Niniejsze badanie integruje mapowanie celów w oparciu o sieci, dane ekspresyjne z GEO oraz dokowanie w celu uszeregowania kandydatów powiązanych z kombinacją Zhenwu-Wuling w przewlekłej niewydolności serca.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł badawczy
116 wyświetleń
⸱
11 września 2026
Niniejsze badanie integruje mapowanie celów w oparciu o sieci, dane ekspresyjne z GEO oraz dokowanie w celu uszeregowania kandydatów powiązanych z kombinacją Zhenwu-Wuling w przewlekłej niewydolności serca.
Wywar Zhenwu w połączeniu z proszkiem Wuling jest stosowany w przewlekłej niewydolności serca (CHF), jednak jego podłoże molekularne nie jest w pełni zdefiniowane. Zintegrowaliśmy mapowanie celów w oparciu o sieci, dane transkrypcyjne z Gene Expression Omnibus (GEO) oraz dokowanie molekularne, aby wytypować priorytetowe cele i szlaki sygnałowe. Rekordy związków dla ośmiu ziół pobrano z baz danych farmakologicznych i chemicznych, a następnie poddano przesiewowi związków i celów. Geny związane z CHF zgromadzono z sześciu zasobów dotyczących chorób, a ich pokrycie z celami związanymi z recepturą zbadano za pomocą sieci PPI oraz analiz wzbogacenia funkcjonalnego. Zbiór GSE5406 dostarczył danych o ekspresji w mięśniu sercowym dla próbek niewydolnych i niewydolnych. W wyniku analizy wyłoniono 89 przesianych związków, 314 nieredundantnych celów związków oraz 2 515 celów związanych z CHF, z czego 143 geny były wspólne. AKT1, IL6, TNF, SRC oraz ESR1 zajęły najwyższe miejsca w sieci celów choroby. Analiza ekspresji wykazała 1 348 genów różnicowo wyrażonych (DEG), a jako kandydatów na transkrypcyjne węzły sieci wybrano HSP90AA1 i STAT1. Wzbogacone terminy koncentrowały się wokół hipoksji, krążenia, sygnalizacji związanej z TNF oraz szlaków PI3K-Akt i MAPK. Dokowanie pozwoliło uzyskać ujemne przewidywane wartości dla reprezentatywnych par składnik-cel; najniższą wartość odnotowano dla STAT1 i alisol C (-9,2 kcal/mol). Wyniki te pozwalają na sformułowanie sprawdzalnej hipotezy obliczeniowej i wskazują priorytetowych kandydatów do walidacji eksperymentalnej.
CHF obejmuje heterogenny zespół wynikający ze strukturalnych lub funkcjonalnych nieprawidłowości mięśnia sercowego. Zmiany te mogą upośledzać napełnianie komór lub wyrzut skurczowy i często towarzyszy im zastój w krążeniu płucnym lub systemowym. Typowe objawy obejmują duszność, zmęczenie oraz retencję płynów1. Retrospektywna analiza danych Global Burden of Disease z Chin z lat 1990–2023 wykazała, że krajowa zapadalność na nowo zdiagnozowaną CHF wzrosła o 208,4% w ciągu trzech dekad2.
W tradycyjnej medycynie chińskiej (TCM) niewydolność serca (CHF) odpowiada obrzękom serca, zespołowi duszności oraz obrzękom uogólnionym. Jej patogenezę opisuje się powszechnie jako niedobór w korzeniu i nadmiar w gałęzi. Niedobór yin, yang oraz qi stanowi podstawę patologiczną, podczas gdy wewnętrzna akumulacja płynów i zastój krwi reprezentują manifestujący się nadmiar. W związku z tym leczenie w ramach TCM kładzie nacisk na rozgrzewanie yang, usuwanie zalegających płynów, promowanie krążenia oraz rozwiązywanie zastojów.
Połączone stosowanie wywaru Zhenwu (Zhenwu Decoction) i proszku Wuling (Wuling Powder) stanowi klasyczną strategię ziołową w klinicznym leczeniu niewydolności serca (CHF). Wywar Zhenwu rozgrzewa yang i wspomaga diurezę, podczas gdy proszek Wuling wspiera yang qi i reguluje metabolizm płynów. Wspólnie obie receptury mogą wzmacniać yang i eliminować wewnętrzną wilgoć. Dowody kliniczne sugerują, że kombinacja ta może łagodzić objawy, poprawiać wskaźniki funkcji serca i spowalniać postęp niewydolności serca3. W pierwszej kolejności zmapowano składniki receptur i potencjalne cele terapeutyczne w CHF za pomocą farmakologii sieciowej, a następnie wykorzystano dokowanie molekularne do uszeregowania wybranych par składnik-cel. Profile ekspresji pochodzące z bazy GEO posłużyły następnie do osadzenia kandydatów z sieci w kontekście chorób mięśnia sercowego oraz do zbadania szlaków sygnałowych downstream. Badanie to dostarcza obliczeniowych ram generujących hipotezy w celu priorytetyzacji kandydatów do późniejszej walidacji eksperymentalnej; nie potwierdza ono skuteczności klinicznej ani zwalidowanego mechanizmu działania.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
This study analyzed public database resources and did not involve new human participants, human specimens, or animal experiments. All databases, web-based resources, software, analysis packages, visualization tools, molecular docking tools, and other computational resources used in this study, together with their details, are listed in the Table of Materials.
Formula composition and botanical provenance
The eight distinct crude drugs were aligned to current botanical and pharmacopoeial naming as follows: Aconiti Lateralis Radix Praeparata, the processed lateral root of Aconitum carmichaelii Debeaux; Poria, the sclerotium of Wolfiporia cocos (F.A.Wolf) Ryvarden & Gilb.; Atractylodis Macrocephalae Rhizoma, the rhizome of Atractylodes macrocephala Koidz.; Paeoniae Radix Alba, the root of Paeonia lactiflora Pall.; Zingiberis Rhizoma Recens, the fresh rhizome of Zingiber officinale Roscoe; Alismatis Rhizoma, the rhizome of Alisma orientale (Sam.) Juzep.; Polyporus, the sclerotium of Polyporus umbellatus (Pers.) Fr.; and Cinnamomi Ramulus, the young twig of Cinnamomum cassia (L.) J.Presl. The prescription comprised 9 g Aconiti Lateralis Radix Praeparata, 12 g Poria, 9 g Paeoniae Radix Alba, 12 g Atractylodis Macrocephalae Rhizoma (stir-fried Atractylodes), 9 g Zingiberis Rhizoma Recens, 9 g Polyporus, 15 g Alismatis Rhizoma, and 6 g Cinnamomi Ramulus; the corresponding ratio was 3:4:3:4:3:3:5:2. Aconiti Lateralis Radix Praeparata was treated as processed material. This was an entirely in silico study: no decoction batch was prepared, purchased, chemically assayed, or administered. Manufacturer, lot number, batch-specific processing records, and voucher specimens are therefore not applicable; the gram amounts define the formula composition and relative ratio, not experimental exposure. Poria and Atractylodis Macrocephalae Rhizoma are shared by the two formulae. Botanical names and medicinal-part terminology were checked against the 2025 Pharmacopoeia of the People’s Republic of China4.
Screening and target prediction of active ingredients in Zhenwu Decoction and Wuling Powder
TCMSP was queried separately for compounds recorded for Zhenwu Decoction and Wuling Powder, including Aconiti Lateralis Radix Praeparata, Poria, Atractylodis Macrocephalae Rhizoma, Paeoniae Radix Alba, Zingiberis Rhizoma Recens, Alismatis Rhizoma, Polyporus, and Cinnamomi Ramulus. Initial filtering required oral bioavailability (OB) of at least 30% and drug-likeness (DL) of at least 0.18. When a simplified molecular-input line-entry system (SMILES) record was unavailable, the corresponding structure was retrieved from a public chemical database. SMILES records were evaluated for physicochemical and drug-likeness properties. A compound passed the secondary filter when its molecular weight was ≤500, lipophilicity ≤5, hydrogen-bond donors ≤5, hydrogen-bond acceptors ≤10, at least three of the Lipinski, Ghose, Veber, Egan, and Muegge rule sets were positive, and predicted gastrointestinal absorption was high5. Eligible structures were subjected to target prediction, and only predictions with probability >0.02 were included in the target list. TCMSP and target-prediction records were combined at the herb-compound-target level, duplicate identifiers were collapsed, and gene names were standardized to official gene symbols.
Deduplication produced 646 candidate associations; 71 rows without a mapped official gene symbol were excluded, leaving 575 standardized associations. The independent herb-level integration yielded 314 nonredundant target genes. The compound and target screening criteria are supported by the TCMSP and SwissTargetPrediction source papers6,7.
Screening of disease targets for CHF
CHF-related gene entries were downloaded from GeneCards, OMIM, TTD, DisGeNET, DrugBank, and PharmGKB. The disease search used four phrases: heart failure, congestive heart failure, diastolic heart failure, and systolic heart failure. For GeneCards, entries with relevance scores below 0.20 were excluded. The six database-derived target sets were integrated after duplicate identifiers were removed, while preserving the source database for each record. All screened gene names were standardized to official gene symbols. The overlap between the formula and CHF target lists was visualized using a Venn diagram. The shared identifiers were treated as candidate formula-related targets for CHF.
TCMSP was searched on 7 February 2026; SwissTargetPrediction, GeneCards, OMIM, and DisGeNET on 10 February 2026; and PharmGKB, TTD, and DrugBank on 12 February 2026. Disease queries were entered as heart failure, congestive heart failure, heart failure, diastolic, and heart failure, systolic; the search was restricted to Homo sapiens where supported. Retrieved entries were standardized to official gene symbols before deduplication.
Construction of the protein-protein interaction (PPI) network and screening of core targets
The shared target identifiers were queried in STRING for PPI analysis. The query used Homo sapiens interactions and a confidence cutoff above 0.9. Isolated nodes were omitted, and the resulting STRING interaction data were used for network visualization and topological analysis. Candidate hubs were ranked by network topology. Betweenness, closeness, degree, and eigenvector centralities were calculated as network descriptors. Degree was the primary ranking variable, and the five highest-degree targets were retained as candidate hubs.
Official gene symbols were used for gene-level analyses, including AKT1, IL6, TNF, SRC, ESR1, BCL2, CASP3, PPARG, PTGS2, and MMP9; protein names are written in full only when needed for clarity. The initial PPI network contained 143 nodes and 584 interaction records before visualization-specific filtering; after network processing, the graph contained 143 nodes and 292 edges.
Construction of the drug-disease-component-target network
Once names were standardized, the network data were assembled and used to construct the drug-disease-component-target graph.
GO and KEGG enrichment analyses
The candidate CHF target list was submitted to Metascape for functional annotation and pathway enrichment analysis. The analysis was run for Homo sapiens. The raw p-value cutoff was set at 0.01, a minimum overlap of 3, and a minimum enrichment score of 1.5. GO bar charts and KEGG bubble plots were generated for visualization. The 143-gene input set was used for Gene Ontology biological-process (GO-BP), molecular-function (GO-MF), and KEGG enrichment analyses. The analysis thresholds were raw p < 0.01, minimum overlap 3, and minimum enrichment 1.58. The GO-CC analysis was based on a 60-gene hit list against a 30,230-gene library. Because this input differed from the 143-gene input used for the BP, MF, and KEGG analyses, the GO-CC results were reported separately and were not quantitatively pooled with the other categories.
Screening of heart failure-related targets based on the GEO database
The GSE5406 dataset9 was used for differential-expression analysis. The series included 210 myocardial samples: 108 with ischemic cardiomyopathy, 86 with idiopathic dilated cardiomyopathy, and 16 nonfailing donor controls. The GEO record identifies the platform as GPL96, the Affymetrix Human Genome U133A Array. The series matrix was already robust multi-array average (RMA)-normalized. Probes without matched SYMBOL annotations were removed after matching to the platform annotation, and rowSums(expression > 0.5) ≥ 3 was applied before limma fitting. Group levels were defined as Control, DCM, and ICM, with a no-intercept design matrix (~0 + group) and the contrasts (DCM+ICM)/2-Control, DCM-Control, and ICM-Control. Differential expression was defined as adjusted p value < 0.05 and |log2(Fold Change)| > 0.3. Because all samples were processed within one GEO series and no separate batch variable was available, no batch-correction term was introduced. Differential-expression results were visualized using heatmaps and volcano plots. DEGs were subjected to PPI analysis followed by network-based hub ranking. Docking and pose visualization were conducted for the selected targets and prescription compounds.
The GEO record identifies the platform as GPL96, the Affymetrix Human Genome U133A Array. Group levels were defined as Control, DCM, and ICM, with a no-intercept design matrix (~0 + group) and the contrasts (DCM+ICM)/2-Control, DCM-Control, and ICM-Control. The series matrix was already robust multi-array average (RMA)-normalized; probes with missing SYMBOL annotations were removed after matching to the platform annotation, and the code applies rowSums(expression > 0.5) ≥ 3 before limma fitting. Because all samples were processed within one GEO series and no separate batch variable was available, no batch-correction term was introduced.
Molecular docking verification
A three-dimensional PDB structure for each receptor was obtained from the RCSB Protein Data Bank. Protein structures were prepared by removing crystallographic waters and non-receptor ligands. Structure-data file (SDF) structures for the five highest-degree compounds were obtained from a public chemical database.
The receptor structures used for docking were AKT1/1H10 (chain A, 1.40 Å, 4IP), IL6/1ALU (chain A, 1.90 Å, TLA), TNF/1A8M (chain A, 2.30 Å, no co-crystallized ligand), SRC/1A09 (chain A, 2.00 Å, no ligand), ESR1/1A52 (chain A, 2.80 Å, EST), STAT1/1BF5 (chain A, 2.90 Å, no ligand), and HSP90AA1/3OWB (chain A, 2.05 Å, BSM). The center, box dimensions, and random seed were specified for each tested pair. The search boxes were defined to encompass the receptor for exploratory global docking.
Receptor and ligand files were prepared with the docking-preparation tools. Waters were deleted and polar hydrogens were added to receptor structures. SDF ligands were converted to PDB, then dehydrated and hydrogenated before PDBQT export. The prepared receptor-ligand files were assigned to the docking models. PDBQT files were loaded into AutoDock Vina. Vina runs were executed and scores were recorded. Scores below -5 kcal/mol were treated as comparatively more favorable and scores below -7 kcal/mol as more strongly predicted interactions10; these are not experimental thresholds. The three complexes with the best predicted scores were selected for visualization.
No search-depth or output-mode override was specified; therefore, the documented command-line defaults were used: exhaustiveness 8 and at most 9 modes. Pair-specific random seeds were used, and mode 1 (the best-scoring returned pose) was selected for representative visualization. The HSP90AA1 output-file assignment was confirmed because each mode-1 score matched the corresponding HSP90AA1 value in the docking-score matrix. Molecular dynamics simulations were not performed, so the scores are exploratory computational predictions only.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aktywne składniki i cele wywaru Zhenwu w połączeniu z proszkiem Wuling
Uzyskano rejestry składników i celów dla każdego z ziół. Odpowiadające im liczby celów dla poszczególnych ziół wynosiły: Aconiti Lateralis Radix Praeparata – 178; Poria – 21; Atractylodis Macrocephalae Rhizoma – 18; Paeoniae Radix Alba – 86; Zingiberis Rhizoma Recens – 127; Alismatis Rhizoma – 96; Polyporus – 4 oraz Cinnamomi Ramulus – 45. Po standaryzacji symboli i usunięciu duplikatów, zintegrowany zestaw powiązany z formułą z...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
CHF wymaga długoterminowego prowadzenia klinicznego i często wiąże się ze złożonymi schematami leczenia farmakologicznego. Badania przeprowadzone przez Wang JX i Zhang S11 oraz inne analizy wskazują, że długotrwała połączona konwencjonalna farmakoterapia może prowadzić do obniżenia przestrzegania zaleceń terapeutycznych. Słaba przyleżność do leczenia może zwiększać ryzyko ponownej hospitalizacji oraz negatywnych skutków emocjonalnych. Dostępne leki koncentrują się głównie na kontroli objawów i spo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie zgłaszają żadnych konfliktów interesów związanych z niniejszym badaniem.
Nie dotyczy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| AutoDock Vina | CCSB-Scripps | v1.2.6 | Użyto wersji wiersza poleceń; aktualna oficjalna wersja v1.2.7; zastosowano domyślne konfiguracje CLI: exhaustiveness 8 oraz num_modes 9. https://github.com/ccsb-scripps/AutoDock-Vina/releases |
| AutoDockTools | The Scripps Research Institute | v1.5.7 | Przygotowanie receptora/liganda; wersja użyta w analizie. https://autodock.scripps.edu/ |
| Bioconductor | Bioconductor Project | 3.16 compatibility release | Środowisko zgodne z R 4.2; aktualna wersja 3.23. https://bioconductor.org/about/release-announcements/ |
| Cytoscape Desktop | Cytoscape Consortium | v3.7.1 | Wersja użyta do wizualizacji i analizy sieci; aktualna wersja v3.10.4. https://cytoscape.org/download.html |
| DisGeNET | MedBioinformatics Solutions | v25.4 | Pobieranie genów związanych z CHF; wyszukano 2026-02-10. https://disgenet.com/ |
| DrugBank | OMx Personal Health Analytics | v6.0 | Pobieranie genów związanych z CHF; wyszukano 2026-02-12. https://go.drugbank.com/ |
| GeneCards | Weizmann Institute of Science | Baza danych online | Pobieranie genów związanych z CHF; wyszukano 2026-02-10. https://www.genecards.org/ |
| GEO / GSE5406 | NCBI | GSE5406; GPL96 | Znormalizowana metodą RMA seria mikroarray lewej komory serca człowieka. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE5406 |
| hgu133a.db | Bioconductor | Środowisko Bioconductor 3.16 | Adnotacja sond Affymetrix Human Genome U133A; dokładna wersja poprawki nie została zapisana. https://bioconductor.org/packages/hgu133a.db/ |
| limma | Bioconductor | Środowisko Bioconductor 3.16 | Analiza różnicowej ekspresji; dokładna wersja poprawki nie została zapisana. https://bioconductor.org/packages/limma/ |
| MacBook | Apple | procesor M4 | Lokalna stacja robocza obliczeniowa; specyfikacja pamięci nie została zapisana. https://www.apple.com/mac/ |
| Metascape | Metascape | v3.5 | Wzbogacenie GO/KEGG; dokładny znacznik czasu dostępu nie został zapisany. https://metascape.org/ |
| Microsoft Excel | Microsoft | Aplikacja desktopowa | Kuratela i eksport danych; wersja aplikacji nie została zapisana. https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel |
| OMIM | Johns Hopkins University | Baza danych online | Pobieranie genów związanych z CHF; wyszukano 2026-02-10. https://www.omim.org/ |
| Open Babel | Open Babel Project | Wersja nie została zapisana | Konwersja struktur w procesie dokowania. https://openbabel.org/ |
| PharmGKB | PharmGKB | Baza danych online | Pobieranie genów związanych z CHF; wyszukano 2026-02-12. https://www.pharmgkb.org/ |
| PubChem | NCBI | Baza danych online | Uzupełnianie struktur i zapisów SMILES. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ |
| PyMOL | Schrödinger | Wersja nie została zapisana | Preprocessing białek i wizualizacja poz eksperymentalnych. https://www.pymol.org/ |
| R | R Foundation | 4.2.0+ | Rodzina wersji odnotowana dla analizy; aktualna wersja 4.6. https://www.r-project.org/ |
| RCSB Protein Data Bank | RCSB PDB | Archiwum online | Krystaliczne struktury białek. https://www.rcsb.org/ |
| RStudio | Posit | 2026.04.0+526 | IDE do analiz odnotowane w notatce o wersji. https://posit.co/download/rstudio-desktop/ |
| STRING | STRING Consortium | Usługa internetowa | Homo sapiens; confidence >0.9; metadane wersji/sesji nie zostały zapisane. https://string-db.org/ |
| SwissADME | SIB Swiss Institute of Bioinformatics | Usługa internetowa | Przesiew ADME i reguły Lipinskiego; wersja lokalna nie dotyczy. https://www.swissadme.ch/ |
| SwissTargetPrediction | SIB Swiss Institute of Bioinformatics | Główna aktualizacja 2019 | Homo sapiens; prawdopodobieństwo >0.02; wyszukano 2026-02-10. https://www.swisstargetprediction.ch/ |
| TCMSP | Northwest A&F University | v2.3 | Pobieranie związków; wyszukano 2026-02-07. https://tcmsp-e.com/ |
| TTD | Therapeutic Target Database | Wersja 2026 | Pobieranie genów związanych z CHF; wyszukano 2026-02-12. https://ttd.idrblab.cn/ |
| UniProtKB | UniProt Consortium | Wersja 2026_01 | Standaryzacja symboli genów Homo sapiens po recenzji. https://www.uniprot.org/ |
| Venny | CNB-CSIC | v2.1.0 | Wizualizacja części wspólnej zestawów celów. https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/ |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.