実験的検証に向けた候補物質の優先順位を決定するものである。
CHF（慢性心不全）は、心筋の構造的または機能的な異常から生じる不均一な症候群で構成されています。このような変化は、心室の充満または収縮期駆出を損なう可能性があり、しばしば肺うっ血や全身性うっ血を伴います。典型的な症状には、呼吸困難、疲労感、および体液貯留が含まれます1。1990年から2023年までの中国の疾病負荷（Global Burden of Disease）データの回顧的分析では、新たに診断されたCHFの全国的な有病率が30年間で208.4%増加したことが示されました2。
伝統的な中国医学（TCM）において、CHF（心不全）は心源性浮腫、呼吸困難症候群、および全身性浮腫に対応します。その病態生理は一般に「本虚標実（本は虚しく、標は実である）」と表現されます。陰、陽、および気（qi）の不足が基礎となる病理的基盤を構成し、一方で体内での水液の蓄積と血行停滞が顕在化した実証を表します。したがって、TCMによる管理では、陽を温め、停滞した水分を除去し、循環を促進させ、瘀血（stasis）を解消することを重視します。
真武湯と五苓散の併用は、臨床的なCHF管理における古典的な生薬戦略です。真武湯は陽気を温め、利尿を促進し、一方で五苓 Powderは陽気を補い、水分代謝を調節します。これら2つの処方を併用することで、陽気を強化し、体内から湿を除去できると考えられます。臨床的根拠により、この組み合わせは症状を緩和し、心機能指標を改善し、CHFの悪化を遅らせることが示唆されています3。本研究では、まずネットワーク薬理学を用いて処方成分とCHFの候補標的をマッピングし、次にドッキングシミュレーションを用いて選択した成分-標的ペアの順位付けを行いました。その後、GEO由来の発現プロファイルを用いて、ネットワーク候補を心筋疾患の文脈に当てはめ、下流のパスウェイを検討しました。本研究は、その後の実験的検証に向けた候補を優先順位付けするための仮説生成的な計算フレームワークを提供するものであり、臨床的有効性や検証済みのメカニズムを確立するものではありません。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
本研究は公開データベースリソースを分析したものであり、新たなヒト被験者、ヒト検体、または動物実験を含んでいません。本研究で使用したすべてのデータベース、ウェブベースリソース、ソフトウェア、解析パッケージ、可視化ツール、分子ドッキングツール、その他の計算リソースとその詳細は、「材料表」に記載されています。
処方組成および植物由来
8種類の異なる生薬は、以下の通り現在の植物学的および薬局方の名称に対応付けられた：アコニチ・ラテラリス・ラディクス・プレパラータ（Aconiti Lateralis Radix Praeparata）は、アコニトゥム・カルミカエリイ（Aconitum carmichaelii Debeaux）の加工された側根；ポリア（Poria）は、ウォルフィポリア・ココス（Wolfiporia cocos (F.A.Wolf) Ryvarden）の菌核 &アコニチ・ラテラリス・ラディクス・プレパラータ、茯苓、ペオニアイ・ラディクス・アルバ、アトラクチロディス・マクロセファラエ・リゾーマ（炒白朮）、ジンジベリス・リゾーマ・レセンス、ポリポラス、アリスマティス・リゾーマ、およびシナモミ・ラミルス。処方は、アコニチ・ラテラリス・ラディクス・プレパラータ9 g、茯苓12 g、ペオニアイ・ラディクス・アルバ9 g、アトラクチロディス・マクロセファラエ・リゾーマ（炒白朮）12 g、ジンジベリス・リゾーマ・レセンス9 g、ポリポラス9 g、アリスマティス・リゾーマ15 g、シナモミ・ラミルス6 gから構成され、対応する比率は3:4:3:4:3:3:5:2である。アコニチ・ラテラリス・ラディクス・プレパラータは加工済み素材として扱った。本研究は完全にインシリコによるものであり、煎じ薬の調製、購入、化学分析、投与は一切行っていない。したがって、製造業者、ロット番号、バッチ固有の加工記録、および標本標本は該当しない。グラム量は処方組成および相対比率を定義するものであり、実験的曝露を示すものではない。茯苓およびアトラクチロディス・マクロセファラエ・リゾーマは、2つの処方で共通している。植物名および薬用部位の用語は、中華人民共和国薬局方（2025年版）と照合した。4.
真武湯と五苓散の有効成分のスクリーニングおよび標的予測
TCMSPは、真武湯および五苓散に記録されている化合物（附子、茯苓、白朮、芍薬、生姜、沢瀉、猪苓、桂枝）についてそれぞれ検索した。初期フィルタリングでは、経口利用能（OB）が30％以上かつ薬物類似性（DL）が0.18以上であることを要した。簡易分子入力線形記述（SMILES）記録が利用できない場合、対応する構造を公開化学データベースから取得した。SMILES記録は、物理化学的性質および薬物類似性の観点から評価した。二次フィルタリングを通過する条件は、分子量が500以下、脂溶性が5以下、水素結合供与体が5以下、水素結合受容体が10以下、Lipinski、Ghose、Veber、Egan、Mueggeのルールセットのうち少なくとも3つが満たされ、かつ予測される胃腸管吸収が高水準であることとした。5対象となる構造は標的予測にかけられ、確率が指定された閾値以上の予測のみを採用した >0.02の値を持つものが標的リストに含まれた。TCMSPおよびターゲット予測記録は、生薬－化合物－ターゲットのレベルで統合され、重複する識別子は統合処理され、遺伝子名は公式の遺伝子記号に標準化された。
重複排除により646の候補関連が得られた。マッピングされた正式な遺伝子記号のない71行を除外した結果、575の標準化された関連が残った。独立した生薬レベルの統合により、314の非冗長なターゲット遺伝子が得られた。化合物およびターゲットのスクリーニング基準は、TCMSPおよびSwissTargetPredictionの出典論文によって裏付けられている6,7。
CHFの疾患ターゲットのスクリーニング
CHF関連の遺伝子エントリは、GeneCards、OMIM、TTD、DisGeNET、DrugBank、PharmGKBからダウンロードされた。疾患の検索には、「heart failure」「congestive heart failure」「diastolic heart failure」「systolic heart failure」の4つのフレーズを使用した。GeneCardsでは、関連スコアが0.20未満のエントリは除外した。6つのデータベースから得られたターゲットセットは、重複する識別子を除去した後に統合し、各レコードの出典データベースは保持した。スクリーニングされたすべての遺伝子名は、公式の遺伝子記号に標準化した。処方とCHFターゲットリスト間の重複はベン図を用いて可視化した。共通する識別子は、CHFに対する候補となる処方に関連するターゲットとして扱った。
TCMSPは2026年2月7日に検索した。SwissTargetPrediction、GeneCards、OMIM、およびDisGeNETは2026年2月10日に、PharmGKB、TTD、およびDrugBankは2026年2月12日に検索した。疾患の検索語として「心不全」、「うっ血性心不全」、「拡張期心不全」、「収縮期心不全」を用い、対応しているデータベースでは検索をヒト（Homo sapiens）に限定した。取得したエントリは、重複排除の前に公式の遺伝子記号に標準化した。
タンパク質間相互作用（PPI）ネットワークの構築と中心的標的のスクリーニング
共有された標的識別子は、PPI解析のためにSTRINGデータベースで照会された。照会ではHomo sapiensの相互作用が使用され、信頼度のカットオフ値は0.9以上に設定された。孤立したノードは除外され、得られたSTRINGの相互作用データを用いてネットワークの可視化およびトポロジー解析を行った。候補ハブはネットワークのトポロジーに基づいてランク付けされた。バッチネス、クラウスネス、次数、および固有ベクトル中心性がネットワーク記述子として計算された。次数が主要なランク付け変数であり、次数が最も高い上位5つの標的が候補ハブとして採用された。
遺伝子レベルの解析にはAKT1、IL6、TNF、SRC、ESR1、BCL2、CASP3、PPARG、PTGS2、MMP9などの公式遺伝子記号を使用した。タンパク質名は明確性が必要な場合にのみフルネームで記載した。初期のPPIネットワークには、可視化向けのフィルタリング前の段階で143のノードと584の相互作用記録が含まれていた。ネットワーク処理後、グラフは143のノードと292のエッジから構成された。
薬物-疾患-成分-標的ネットワークの構築
名称を標準化した後、ネットワークデータを統合し、薬物-疾患-成分-標的グラフの構築に用いた。
GOおよびKEGGリッチメント解析
候補CHF標的遺伝子リストをMetascapeに提出し、機能注釈およびパスウェイリッチメント解析を行った。解析はHomo sapiensに対して実行された。raw p値のカットオフは0.01、最小オーバーラップ数は3、最小リッチメントスコアは1.5に設定した。可視化のためにGOバーチャートおよびKEGGバブルプロットを作成した。143遺伝子の入力セットを用いて、Gene Ontologyの生物的プロセス（GO-BP）、分子機能（GO-MF）、およびKEGGリッチメント解析を実施した。解析の閾値は、raw p < 0.01、最小オーバーラップ数3、最小リッチメント1.58とした。GO-CC解析は、30,230遺伝子からなるライブラリに対して60遺伝子のヒットリストを用いて行った。この入力はBP、MF、およびKEGG解析で用いた143遺伝子の入力と異なるため、GO-CCの結果は別途報告し、他のカテゴリと定量的に統合しなかった。
GEOデータベースに基づく心不全関連ターゲットのスクリーニング
差次的発現解析にはGSE5406データセット9を使用した。このシリーズには210の心筋サンプルが含まれており、その内訳は虚血性心筋症108例、特発性拡張型心筋症86例、非不全ドナー対照群16例である。GEOの記録によると、使用されたプラットフォームはGPL96（Affymetrix Human Genome U133A Array）である。シリーズ行列はすでにロバストマルチアレイ平均（RMA）正規化が施されていた。プラットフォームのアノテーションにマッチングした後、対応するSYMBOLアノテーションを持たないプローブを除去し、limmaへのフィッティング前にrowSums(expression > 0.5) ≥ 3の条件を適用した。群のレベルは対照群（Control）、拡張型心筋症（DCM）、虚血性心筋症（ICM）として定義し、ノンインターセプトのデザイン行列（~0 + group）を用いて、対比として(DCM+ICM)/2-Control、DCM-Control、ICM-Controlを設定した。差次的発現の定義は、調整後p値<0.05かつ|log2（Fold Change）|>0.3とした。すべてのサンプルは単一のGEOシリーズ内で処理されており、独立したバッチ変数が存在しなかったため、バッチ補正項は導入しなかった。差次的発現の結果はヒートマップおよびボルケーノプロットを用いて可視化した。差次的に発現した遺伝子（DEGs）は、その後PPI解析およびネットワークベースのハブランキングに subjected された。選択されたターゲットと処方化合物について、ドッキングおよびポーズの可視化を実施した。
GEOレコードはプラットフォームをGPL96、Affymetrix Human Genome U133A Arrayとして特定している。群のレベルは、対照群（Control）、拡張型心筋症（DCM）、拘束型心筋症（ICM）と定義され、切片なしのデザイン行列（~0 + group）および対比（(DCM+ICM)/2-Control、DCM-Control、ICM-Control）が用いられた。シリーズ行列はすでにロバストマルチアレイアベレージ（RMA）正規化が施されていた。プラットフォーム注釈との照合後、SYMBOL注釈が欠落しているプローブは除去され、limmaへのフィッティング前にrowSums(expression > 0.5) ≥ 3の条件が適用された。すべてのサンプルは単一のGEOシリーズ内で処理されており、独立したバッチ変数が利用できなかったため、バッチ補正項は導入されなかった。
分子ドッキングの検証
各レセプターの三次元PDB構造は、RCSBタンパク質データベースから取得した。タンパク質構造は、結晶水およびレセプター以外のリガンドを除去して準備した。上位5つの化合物の構造データファイル（SDF）構造は、公開化学データベースから取得した。
ドッキングに使用した受容体構造は、AKT1/1H10（鎖A、1.40 Å、4IP）、IL6/1ALU（鎖A、1.90 Å、TLA）、TNF/1A8M（鎖A、2.30 Å、共結晶化リガンドなし）、SRC/1A09（鎖A、2.00 Å、リガンドなし）、ESR1/1A52（鎖A、2.80 Å、EST）、STAT1/1BF5（鎖A、2.90 Å、リガンドなし）、およびHSP90AA1/3OWB（鎖A、2.05 Å、BSM）であった。各試験ペアに対して、中心、ボックスの寸法、およびランダムシードを指定した。探索的なグローバルドッキングを行うために、受容体全体を包含するように検索ボックスを定義した。
ドッキング前処理ツールを用いて、レセプターおよびリガンドファイルの準備を行った。水分子は削除され、レセプター構造には極性水素が付加された。SDF形式のリガンドはPDB形式に変換後、脱水および水素化処理を行い、その後PDBQT形式でエクスポートした。準備されたレセプター・リガンドファイルはドッキングモデルに割り当てられた。PDBQTファイルをAutoDock Vinaに読み込み、Vinaの実行を行い、スコアを記録した。-5 kcal/mol未満のスコアは比較的有利な結合を示すものとみなし、-7 kcal/mol未満のスコアはより強い相互作用が予測されるものとした10。これらは実験的な閾値ではない。予測スコアが最も良好な3つの複合体を可視化の対象として選択した。
検索深度や出力モードの上書き指定は行われなかったため、ドキュメントに記載されたコマンドラインのデフォルト設定（網羅性8、最大9モード）が使用された。ペアごとのランダムシードが用いられ、代表的な可視化のためにモード1（スコアが最も高い返されたポーズ）が選択された。各モード1のスコアがドッキングスコア行列における対応するHSP90AA1の値と一致したため、HSP90AA1の出力ファイル割り当てが確認された。分子動力学シミュレーションは実施されていないため、これらのスコアは探索的な計算予測にすぎない。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
真武湯と五苓散の併用における有効成分および標的
各生薬について成分-標的の記録を取得した。生薬ごとの標的数は、附子 178、茯苓 21、白朮 18、芍薬 86、生姜 127、 택지 96、茯苓（Polyporus） 4、桂枝 45であった。記号の標準化と重複除去後、統合された処方関連セットには314個の非冗長な標的遺伝子が含まれていた。ジヒドロカプサイシンの生薬への割り当ては、植物学的由来の確認ではなく、データベース上の割り当てとして報告されている。
CHF関連疾患ターゲットの取得
6つの疾患リソース全体で、3,563件の未処理のCHFターゲットレコードが収集されました。内訳は、GeneCardsから2,000件、OMIMから973件、PharmGKBから17件、TTDから83件、DisGeNETから459件、DrugBankから31件でした。重複を排除した結果、2,515件の一意なCHF関連ターゲットに絞り込まれました。2つのターゲットリストを比較したところ、
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
CHF（慢性心不全）は長期的な臨床管理を必要とし、多くの場合、複雑な薬剤投与計画を伴います。Wang JXおよびZhang S11らによる研究およびその他の研究では、長期的な従来の薬物療法の併用が、服薬アドヒアランスを低下させる可能性があることが示されています。アドヒアランスの低下は、再入院のリスクを高め、感情的な悪影響を及ぼす可能性があります。現在利用可能な薬剤は、主に症状のコントロールと心室リモデリングの抑制に重点を置いています。「2023年中国心不全管理国家ガイドライン」12では、最近心不全が悪化した患者に対し、GDMT（ガイドラインに基づいた薬物治療）に可溶性グアニル酸シクラーゼ刺激薬であるvericiguatを追加することが推奨されています。それにもかかわらず、心不全の管理には依然としていくつかの課題が残っています。心筋細胞は終末分化した細胞であり、再生能力が限られているため、心筋損傷はしばしば不可逆的に進行します。既存の薬剤は、主に心筋線維化と心室リモデリングを遅延させるものであり、すでに生じた構造的な損傷を完全に回復させるもので...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者らは、本研究に関連する競合利益がないことを報告しています。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| AutoDock Vina | CCSB-Scripps | v1.2.6 | コマンドライン版を使用。現在の公式リリースはv1.2.7。設定はCLIのデフォルト値であるexhaustiveness 8およびnum_modes 9を使用。https://github.com/ccsb-scripps/AutoDock-Vina/releases |
| AutoDockTools | スクリプス研究所 | v1.5.7 | 受容体/リガンドの調製。解析に使用したバージョン。https://autodock.scripps.edu/ |
| Bioconductor | Bioconductorプロジェクト | 3.16 互換性リリース | R 4.2互換環境。現在のリリースは3.23。https://bioconductor.org/about/release-announcements/ |
| Cytoscapeデスクトップ | Cytoscapeコンソーシアム | v3.7.1 | ネットワーク可視化・解析に使用したバージョン：現在のリリース版 v3.10.4。https://cytoscape.org/download.html |
| DisGeNET | MedBioinformatics Solutions | v25.4 | CHF関連遺伝子の抽出；2026-02-10に検索。https://disgenet.com/ |
| DrugBank | OMx パーソナルヘルスアナリティクス | v6.0 | CHF関連遺伝子の検索；2026-02-12に検索。https://go.drugbank.com/ |
| GeneCards | ワイツマン科学研究所 | ウェブデータベース | CHF関連遺伝子の抽出；2026-02-10に検索。https://www.genecards.org/ |
| GEO / GSE5406 | NCBI | GSE5406; GPL96 | RMA正規化済みヒト左心室マイクロアレイシリーズ。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE5406 |
| hgu133a.db | Bioconductor | Bioconductor 3.16 環境 | Affymetrix ヒューマンゲノム U133A プローブアノテーション。正確なパッチバージョンは保持されていません。https://bioconductor.org/packages/hgu133a.db/ |
| limma | Bioconductor | Bioconductor 3.16 環境 | 発現変動解析。正確なパッチバージョンは保持されていません。https://bioconductor.org/packages/limma/ |
| MacBook | リンゴ | M4プロセッサ | ローカル計算ワークステーション；メモリ仕様は記録なし。https://www.apple.com/mac/ |
| Metascape | Metascape | v3.5 | GO/KEGG濃縮解析。正確なアクセスタイムスタンプは保持されていません。https://metascape.org/ |
| Microsoft Excel | Microsoft | デスクトップアプリケーション | データのキュレーション/エクスポート。アプリケーションのビルドは保持されていません。https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel |
| オンライン・メンデル遺伝学（OMIM） | ジョンズ・ホプキンス大学 | ウェブデータベース | CHF関連遺伝子の検索；検索日 2026-02-10。https://www.omim.org/ |
| Open Babel | Open Babel プロジェクト | バージョンは保持されませんでした | ドッキングワークフローにおける構造変換。https://openbabel.org/ |
| PharmGKB | PharmGKB | ウェブデータベース | CHF関連遺伝子の抽出；2026-02-12に検索。https://www.pharmgkb.org/ |
| PubChem | NCBI | ウェブデータベース | SMILESおよび構造補完。https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ |
| PyMOL | シュレーディンガーöディンガー | バージョンは保持されていません | タンパク質の前処理とポーズの可視化。https://www.pymol.org/ |
| R | R財団 | 4.2.0+ | 解析に使用したバージョンファミリーを記録。現在のリリースは4.6。https://www.r-project.org/ |
| RCSB Protein Data Bank | RCSB PDB | ウェブアーカイブ | タンパク質結晶構造。https://www.rcsb.org/ |
| RStudio | 想定する | 2026.04.0+526 | 分析用IDEはリビジョンノートに記録済み。https://posit.co/download/rstudio-desktop/ |
| 翻訳する文字列を入力してください。 | STRINGコンソーシアム | ウェブサービス | ホモ・サピエンス; 自信 >0.9; リリース/セッションのメタデータは保持されていません。https://string-db.org/ |
| SwissADME | SIB スイスバイオインフォマティクス研究所 | ウェブサービス | ADMEおよびリピンスキーの法則によるスクリーニング。ローカルバージョンは適用不可。https://www.swissadme.ch/ |
| SwissTargetPrediction | SIB スイスバイオインフォマティクス研究所 | 2019年主要アップデート | ヒト; 確率 >0.02; 2026-02-10に検索。https://www.swisstargetprediction.ch/ |
| TCMSP (伝統中国薬品システム薬理学データベース) | ノースウェストA&F大学 | v2.3 | 化合物の検索；2026-02-07に検索。https://tcmsp-e.com/ |
| TTD | 治療標的データベース | 2026年リリース | CHF関連遺伝子の抽出；2026-02-12に検索。https://ttd.idrblab.cn/ |
| UniProtKB | UniProtコンソーシアム | リリース 2026_01 | Homo sapiensの遺伝子シンボルの標準化を確認した。https://www.uniprot.org/ |
| Venny | CNB-CSIC | v2.1.0 | ターゲットセット交差可視化。https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/ |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。