In Silico 기반 한약의 시너지 약물 조합: Cistanche Tubulosa-Ⅰ을 사용한 사례
Apr 09, 2024
신경성 신경염증은 다음과 같이 정의됩니다.중추신경계(CNS)의 병리학적 상태와 강화된 신경 활동에 의해 촉발된 선천적 및 적응성 면역 세포, 혈관 세포 및 뉴런의 조율된 활동입니다. 이는 통증, 심리적 스트레스, 간질과 같은 상태에 의한 CNS 염증 반응의 프라이밍 역할을 하거나 신경퇴행성 질환의 병원성 요인이 될 가능성이 높습니다. 현재 에이전트는신경염증의 치료주로 도파민, 소마토스타틴, 신경펩티드, 아데노신 등을 포함한 단독 요법에 속합니다. 그러나 예를 들어 흔하지만 오래된 약물인 COX 억제제, 비스테로이드성 항염증제(NSAID)를 장기간 사용하면 부작용, 위장 병변 또는 심혈관 위험이 발생할 수 있습니다. 특히 임상시험 결과는 여전히 만족스럽지 못함따라서 신경염증의 새로운 치료법에 대한 충족되지 않은 요구가 있습니다.
알츠하이머병 치료를 위한 천연 시스탄체 투불로사 PHGS75% ECH 30% ACT 12%
약물 조합의 새로운 치료법은 복합 질환 치료의 장애물을 극복함과 동시에 신약 개발의 요구를 충족시키기 위한 급증하는 전략이 될 수 있습니다. 병용 요법이나 다성분 요법은 두 가지 이상의 약물을 함께 사용하는 경우 위의 요구 사항을 충족할 수 있으며, 나열된 장점은 다음과 같습니다. 즉, 단일 약물 제제에 비해 더 높은 효능, 최소한의 교차 내성, 낮은 복용량, 더 적은 부작용, 더 적은 독성 . 이는 거의 30년 동안 복잡한 질병의 치료에 사용되어 왔습니다. 흥미롭게도 약물 병용 요법은 신경계 질환 연구에도 적용됩니다. 예를 들어 글리메피리드와 이부프로펜의 병용 요법은알츠하이머병(AD)의 염증 감소또는 케타민/아트로핀은 간질 쥐에서 전염증성 단백질 발현을 낮출 수 있습니다. 따라서 시너지 약물 조합은 신경염증에 대한 효과적인 치료법을 추적하는 데 새로운 영감을 가져올 수 있습니다. 그렇다면 최적의 조합 약물을 얻기 위해 어떻게 단단한 너트를 깨뜨릴 수 있습니까?
현재 약물 조합을 스크리닝하기 위한 기존 접근 방식은 높은 처리량 스크리닝 방법11 및 '상호 작용 화합물에 대한 다중 스크리닝'(MuSIC)과 같은 시험관 내 약물 쌍의 체계적인 조사 또는 대규모 약물 조합을 사용한 쌍별 약물 조합 평가입니다. 규모 실험. 그럼에도 불구하고, 인력과 천연자원의 과도한 소비, 힘든 실증적 테스트에 소요되는 시간은 효과적인 약물 조합을 평가하는데 있어서 피할 수 없는 문제가 될 수 있습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 네트워크 분석, 특히 유전적 상호작용 네트워크 화학 시스템 생물학 데이터, 분자 및 약리학적 데이터를 기반으로 한 접근 방식도 조합 약물 발견을 위해 등장합니다. 또한 점점 더 많은 연구자들이 최적의 조합을 예측하기 위한 새로운 네트워크 접근 방식을 제안하고 그 동안 해당 실험 검증을 제공하므로 네트워크 예측과 실험 검증을 통합하는 것이 조합 예측 분야의 새로운 추세가 될 수 있습니다.
약초에는 상당한 수의 공식(북경어로 Fang-Ji)과 화학 성분이 포함되어 천연물 데이터베이스를 형성하여 혁신적인 단서를 제공할 수 있으며 약물 조합 개발을 위한 기본 생물학 데이터를 Li 교수가 설명합니다.Liu 교수는 한약의 분자 메커니즘을 해독하기 위해 통합 생물학을 기반으로 한 전체적 분석 방법인 Liu-Wei-Di-Huang 알약 또는 주사를 줄이는 방법을 도입했습니다. 이전 연구에서 우리는 두 가지 대표적인 약초인 Lonicera japonica와 Fructus Forsythiae가 인플루엔자나 염증에 시너지 효과를 나타낼 뿐만 아니라, 루틴과 아멘토플라본 화합물도 우울증 예방에 시너지 효과를 나타내는 것을 발견했습니다.
현재 연구에서 우리는 다음과 같은 화합물들 사이에서 시너지 효과가 있는 약물 조합을 발견하기 위한 시스템 약리학 접근법을 개발하고 있습니다.허브 시스탄체 튜불로사(SCHENK) R. WIGHT는 다음과 같은 단계를 제안합니다. 첫째, 약물 유사성 예측을 통해 생리 활성 화합물을 선택하고, 이는 관련 표적을 유인하기 위한 미끼로 사용됩니다. 그런 다음 높은 처리량 방식으로 시너지 효과가 있는 약물 조합의 우선순위를 지정하는 "네트워크 표적" 기반 패러다임에서 영감을 받아 PEA(Probability Ensemble Approach)라는 내부 알고리즘을 기반으로 잠재적인 화합물 간의 효과적인 약물 조합을 획득합니다. 높은 훈련 효율성, 광범위한 적용 가능성 및 약물 조합의 특성을 설명하는 두 가지 정량적 지표를 갖추고 있습니다. 마지막으로, 우리는 획득된 표적과 후보 쌍의 화합물을 사용하여 네트워크/경로를 구축한 다음 신경 염증에 대한 Cistanche tubeulosa의 메커니즘을 전체적으로 인코딩하는 분석을 제공합니다. 예를 들어, 예측의 신뢰성을 승인하기 위해 통합 계산 방법과 실험적 검증을 통해 시스템 약리학을 기반으로 천연물에서 효과적인 약물 조합을 선별하는 것은 이번이 처음입니다. 우리는 이것이 신경염증 치료를 개인화하고 효과적인 신경 보호 개발에 대한 이해를 높이며 향후 전임상 연구에 도움이 될 수 있다고 믿습니다.
파킨슨병의 신경염증 조절을 위한 CISTANCHE TUBULOSA PHGS75% ECH 30% ACT 12%
결과
Cistanche tubeulosa의 표적
신경염증과 관련된 표적을 얻기 위해 우리는 먼저 TCMSP 데이터베이스(http://lsp.nwu.edu.cn/)를 검색하여 Cistanche tubeulosa(SCHENK) R. WIGHT의 성분을 얻었습니다. 결과는 10입니다. 3 가지 화합물 (보충 표 S1, 재료 및 방법 참조). 그런 다음 이전 연구에서 구축한 DL 예측 모델을 적용하여 약물 유사성을 분석합니다(재료 및 방법 참조). 이러한 방식으로 우리는 DL 지수가 0.18 이상인 63개의 잠재적 생리 활성 화합물(보충 표 S2)을 달성합니다. 이어서 SysDT 및 WES 알고리즘을 사용하여 이러한 잠재적인 생리 활성 화합물의 117개 표적을 식별합니다. 마지막으로, 화합물의 117개 표적을 CTD 데이터베이스에 매핑하여 잡음과 오류를 삭제한 후 신경염증과 밀접하게 관련된 43개의 잠재적 표적(보충 표 S3)을 검색합니다.
대상에 대한 GOBP 농축 분석
잠재적인 생리 활성 화합물의 표적이 되는 단백질이 신경 염증과 밀접한 관련이 있는지 확인하기 위해 표적을 DAVID에 매핑하여 GOBP 농축 분석을 수행합니다. 그림 1은 상당히 강화된 GOBP 용어(P 값 0.05 이하)의 결과를 나타내는 GO 트리를 보여줍니다. 여기서 목표는 혈관 평활근의 양성 조절과 같은 20개의 다른 그룹으로 분류됩니다. 세포 증식 및 백혈구 이동의 긍정적 조절. 이들 그룹 중에서 화학적 시냅스 전달, 염증 반응, 세포-세포 신호 전달 등은 모두 신경염증과 밀접하게 연관되어 있습니다. 예를 들어, 신경염증성 질환 중에 발생하는 시냅스 변화는 침윤된 T 세포와 활성화된 미세아교세포에서 방출되는 염증성 사이토카인에 의해 주로 매개되며, 적어도 부분적으로는 비가역적인 수지상 병리를 담당합니다. 종합적으로, 이러한 관찰은 예측된 표적이 아마도 신경염증 치료에 기여할 수 있음을 시사합니다.
복합타겟 네트워크 구축 및 분석
일반적으로 실현 가능하고 효과적인 병용 요법은 특정 표적을 조절하여 질병 네트워크의 균형을 맞출 수 있는 이상적인 약동학적 특성을 지닌 생리 활성 화합물의 조합입니다. 따라서 우리는 토폴로지 관계를 확인하기 위해 정적 복합 대상 네트워크를 추가로 구성합니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이, 이분 화합물-표적(CT) 네트워크는 시각적으로 매력적인 방식으로 63개 화합물과 43개 표적 사이에 482개의 상호 작용을 나타냅니다. 우리는 화합물-대상 네트워크에서 노드의 정도를 분석하여 대상당 각각 11.209 및 7.651의 화합물당 평균 정도를 얻습니다. 우리는 63개 화합물 중 38개가 7개 이상의 목표(평균 수준보다 큰)를 조정하여 이들 간의 잠재적인 시너지 효과를 나타냄을 관찰했습니다.
예를 들어, syringin(mol30)은 네트워크에서 허브 역할을 할 수 있는 가장 많은 수의 대상과 상호 작용합니다. 흥미롭게도 한 연구에서는 Euonymus alatus (Tunb.) Sieb에서 분리된 페놀성 성분 시린진이 있음을 입증했습니다. (Celastraceae)는 NO 생성을 억제하여 항신경염증 효과가 있습니다. 2'-아세틸액티오사이드(mol42)는 10개의 서로 다른 표적(정도=10)을 제어합니다. 이러한 표적 중 HSPB1(HSP27이라고도 함)은 예를 들어 많은 질병 및 부상 모델에서 신경 보호 특성을 나타내는 분자 보호자입니다. 베르바스코사이드(mol33)의 경우, 이 생리활성 화합물의 신경 보호 특성은 전사 인자의 조절과 관련이 있습니다.
결과적으로 유전자 발현이 변경되어 염증이 하향 조절됩니다. 네트워크의 토폴로지 속성이 편향되지는 않지만 주목할 가치가 있습니다.에키나코시드(mol41, 정도=7), 이는 파킨슨병의 신경염증 및 관련 신호를 조절하기 위한 잠재적인 새로운 경구 활성 화합물이며 임상 치료에 대한 새로운 전망을 제공할 수 있습니다. 종합하면, 이들 결과는 스크리닝된 잠재적 활성 화합물이 모두 신경염증과 관련되어 있으며 약물 조합을 예측하기 위한 데이터 세트로 간주될 수 있음을 나타냅니다.
복합-표적-경로 네트워크 구축 및 분석
PEA 알고리즘을 사용하면 12개의 화합물이 포함된 10개의 서로 다른 약물 조합(표 1)을 얻을 수 있습니다. 이들 약물 조합은 모두 시너지 확률이 높으며, 이는 두 화합물 사이에 시너지를 유도할 가능성을 의미한다.
그러므로 어느 정도 이들 화합물은 약리학적 기초물질로 간주된다.시스탄체 튜불로사. 이러한 화합물의 표적 정보와 DAVID에서 파생된 경로를 기반으로 우리는 이들 화합물의 분자 메커니즘을 사전에 밝히기 위해 CTP(화합물-표적-경로) 네트워크를 구축합니다. 결과적인 복합-대상-경로 네트워크는 47개의 노드와 99개의 에지로 구성됩니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이, 이들 화합물은 신경염증과 관련된 상류 단백질뿐만 아니라 하류 경로, 특히 염증 마커의 직접적인 지표에도 작용할 수 있습니다.
특히, 대다수의 화합물은 HSPB1, HTR2A, NTSR1 등과 같은 상류 단백질을 표적으로 하며, 이는 신경염증 치료를 위한 이들 화합물의 거시적 조절을 나타냅니다. 예를 들어, 에키나코사이드(mol41) 화합물은 단백질 HSPB1을 통해 VEGF 경로를 표적으로 합니다(보충 그림 1). 다행스럽게도 연구에 따르면 HSPB1은 생체 내 또는 시험관 내 신경 질환의 여러 모델에서 중요한 세포 보호 특성을 가지며 핵 인자-κB(NF-κB) 신호 전달 경로를 조절하여 항염증 효과에 역할을 할 수 있습니다. 또한, 한 연구에서는 R-Ras가 VEGF 신호 전달 경로의 p38 미토겐 활성화 단백질 키나제(p38 MAPK)-HSPB1 축의 억제를 통해 부분적으로 내피 세포의 혈관 신생 활동을 조절할 수 있음을 보여줍니다.
우리는 네트워크의 단백질 NTSR1을 통해 칼슘 신호 전달 경로를 표적으로 삼는 화합물 튜불로시드 A(mol56)를 얻을 수 있습니다. 칼슘 이온(Ca2+)이 면역 체계 세포의 보편적인 2차 전달자라는 것은 모두 알려져 있습니다. 시냅스 활성의 감소 또는 시냅스외 N-메틸-D-아스파르트산(NMDA) 수용체 신호의 증가는 핵 칼슘 항상성 장애를 유발하여 신경퇴행 및 인지 기능 장애의 발생을 증가시킬 수 있습니다. 더욱이, 표적 단백질 NTSR1은 G-단백질 결합 수용체의 대규모 수퍼패밀리의 구성원이며, 신호전달은 포스파티딜이노시톨-칼슘 2차 전달 시스템과 하류 MAP 키나제를 활성화할 수 있는 G 단백질 결합을 통해 생성됩니다.
또 다른 예는 화합물 2'-아세틸액티오사이드(mol42)가 단백질 PRKCD를 통해 GnRH 신호 전달 경로를 표적으로 삼는다는 것입니다. PKC 이소형 중 하나인 PRKCD는 성선 자극 호르몬 방출에 의한 세포외 조절 단백질 키나제 1/2 MAPK(ERK1/2 MAPK), c-Jun N 말단 단백질 키나제 MAPK(JNK MAPK) 및 p38 MAPK 활성화의 주요 매개체입니다. 호르몬(GnRH)40. 그리고 GnRH 자극 신호 네트워크의 주요 과정으로서 하류 MAPK 계통과 아라키돈산(AA) 대사산물은 염증성 단백질인 COX-2를 생성할 수 있습니다. 칸카노사이드 O(mol18) 및 시린진(mol30)의 경우, 이들은 하류 단백질인 PTGS2, NOS2 및 기타 염증 지표와 직접 상호작용하며, 이는 화합물의 효능을 직관적으로 반영합니다. 한 연구에 따르면 시린진은 지질다당류(LPS)로 자극된 RAW264.7 세포에서 종양괴사인자(TNF-α)의 생성을 억제할 수 있는 것으로 나타났습니다42. 다른 연구에서는 시린진이 NO 농도와 NOS 활성43 또는 프로스타글란딘 E244 생산을 낮출 수 있음을 보여줍니다. MMP9를 표적으로 하는 Isoacteoside(mol43)는 중추신경계의 중요한 역할을 하며 정신분열증 및 양극성 질환과 같은 신경정신병 장애에 대한 추정 매개 효소일 것입니다. NF-κB의 분해와 상류 신호 전달 경로의 p38, ERK1/2, JNK MAPK 또는 Akt(단백질 키나제 B)의 인산화는 MMP9 유전자 발현과 유도성 산화질소 합성효소의 발현을 감소시킬 수 있는 MMP9의 억제를 조절할 수 있습니다. (iNOS) 활성화된 세포에서.
리듀싱을 위한 천연 시스탄체 투불로사신경염증PHGS75% ECH 30% ACT 12%
경로 분석
통합된 "신경염증 경로"는 알츠하이머병 경로, 칼슘 신호 전달 경로, GnRH 신호 전달 경로, VEGF 신호 전달 경로 및 세로토닌성 시냅스를 포함하여 화합물-표적-경로 네트워크 분석을 통해 얻은 주요 경로를 통합하여 구성됩니다. 43개 표적 중 19개는 "신경염증 경로"에 매핑될 수 있습니다. 그림 4에 표시된 것처럼 Cistanche tubeulosa는 "신경염증 경로"에 분포하는 활성 화합물의 표적을 나타냅니다. "신경염증 경로"는 세포사멸, 세포사멸, 염증, 신경보호 등 13가지 치료 모듈로 분류됩니다. 본 연구에서는 세포 사멸, 염증 및 신경 보호 모듈을 예로 들어 세포의 메커니즘을 명확히 설명합니다.신경염증에 대한 Cistanche tubeulosa.
세포 사멸 모듈
알츠하이머병 경로에 위치한 표적은 주로 세포 사멸 과정에 관여하며, 이는 세포 사멸이 신경염증과 밀접한 관련이 있음을 시사합니다. 연구에 따르면 소교세포에 의해 매개되는 신경염증은 특정 질병에 국한되지 않고 허혈, 파킨슨병, 알츠하이머병과 같은 다양한 질병과 관련된 신경 세포 사멸에 기여하는 것으로 나타났습니다. 도 4에 도시된 바와 같이,
표적 APP, GRIN2B 및 MAPT는 Cistanche tubeulosa의 활성 화합물에 의해 조절되며, 이는 세포 사멸을 억제하여 신경염증 치료를 제공할 수 있음을 나타냅니다. 흥미롭게도, APP 세포내 도메인은 신경염증을 유도함으로써 형질전환 쥐의 성체 신경 발생을 손상시킵니다. MAPT가 신경 미세소관 역학을 적절하게 조절하여 신경 세포 사멸을 중재할 수 없음. 이 모든 것은 Cistanche tubeulosa가 세포 사멸을 억제하여 신경염증을 치료할 수 있음을 나타냅니다.
염증 모듈
신경염증이라는 용어는 신경 활동에 반응하여 CNS에서 발생하는 염증 반응입니다1. 본 연구에서는 GnRH 신호전달 경로와 VEGF 신호전달 경로가 염증 모듈에 관여함을 확인했습니다(그림 4). 예를 들어, GnRH 신호 전달 경로의 MMP2는 MMP 계열에 속하며 염증과 관련된 생리적 상황 및 병리학적 상태에서 발현됩니다. 그리고 MMP는 생체 이용률과 염증성 사이토카인 및 케모카인의 활성을 포함하여 염증과 관련된 여러 기능을 조절합니다. 또한, VEGF 신호 전달 경로는 NOS2의 생성을 유도할 수 있으며, 더욱이 이는 여러 메커니즘(전염증성 사이토카인 신호 전달에 관여하고 염증 면역 반응에 영향을 미치는 다양한 유전자의 발현 변경)을 통해 LPS에 대한 급성 염증 반응에 참여합니다. LPS. 종합적으로, 이 모든 것은 Cistanche tubeulosa가 염증 시스템을 조절하여 신경염증을 치료할 수 있음을 나타냅니다.
항알츠하이머병용 천연 시스탄체 투불로사 PHGS75% ECH 30% ACT 12%
