В данном исследовании интегрированы сетевое картирование мишеней, данные об экспрессии из GEO и докинг для ранжирования кандидатов, связанных с комбинацией Zhenwu-Wuling при хронической сердечной недостаточности.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Исследовательская статья
116 просмотров
⸱
11 сентября 2026 г.
В данном исследовании интегрированы сетевое картирование мишеней, данные об экспрессии из GEO и докинг для ранжирования кандидатов, связанных с комбинацией Zhenwu-Wuling при хронической сердечной недостаточности.
Отвар Жен-ву (Zhenwu Decoction) в сочетании с порошком У-лин (Wuling Powder) применяется при хронической сердечной недостаточности (ХСН), однако его молекулярные основы определены не полностью. Мы интегрировали сетевой картинг мишеней, транскриптомные данные Gene Expression Omnibus (GEO) и молекулярный докинг для приоритизации потенциальных мишеней и путей. Данные о соединениях восьми трав были получены из фармакологических и химических баз данных, после чего был проведен скрининг соединений и мишеней. Гены, ассоциированные с ХСН, были собраны из шести ресурсов по заболеваниям, и их пересечение с мишенями, связанными с формулой, было изучено с помощью анализа сети белок-белковых взаимодействий (PPI) и функционального обогащения. Набор GSE5406 предоставил данные об экспрессии в миокарде для образцов с сердечной недостаточностью и без нее. В результате рабочего процесса было выявлено 89 отобранных соединений, 314 недублирующих мишеней соединений и 2 515 мишеней, связанных с ХСН, при этом было обнаружено 143 общих гена. AKT1, IL6, TNF, SRC и ESR1 заняли самые высокие позиции в сети «заболевание-мишень». Анализ экспрессии выявил 1 348 дифференциально экспрессируемых генов (DEG), в результате чего HSP90AA1 и STAT1 были выбраны в качестве потенциальных транскриптомных хабов. Обогащенные термины сгруппировались вокруг гипоксии, кровообращения, TNF-зависимой сигнализации, а также путей PI3K-Akt и MAPK. Докинг показал отрицательные прогнозируемые значения для репрезентативных пар «компонент-мишень»; наиболее низкое значение было зафиксировано для STAT1 и ализола С (-9.2 kcal/mol). Эти результаты позволяют сформулировать проверяемую вычислительную гипотезу и определить приоритетных кандидатов для экспериментальной валидации.
ХСН представляет собой гетерогенный синдром, возникающий вследствие структурных или функциональных нарушений миокарда. Такие изменения могут нарушать наполнение желудочков или систолическое изгнание и часто сопровождаются легочным или системным застоем. Типичные симптомы включают одышку, повышенную утомляемость и задержку жидкости1. Ретроспективный анализ данных о глобальном бремени болезней в Китае с 1990 по 2023 год показал, что национальная распространенность вновь диагностированной ХСН за три десятилетия увеличилась на 208,4%2.
В традиционной китайской медицине (ТКМ) ХСН соответствует сердечному отеку, синдрому одышки и генерализованному отеку. Ее патогенез обычно описывается как дефицит в корне и избыток в ветви. Дефицит инь, ян и ци составляет лежащую в основе патологическую базу, в то время как внутреннее скопление жидкости и стаз крови представляют собой явный избыток. Соответственно, лечение методами ТКМ делает акцент на согревании ян, выведении застоявшейся жидкости, стимулировании кровообращения и устранении стаза.
Комбинированное применение отвара Чжэньву (Zhenwu Decoction) и порошка Улин (Wuling Powder) представляет собой классическую растительную стратегию для клинического лечения сердечной недостаточности (СН). Отвар Чжэньву согревает ян и способствует диурезу, тогда как порошок Улин поддерживает ян-ци и регулирует метаболизм жидкости. Вместе эти две формулы могут укреплять ян и устранять внутреннюю сырость. Клинические данные свидетельствуют о том, что данная комбинация способна облегчать симптомы, улучшать показатели сердечной функции и замедлять прогрессирование СН3. Сначала мы с помощью сетевой фармакологии сопоставили компоненты формул и потенциальные мишени при СН, затем использовали докинг для ранжирования выбранных пар «компонент-мишень». Далее профили экспрессии, полученные из GEO, были использованы для размещения кандидатов сети в контексте миокардиальных заболеваний и изучения нижележащих путей. Данное исследование предлагает расчетную основу для генерации гипотез с целью определения приоритетных кандидатов для последующей экспериментальной проверки; оно не устанавливает клиническую эффективность или подтвержденный механизм.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
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.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Активные ингредиенты и мишени отвара Чжэнь-у (Zhenwu Decoction) в сочетании с порошком У-лин (Wuling Powder)
Для каждой лекарственной травы были получены записи о соответствующих ингредиентах и мишенях. Количество мишеней для каждой травы составило: Aconiti Lateralis Radix Praeparata — 178; Poria — 21; Atractylodis Macrocephalae Rhizoma — 18; Paeoniae Radix Alba — 86; Zingiberis Rhizoma Recens — 127; Alismatis Rhizoma — 96; Polyporus — 4 и Cinnamomi Ramulus — 45. После стандартизации символов и уда...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
ХСН требует длительного клинического ведения и часто предполагает сложные схемы медикаментозного лечения. Исследования Ван JX и Чжан S11, а также другие работы указывают на то, что длительная комбинированная стандартная фармакотерапия может привести к снижению приверженности лечению. Низкая приверженность может повысить риск повторной госпитализации и привести к неблагоприятным эмоциональным последствиям. Доступные препараты в основном направлены на контроль симптомов и замедление ремоделирования ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении данного исследования.
Не применимо.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| AutoDock Vina | CCSB-Scripps | v1.2.6 | Использована версия для командной строки; текущий официальный релиз v1.2.7; использованы настройки CLI по умолчанию: exhaustiveness 8 и num_modes 9. https://github.com/ccsb-scripps/AutoDock-Vina/releases |
| AutoDockTools | The Scripps Research Institute | v1.5.7 | Подготовка рецептора/лиганда; версия, использованная в анализе. https://autodock.scripps.edu/ |
| Bioconductor | Bioconductor Project | 3.16 compatibility release | Среда, совместимая с R 4.2; текущий релиз 3.23. https://bioconductor.org/about/release-announcements/ |
| Cytoscape Desktop | Cytoscape Consortium | v3.7.1 | Версия для визуализации/анализа сетей; текущий релиз v3.10.4. https://cytoscape.org/download.html |
| DisGeNET | MedBioinformatics Solutions | v25.4 | Поиск генов, связанных с ХСН; поиск выполнен 2026-02-10. https://disgenet.com/ |
| DrugBank | OMx Personal Health Analytics | v6.0 | Поиск генов, связанных с ХСН; поиск выполнен 2026-02-12. https://go.drugbank.com/ |
| GeneCards | Weizmann Institute of Science | Веб-база данных | Поиск генов, связанных с ХСН; поиск выполнен 2026-02-10. https://www.genecards.org/ |
| GEO / GSE5406 | NCBI | GSE5406; GPL96 | Серия микрочипов левого желудочка сердца человека с RMA-нормализацией. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE5406 |
| hgu133a.db | Bioconductor | Среда Bioconductor 3.16 | Аннотация зондов Affymetrix Human Genome U133A; точная версия патча не сохранена. https://bioconductor.org/packages/hgu133a.db/ |
| limma | Bioconductor | Среда Bioconductor 3.16 | Анализ дифференциальной экспрессии; точная версия патча не сохранена. https://bioconductor.org/packages/limma/ |
| MacBook | Apple | Процессор M4 | Локальная вычислительная станция; спецификация памяти не сохранена. https://www.apple.com/mac/ |
| Metascape | Metascape | v3.5 | Обогащение GO/KEGG; точная метка времени доступа не сохранена. https://metascape.org/ |
| Microsoft Excel | Microsoft | Настольное приложение | Курирование/экспорт данных; сборка приложения не сохранена. https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel |
| OMIM | Johns Hopkins University | Веб-база данных | Поиск генов, связанных с ХСН; поиск выполнен 2026-02-10. https://www.omim.org/ |
| Open Babel | Open Babel Project | Версия не сохранена | Конвертация структур в рабочем процессе докинга. https://openbabel.org/ |
| PharmGKB | PharmGKB | Веб-база данных | Поиск генов, связанных с ХСН; поиск выполнен 2026-02-12. https://www.pharmgkb.org/ |
| PubChem | NCBI | Веб-база данных | SMILES и уточнение структур. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ |
| PyMOL | Schrödinger | Версия не сохранена | Предварительная обработка белков и визуализация поз. https://www.pymol.org/ |
| R | R Foundation | 4.2.0+ | Семейство версий, зафиксированное для анализа; текущий релиз 4.6. https://www.r-project.org/ |
| RCSB Protein Data Bank | RCSB PDB | Веб-архив | Кристаллические структуры белков. https://www.rcsb.org/ |
| RStudio | Posit | 2026.04.0+526 | IDE для анализа, зафиксированная в примечании к ревизии. https://posit.co/download/rstudio-desktop/ |
| STRING | STRING Consortium | Веб-сервис | Homo sapiens; достоверность >0.9; метаданные релиза/сессии не сохранены. https://string-db.org/ |
| SwissADME | SIB Swiss Institute of Bioinformatics | Веб-сервис | Скрининг ADME и правил Липински; локальная версия не применима. https://www.swissadme.ch/ |
| SwissTargetPrediction | SIB Swiss Institute of Bioinformatics | Основное обновление 2019 г. | Homo sapiens; вероятность >0.02; поиск выполнен 2026-02-10. https://www.swisstargetprediction.ch/ |
| TCMSP | Northwest A&F University | v2.3 | Поиск соединений; поиск выполнен 2026-02-07. https://tcmsp-e.com/ |
| TTD | Therapeutic Target Database | Релиз 2026 г. | Поиск генов, связанных с ХСН; поиск выполнен 2026-02-12. https://ttd.idrblab.cn/ |
| UniProtKB | UniProt Consortium | Релиз 2026_01 | Стандартизация символов генов Homo sapiens (проверенные записи). https://www.uniprot.org/ |
| Venny | CNB-CSIC | v2.1.0 | Визуализация пересечения наборов мишеней. https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/ |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.