Combinacions de fàrmacs sinèrgics de pantalla a base de silico a partir de medicaments a base d'herbes: un cas amb Cistanche Tubulosa-Ⅰ

La neuroinflamació neurogènica es defineix as accions orquestades de cèl·lules immunitàries innates i adaptatives, cèl·lules vasculars i neurones provocades per estats patològics i una activitat neuronal millorada al sistema nerviós central (SNC). És probable que tingui un paper en l'inici de les reaccions inflamatòries del SNC per condicions com el dolor, l'estrès psicològic i l'epilèpsia o es converteixi en un factor patogènic en malalties neurodegeneratives. Els agents actuals pertractament de la neuroinflamaciópertanyen majoritàriament a la monoteràpia, incloent dopamina, somatostatina, neuropèptid, adenosina, etc. Tanmateix, per exemple, l'ús a llarg termini dels fàrmacs comuns però antics inhibidors de la COX, els fàrmacs antiinflamatoris no esteroides (AINE), pot causar efectes secundaris adversos, lesions gastrointestinals o riscos cardiovasculars, i els resultats dels assaigs clínics segueixen sent insatisfactoris, especialment, per la qual cosa hi ha una necessitat insatisfeta de nous tractaments de la neuroinflamació.

TUBULOSA NATURAL DE CISTANCHE PER AL TRACTAMENT DE LA MALALTIA D'ALZHEIMER PHGS75% ECH 30% ACT 12%

La nova teràpia combinatòria de fàrmacs pot ser una estratègia creixent per satisfer les necessitats del desenvolupament de nous fàrmacs, així com per superar els obstacles en el tractament de malalties complexes. La teràpia combinada o multicomponent podria complir els requisits anteriors, en què s'utilitzen dos o més fàrmacs conjuntament, amb els avantatges enumerats: major eficàcia, resistència creuada mínima, dosis baixes i menys efectes secundaris i menys toxicitat en comparació amb els agents monofarmacèutics6. . S'ha utilitzat en el tractament de malalties complexes durant gairebé 30 anys. La teràpia combinada de fàrmacs intrigant també s'aplica a la investigació sobre malalties neurològiques, per exemple, una combinació de glimepirida i ibuprofè podria eficaçment.reduir la inflamació en la malaltia d'Alzheimer (AD), o la ketamina/atropina podria reduir l'expressió de proteïnes proinflamatòries en ratolins epilèptics. Per tant, les combinacions sinèrgiques de fàrmacs poden aportar nova inspiració per traçar tractaments efectius per a la neuroinflamació. Per tant, com podem trencar la nou dura per aconseguir les drogues combinatòries òptimes?

Avui en dia, els enfocaments existents per detectar combinacions de fàrmacs són els següents, enquestes sistemàtiques de parells de fàrmacs in vitro, com el mètode de cribratge d'alt rendiment11 i el 'Multiplex Screening for Interacting Compounds' (MuSIC) o avaluacions de les combinacions de fàrmacs per parelles amb grans experiments a escala. No obstant això, el consum excessiu de mà d'obra, recursos naturals i temps de proves empíriques àrdues poden ser un problema inevitable en l'avaluació de combinacions efectives de fàrmacs. En resposta a la conquesta de les mancances, també sorgeixen enfocaments basats en l'anàlisi de xarxes, especialment les dades de biologia de sistemes químics de xarxes d'interacció genètica i dades moleculars i farmacològiques per al descobriment de fàrmacs combinatoris. A més, un nombre creixent d'investigadors va proposar nous enfocaments de xarxa per predir combinacions òptimes i, mentrestant, van oferir la validació experimental corresponent, de manera que integrar la predicció de la xarxa amb la validació experimental pot ser una nova tendència en el camp de la predicció combinacional.

Les herbes medicinals inclouen un nombre considerable de fórmules (Fang-Ji en mandarí) i ingredients químics, que formen una base de dades de productes naturals perquè pugui permetre's pistes innovadores i dades de biologia fonamentals per al desenvolupament de combinacions de fàrmacs, segons el professor Li.i el professor Liu va introduir mètodes d'anàlisi holístic basats en la biologia integrada per desxifrar els mecanismes moleculars de les herbes medicinals: la píndola Liu-Wei-Di-Huang o la injecció reductora. En el nostre treball anterior, vam trobar que no només dues herbes representatives Lonicera japonica i Fructus Forsythiae mostren efectes sinèrgics sobre la grip o la inflamació, sinó que també els compostos de rutina i amentoflavona presenten efectes sinèrgics en la prevenció de la depressió.

En el nostre treball actual, desenvolupem un enfocament de farmacologia de sistemes per descobrir les combinacions sinèrgiques de fàrmacs entre compostos de laherba Cistanche tubulosa(SCHENK) R. WIGHT, es proposen els passos següents: en primer lloc, escollim compostos bioactius mitjançant predicció de semblança de fàrmacs, que s'utilitzen com a esquers per pescar els objectius relacionats. I després, inspirats en un paradigma basat en un "objectiu de xarxa" per prioritzar les combinacions d'agents sinèrgics d'una manera d'alt rendiment, adquirim combinacions de fàrmacs efectives entre els compostos potencials basades en un algorisme intern que s'anomena Probability Ensemble Approach (PEA)26. amb una alta eficiència de formació, una àmplia aplicabilitat i dos índexs quantitatius per descriure la propietat d'una combinació de fàrmacs. Finalment, utilitzem les dianes obtingudes i els compostos de parells candidats per construir una xarxa/via i després proporcionem anàlisis per codificar el mecanisme de Cistanche tubulosa sobre la neuroinflamació de manera holística. Com a exemple, és la primera vegada que s'eliminen combinacions de fàrmacs efectives de productes naturals basades en la farmacologia del sistema mitjançant la integració de mètodes computacionals i validació experimental per aprovar la fiabilitat de la predicció. Creiem que això pot ajudar a personalitzar el tractament de la neuroinflamació, millorar la nostra comprensió del desenvolupament neuroprotector efectiu i ajudar a la investigació preclínica futura.

CISTANCHE TUBULOSA PER A REGULAR LA NEUROINFLAMMACIÓ EN LA MALALTIA DE PARKINSON PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Resultats

Objectius de Cistanche tubulosa

Per obtenir els objectius relacionats amb la neuroinflamació, primer aconseguim els ingredients de Cistanche tubulosa (SCHENK) R. WIGHT cercant a la base de dades TCMSP (http://lsp.nwu.edu.cn/), que resulta en 10 3 compostos (taula complementària S1, vegeu materials i mètodes). A continuació, analitzem la seva semblança de fàrmacs aplicant el model de predicció DL construït en el nostre treball anterior (vegeu Materials i mètodes). D'aquesta manera, aconseguim 63 compostos bioactius potencials (taula suplementària S2) amb un índex DL superior o igual a 0,18. Posteriorment, utilitzant els algorismes SysDT i WES, identifiquem 117 objectius d'aquests compostos bioactius potencials. Finalment, es recuperen 43 objectius potencials (taula suplementària S3) estretament relacionats amb la neuroinflamació després d'eliminar el soroll i els errors, mitjançant el mapeig dels 117 objectius dels compostos a la base de dades CTD.

Anàlisi d'enriquiment GOBP per a objectius

Per comprovar si les proteïnes dirigides pels possibles compostos bioactius estan estretament relacionades amb la neuroinflamació, realitzem una anàlisi d'enriquiment de GOBP mapeant objectius a DAVID. La figura 1 mostra un arbre GO que representa els resultats de termes de GOBP significativament enriquits (valor P inferior o igual a 0.05), on els objectius es classifiquen en 20 grups diferents, com ara la regulació positiva del múscul llis vascular. proliferació cel·lular i regulació positiva de la migració de leucòcits. Entre aquests grups, la transmissió sinàptica química, la resposta inflamatòria, la senyalització cèl·lula-cèl·lula, etc., estan estretament associats amb la neuroinflamació. Per exemple, les alteracions sinàptiques que es produeixen durant les malalties neuroinflamatòries estan en gran part mediades per citocines inflamatòries alliberades de les cèl·lules T infiltrades i de la microglia activada, i són responsables, almenys en part, de la patologia dendrítica irreversible. En conjunt, aquestes observacions suggereixen que les dianes previstes probablement poden contribuir al tractament de la neuroinflamació.

Construcció i anàlisi de xarxes d'objectiu compost

En general, les teràpies combinades factibles i efectives són combinacions de compostos bioactius amb propietats farmacocinètiques ideals, que poden equilibrar la xarxa de malalties mitjançant la regulació d'objectius específics. Per tant, construïm a més una xarxa estàtica compost-objectiu per comprovar les seves relacions topològiques. Tal com es mostra a la figura 2, la xarxa bipartida compost-objectiu (CT) presenta 482 interaccions entre 63 compostos i 43 objectius d'una manera visualment atractiva. Analitzem el grau dels nodes a la xarxa compost-objectiu que dóna com a resultat un grau mitjà per compost d'11,209 i 7,651 per objectiu, respectivament. Observem que entre els 63 compostos, 38 d'ells ajusten més de 7 objectius (més gran que el grau mitjà), manifestant els possibles efectes sinèrgics entre ells.

Per exemple, la siringina (mol30) interacciona amb el major nombre d'objectius, que poden tenir un paper central a la xarxa. Curiosament, un estudi demostra que el constituent fenòlic siringina aïllat d'Euonymus alatus (Tunb.) Sieb. (Celastraceae) té un efecte antineuroinflamatori en inhibir la producció de NO27. El 2′-acetilacteòsid (mol42) controla 10 dianes diferents (grau =10). Entre aquests objectius, HSPB1 (també conegut com HSP27), com a exemple, és una chaperona molecular que mostra propietats neuroprotectores en molts models de malalties i lesions. Per al verbascòsid (mol33), les propietats neuroprotectores d'aquest compost bioactiu impliquen la modulació de factors de transcripció i

en conseqüència, va alterar l'expressió gènica, donant lloc a la regulació a la baixa de la inflamació. Val la pena assenyalar que, tot i que la propietat de la topologia de la xarxa no té cap esbiaixamentequinacòsid(mol41, grau=7), és un potencial nou compost actiu per via oral per regular la neuroinflamació i els senyals relacionats en la malaltia de Parkinson i pot proporcionar una nova perspectiva per al tractament clínic. En conjunt, aquests resultats indiquen que els compostos actius potencials seleccionats estan relacionats amb la neuroinflamació i es poden considerar com el conjunt de dades per predir combinacions de fàrmacs.

Construcció i anàlisi de xarxes Compound-Target-Pathway

Mitjançant l'ús de l'algorisme PEA, obtenim 10 combinacions de fàrmacs diferents (taula 1.), que impliquen 12 compostos. Totes aquestes combinacions de fàrmacs tenen una alta probabilitat de sinergia, la qual cosa representa la possibilitat d'induir sinergies entre dos compostos.

Per tant, fins a cert punt, aquests compostos es consideren les substàncies farmacològiques fonamentals deCistanche tubulosa. A partir de la informació de destinació d'aquests compostos i de les vies derivades de DAVID, construïm la xarxa de via compost-objectiu (CTP) per il·luminar de manera preliminar els mecanismes moleculars d'aquests compostos. La xarxa de camins compost-objectiu resultant consta de 47 nodes i 99 vores. Com s'il·lustra a la figura 3, aquests compostos poden actuar no només sobre les proteïnes de l'aigua amunt sinó també sobre les vies aigües avall associades a la neuroinflamació, especialment els indicadors directes dels marcadors d'inflamació.

En particular, la gran majoria de compostos es dirigeixen a proteïnes aigües amunt com HSPB1, HTR2A, NTSR1 i altres, cosa que indica la macroregulació d'aquests compostos per al tractament de la neuroinflamació. Per exemple, el compost echinacòsid (mol41) s'adreça a la via VEGF a través de la proteïna HSPB1 (figura suplementària 1). Afortunadament, els estudis mostren que HSPB1 té propietats citoprotectores significatives en diversos models de malaltia neurològica in vivo o in vitro i pot tenir un paper en l'efecte antiinflamatori mitjançant la regulació de la via de senyalització del factor nuclear-κB (NF-κB). A més, un estudi també demostra que R-Ras podria regular les activitats angiogèniques de les cèl·lules endotelials en part mitjançant la inhibició de l'eix de la proteïna cinasa activada per mitogen p38 (p38 MAPK)-HSPB1 de la via de senyalització VEGF.

Podem aconseguir que aquest compost tubulósid A (mol56) s'orienti a la via de senyalització del calci a través de la proteïna NTSR1 a la xarxa. Se sap que els ions calci (Ca2+) són un segon missatger universal a les cèl·lules del sistema immunitari. La reducció de l'activitat sinàptica o l'augment de la senyalització del receptor extrasinàptic de l'àcid N-metil-D-aspártic (NMDA) pot conduir a la dishomeòstasi del calci nuclear, augmentant així l'aparició de neurodegeneració i disfunció cognitiva. A més, la proteïna objectiu NTSR1 és membre de la gran superfamília de receptors acoblats a proteïnes G, i la senyalització es genera mitjançant proteïnes G d'unió que poden activar un segon sistema missatger de fosfatidilinositol-calci i les MAP quinases aigües avall.

Un altre exemple és que el compost 2′-acetilacteòsid (mol42) s'adreça a la via de senyalització de GnRH a través de la proteïna PRKCD. PRKCD, una de les isoformes PKC, és un mediador important de l'activació de proteïnes cinases regulades extracel·lulars1/2 MAPK (ERK1/2 MAPK), proteïnes cinases N-terminals c-Jun MAPK (JNK MAPK) i p38 MAPK mitjançant l'alliberament de gonadotropina. hormona (GnRH)40. I, com a processos clau a la xarxa de senyalització estimulada per GnRH, les cascades MAPK aigües avall i els metabòlits de l'àcid araquidònic (AA) podrien produir una proteïna inflamatòria, COX-2. Pel que fa al kankanòsid O (mol18) i la siringina (mol30), interaccionen directament amb les proteïnes aigües avall PTGS2, NOS2 i altres indicadors inflamatoris, la qual cosa és un efecte intuïtiu de l'eficàcia dels compostos. Un estudi mostra que la siringina podria suprimir la producció de factor de necrosi tumoral (TNF-) en cèl·lules RAW264.7 estimulades per lipopolisacàrids (LPS)42. Els altres estudis demostren que la siringina també podria reduir la concentració de NO i l'activitat de NOS43 o la producció de prostaglandina E244. L'isoacteòsid (mol43) dirigit a MMP9, és un jugador important del sistema nerviós central i seria un enzim mediador putatiu per a trastorns neuropsiquiàtrics com l'esquizofrènia i la malaltia bipolar. La degradació de NF-κB i la fosforilació de p38, ERK1/2, JNK MAPK o Akt (Protein Kinase B) de les vies de senyalització aigües amunt podrien modular l'expressió del gen MMP9 i la inhibició de MMP9 que pot reduir l'expressió de l'òxid nítric sintasa inducible. (iNOS) a les cèl·lules activades.

TUBULOSA NATURAL DE CISTANCHE PER REDUCIRNEUROINFLAMMACIÓPHGS75% ECH 30% ACT 12%

Anàlisi de la via

Es construeix una "via de neuroinflamació" incorporada integrant les vies clau obtingudes mitjançant l'anàlisi de la xarxa de la via composta-objectiu, inclosa la via de la malaltia d'Alzheimer, la via de senyalització del calci, la via de senyalització de GnRH, la via de senyalització del VEGF i la sinapsi serotoninèrgica. De les 43 dianes, 19 es poden assignar a la "via de la neuroinflamació". Com es mostra a la figura 4, la Cistanche tubulosa representa els objectius dels compostos actius que es distribueixen a la "via de la neuroinflamació". La "via de la neuroinflamació" es classifica en 13 mòduls terapèutics diferents, com ara la mort cel·lular, l'apoptosi, la inflamació i la neuroprotecció. En aquest estudi, prenem com a exemples els mòduls de mort cel·lular, inflamació i neuroprotecció per aclarir el mecanisme deCistanche tubulosa per a la neuroinflamació.

Mòdul de mort cel·lular

Els objectius localitzats a la via de la malaltia d'Alzheimer estan implicats principalment en el procés de mort cel·lular, cosa que suggereix que la mort cel·lular està estretament relacionada amb la neuroinflamació. Els estudis demostren que la neuroinflamació mediada per la microglia contribueix a la mort de les cèl·lules neuronals, que no es limita a una malaltia específica sinó que està implicada en diverses malalties com la isquèmia, la malaltia de Parkinson i la malaltia d'Alzheimer. Com es mostra a la figura 4,

els objectius APP, GRIN2B i MAPT estan regulats pels compostos actius de Cistanche tubulosa, cosa que indica que poden inhibir la mort cel·lular i, per tant, oferir un tractament per a la neuroinflamació. Curiosament, el domini intracel·lular APP perjudica la neurogènesi adulta en ratolins transgènics induint neuroinflamació. La incapacitat de MAPT per regular adequadament la dinàmica dels microtúbuls neuronals i, per tant, mediar la mort de les cèl·lules neuronals. Tot això indica que Cistanche tubulosa pot tractar la neuroinflamació mitjançant la inhibició de la mort cel·lular.

Mòdul d'inflamació

El terme neuroinflamació són les reaccions inflamatòries del SNC en resposta a l'activitat neuronal1. En aquest estudi, detectem que la via de senyalització de GnRH i la via de senyalització del VEGF estan implicades en el mòdul inflamatori (Fig. 4). Per exemple, MMP2 a la via de senyalització de GnRH pertany a la família de les MMP, que s'expressa en situacions fisiològiques i condicions patològiques que impliquen inflamació. I les MMP regulen diverses funcions relacionades amb la inflamació, inclosa la biodisponibilitat i l'activitat de les citocines i quimiocines inflamatòries. A més, la via de senyalització del VEGF pot conduir a la generació de NOS2, a més, participa en la resposta inflamatòria aguda a LPS per múltiples mecanismes: implicació en la senyalització de citocines proinflamatòries i alteració de l'expressió de diversos gens que afecten les respostes inflamatòries-immunes a LPS. En conjunt, tots aquests indiquen que Cistanche tubulosa pot curar la neuroinflamació mitjançant la regulació del sistema inflamatori.

TUBULOSA NATURAL DE CISTANCHE PER A LA MALALTIA ANTIALZHEIMER PHGS75% ECH 30% ACT 12%