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今天,小編給大家帶來一篇中醫藥新思路。作者創新性地采用多種聯合分析(網絡藥理學(NP)與代謝組學聯合分析、腸道菌群測序技術與代謝組學聯合分析),探索中藥湯劑在慢性萎縮性胃炎伴肝郁脾虛中的治療作用。文章干濕結合,思路創新不老套。
題目:消化復寧湯通過腸道菌群重塑氨基酸代謝,干預肝郁脾虛證慢性萎縮性胃炎
研究背景
消花復寧湯(XHFND)是一種中藥湯劑,具有治療慢性萎縮性胃炎(CAG)伴肝郁脾虛(LDSD)的潛力,但其作用機制不清楚。本研究的目的是揭示XHFND對CAG和LDSD的整體協同作用機制。
研究思路
以LDSD CAG大鼠模型為基礎,結合代謝組學、腸道菌群和網絡藥理學技術,論證XHFND多組分、多靶點的作用機制。
研究結果
XHFND對LDSD大鼠CAG的影響
構建CAG大鼠模型:模型組、對照組、XHFND組和Vit(維酶素)組。比較了各組的精神狀態、食欲,體重等。研究證明LDSD模型是成功的,XHFND和Vit可以改善LDSD大鼠的行為。
此外,還比較了各組大鼠胃粘膜組織中TNF-α和IL-1β/6水平。結果表明,XHFND和Vit可降低胃黏膜組織的炎癥反應,修復胃黏膜。H&E染色組織學評價結果顯示,模型組表現出CAG的病理特征,XHFND組和Vit組胃粘膜損傷明顯減輕。上述結果提示,XHFND可顯著改善模型大鼠LDSD癥狀及CAG病理癥狀,顯示出積極的治療作用(圖2)。
LDSD CAG大鼠XHFND代謝組學分析
與對照組相比,模型組有218種代謝物發生了顯著變化。與模型組相比,XHFND組有158種代謝物發生顯著變化,其中,XHFND組有40種特異性代謝生物標志物在對照組和模型組之間發生逆轉。這40種代謝物是XHFND影響LDSD大鼠CAG的差異代謝物。對40種代謝物進行富集分析,結果表明,XHFND可能主要通過12種代謝途徑干預LDSD CAG。對40種代謝物溯源分析,鑒定出6種宿主代謝物、19種細菌代謝物、21種藥物代謝物、26種食物代謝物、11種環境代謝物和1種未知代謝物(圖3)。
XHFND對LDSD CAG大鼠腸道菌群的影響
通過Simpson均勻度指標評估的腸道微生物α-多樣性在對照組、模型組和XHFND組中沒有顯著差異。采用基于加權UniFrac距離的主坐標分析法(PCoA)評價β-多樣性。對照組和模型組完全分離,表明LDSD型CAG大鼠腸道菌群結構和物種豐度存在顯著差異。XHFND與對照組相似,說明XHFND對腸道微環境具有調節作用。
采用線性判別分析效應(LEfSe)分析識別不同群體間豐度存在統計學差異的生物標志物。
這些變化可能導致模型組大鼠腸道菌群代謝作用發生改變,預計30條代謝途徑發生顯著變化。在XHFND的調控下,7條代謝途徑可能受到顯著干預(圖4)。
XHFND抗CAG的網絡藥理學研究
為闡明XHFND多途徑干預CAG治療的機制,通過網絡藥理學探索XHFND化學成分分析與CAG生物邏輯靶點相互作用的生物網絡。從XHFND中收集到357個潛在活性化合物和2334個相應的基因靶點。還收集了777個與CAG相關的靶基因。從Venn交叉圖中,確定了244個XHFND作用于CAG的潛在靶點。PPI網絡在MCODE插件中形成了10個集群,作者展示了顯示了前三個集群。(圖5)
為了探究XHFND對CAG的作用機制,利用ClueGO插件對前三個基因簇的相互作用進行GO和KEGG富集分析。結果表明XHFND中的活性化合物可能主要通過脂多糖介導的信號通路調節單加氧酶活性,調節miRNA代謝,從而調節外源性凋亡信號通路,調節平滑肌細胞增殖,控制神經炎癥反應,干預CAG(圖6)。
利用KEGG和GO信號通路構建“Herbs-Compounds-Targets-Pathways-Disease”的復合網絡,篩選關鍵化合物和靶點(圖7)。
為了研究XHFND是否干預模型大鼠Th17細胞分化,作者檢測了各組血清中Th17細胞產生的標志物細胞因子IL-17A的含量。結果提示,模型組可能促進Th17細胞分化,導致IL-17A水平顯著升高,而XHFND干預可能抑制Th17細胞分化,導致IL-17A水平顯著降低。IL-6/1β/23是目前報道的可驅動致病性Th17細胞分化的環境。因此,為了了解模型組是否分化出致病性Th17細胞,檢測各組血清中IL-23水平。結果提示,XHFND干預后,顯著的環境變化可減少或抑制Th17細胞分化,從而抑制模型大鼠胃黏膜炎癥的進展,促進胃黏膜修復。此外,利用分子對接技術確認復合網絡中核心組分與關鍵靶點相互作用的可能性(圖8)。
作者通過Western blotting檢測模型大鼠PTGS2、TNF和NFKB1蛋白表達水平,探討PTGS2、AR和NFKB1的作用。模型組小鼠PTGS2、AR、NFKB1表達水平顯著升高,XHFND干預小鼠PTGS2、AR、NFKB1表達水平顯著逆轉。以上結果報道了XHFND的活性成分可能通過結合并干預PTGS2、TNF、IL1B、AR和NFKB1來調控Th17細胞的分化(圖8)。
代謝組學與網絡藥理學的結合分析
為了探究XHFND是否通過調節代謝網絡直接干預CAG,基于網絡藥理學篩選的核心靶點和代謝組學篩選的差異回調代謝標志物構建了化合物-反應-酶-基因-網絡。為了驗證XHFND的有效成分可能調控的關鍵靶點,采用分子對接技術,對構建的復合網絡中與關鍵靶點關聯度值最高的成分進行分子對接驗證。結果表明,諾卡酮在GES-1細胞中與PIK3CA的結合能力顯著增強(圖9)。
代謝組學和腸道微生物群的綜合分析
基于MetOrigin平臺的MPEA分析結果顯示,在模型和XHFND組之間,分別有0、2和16條相關代謝途徑與宿主、細菌和共代謝途徑數據庫配對。其中,代謝組學研究中被認為與LDSD治療XHFND CAG相關的重要代謝途徑β-丙氨酸、天冬氨酸、精氨酸和譜代謝屬于共代謝途徑。利用MetOrigin平臺的生物sankey網絡分析,計算微生物群落和代謝物之間的統計相關性和生物學相關性。
通過MetOrigin的網絡總結,分析了三種重要代謝途徑之間的相互作用。XHFND顯著上調嗅桿菌、擬桿菌、phocaeicola和lachnospire,顯著下調腸單胞菌,促進天冬氨酸1代謝,從而干預了三條重要的代謝途徑(β-丙氨酸代謝、精氨酸生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝)(圖10)。
文章小結
本研究提示,XHFND可能從多個層面、多角度干預LDSD治療CAG,抑制致病的Th17細胞分化,符合中醫治療的特點。中醫藥思路翻新,到底該如何設計?我們每天更新創新思路,只要跟緊我的節奏,思路難題迎刃而解!不知道怎么復現?那就直接聯系康旭禾,專業團隊,個性化思路設計、生信分析都能做,多年經驗,包您滿意~
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