RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Данное исследование раскрывает механизм применения Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в лечении аденокарциномы легкого на основе сетевой фармакологии и экспериментальной верификации. Исследование также демонстрирует, что сигнальный путь PI3K/AKT играет жизненно важную роль в действии Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого.
Мы стремились изучить механизм Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в лечении аденокарциномы легкого (LUAD) на основе сетевой фармакологии и экспериментальной проверки. Эффективные компоненты и потенциальные мишени Trichosanthis и Fritillaria thunbergii были собраны с помощью высокопроизводительных экспериментальных и эталонных (HERB) баз данных традиционной китайской медицины и базы данных ансамблевого подхода подобия (SEA), а мишени, связанные с LUAD, были запрошены базами данных GeneCards и Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM). Сеть «лекарственный компонент-болезнь-мишень» была построена с помощью программного обеспечения Cytoscape. Для получения основных мишеней и ключевых путей были проведены анализ белково-белкового взаимодействия (PPI), функции онтологии генов (GO) и Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG). Для последующей экспериментальной проверки использовали водный экстракт клеток Trichosanthes-Fritillaria thunbergii и A549. С помощью базы данных HERB и поиска литературы было отобрано 31 эффективное соединение и 157 потенциальных генов-мишеней Trichosanthes-Fritillaria thunbergii, из которых 144 были регуляторными мишенями Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого. Анализ функционального обогащения GO показал, что механизм действия Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против аденокарциномы легкого в основном заключается в фосфорилировании белка. Анализ обогащения пути KEGG показал, что лечение аденокарциномы легкого Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в основном включает сигнальный путь PI3K / AKT. Экспериментальная проверка показала, что водный экстракт Trichosanthes-Fritillaria thunbergii может ингибировать пролиферацию клеток A549 и фосфорилирование AKT. С помощью сетевой фармакологии и экспериментальной проверки было подтверждено, что сигнальный путь PI3K / AKT играет жизненно важную роль в действии Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого.
Рак легких относится к злокачественным опухолям, происходящим из слизистой оболочки бронхов легких, включая плоскоклеточный рак, аденокарциному, крупноклеточный рак и мелкоклеточный рак1. Аденокарцинома легкого (LUAD) является наиболее распространенным типом рака легких, на который приходится около 40% от общего числа случаев рака легких2. Большинство пациентов диагностируются на поздней стадии или имеют отдаленные метастазы и, таким образом, теряют возможность хирургического вмешательства3. В современном клиническом лечении одновременная химиолучевая терапия является наиболее распространенной стратегией лечения ЛУАД, но ее применение ограничено из-за серьезных побочных реакций4.
Традиционная китайская медицина (ТКМ) может эффективно облегчить клинические симптомы пациентов с LUAD и уменьшить побочные реакции, вызванные лучевой терапией и химиотерапией, и, таким образом, стала горячей точкой исследований 5,6,7. В традиционной китайской медицине рак легких относится к категории «скопление легких» и «легочный камень». Дефицит Ци и взаимодействие мокроты, застоя и яда имеют важное значение в патогенезе рака легких. Таким образом, тонизирование Ци и устранение мокроты и застоя крови являются основными методами клинического лечениярака легких 8 согласно теории ТКМ9. Trichosanthes kirilowii Maxim (Gualou) и Fritillaria thunbergii Miq (Zhebeimu) представляют собой распространенную пару лекарств при лечении рака легких, и эта комбинация обладает эффектами очищения тепла и уменьшения мокроты10,11,12. Однако механизм его действия до сих пор неясен, и необходимо провести дальнейшие исследования.
Сетевая фармакология — это комплексный метод, основанный на теории системной биологии и разнонаправленной фармакологии, целью которого является выявление сложных сетевых взаимосвязей между несколькими лекарствами и заболеваниями13. Традиционные китайские рецепты обладают характеристиками многокомпонентности и многонаправленности, что означает, что они очень подходят для изучения сетевой фармакологии14,15. В последнее время сетевая фармакология стала мощным подходом к изучению формул ТКМ и стала горячей точкой исследований16,17.
Однако, насколько нам известно, все исследования по сетевой фармакологии представлены в виде текста. Представление этой технологии с помощью видео значительно снизит порог обучения и облегчит продвижение этой технологии, что является одним из преимуществ этой статьи. В этом исследовании мы взяли Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против аденокарциномы легкого в качестве примера для прогнозирования сетевой фармакологии и экспериментальной проверки.
Все процедуры сетевой фармакологии проводились в соответствии с Руководством по методам оценки сетевой фармакологии18. Все экспериментальные процедуры были выполнены в соответствии с правилами управления лабораторией Пекинского университета китайской медицины.
1. Сетевое фармакологическое предсказание
2. Экспериментальная проверка
3. Молекулярный докинг
4. Статистический анализ
В общей сложности был идентифицирован 31 активный компонент, связанный с Trichosanthes-Fritillaria thunbergii, в том числе 21 компонент Trichosanthes и 10 компонентов Fritillaria thunbergia, а также 144 соответствующие мишени. В целом, 9 049 и 67 генов, связанных с LUAD, были извлечены из базы данных GeneCards и базы данных OMIM соответственно. После удаления дублированных генов было идентифицировано 9 057 генов, связанных с LUAD. Для получения потенциальных терапевтических мишеней было проведено пересечение генов, связанных с LUAD, и мишеней, связанных с активным компонентом Trichosanthes-Fritillaria thunbergii. На рисунке 1А показана сеть взаимодействия лекарственного компонента-заболевания-мишени Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против LUAD. В сети взаимодействия в первую десятку активных компонентов входили кемпферол, гидроксигенкванин, генистеин, диосметин и β-ситостерин, пальмитолеиновая кислота, манденол, гексадекановая кислота, карпроевая кислота и каприновая кислота, которые были идентифицированы как ключевые активные компоненты действия Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении LUAD (рис. 1B). Сеть ИПП включала 122 функциональных белка и 210 взаимосвязей, а результаты визуализации показаны на рисунке 2А. В первую десятку основных белков по степени (параметр, используемый для анализа визуализации в программном обеспечении Cytoscape) в порядке убывания вошли ESR1, VEGFA, PPARA, CYP3A4, AR, APP, FGF2, CREB1 и CYP1A1, которые в основном участвуют в неоваскуляризации, пролиферации клеток, апоптозе и транспорте клеточных мембран 30,31,32,33,34,35,36,37,38,39 (рис. 2В). Из 20 лучших путей, ранжированных KEGG, сигнальный путь PI3K/AKT 40, сигнальный путьRap1 41, сигнальный путь фосфолипазы D42 и сигнальный путь MAPK143 тесно связаны с раком легких, среди которых путь PI3K/AKT занял первое место и, таким образом, был использован для последующей верификации (рис. 3).
Эксперименты показали, что экстракты Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в концентрациях более 400 мкг/мл могут ингибировать пролиферацию клеток, а ингибирующий эффект на клетки A549 в концентрациях до 800 мкг/мл был близок к полуингибирующей концентрации (IC50) (рис. 4). Таким образом, 400 мкг/мл, 600 мкг/мл и 800 мкг/мл использовались в качестве низкой, средней и высокой доз для последующих экспериментов. Вмешательство экстрактов Trichosanthes-Fritillaria thunbergii не вызывало существенных изменений экспрессии белка AKT в каждой группе; однако экспрессия p-AKT (Ser473) была ингибирована и проявляла дозозависимый эффект (рис. 5). Ключевые компоненты Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении LUAD были молекулярно состыкованы с ключевыми белками пути PI3K/AKT, и результаты показали, что энергии связывания диосметина и кемпферола с AKT1 были менее -7, что указывает на сильную связывающую активность44 (рис. 6).

Рисунок 1: Диаграмма сети «лекарственный компонент-болезнь-мишень». (A) Синий цвет обозначает болезнь; желтый цвет обозначает наркотик; Красным цветом обозначен компонент; Зеленым цветом обозначена цель. Сокращения: GL = Trichosanthes; ZBM = Fritillaria thunbergia; LUAD = аденокарцинома легкого. (B) Десять основных активных ингредиентов в сети, упорядоченных по степеням в порядке убывания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Сеть ИПП Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении LUAD. (А) Результаты визуализации сети ИЦП. Чем темнее узел, тем более центральным является белок в сети. (B) Десять основных целей в сети в разбивке по степеням. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Обогащение путем KEGG мишеней Trichosanthes-Fritillaria thunbergii против LUAD. (A) 20 лучших путей KEGG ранжированы в соответствии с P-значениями в порядке возрастания. (B) Карта сигнального пути PI3K/AKT. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Влияние различных концентраций экстракта Trichosanthes-Fritillaria thunbergii на пролиферацию клеток A549 (n = 3). Экстракты Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в концентрациях более 400 мкг/мл могут ингибировать пролиферацию клеток. Ингибирующее действие на клетки А549 в концентрациях до 800 мкг/мл было близко к полуингибирующей концентрации (IC50). Аббревиатура: GL-ZBM = Trichosanthes-Fritillaria thunbergii. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Влияние различных концентраций экстракта Trichosanthes-Fritillaria thunbergii на экспрессию белка AKT и уровни фосфорилирования (n = 3). Не было существенных изменений в экспрессии белка AKT в каждой группе, в то время как экспрессия белка p-AKT (Ser473) в группах со средней и высокой дозами была значительно снижена, и разница была статистически значимой по сравнению с контрольной группой (*P < 0,05 по сравнению с контрольной группой). Аббревиатура: GL-ZBM = Trichosanthes-Fritillaria thunbergii. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Молекулярная стыковка родственных компонентов с основными белками. (A) Тепловая карта энергии связывания ключевых компонентов Trichosanthes-Fritillaria thunbergii для лечения LUAD, молекулярно состыкованных с ключевыми белками пути PI3K/AKT. (B) Молекулярная диаграмма стыковки белков диосметина и AKT1. (C) Молекулярная диаграмма стыковки белков кемпферола и AKT1. Розовые линии представляют водородные связи, серые структуры представляют лекарственные композиции, а цветная структура представляет AKT1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
У авторов нет конфликтов интересов, о которых можно было бы заявить.
Данное исследование раскрывает механизм применения Trichosanthes-Fritillaria thunbergii в лечении аденокарциномы легкого на основе сетевой фармакологии и экспериментальной верификации. Исследование также демонстрирует, что сигнальный путь PI3K/AKT играет жизненно важную роль в действии Trichosanthes-Fritillaria thunbergii при лечении аденокарциномы легкого.
Это исследование было поддержано Программой обучения инновациям Пекинского университета китайской медицины (No: 202110026036).
| 0,25% трипсин-ЭДТА | Gibco | R001100 | |
| A549 клеточная линия | Procell | CL-0016 | |
| AKT антитело | CST | 4691S | |
| BCA Protein Anasay Kit | Solarbio | PC0020 | |
| Система детектирования хемилюминесценции | Шанхайский завод научных приборов Qinxiang | ChemiScope 6100 | |
| Модифицированная орлиная среда Дульбекко (DMEM) | Solarbio | 11995 | |
| Набор для усиленной хемилюминесценции (ECL) | ABclonal | RM00021 | |
| Фетальная бычья сыворотка | ScienCell | 0025 | |
| HRP Goat Anti-rabbit IgG (H+L) | ABclonal | AS014 | |
| MTS набор для анализа | Promega | G3580 | |
| p-AKT антитела | CST | 6040S | |
| Пенициллин стрептомицин | Gibco | C14-15070-063 | |
| Фенилметансульфонилфторид (PMSF) | Solarbio | P0100 | |
| Ингибитор фосфатазы | Beyotime | P1081 | |
| Фосфатный буферный раствор (PBS) | Solarbio | P1020 | |
| Мембраны поливинилидендифторида (PVDF) | Миллипор | ISEQ00010 | |
| раствор лизиса RIPA | Solarbio | R0010 | |
| Ротационный испаритель | Шанхайский завод биохимических приборов Yarong | RE52CS-1 | |
| Вакуумный механизм сублимационной сушки | Ningbo Scientz Biotechnology | SCIENTZ-10 | |
| β-Actin антитело | ABclonal | AC026 |