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Research Article
Baihan Zeng*1,2,3, Luming Qi*1,2,3, Sha Wu*1,2,3, Nannan Liu1,2,3, Jie Wang1,2,3, Kaidi Nie1,2,3, Lina Xia1,2,3, Shuguang Yu2,3
1School of Health Preservation and Rehabilitation,Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, 2State Administration of Traditional Chinese Medicine Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine, Regimen and Health,Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, 3Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine Regimen and Health of Sichuan Province
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
본 프로토콜은 네트워크 약리학 예측 및 대사체학 검증을 기반으로 고지혈증에 대한 Fructus Phyllanthi의 주요 표적 및 메커니즘을 탐색하기 위한 통합 전략을 설명합니다.
고지혈증은 전 세계적으로 심혈관 질환 및 간 손상의 주요 위험 요소가 되었습니다. Fructus Phillathi(FP)는 전통 중국 의학(TCM) 및 인도 의학 이론에서 고지혈증에 효과적인 약물이지만 잠재적인 메커니즘은 추가 연구가 필요합니다. 본 연구는 네트워크 약리학 예측과 대사체학 검증을 결합한 통합 전략을 기반으로 고지혈증에 대한 FP의 메커니즘을 밝히는 것을 목표로 합니다. 총 콜레스테롤(TC), 트리글리세리드(TG), 저밀도 지단백 콜레스테롤(LDL-C) 및 고밀도 지단백 콜레스테롤(HDL-C)을 포함한 혈장 지질 수치를 평가하여 고지방 식단(HFD) 유도 마우스 모델을 구축했습니다. FP의 활성 성분과 고지혈증에 대한 잠재적 표적을 찾기 위해 네트워크 약리학을 적용했습니다. 혈장과 간의 대사체학을 수행하여 정상 그룹, 모델 그룹 및 중재 그룹 간의 차등 대사 산물과 해당 경로를 확인했습니다. 네트워크 약리학과 대사체학의 관계는 고지혈증에 대한 FP 과정에 대한 포괄적인 관점을 얻기 위해 추가로 구축되었습니다. 얻어진 핵심 표적 단백질은 분자 도킹(molecular docking)에 의해 검증되었습니다. 이러한 결과는 FP가 HFD에 의해 유발된 고지혈증의 혈장 지질 수치와 간 손상을 개선했음을 반영합니다. FP의 갈산, 케르세틴 및 베타 시토스테롤은 주요 활성 화합물로 입증되었습니다. 혈장과 간에서 각각 총 16개 및 6개의 잠재적인 감별 대사 산물이 대사체학에 의한 고지혈증에 대한 FP의 치료 효과에 관여하는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 통합 분석은 중재 효과가 CYP1A1, AChE 및 MGAM뿐만 아니라 주로 트립토판 대사 경로와 관련된 L-kynurenine, corticosterone, acetylcholine 및 raffinose의 조정과 관련이 있음을 보여주었습니다. 분자 도킹은 고지혈증 관련 단백질 표적에 작용하는 위의 성분이 지질을 낮추는 데 중요한 역할을 하도록 했습니다. 요약하면, 이 연구는 고지혈증의 예방과 치료에 새로운 가능성을 제공했다.
고지혈증은 인체 건강에 심각한 영향을 미치는 흔한 대사 질환이며 심혈관 질환의 주요 위험 요소이기도 합니다1. 최근에는 이 질병에 대한 연령 관련 감소 추세가 있으며, 장기간의 불규칙한 생활 방식과 건강에 해로운 식습관으로 인해 젊은 사람들이 더 취약해지고 있습니다2. 본 클리닉에서는 고지혈증을 치료하기 위해 다양한 약물이 사용되고 있습니다. 예를 들어, 고지혈증 및 관련 죽상경화성 질환 환자에게 가장 일반적으로 사용되는 약물 중 하나는 스타틴입니다. 그러나 스타틴을 장기간 사용하면 무시할 수 없는 부작용이 있어 과민증, 치료 내성, 부작용 등 예후가 좋지 않습니다3,4. 이러한 단점은 고지혈증 환자에게 추가적인 고통이 되었습니다. 따라서 안정적인 지질 저하 효능과 부작용 감소를 위한 새로운 치료법이 제안되어야 합니다.
Traditional Chinese Medicine (TCM)은 효능이 좋고 부작용이 적기 때문에 질병 치료에 널리 사용되었습니다 5. Fructus Phyllanthi (FP), Phyllanthus emblica Linn의 말린 과일. (일반적으로 amla 베리 또는 인도 구스베리로 알려진)는 전통 중국어 및 인도 의약품의 유명한 의학 및 식품 상동 물질입니다 6,7. 이 약은 TCM 이론에 따라 열을 정화하고, 혈액을 냉각시키고, 소화를 촉진하는 데 사용되었습니다8. 현대 약리학 연구에 따르면 FP는 갈산, 엘라그산 및 케르세틴9와 같은 생체 활성 화합물이 풍부하며, 이는 항산화제, 항염증제, 간 보호제, 항저지방혈증 등의 역할을 하여 다양한 다면적 생물학적 특성을 담당합니다10. 최근 연구에서는 FP가 고지혈증 환자의 혈중 지질을 효과적으로 조절할 수 있다는 사실도 밝혀졌습니다. 예를 들어, Variya et al.11은 FP 과일 주스와 주요 화학 성분인 갈산이 혈장 콜레스테롤을 감소시키고 간과 대동맥의 기름 침투를 줄일 수 있음을 입증했습니다. 치료 효능은 과산화소체 증식제 활성화 수용체-알파의 발현을 증가시키고 간 지방생성 활성을 감소시키는 FP의 조절과 관련이 있었습니다. 그러나 고지혈증을 개선하는 FP의 기본 메커니즘은 생체 활성 성분이 매우 광범위하기 때문에 추가 연구가 필요합니다. 우리는 FP의 치료 효능의 잠재적 메커니즘을 탐구하고자 했으며, 이는 이 약물의 추가 개발 및 활용에 도움이 될 수 있습니다.
현재 네트워크 약리학은 한의학의 치료 메커니즘을 연구하기 위한 전체론적이고 효율적인 기술로 간주됩니다. 개별 표적만을 치료하는 단일 질병 유발 유전자 및 약물을 찾는 대신, 완전한 약물-성분-유전자-질병 네트워크를 구축하여 포괄적인 치료와 관련하여 다중 성분 약물의 다중 표적 메커니즘을 찾습니다12. 이 기술은 화학 성분이 방대하기 때문에 TCM에 특히 적합합니다. 불행히도 네트워크 약리학은 이론적으로 화학 성분의 영향을 받는 표적을 예측하는 데만 사용할 수 있습니다. 네트워크 약리학의 효과를 검증하기 위해 질병 모델의 내인성 대사 산물을 관찰해야 합니다. 시스템 생물학의 발전과 함께 등장한 대사체학 방법은 내인성 대사 산물의 변화를 모니터링하기 위한 중요한 도구입니다13. 대사 산물의 변화는 숙주의 정상 상태 변화를 반영하며, 이는 내부 메커니즘을 연구하기 위한 중요한 지표이기도 합니다. 일부 연구자들은 약물과 질병 간의 상호 작용 메커니즘을 탐구하기 위해 네트워크 약리학과 대사체학을 성공적으로 통합했습니다14,15.
이 기사는 네트워크 약리학과 대사체학 기술을 통합하여 고지혈증에 대한 FP의 기계론적 기초를 탐구합니다. FP의 주요 활성 성분과 고지혈증의 분자 표적 사이의 관계를 분석하기 위해 네트워크 약리학을 적용했습니다. 그 후, 동물모델에서 내인성 대사산물의 변화를 관찰하기 위해 대사체학을 시행하였으며, 이는 대사 수준에서의 약물 작용을 설명할 수 있습니다. 네트워크 약리학 또는 대사체학만 적용하는 것과 비교했을 때, 이 통합 분석은 보다 구체적이고 포괄적인 연구 메커니즘을 제공했습니다. 또한 분자 도킹 전략을 사용하여 활성 성분과 주요 단백질 간의 상호 작용을 분석했습니다. 일반적으로 이러한 통합적 접근법은 네트워크 약리학에 대한 실험적 근거가 부족하고 대사체학 방법에 대한 내인성 기전이 부족한 점을 보완할 수 있으며, 자연의학의 치료 기전 분석에 사용될 수 있습니다. 프로토콜의 주요 회로도 그림 1.
동물 취급과 관련된 모든 절차는 실험실 동물의 관리 및 사용을 위한 청두 중국 의학 대학의 가이드에 따라 수행되었으며 성두 중국 전통 의학 대학의 기관 윤리 위원회(프로토콜 번호 2020-36)의 승인을 받았습니다. 본 연구에는 수컷 C57BL/6 마우스(20 ± 2g)를 사용했습니다. 마우스는 상업적 출처에서 얻었다(재료 표 참조).
1. 네트워크 약리학 기반 예측
참고: 네트워크 약리학은 고지혈증에 대한 FP의 활성 성분과 주요 표적을 예측하는 데 사용됩니다.
2. 실험적 설계
3. 대사체 검증
참고: 혈장 및 간 대사 산물의 대사체 프로파일링 데이터를 Compound Discoverer 소프트웨어로 가져와 분자 특징 추출 알고리즘을 채택하여 대사 특징 추출을 수행합니다. 매개변수를 다음과 같이 설정하십시오: 질량 편차, 5 x 10-6; 질량 범위, 100-1,500; 신호 대 잡음비(SNR) 임계값, 3; 및 머무름 시간 편차, 0.05. QC 피크 영역의 상대 표준 편차(RSD)로 대사체학의 안정성과 반복성을 평가합니다.
4. 분자 도킹
5. 통계 분석
참고: 데이터 분석을 위해 SPSS 통계 소프트웨어(재료 표 참조)를 사용하십시오. p < 0.05의 값을 통계적으로 유의한 것으로 간주합니다.
네트워크 약리학
FP의 총 18가지 잠재적 성분을 데이터베이스 및 LC-MS 분석의 약동학 및 약력학 특성에 따라 스크리닝했습니다(총 이온 크로마토그램은 보충 그림 1에 나와 있음). 관련 문헌을 통해 갈산의 함량은 다른 성분보다 훨씬 높으며 지질을 낮추는 데 효과적입니다9,11. 따라서 이 성분도 잠재적인 성분으로 간주되었습니다. FP의 총 19개 성분과 134개 성분 관련 표적이 발견되었습니다. 19가지 성분이 모두 표 1에 나와 있습니다. 추가 분석을 위해 가장 대표적인 성분을 선택하기 위해 이러한 성분을 BATMAN-TCM, http://bionet.ncpsb.org/batman-tcm/ 중의학 분자 기계학을 위한 생물정보학 분석 도구(Bioinformatics Analysis Tool for Molecular mechANism of Traditional Chinese Medicine) 데이터베이스로 가져왔습니다. 성분-표적-경로-질병 네트워크에 따르면, 갈산, 케르세틴, 베타-시토스테롤과 같은 일부 생리 활성 성분이 고콜레스테롤혈증 및 관상동맥 죽상동맥경화증과 관련된 FP의 가장 중요한 성분으로 확인되었습니다(보충 그림 2). 이 중 갈산은 가장 널리 연구된 페놀산 중 하나입니다. FP18에 제시된 주요 생리 활성 성분입니다. 한편, 갈산은 FP에서 가장 높은 함량의 성분이기도 합니다. 농도는 일반적으로 1%에서 3%입니다. El-Hussainy et al.19은 갈산이 심장 손상을 제한하고 지질 프로필을 개선하며 심장 염증 마커를 하향 조절할 수 있음을 밝혔습니다. 퀘르세틴과 베타-시토스테롤의 함량은 더 낮지만 일부 연구에서는 지질 수치를 낮추는 효과가 입증되었습니다. 케르세틴은 식물에 널리 존재하는 중요한 플라보노이드로서 항산화, 항염 및 심혈관 보호 효과와 같은 다양한 특성을 가지고 있습니다20. Lu et al.21은 퀘르세틴 농축 주스가 경미한 고콜레스테롤혈증이 있는 건강한 개인의 TC, LDL-C 및 HDL-C 수치를 약화시킬 수 있다고 연구했습니다. 베타 시토스테롤의 경우 임상 연구에 따르면 식물성 스테롤은 고콜레스테롤혈증과 심혈관 질환을 크게 예방할 수 있습니다22,23. Althwab et al.24는 베타-시토스테롤이 HFD 쥐의 지질 프로필과 동맥 형성 지수를 개선할 수 있음을 증명했습니다. FP의 지질 저하 효과는 이 세 가지 성분과 관련이 있을 수 있음을 알 수 있습니다.
또한 Genecards, OMIM 및 TTD 데이터베이스에서 고지혈증 관련 표적 1,552개를 수집했습니다. 134개의 FP 관련 표적을 고지혈증 관련 표적과 일치시킨 후, 62개의 표적이 고지혈증에 대한 FP의 잠재적 표적으로 확인되었습니다(그림 2A). UniProt 데이터베이스에 따르면 교차된 모든 대상은 공식 기호로 정규화되었습니다. 그 후, PPI 네트워크는 STRING(그림 2B) 및 Cytoscape(그림 2C)에 의해 구성되었습니다. 계산 방법의 점수를 결합한 상위 10개 대상은 ESR1, RELA, FOS, EGFR, HIF1A, AR, CCND1, IL6, MAPK8 및 MYC였습니다. 자세한 내용은 보충 그림 3에 나와 있습니다. 이 62개 표적은 모두 추가 분석의 기초가 되며, 이는 대사체학의 결과와 통합됩니다.
GO 및 KEGG 경로는 농축 분석을 통해 수행되었습니다. 표적 수에 따른 상위 15개 경로는 p-value에 따라 분석을 위해 선택되었습니다. GO 농축 결과는 고지혈증에 대한 FP의 생물학적 과정과 분자 기능이 주로 유전자 발현 및 단백질 결합과 관련이 있음을 시사했습니다(그림 2D). KEGG 농축은 FP가 지질 대사 및 죽상경화증(그림 2E)의 과정에 개입할 수 있음을 입증했으며, 이는 FP가 지질 대사에 영향을 미쳐 고지혈증을 완화한다는 것을 의미합니다.
혈장 지질 수치 및 간 지수에 대한 FP의 효과
고지혈증에 대한 FP의 개선된 효과를 테스트하기 위해 먼저 TC, TG, LDL-C, HDL-C 및 간 지수(체중 대비 간 체중의 비율)의 변화를 측정했습니다. NC 투여군과 비교했을 때, HFD 투여군의 마우스는 TC(p < 0.001), LDL-C(p < 0.001) 및 TG(p < 0.05)의 혈장 수치가 유의하게 증가했으며, 이는 장기적인 HFD 중재가 지질 수치를 증가시키고 고지혈증을 유발할 수 있음을 나타냅니다(그림 3).
FP 수성 추출물을 투여한 후 FP_L 및 FP_H 그룹의 TC 수치는 각각 18.8% 및 12.4% 유의하게(p < 0.05) 감소했습니다(그림 3A). FP_L군과 FP_H군의 LDL-콜레스테롤 수치는 각각 13.7%와 21.8% 유의하게(p < 0.05) 감소했다(그림 3B). HDL-C 수준과 관련하여, FP_H 그룹은 HFD 그룹(<strong class="xfig">그림 3C)에 비해 1.81 ± 0.08 mmol/L에서 2.65 ± 0.16 mmol/L로 유의하게(p < 0.01) 증가했다. FP 중재 후 TG 수치는 유의하지 않았지만 HFD 그룹에 비해 감소했습니다(그림 3D). 최근 연구에 따르면 LDL-C/HDL-C 비율의 지수는 심혈관 질환을 예측하는 데 LDL-C 또는 HDL-C 단독보다 더 나은 지수입니다25,26. HFD 그룹과 비교했을 때, LDL-C/HDL-C 비율은 FP_H 그룹(그림 3E)에서 유의하게(p < 0.01) 46.3% 감소했는데, 이는 FP 중재가 나쁜 콜레스테롤을 감소시키고 좋은 콜레스테롤 수치를 증가시킨다는 것을 의미합니다. 주요 지방 대사 기관인 간 무게는 생쥐의 지방 저장을 어느 정도 반영합니다27. 12주 후, FP_L군과 FP_H군의 간 지수는 HFD 투여군에 비해 유의하게(p < 0.01) 감소했다(<strong class="xfig">그림 3F). PC군은 또한 위의 지표에서 다른 정도의 감소를 보였는데, 이는 FP가 스타틴과 유사한 효과를 보였으며 보호 효과는 용량-반응 관계를 보였다.
다양한 임상 연구에서 추출물 또는 전체 FP를 잠시 복용한 후 TC 및 LDL-C 수치가 현저히 감소하는 것으로 나타났습니다. 한편, HDL-C 수준은 FP28,29의 장기 투여로 현저하게 높아졌습니다. Nambiar와 Shetty30은 FP 주스가 산화된 저밀도 지단백질을 감소시켜 죽상동맥경화증의 위험을 크게 줄일 수 있음을 발견했습니다. Gopa et al.31은 고지혈증 환자에서 FP의 고지혈 저하 효과를 평가하고 이를 심바스타틴과 비교했습니다. FP를 사용한 치료는 TC, LDL-C, TG의 현저한 감소를 가져왔고, HDL-콜레스테롤의 수치는 심바스타틴과 유사하게 유의하게 증가하였다. 본 연구에서 FP와 심바스타틴도 유사한 치료 효과를 보였으며, FP의 LDL-콜레스테롤 저하 효과와 간 복구 작용이 심바스타틴보다 우수했다.
간 조직병리학적 관찰
HFD 마우스의 간 지방증에 대한 FP의 효과는 그림 4에 나와 있습니다. NC 그룹의 간 병리학적 절편은 규칙적인 간세포 형태, 명확하게 정의된 세포 경계, 명백한 지방 액포가 나타나지 않았습니다(그림 4A,B). 이에 비해 HFD 그룹은 혈관 주변에 다양한 크기의 지방 액포가 있었고 세포 부종, 지방 변성, 세포 경계 상실, 세포 수축 및 간세포 괴사를 특징으로 하는 명백한 간 손상을 보였습니다(그림 4C,D). 그림 4E,F> <strong class="xfig"에서 볼 수 있듯이, FP 중재는 특히 FP_L 그룹에서 간 지방증을 개선할 수 있습니다. HFD 그룹과 비교하여 FP_H 그룹(그림 4G,H) 및 PC 그룹(그림 4I,J)은 간 세포 구조의 어느 정도의 회복, 지방 변성 및 지방 액포 감소를 보였습니다. 이는 FP 중재가 HFD로 인한 간 손상으로부터 간 조직을 보호할 수 있음을 의미합니다.
대사체학 프로파일링
혈장 지질 수치 및 간 조직병리학적 관찰에 따르면, 고용량 FP는 저용량 FP보다 고지혈증에 더 나은 영향을 미쳤다. 따라서 NC, HFD 및 FP_H 그룹을 선택하여 신진대사 수준의 변화를 분석했습니다. QC 샘플의 총 이온 크로마토그램은 보충 그림 4에 나타나 있습니다. 데이터의 정확성을 보장하기 위해 RSD 값이 >30%인 특징을 모든 QC 샘플에서 제거했습니다. PCA 및 이온 크로마토그램은 공정 중에 QC 샘플이 안정적임을 반영했습니다(보충 그림 5). 혈장과 간에서 총 626개 및 562개의 특징이 데이터 전처리 후에 결정되었습니다. 이 중 혈장과 간에서 각각 120개와 124개의 대사산물이 KEGG 데이터베이스를 기반으로 확인되었습니다. OPLS-DA 분석을 사용하여 NC, HFD 및 FP_H 그룹 간의 분리를 탐색했습니다. OPLS-DA는 동일한 그룹 샘플이 함께 클러스터링되고 다른 그룹 샘플이 잘 구별되는 것을 보여주었습니다(그림 5A,B). 이러한 결과는 HFD 및 FP 중재가 명백한 대사 변화를 일으켰음을 나타냅니다.
대사 구별에 기여한 잠재적인 차등 대사 산물을 확인하기 위해 NC 대 HFD 및 HFD 대 FP_H에 대한 추가 OPLS-DA 및 t-test 분석을 각각 수행했습니다. OPLS-DA 결과는 잘 구별되었으며 서로 다른 모델 그룹 간에 상당한 차이를 보였습니다14(보충 그림 6). VIP(Variable important in projection) >1 및 p < 0.05를 기준으로 혈장 내 32개의 대사산물은 NC와 HFD 그룹 간의 차별화를 보였으며, 72개의 대사 산물은 HFD와 FP_H 그룹 간의 차별화를 보였습니다. 간에서는 38개의 대사산물이 NC와 HFD 그룹 간의 분화를 보였고, 17개의 대사 산물이 HFD와 FP_H 그룹 간의 분화를 보였다. 마지막으로, 총 16개 및 6개의 대사산물이 혈장과 간에서 FP에 영향을 미치는 HFD 마우스에서 각각 차등 대사산물로 확인되었습니다(보충 그림 7). 이러한 대사 산물에 대한 정보는 표 2에 나와 있습니다.
세 그룹 간의 대사 산물 변화를 시각화하기 위해 히트 맵은 MetaboAnalyst 5.0에 의해 그려졌습니다. 혈장과 간의 모든 차등 대사 산물은 HFD 그룹에서 변화되었고 대부분은 FP 그룹에서 역전되었는데, 이는 FP 중재가 대사 장애를 개선할 수 있음을 나타냅니다(그림 5C,D). 또한 HFD 마우스에서 FP의 대사 경로를 탐색하기 위해 차등 대사 산물을 MetaboAnalyst 5.0으로 가져왔습니다. p 0.10을 기준으로 혈장에서 트립토판 대사에 유의한 영향을 미쳤으며, 이 경로와 관련된 대사 산물은 D-트립토판 및 L-키누레닌(그림 5E)이었습니다. Jung et al.32는 고지혈증이 장기화되면 키누레닌의 혈청 수치를 낮출 수 있다고 연구했습니다. 타우린과 하이포타우린 대사는 간에서 현저한 영향을 받았으며, 관련 대사 산물은 타우린이었다(그림 5F). 타우린은 동물체에서 중요하고 필요한 아미노산입니다. Dong et al.33은 타우린이 혈중 지질의 손상을 약간 감소시키고 HFD로 인한 죽상동맥경화증 위험을 낮출 수 있다고 연구했습니다. 본 연구에서 FP 중재는 L-키누레닌과 타우린의 함량을 증가시켰는데, 이는 지질 수치 감소와 긍정적인 관련이 있어 고지혈증에 대한 FP의 효과를 뒷받침합니다.
네트워크 약리학 및 대사체학의 통합 분석
대사체학(metabolomics)과 결합된 네트워크 약리학의 통합 전략은 질병 메커니즘 및 중재 전략을 연구하는 데 점점 더 필수적이 되고 있습니다. 네트워크 약리학(network pharmacology)과 대사체학(metabolomics) 간의 관련성은 근거가 제한적이지만 확립되었다. 고지혈증에 대한 FP의 메커니즘에 대한 포괄적인 관점을 얻기 위해 네트워크 약리학 및 대사체학을 기반으로 한 상호 작용 네트워크가 구축되었습니다. 차등 대사 산물을 Cytoscape의 MetScape 플러그인으로 가져와서 네트워크 약리학에서 확인된 허브 유전자와 일치시켜 화합물-반응-효소-유전자 네트워크(그림 6)를 수집했습니다. 표 3에서 볼 수 있듯이, 혈장 대사산물에서 L-키누레닌과 코르티코스테론은 지질 과산화를 촉매하고 비알코올성 지방간 질환을 유발할 수 있는 CYP1A1과 관련이 있었다34,35; 영향을 받은 경로는 각각 트립토판 대사와 스테로이드 호르몬 생합성이었습니다. 아세틸콜린은 AChE와 관련이 있으며 글리세로인지질 대사에 영향을 미쳤습니다. 간 대사 산물에서 MGAM과 라피노스는 갈락토오스 대사와 관련이 있었습니다. 여러 연구에서 라피노스 계열 올리고당을 섭취하면 HFD 마우스의 대사 장애를 개선할 수 있음이 입증되었습니다36.
또한 ingredients-targets-metabolites-pathways 네트워크가 구축되었습니다(그림 7). 성분에서 케르세틴이 가장 많은 가장자리를 연결했는데, 이는 FP의 케르세틴이 지질을 낮추는 데 가장 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 위의 통합 분석을 통해 고지혈증에 대한 FP의 주요 표적, 대사 산물 및 경로가 밝혀졌으며, 이는 이 약물의 치료 메커니즘 및 임상 적용에 대한 추가 연구의 기초가 될 수 있습니다.
분자 도킹
선택된 성분과 주요 표적 간의 상호 작용 가능성을 추가로 조사하기 위해 분자 도킹을 사용하여 리간드-활성 부위 상호 작용을 분석했습니다. AutoDock Vina 소프트웨어(재료 표 참조)를 사용하여 분자 도킹을 수행했으며, 스코어링 함수의 순위에 따라 첫 번째 도킹 포즈를 출력했습니다. 도킹 결과는 그림 8.
통합 분석에서 CYP1A1, AChE 및 MGAM은 차등 대사산물과 관련이 있었으며, 이들은 표적과 대사산물 사이에 다리를 놓았습니다. 표적과 성분 간의 관계를 확인하기 위해 추가 분자 도킹을 수행했습니다. CYP1A1과의 성분 도킹 결과는 다음과 같습니다 : 갈산은 아미노산 잔기 Asn-185, Tyr-187, Asn-219 및 His-500을 통해 4 개의 수소 결합을 형성하고 아미노산 잔기 Tyr-187 ( 그림 8A)을 통해 π-π 적층 상호 작용을 형성했습니다. 케르세틴은 Asn-185, Asn-219 및 His-500, 소수성 상호 작용 및 Tyr-187을 통한 π-π 적층 상호 작용을 통해 3개의 수소 결합을 형성했습니다(그림 8B). 베타-시토스테롤은 Arg-362, Ser-363, Leu-365 및 Arg-464를 통해 4개의 수소 결합을 형성하고 Glu-369 및 Ile-439를 통해 소수성 상호 작용을 형성했습니다(그림 8C). 결합 에너지는 각각 5.3, 7.0 및 7.3 kcal / -mol이었다. AChE와의 상호 작용에서 갈산은 Arg-237, Arg-238 및 Arg-480(그림 8D)과의 수소 결합에 의해 안정화되었습니다. 케르세틴은 Arg-237 및 Phe-474와의 수소 결합, Phe-157과의 소수성 상호 작용 및 Tyr-478과의 π-π 적층 상호 작용에 의해 안정화되었습니다(그림 8E). 베타-시토스테롤은 Phe-157, Val-244, Ile-248, Phe-474, Ala477 및 TYR478(도 8F)과의 소수성 상호작용에 의해 안정화되었다. 결합 에너지는 각각 5.0, 6.5 및 8.0 kcal/- mol이었다. MGAM과의 상호 작용에서 갈산은 Ile-1716, Gly-1747 및 Trp-1749와의 수소 결합 및 Tyr-1715 및 Trp-1749와의 소수성 상호 작용에 의해 안정화되었습니다(그림 8G). 케르세틴은 Arg-1311, Thr-1726, Gln-1731 및 Trp-1752와의 수소 결합, Arg-1730과의 수소 결합 및 His-1727과의 π-π 적층에 의해 안정화되었습니다 ( 그림 8H). 베타-시토스테롤은 Pro-1159, Trp-1355, Phe-1427 및 Phe-1560과의 소수성 상호 작용에 의해 안정화되었으며, 결합 에너지는 각각 5.9, 8.1 및 6.9kcal/mol이었습니다. 상호 작용 및 결합 친화도에 대한 자세한 정보는 표 4에 나와 있습니다. 다중 결합 부위와 높은 결합 에너지는 성분과 단백질 표적 사이의 높은 친화도를 설명하며, 이러한 성분이 고지혈증 관련 표적에 작용하여 지질을 낮추는 역할을 한다는 것을 확인합니다.

그림 1: 통합 전략의 개략적 흐름도. 허브 성분 및 유전자는 네트워크 약리학(Network Pharmacology)에 의해 추출되었습니다(Part 1). 고지혈증에 대한 FP의 차등 대사 산물은 혈장 및 간 대사체학에 의해 분석되었습니다(2부). 주요 표적, 대사산물 및 경로는 Part 1 및 Part 2(Part 3)의 통합 분석을 기반으로 식별되고 연결되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 고지혈증에 대한 FP의 효과에 대한 표적 스크리닝, 네트워크 구성 및 농축 분석.(A) FP-고지혈증 표적의 벤 다이어그램. (B) 잠재적 활성 약물-성분-대상-질병 네트워크: 여기에 언급된 다양한 색상 기호: 질병(빨간색), 약물(파란색), 성분(녹색) 및 대상(노란색). (C) STRING에 의한 PPI 네트워크. (D) GO 경로 농축 분석. (E) KEGG 경로 농축 분석. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: HFD 유발 고지혈증이 있는 마우스의 혈장 지질 수치 및 간 지수에 대한 FP의 효과(n = 6).(A) TC 수준. (B) LDL-콜레스테롤 수치. (C) HDL-C 수준. (D) TG 수준. (E) LDL-C/HDL-C 비율. (F) 간 지수.*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001. 통계적으로 유의한 차이는 일원 분산 분석(one-way ANOVA)을 사용하여 평가한 후 Dunnett의 다중 비교 검정 또는 사후 분석을 수행했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: HFD 유발 고지혈증이 있는 마우스의 간 조직에 대한 FP의 효과(H&E 염색). (A,B) NC기, (C,D) HFD기, (E,F) FP_L기, (G,H) FP_H기, (I,J) PC기(n=6). 가뭉치: (A,C,E = 200 μm; B,D,F = 50 μm)입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: OPLS-DA 점수 플롯, 히트 맵 및 차등 대사 산물의 대사 경로. OPLS-DA 점수는 혈장(A)과 간(B)에 있는 HFD 마우스에 대한 FP의 플롯입니다. 혈장(C)과 간(D)에서 차등 대사 산물의 히트 맵. 혈장(E)과 간(F)에서 차등 대사 산물의 대사 경로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 주요 대사 산물 및 표적의 화합물-반응-효소-유전자 네트워크. 낮은 등급의 노드가 제거되었습니다. 빨간색 육각형, 파란색 원, 둥근 녹색 직사각형 및 회색 다이아몬드는 각각 활성 화합물, 유전자, 단백질 및 반응을 나타냅니다. 주요 표적과 대사 산물이 확대되었습니다. 흰색 배경의 경로는 혈장에서 크게 조절됩니다. 회색 배경의 경로는 간에서 크게 조절됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: ingredients-targets-metabolites-pathways 네트워크. 색상이 어두울수록 연결된 가장자리가 많으며, 이는 노드가 이 네트워크에서 더 중요하다는 것을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 8: FP 성분 및 주요 표적의 상호 작용 다이어그램.(A) CYP1A1에 작용하는 갈산. (B) CYP1A1에 작용하는 케르세틴. (C) CYP1A1에 작용하는 베타-시토스테롤. (D) AChE에 작용하는 갈산. (E) AChE에 작용하는 케르세틴. (F) AChE에 대한 베타 시토스테롤 작용. (G) MGAM에 작용하는 갈산. (H) MGAM에 작용하는 케르세틴. (I) MGAM에 작용하는 베타-시토스테롤. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 9: 고지혈증 결과에 대한 FP 개요. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: FP 수성 추출물의 선택된 성분. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 2: 세 그룹 간의 차등 대사 산물. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 3: 주요 표적, 대사 산물 및 경로에 대한 정보. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 4: FP 성분과 표적 단백질 사이의 결합 부위 및 작용력. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 1: FP 수성 추출물의 양이온 및 음이온 크로마토그램. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 2: BATMAN-TCM에 의한 FP 성분-표적-경로-질병 네트워크. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 3: 네트워크 약리학에서 허브 유전자의 빈도 분석. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 4: 혈장 및 간 QC 샘플의 이온 크로마토그램. 플라즈마 QC 샘플의 대표적인 양극(A) 및 음극(B) 이온 크로마토그램. 간 QC 샘플의 대표적인 양(C) 및 음(D) 이온 크로마토그램. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 5: 혈장(A) 및 간(B) QC 샘플의 PCA 점수 플롯. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 6: 혈장(A 및 B) 및 간(C 및 D) 샘플의 OPLS-DA 점수 플롯. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 7: 혈장(A) 및 간(B) 샘플의 차등 대사 산물의 벤 다이어그램. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
본 프로토콜은 네트워크 약리학 예측 및 대사체학 검증을 기반으로 고지혈증에 대한 Fructus Phyllanthi의 주요 표적 및 메커니즘을 탐색하기 위한 통합 전략을 설명합니다.
본 연구는 TCM Health Preservation and Rehabilitation(2022C005)의 제품개발 및 혁신팀과 "Health Preservation and Rehabilitation+"의 신사업 크로스보더 통합 연구의 지원을 받았습니다.
| 101-3B 오븐 | Luyue 악기 및 장비 공장 | \ | |
| 80312 / 80302 유리 슬라이드 | Jiangsu Sitai Experimental Equipment Co., LTD | \ | |
| 80340-1630 커버 슬립 | Jiangsu Sitai Experimental Equipment Co., LTD | \ | |
| AccucoreTM C18 (3 mm × 100 mm, 2. 6 μ m) | Thermo Fisher Scientific | \ | |
| Acetonitrile | Fisher Chemical | A998 | 버전 1.5.6 |
| ACQUITY UPLC HSS T3 컬럼 (2.1 mm × 100 mm, 1.8 μ m) | Thermo Fisher Scientific | \ | |
| Aethanol | Fisher Chemical | A995 | 버전 3.0 |
| 암모니아 솔루션 | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 1336-21-6 | 버전 3.9.1 |
| AutoDockTools | Scripps Institution of Oceanography | \ | |
| BS-240VT 전자동 동물 생화학 검출 시스템 | 심천 Mindray Bio-Medical 공급자:Electronics Co., Ltd. | \ | |
| Compound Discoverer | Thermo Fisher Scientific | \ | |
| Cytoscape | Cytoscape Consortium | \ | |
| DM500 광학 현미경 | Leica | \ | |
| DV215CD 전자 저울 | Ohaus Corporation ., Ltd | T15A63 | |
| 에틸 알코올 | Chengdu Cologne Chemicals Co., Ltd | 64-17-5 | |
| 포름산 | 피셔 케미컬 | A118 | |
| HDL-C 분석 키트 | 난징 Jiancheng 생명 공학 연구소 | A112-1-1 | |
| 헤마톡실린 염색 용액 | Biosharp | BL700B | |
| 고지방 다이어트 | ENSIWEIER | 202211091031 | |
| Hitachi CT15E/CT15RE 원심분리기 | Hitachi., Ltd. | \ | |
| 균질화기 | Oulaibo Technology Co., Ltd | \ | |
| 염산 | Chengdu Cologne Chemicals Co., LTD | 7647-01-0 | |
| 이미지 형성 시스템 | LIOO | \ | |
| JB-L5 냉동고 | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | \ | |
| JB-L5 조직 Embedder | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | \ | |
| JK-5/6 마이크로톰 | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | \ | |
| JT-12S 하이드로추출기 | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | \ | |
| KQ3200E 초음파 세척기 | Kun Shan Ultrasonic Instruments Co., Ltd | \ | |
| LDL-C 분석 키트 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A113-1-1 | |
| Male C57BL/6 Mice | SBF 생명공학 주식회사 | \ | 버전 2.3.2 |
| 중립 Balsam | Shanghai Yiyang Instrument Co., Ltd | 10021190865934 | |
| 순수한 물 | 광저우 왓슨의 음식 & Beverage Co., Ltd | GB19298 | |
| PyMOL | DeLano Scientific LLC\ | Version 14.1 | |
| RE-3000 Rotary Evaporator | Yarong Biochemical Instrument Factory ., Ltd | \ | |
| RM2016 Pathological Microtome | Shanghai Leica Instruments Co., Ltd | \ | Version 26.0 |
| SIMCA-P | Umetrics AB\ | ||
| Simvastatin | Merck 샤프 & Dohme., Ltd | 14202220051 | |
| SPSS | International Business Machines Corporation | \ | |
| TC 분석 키트 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A111-1-1 | |
| TG 분석 키트 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A110-1-1 | |
| UPLC-Q-Exactive Quadrupole Electrostatic Field Orbital Hydrazine 고해상도 질량 분석기 | Thermo Fisher Scientific | \ | |
| Vortex 진동기 | Beijing PowerStar Technology Co., Ltd. | LC-Vortex-P1 | |
| 크실렌 | 청두 쾰른 화학 유한 회사 | 1330-20-7 |