Methodenartikel

Netwerk farmacologische analyse van TCM-formules op basis van het syndroomontologie en het multidimensionale kwantitatieve associatiecomputerplatform

624 weergaven

DOI:

10.3791/68026

22 augustus 2025

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

We stellen een "Formula-Ingredient-Target-Pathway-Syndrome-Disease" netwerkconstructiemethode voor op basis van het SoFDA-platform, netwerkfarmacologie en traditionele Chinese geneeskunde (TCM). Vergeleken met de momenteel populaire methoden voor netwerkfarmacologie, bevat dit netwerk het cruciale element van het syndroom, dat het fundamentele principe van syndroomdifferentiatie in TCM belichaamt.

Samenvatting

De huidige netwerkfarmacologische methoden voor TCM-formules voorspellen potentiële actieve ingrediënten en werkingsmechanismen voor specifieke ziekten door een formule-ingrediënt-doelwit-pathway-ziektenetwerk op te bouwen.

Syndroomdifferentiatie en -behandeling, een kernprincipe van TCM, belichaamt de holistische en dynamische benadering, waarbij de nadruk ligt op individuele variabiliteit en ziekteprogressie. Door syndroomkenmerken in dit netwerk te integreren, kunnen onderzoekers multi-target geneesmiddelen ontwikkelen die zijn afgestemd op elk ziektestadium, waardoor een nauwkeurige en gepersonaliseerde behandeling mogelijk is. Het TCM Syndrome Ontology en Multidimensional Quantitative Association Computing Platform (SoFDA) maken het mogelijk om TCM-syndromen op te nemen in de analyse van netwerkfarmacologie.

In deze studie hebben we Lingguizhugan Decoction (formule) als voorbeeld gebruikt om de toepassing ervan aan te tonen bij de behandeling van obesitas met het Yang-deficiëntiesyndroom en het Dampness-Phlegm Syndrome (syndromen). We hebben eerst de belangrijkste actieve ingrediënten uit de TCMSP-database geïdentificeerd. Vervolgens hebben we een netwerk opgebouwd dat ziekten, syndromen, doelwitgenen en signaalroutes met elkaar verbindt met behulp van SoFDA. Ten slotte hebben we deze gegevens geïntegreerd om een formule-ingrediënt-doelwit-pathway-syndroom-ziektenetwerk op te bouwen.

Inleiding

Door het concept van dialectische behandeling in de Chinese geneeskunde te integreren en het SoFDA 1,2-platform te gebruiken, hebben we een nieuwe netwerkfarmacologiebenadering verkend, namelijk integratieve farmacologie, om een formule-medicijn-doelwit-pathway-syndroom-ziektenetwerkdiagram van Chinese geneeskundeformuleringen te construeren.

Vergeleken met de populaire netwerkfarmacologiemethoden van de afgelopen jaren, bevat deze methode het element syndroom in TCM. Bewijs, of syndroom, is een van de unieke concepten van TCM en is een veralgemening van de pathologische eigenschappen van een ziekte in een bepaald stadium van zijn ontwikkeling.

Syndroom is de basismethode van diagnose en behandeling in de Chinese geneeskunde. Er zijn verschillende syndromen voor een ziekte, en naarmate de ziekte optreedt, zich ontwikkelt en geneest, zal het syndroom dienovereenkomstig veranderen.

TCM-beoefenaars zullen verschillende formules gebruiken om verschillende syndromen te behandelen. Daarom is de opname van het syndroom in de netwerkfarmacologie een belangrijke stap in het oorspronkelijke theoretische onderzoek en de methodologische verbetering van TCM 3,4.

Het TCM Syndrome Ontology and Multidimensional Quantitative Association Computing Platform (SoFDA) is een open-source platform ontwikkeld door de Chinese Academie voor Traditionele Chinese Geneeskunde 1,2. Het is de eerste beschikbare verzameling van de ontologie van het syndroom van de traditionele Chinese geneeskunde (TCM), de syndroomclassificatietool en de gerelateerde kenmerken van associaties met ziekte en voorschriften voor het onderzoeken van de pathologische verbanden en therapeutische mechanismen.

Het evalueert de associatieniveaus van syndroom-syndroom, syndroom-ziekte, syndroom-formule en syndroom-ziekte-formule, via het berekenen van het symptoom, het doelgen, het verrijkte genontologie-item, de route en netwerkmodule-gebaseerde overeenkomsten en de netwerkdichtheid, en maakt verder gebruik van een verscheidenheid aan visualisatietypen, zoals heatmap, multi-level netwerk en upset-view, om de resultaten van de associatieberekening te illustreren.

Het huidige basistraject voor farmacologische analyse van het netwerk is ruwweg als volgt: de eerste stap is het ophalen van TCM/kruidchemische databases, databases met ziektedoelen en databases met ziektedoelen om TCM-formules/kruideningrediënten/chemicaliën, doelen van chemicaliën en ziekten te verzamelen. De eiwitinteractiedatabase wordt vervolgens gebruikt voor uitbreiding en analyse van eiwit-eiwitinteractie (PPI). De resultaten worden uiteindelijk gevalideerd in vitro, in vivo of in silico.

De resultaten van cyberfarmacologie worden gepresenteerd als kruidengeneeskunde/formulering-gen-doelwit-route-component-moderne ziekte, en het uiteindelijke doel is om de basis en het werkingsmechanisme van TCM-formules te voorspellen. Om de materiële basis, het werkingsmechanisme en de theorie van de geneeskrachtige eigenschappen van TCM verder te onthullen, hebben we ervoor gekozen om het SoFDA-platform in de cyberfarmacologie te introduceren. We noemen deze computer farmacologische analysemethode, die resulteert in prescription-drug-target-pathway-syndrome-disease, geïntegreerde farmacologie 1,2.

Obesitas als een veel voorkomende chronische leverziekte wereldwijd, legt een enorme economische last op de wereldwijde samenleving.

In het concept van de traditionele Chinese geneeskunde is obesitas een complexe ziekte met syndromen van Yang-deficiëntie, slijm-vochtigheidssyndroom, milt en maag
deficiëntiesyndroom en bloedstasissyndroom enz. 5,6. Het is dus aangewezen om de behandeling toe te passen van het versterken van de Yang Qi, het oplossen van slijm en vocht en het reguleren van de kardinale organen7.

Het afkooksel van Lingguizhugan (Fuling, Guizhi, Baizhu, Gancao, massaverhouding 4:3:3:2) is afgeleid van de Essentials of the Golden Chamber en is effectief bij de behandeling van obesitas door middel van de klinische praktijk. Het wordt in het Chinees ook wel FU LING GUI ZHI BAI ZHU GAN CAO TANG genoemd.

In het volgende protocol zullen we het gebruik demonstreren van een innovatieve, op SoFDA gebaseerde genetwerkte farmacologische analyse van Chinese kruidenformules (geïntegreerde farmacologie) op Lingguizhugan afkooksel voor de behandeling van het Yang-deficiëntiesyndroom en het vochtslijmsyndroom bij obesitas. We zullen de methodologie demonstreren door een netwerkanalyse uit te voeren van componenten, doelen en routes van Lingguizhugan afkooksel voor de behandeling van niet-alcoholisch vet Yang-deficiëntiesyndroom en vocht-slijmsyndroom.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Het afkooksel van Lingguizhugan nemen om het "Yang-deficiëntiesyndroom" en het "Vocht-slijmsyndroom" van abdominale obesitas als voorbeeld te behandelen. Het afkooksel van Lingguizhugan bestaat uit 4 kruiden: Poria cocos (Fuling), Cinnamomi ramulus (Guizhi), Rhizoma Atractylodis macrocephalae (Baizhu), Glycyrrhizae radix en Rhizoma (Gancao). De website van het SoFDA-platform is http://www.tcmip.cn/Syndrome/front/#/. De website van de database van de traditionele Chinese geneeskunde (TCMSP) is https://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php

1. Screening van de actieve ingrediënten van de formule

  1. Toegang tot de Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP)8 database.
  2. Voer respectievelijk Fuling, Guizhi, Baizhu en Gancao in onder de kolom Herkruidennaam en klik vervolgens op zoeken.
  3. Klik op de knop naast OB, selecteer is groter dan of gelijk aan onder Items weergeven met de waarde dat: en voer 30,00 in de getalkolom hieronder in.
  4. Klik op de filterknop van DL, selecteer is groter dan of gelijk aan onder Items weergeven met de waarde dat:, en voer 0,18 in de getalkolom hieronder in.
    OPMERKING: Screen orale biologische beschikbaarheid (OB) ≥ 30% en geneesmiddelachtige eigenschappen (DL) ≥ 0,18 chemische ingrediënten van de 4 kruiden 2,8 volgens absorptie, distributie, metabolisme en uitscheiding (ADME)9,10.
  5. Kopieer de moleculaire namen van de gescreende chemische componenten van de vier kruiden Fuling, Guizhi, Baizhu en Gancao in volgorde en plak ze in een spreadsheet om ze in een tabel samen te vatten.

2. Screening van doelen van de formule, syndromen en ziekten

  1. Ga naar het SoFDA-platform, selecteer Disease-Syndrome-Formula Association in de kolom Association Evaluation .
    OPMERKING: De term Verenigingsniveau omvat vijf categorieën: Volledig Verschillend, Laag, Matig, Hoog en Identiek. Het selecteren van Identiek, Hoog en Matig geeft een hoge en matige mate van correlatie aan tussen het Association-item en respectievelijk de ziekte of kruidenformule. Hoe groter de correlatie van het Association-item met de ziekte of kruidenformule, hoe nauwkeuriger de analyseresultaten zullen zijn. Daarom moet Identiek, Hoog en Matig worden gekozen.
  2. Selecteer in de subgroep Ziekte-Syndroom-Formule Associatie met dezelfde ziekte obesitas als de ziekte. Selecteer Yang-deficiëntiesyndroom en Vocht-slijmsyndroom voor het syndroom. Selecteer Primair en secundair symptoom bij Symptoom.
  3. Selecteer het item Symptoomgerelateerde genen voor Associatie. Selecteer Identiek, Hoog en Gemiddeld voor Associatieniveau. Selecteer FU LING GUI ZHI BAI ZHU GAN CAO TANG/formule 134 voor de formule.
    OPMERKING: Door abdominale obesitas in te voeren in de zoekbalk voor ziekten op het SoFDA-platform, worden twee resultaten opgehaald: Abdominale obesitas-Metabool syndroom 1/ABD014 en Abdominale obesitas-Metabool syndroom 3/ABD013. Beide soorten obesitas worden gekenmerkt door abdominale obesitas, maar ze verschillen in hun respectievelijke symptoomcomplexen. Syndroom 3 wordt geassocieerd met de symptomen: myocardinfarct, rompobesitas, hypercholesterolemie, kransslagaderstenose, abdominale obesitas, autosomaal dominante overerving, hypertensie, beroerte, terwijl syndroom 1 wordt geassocieerd met: autosomaal dominante overerving, hypertensie, abdominale obesitas. Daarom werd syndroom 1 geselecteerd voor latere analyse.
  4. Klik op verzenden en ontvang vervolgens de set genen die verband houden met het Yang-deficiëntiesyndroom, het vochtslijmsyndroom, abdominale obesitas en formule.
  5. Klik op Yang Deficiency Syndrome en Dampness-Phlegm Syndrome, respectievelijk, kopieer de primaire en secundaire symptoomgerelateerde genen van de twee syndromen en sla ze op in de bestanden.
  6. Ga naar de online website van STRING, klik op het gedeelte met meerdere eiwitten aan de linkerkant en voer de genen in die zijn verkregen uit de twee syndromen in stap 2.2 in het zoekvak. Selecteer homo sapiens voor de organismen en klik vervolgens op zoeken-doorgaan om het netwerkdiagram Protein-Protein Interaction (PPI) te verkrijgen. Kies onder het gedeelte Instellingen de kern van de hoge betrouwbaarheidsscore (0.700) en exporteer ten slotte de TSV-bestanden afzonderlijk11,12.
  7. Start de Cytoscape-software, klik op Bestand > Importeer > netwerk uit bestand om het TSV-bestand te openen dat in de vorige stap in Cytoscape is verkregen. Pas vervolgens onder het tabblad Stijl van de software de kleur- en lay-outinstellingen voor het PPI-netwerk aan. Klik ten slotte op Bestand > Exporteren > Exporteren naar afbeelding om het definitieve PPI-netwerkdiagram te verkrijgen.

3. Functionele voorspelling

  1. Ga naar de sectie Functionele verrijking van gemeenschappelijke genen/Netwerk onder de sectie Geassocieerde Syndromen-Ziekten-formules op het SoFDA-platform.
  2. Selecteer biologisch proces, cellulaire component, moleculaire functie en reactoomroute onder Verrijkingstype.
  3. Klik op verzenden om de resultaten te verkrijgen.
  4. Klik op de knop ↓ in de rechterbenedenhoek van de afbeelding om de spreadsheetbestanden te downloaden die betrekking hebben op het biologische proces, de cellulaire component, de moleculaire functie en de reactoomroute.
  5. Nadat u de selectie hebt voltooid, klikt u op verzenden om de module Functionele verrijking van gemeenschappelijke genen/netwerkmodule te zien onder de module Associated Syndromes-Diseases-formulae, de gegevens van de grafiek van het biologische proces (BP), de cellulaire component (CC), de beschrijving van de moleculaire functie (MF) en de reactoomroute zijn allemaal gedownload.
  6. Open de online website van Wei Sheng Xin (https://www.bioinformatics.com.cn/), kies de balk met de kolom met kleurverloop en importeer vervolgens de BP-, CC-, MF-beschrijving en reactoomroutegegevens die zijn verkregen in deze website om het staafdiagram met kleurverloop te verkrijgen.

4. Formule-Doelwit-Pathway-Syndroom-Ziekte netwerkconstructie

  1. Na stap 2.1 klikt u na het voltooien van de selectie op Ga naar netwerk onder aan de eerste pagina en voert u de tweede pagina in.
  2. Kies Yang-deficiëntiesyndroom en Vocht-slijmsyndroom voor het syndroom. Kies Primair & Secundair Symptoom voor Symptoom en kies Abdominale Obesitas voor Ziekte. Kies FU LING GUI ZHI BAI ZHU GAN CAO TANG/formule 134 voor de formule. Kies vervolgens onder Toon de hele ziekte-, syndroom-, formule-, symptoom- en reactoomroute.
  3. Klik vervolgens op Verzenden en ontvang het netwerkdiagram van Formula-Target-Pathway-Syndrome-Disease.

5. Formule-Ingrediënt-Doelwit-Pathway-Syndroom-Ziekte netwerkconstructie

OPMERKING: Op het SoFDA-platform levert het zoeken naar de formule Poria (Fu Ling), Cinnamon Twig (Gui Zhi), Atractylodes Macrocephala (Bai Zhu) en Licorice (Gan Cao) Decoction niet de primaire actieve ingrediënten op. Daarom wordt aanbevolen om alleen de belangrijkste actieve ingrediënten van Poria, Cinnamon Twig, Atractylodes Macrocephala en Zoethout uit de TCMSP-database te halen. Volg de stappen 1.1.3-1.1.4 om de belangrijkste actieve ingrediënten van het afkooksel Poria (Fu Ling), Kaneeltakje (Gui Zhi), Atractylodes Macrocephala (Bai Zhu) en Zoethout (Gan Cao) te verkrijgen. Importeer ze vervolgens in het Formula-Target-Pathway-Syndrome-Disease-netwerk om het Formula-Ingredient-Target-Pathway-Syndrome-Disease-netwerkdiagram te genereren. Bijgevolg is er geen heterogeniteit tussen gen-ID's en routes in SoFDA en TCMSP.

  1. Download de netwerkgegevens van Formula-Target-Pathway-Syndrome-Disease van het SoFDA-platform gegenereerd door sectie 4 en plaats deze in een spreadsheet.
  2. Voeg daarna de actieve ingrediënten van het afkooksel van Lingguizhugan die in sectie 2 worden gescreend toe aan deze spreadsheet en hernoem de spreadsheet naar Netwerk. Maak nog een nieuw werkblad met de naam Type om de typen van elk knooppunt op te slaan dat in sectie 4 is geproduceerd.
  3. Open de Cytoscape-software (type 3.9.1), klik op Netwerk importeren uit bestand om het netwerkbestand te importeren en klik op Tabel importeren uit bestand om het typebestand te importeren. Klik vervolgens op de stijlknop om het Formula-Ingredient-Target-Pathway-Syndrome-Disease-netwerk 13 aan te passen en aan te passen.
  4. Klik op de knop Exporteren met afbeeldingsbestand om het Formula-Ingredient-Target-Pathway-Syndrome-disease-netwerk te krijgen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

We selecteerden 103 actieve ingrediënten van vier Chinese kruiden in het afkooksel Lingguizhugan op basis van de criteria van biologische beschikbaarheid ≥30% en farmacofoor ≥0,18%. De belangrijkste actieve ingrediënten waren quercetine, kaempferol, naringenine, β-sitosterol, isorhamnetine. Het komt overeen met de laboratoriumextractie- en screeningcomponenten van Jiang et al.14.

Voor het Vocht-Flegm Syndroom en het Yang Deficiëntie Syn...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

SoFDA is de eerste open-source ontologiedatabase voor TCM-syndromen, waarvan de gegevens en analyseresultaten volledig toegankelijk zijn voor het publiek. Dit open-source karakter biedt onderzoekers meer flexibiliteit. Het platform maakt gebruik van een op gelijkenis gebaseerd associatie-evaluatiesysteem, waarbij gebruik wordt gemaakt van Jaccard- of cosinus-gelijkenismetingen om de relaties tussen ziekte-syndroom en formule-syndroom associaties kwantitatief te beoordelen. Deze dynamisch...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Alle auteurs hebben geen belangenconflicten.

Dankbetuigingen

Deze studie werd ondersteund door subsidies van het Science and Technology Program van de provincie Sichuan (2024YFFK0158), de National Nature Science Foundation of China (82104716), het Guangdong Province Graduate Education Innovation Program Project (2022SFKC073) en het Guangdong Natural Science Fund Project (2023A1515220146).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Cytoscape(type 3.9.1)National Human Genome Reharsch Institute (NHGRI) https://cytoscape.org/
Gene Ontology (GO) kennisbasisGlobal Core Biodata Resourceshttps://www.geneontology.org/
KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and GenomesKanehisa Laboratorieshttps://www.genome.jp/kegg/
SoFDA platformChina Academy of Chinese Medical Sciencehttp://www.tcmip.cn/Syndrome/front/#/
STRING12.0 websiteGlobal Biodata Coalition?ELIXIRhttps://cn.string-db.org/
TCMSP platformZhejiang Jiuwei Health Co., LTDhttps://old.tcmsp-e.com/tcmsp.php
Wei Sheng Xin online websiteNEWCOREhttps://www.bioinformatics.com.cn/

Referenties

  1. Zhang, Y., et al. SoFDA: an integrated web platform from syndrome ontology to network-based evaluation of disease-syndrome-formula associations for precision medicine. Sci Bull. 67, 1097-1101 (2022).
  2. Liu, Y., et al. Ontology characterization, enrichment analysis, and similarity calculation-based evaluation of disease-syndrome-formula associations by applying SoFDA. iMeta. 2, e80(2023).
  3. Zhang, P., et al. Network pharmacology: towards the artificial intelligence-based precision traditional Chinese medicine. Brief Bioinform. 25 (1), bbad518(2023).
  4. Yue, W., et al. SDPR: Prescription recommendation with syndrome differentiation in traditional Chinese medicine. IEEE J Biomed Health Inform. 29 (5), 3736-3749 (2025).
  5. Zhang, C. H., et al. Mechanism and Basis of Traditional Chinese Medicine Against Obesity: Prevention and Treatment Strategies. Front. Pharmacol. 12, 615895(2021).
  6. Chen, Y. K., Liu, T. T., Teia, F. K. F., Xie, M. Z. Exploring the underlying mechanisms of obesity and diabetes and the potential of Traditional Chinese Medicine: an overview of the literature. Front Endocrinol. (Lausanne). 14, 1218880(2023).
  7. Luo, J., Shen, S., Xia, J., Wang, J., Gu, Z. Mitochondria as the Essence of Yang Qi in the Human Body. Phenomics. 2 (5), 336-348 (2022).
  8. Zhou, G., Feng, X., Tao, A. Explore the Lipid-Lowering and Weight-Reducing Mechanism of Lotus Leaf Based on Network Pharmacology and Molecular Docking. Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2021, 1464027(2021).
  9. Dai, L., et al. Lingguizhugan Decoction, a Chinese herbal formula, improves insulin resistance in overweight/obese subjects with nonalcoholic fatty liver disease: a translational approach. Front Med. 16 (5), 745-759 (2022).
  10. Nie, W., et al. Comparison of pharmacokinetic profiles of seven major bioactive components in normal and nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) rats after oral administration of Ling-Gui-Zhu-Gan decoction by UPLC-MS/MS. Front Pharmacol. 14, 1174742(2023).
  11. Chen, L. P., et al. decoction ameliorates nonalcoholic fatty liver disease via modulating the gut microbiota. Microbiol Spectr. 12 (6), e0197923(2024).
  12. Liu, K., Yang, X., Zhang, G., Xiang, Z. Therapeutic effect and mechanism prediction of Fuzi-Gancao herb couple on nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) based on network pharmacology and molecular docking. Comb Chem High Throughput Screen. 27 (5), 773-785 (2024).
  13. Nogales, C., et al. Network pharmacology: curing causal mechanisms instead of treating symptoms. Trends Pharmacol Sci. 43 (2), 136-150 (2022).
  14. Tan, O. J., Loo, H. L., Thiagarajah, G., Palanisamy, U. D., Sundralingam, U. Improving oral bioavailability of medicinal herbal compounds through lipid-based formulations - A scoping review. Phytomedicine. 90, 153651(2021).
  15. Szklarczyk, D., et al. The STRING database in 2023: protein-protein association networks and functional enrichment analyses for any sequenced genome of interest. Nucleic Acids Res. 51, D638-D646 (2023).
  16. Xu, J., et al. Pharmacological mechanisms underlying the neuroprotective effects of Alpinia oxyphylla Miq. on Alzheimer's disease. Int J Mol Sci. 21, 2071(2020).
  17. Doncheva, N. T., et al. Cytoscape stringApp 2.0: Analysis and visualization of heterogeneous biological networks. J Proteome Res. 22 (2), 637-646 (2023).
  18. Chen, X. Y., Huang, C. F. Network pharmacology analysis of "Ling Gui Zhu Gan Decoction" in the treatment of obesity-associated non-alcoholic fatty liver disease. Pak J Pharm Sci. 38 (3), 1011-1021 (2025).
  19. Udhaya Kumar, S., et al. Involvement of Essential Signaling Cascades and Analysis of Gene Networks in Diabesity. Genes. (Basel). 11 (11), 1256(2020).
  20. Martínez-Reyes, I., Chandel, N. S. Mitochondrial TCA cycle metabolites control physiology and disease. Nat Commun. 11, 102(2020).
  21. Zhao, L., et al. Network pharmacology, a promising approach to reveal the pharmacology mechanism of Chinese medicine formula. J Ethnopharmacol. 309, 116306(2023).
  22. Li, M., Wang, L., Wu, Q., Zhu, J., Zhang, M. Diagnosis knowledge constrained network based on first-order logic for syndrome differentiation. Artif Intell Med. 147, 102739(2024).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Netwerkfarmacologiemultidimensionale associatieLingguizhugan decoctumYang defici ntiesyndroomvocht slijmsyndroomvoorspelling van actieve ingredi ntentarget pathway netwerkgepersonaliseerde behandeling
Video binnenkort beschikbaar

Gerelateerde artikelen