Все материалы, включая базы данных, программное обеспечение и экспериментальные реагенты, использованные в этом исследовании, перечислены в Таблице материалов. Все экспериментальные процедуры были одобрены Комитетом по этике животных больницы озера Сучжоу Душу (номер разрешения: 2410008).
Скрининг активных компонентов и обнаружение целей DCQD
Активные компоненты составляющих трав ревеня, мирабилита, коры магнолии и незрелого горького апельсина в отваре Да-Чэн-Ци (DCQD) были проверены из базы данных традиционной китайской медицинской системы фармакологии (TCMSP) по следующим критериям: пероральная биодоступность (OB) ≥30% и лекарственная похожость (DL) ≥0,18. Затем были собраны соответствующие цели идентифицированных активных компонентов. Эти пороги широко применяются в исследованиях сетевой фармакологии для фильтрации соединений с благоприятными фармакокинетическими свойствами и более высоким потенциалом быть лекарственноподобнымимолекулами 34,35. Для повышения надёжности отбора соединений и снижения смещения при скрининге в одной базе данных была проведена перекрёстная валидация с использованием базы данных BATMAN-TCM. BATMAN-TCM — это интегративная база данных, которая хранит известные и предсказанные взаимодействия между ингредиентами ТКМ и целевых белками, помогая исследовать фармакологические механизмы ТКМ и открывать лекарства. Обновлённая версия 2.0 предлагает значительно расширенный набор данных TTI и расширенные функции, что делает его ценным ресурсом для понимания молекулярных механизмов TCM и разработки новых методов лечения сложных заболеваний. Были исключены соединения без прогнозируемых целей или с баллами BATMAN-TCM ниже 20. Кроме того, соединения с относительно низкими значениями OB, но с предсказанными мишенями в BATMAN-TCM и хорошо задокументированной фармакологической активностью (например, антрахиноны и флавоноиды) были сохранены в ходе изучения литературы. Для дальнейшего снижения потенциально ложноположительных компонентов вручную исключались эндогенные гормоны и нейротрансмиттероподобные вещества (например, прогестерон и серотонин). Окончательный набор соединений использовался для дальнейшего прогнозирования целей и построения сети. Подробный рабочий процесс иллюстрирован на дополнительном рисунке 1. Окончательный список активных компонентов приведён в Дополнительной таблице 1.
Идентификаторы SMILES (линейный метод обозначения, использующий ASCII-строки для описания химической структуры молекул. Используя конкретные символы и правила, он кодирует атомы, химические связи и молекулярную топологию в непрерывную цепочку символов без пробелов, что позволяет кратко, однозначное и читаемое для компьютера хранение и передачу молекулярной информации каждого активного компонента из базы данных PubChem, а потенциальные цели предсказывались с помощью швейцарского прогноза цели, параметр организма был установлен в «Homo sapiens» и применялся пороговой балл вероятности >0. Целевые наборы, полученные из обеих баз данных, были объединены, а дублирующие записи удалены для генерации окончательного кандидата для DCQD.
Важно отметить, что Mirabilitum (Mangxiao, Na₂SO₄·10H₂O), минеральный препарат из DCQD, не включён в базы данных TCMSP или аналогичных соединений-мишень. Следовательно, из-за ограничения базы данных сеть компонент-мишень, построенная в данном исследовании, не охватывает потенциальные вклады Mirabilitum. Таким образом, сеть основана на фитохимических компонентах других трёх растительных компонентов: Rheum palmatum, магнолии officinalis и Citrus aurantium.
Анализ обогащения целей DCQD
Цели DCQD были импортированы в базу данных метаскейпа для анализа обогащения, при этом вид был ограничен «Homo sapiens». Были проведены анализы обогащения по онтологии генов (GO) и Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG), при этом первый включал биологические процессы (BP), клеточные компоненты (CC) и молекулярные функции (MF). Были выбраны топ-6 результатов по обогащению GO и топ-20 по результатам обогащения KEGG. Графики баров KEGG и GO были созданы с помощью онлайн-инструмента от биоинформатики. Данные импортировались через пакет DOSE в R для построения столбчатого графика онтологии заболевания (DO).
Строительство сети «Фитомедицина — компонент — цель»
Соответствующие компоненты DCQD и соответствующие им цели были импортированы в Cytoscape 3.10.3 для построения сетевой диаграммы, иллюстрирующей взаимосвязь «растительная медицина-компонент-мишень». Плагин CytoNCA, который использовался для расчёта значений степеней, а топ-5 активных компонентов отбирались на основе рейтинга.
Извлечение целей ARDS из публичных баз данных
Используя ключевое слово «острый респираторный дистресс-синдром», связанные с ОРДС мишени были извлечены из баз данных OMIM и GeneCards. В Gene Cards выбирались цели с показателем релевантности >5. После слияния и удаления дубликат из обеих баз данных был получен кандидат-целевой набор для ARDS.
Анализ биоинформатики
Набор данных, связанный с сепсисом и ОРДС, GSE32707 (платформа GPL570, n = 45), включающий данные РНК-секвенции из периферических мононуклеарных клеток крови 30 пациентов с ОРДС, вызванных сепсисом, и 15 здоровых контрольных групп, был загружен из базы данных NCBI GEO. Данные импортировались с помощью пакета GEOquery в R, а нормализация выполнялась с помощью пакета limma для минимизации изменчивости между выборками. Дифференцированно экспрессированные гены (DEG) были идентифицированы с помощью порогов |log2FC| > 1 и p < 0,05. Визуализация проводилась с помощью диаграмм вулканов и тепловых карт. Для анализа путей были проведены анализы обогащения GO и KEGG, результаты которых представлены в виде пузырьковых и барных диаграмм.
Прогнозирование потенциальных целей для DCQD в лечении ОРДС
Диаграмма Венна была создана с помощью онлайн-инструмента биоинформатики для сравнения DEGs, связанных с ОРДС мишень из публичных баз данных и мишеней для лекарств DCQD, тем самым идентифицируя потенциальные терапевтические цели ДККД для ОРДС.
Построение сети взаимодействия белков и белков (PPI) и скрининг основных мишеней
Перекрывающиеся цели импортировались в базу данных STRING с видом, установленным как «Homo sapiens» и пороговым показателем взаимодействия 0,4. Сетевые данные PPI экспортировались в формате TSV и визуализировались с помощью Cytoscape 3.10.3. Плагин CytoHubba применялся для отбора топ-10 целей на основе MCC, MNC, степени, EPC, промежуточности, близости, радиальности и стрессовых показателей. Пересечение этих целей дало 5 основных целей.
Создание сети «Фитомедицина — компонент — таргет»
На основе перекрывающихся целей были определены соответствующие компоненты DCQD. Соответствующие компоненты вместе с их мишенями и связями заболеваний были внесены в Cytoscape 3.10.3 для построения сетевой диаграммы, иллюстрирующей взаимоотношения «фитомедицина-компонент-таргет-болезнь».
Анализ обогащения основных целей и построение сети «растительная медицина-компонент-таргет-путь болезни»
Для изучения возможных биологических функций и ключевых сигнальных путей DCQD в лечении ОРДС основные мишени подвергались анализу обогащения GO и KEGG в Metascape (вид: «Homo sapiens»). Были выбраны топ-10 результатов GO и топ-13 по результатам обогащения KEGG. Визуализация проводилась с помощью биоинформатических инструментов для создания пузырьковых графиков KEGG, GO bar-графиков и пузырьковых графиков Sankey. Кроме того, на основе результатов функционального обогащения в Cytoscape 3.10.3 была построена сетевая диаграмма для иллюстрации взаимосвязи «компонент травяной медицины-таргет-болезнь-путь».
Молекулярная стыковка и визуализация
Вторичные молекулярные структуры соединений были извлечены из базы данных PubChem, а 3D-структуры основных мишень — из базы данных PDB (http://www.rcsb.org/). Молекулы воды и аминокислотные остатки были удалены с помощью PyMOL. Целевые белки и соединения импортировались в AutoDock для молекулярного стыковкивания с целью расчёта энергии связывания. Визуализация проводилась с помощью PyMOL. Тепловая карта энергии связывания была создана с использованием пакета pheatmap в R, с основными целями по оси x, соединениями по оси y и цветовым градиентом, отражающим энергии связывания. Двумерные диаграммы взаимодействия результатов стыковки были созданы с помощью Discovery Studio Visualizer 4.5. Молекулярное стыкование проводилось для оценки возможности связывания между соединениями и мишеньями, а не для прогнозирования реальной ингибирующей эффективности.
Построение модели мыши ARDS
Это исследование было одобрено медицинским этическим комитетом больницы озера Сучжоу Душу (2410008). Были получены здоровые самцы мышей C57BL/6J (n = 30; 20 ± 5 g). Мыши были разделены на контрольную группу (n = 10), группу LPS (n = 10, LPS 10 мг/кг) и группу DCQD (n = 10, получая DCQD 0,9 г/кг перорально в сочетании с LPS 10 мг/кг). Мыши в группе LPS получили внутрибрюшинную инъекцию LPS. Мышям в группе с DCQD вводили DCQD 0,9 г/кг пероральной гаважной кислотой сразу после инъекции ЛПС внутрибрюшно. Измерения проводились непосредственно до и после удаления лёгких у всех мышей. Впоследствии ткани лёгких хранили при -80 °C.
Вестерн-блот анализ (WB)
Белки были выделены из лизатов лёгких мышиных тканей, а их концентрации измерялись с помощью набора для количественной оценки белков BCA. Впоследствии белки денатурировали при кипячении при 95 °C в течение 10 минут. Денатурированные белки были разделены на 10% гель SDS-PAGE, приготовленный с помощью комплекта для приготовления геля, затем перенесён на мембрану PVDF. Чтобы предотвратить неспецифическое связывание, мембраны PVDF блокировались при комнатной температуре на 5 минут с помощью безбелкового быстрого блокирующего буфера. После промывания с помощью PBST мембраны инкубировали ночью при 4 °C с первичными антителами против MMP9, HSP90, MYC и ARG1. После ещё одной промывки с PBST мембраны инкубировали 2 часа при комнатной температуре с помощью козьего противокроличьего препарата IgG(H+L). Наконец, был применён сверхчувствительный набор для обнаружения хемилюминесценции, а химилюминесцентные белковые полоски обнаружены с помощью системы хемилюминесценции BIO-RAD. Анализ в оттенках серого проводился с помощью ImageJ. Антитела, использованные в этом эксперименте, перечислены в дополнительной таблице 2.
Ферментно-связанный иммуносорбентный анализ (ELISA)
Сначала бронхоальвеолярная жидкость для промывания (BALF) была собрана путём трижды промывания 2 мл физиологического раствора. Полученные жидкости для промывания собирались в бассейн и центрифугировали при 10 000 г в течение 10 минут для удаления клеток. Затем супернатант аспирировался и хранился замороженным в жидком азоте. Впоследствии концентрации мишенных цитокинов были определены согласно инструкциям производителя с использованием наборов для ИФА мыши IL-6, набора для ИФА для мыши IL-18 и набора TNF-альфа для ИФА для мыши. Затем реакционная пластина помещалась в считыватель микропластин, и значение оптической плотности (OD) каждой ямы измерялось на длине волны 450 нм, при этом пустая управляющая яма использовалась для нулевой настройки. Наконец, была построена стандартная кривая на основе концентраций и соответствующих значений OD стандартов. Концентрация целевого фактора в каждом образце рассчитывалась согласно стандартному уравнению кривой.
Статистический анализ
Данные анализировались с помощью GraphPad Prism 10.1.2. Значимость различий между группами оценивалась статистически с помощью одностороннего анализа дисперсии или теста Стьюдента. Если значение P меньше 0,05, разница считается значимой; если значение P меньше 0,01, оно считается очень значимым.