中科院1區Top: 江西中醫藥大學附院揭示神秘中藥湯劑治療動脈粥樣硬化機制

【寫在前面】：本期推薦的是由江西中醫藥大學研究生部、江西中醫藥大學附屬醫院心內科等研究團隊合作近期發表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，多組學和實驗驗證揭示丹霞調斑湯(音譯)治療動脈粥樣硬化的機制。

【期刊簡介】

【題目及作者信息】

Multi-omics and experimental validation reveal the mechanism of DanxiaTiaoban decoction in treating atherosclerosis

背景

動脈粥樣硬化（AS）是全球心血管疾病的主要危險因素，其特征是動脈壁中脂質和膽固醇的積聚，導致血管狹窄和硬化以及慢性炎癥；這會導致心臟病和中風的風險增加，嚴重影響患者的健康。丹霞調斑湯 (DXTB) 是一種中藥方劑，在治療AS方面顯示出積極的臨床療效；然而，其作用機制尚不清楚。

目的

通過多組學整合和實驗驗證，探索DXTB治療AS的潛在作用機制。

方法

使用中藥系統藥理學數據庫（TCMSP）、Batman、Herb和中藥綜合數據庫（TCMID）鑒定DXTB的活性成分及其靶點。使用超高效液相色譜-高分辨率質譜（UHPLCHRMS）鑒定了與DXTB中活性成分最密切相關的化合物。此外，使用高效液相色譜-三重四極桿串聯質譜（LC-QQQ-MS/MS）對DXTB和高劑量口服灌胃后2小時收集的小鼠血清中的槲皮素、木犀草素和阿利醇C進行了靶向定量。通過分析deCODE血漿蛋白數量性狀位點（pQTL）數據和多個基因表達綜合（GEO）數據集，鑒定了與AS相關的蛋白質和差異表達基因（DEGs）。采用12種機器學習算法來選擇核心基因，然后使用列線圖和shapley加性解釋（SHAP）值對其進行評估，以評估其對疾病風險和模型輸出的影響。構建藥物成分靶網絡，以識別藥物的核心活性成分。孟德爾隨機化（MR）分析用于驗證核心基因與AS之間的因果關系，而分子對接和分子動力學（MD）模擬用于評估DXTB活性成分和靶蛋白之間的相互作用，這些相互作用通過表面等離子體共振（SPR）實驗進行了驗證。此外，在喂食高脂肪飲食并通過灌胃給予低、中、高劑量DXTB的載脂蛋白E基因敲除（ApoE-/-）小鼠中誘導AS。使用蘇木精和伊紅（H&E）染色、透射電子顯微鏡（TEM）和油紅O染色檢查主動脈組織病理變化。逆轉錄定量聚合酶鏈式反應（RT-qPCR）和蛋白質印跡用于驗證核心基因的表達和核心通路的激活，并使用酶聯免疫吸附試驗（ELISA）測量炎癥因子水平的變化。

結果

共鑒定出51個與DXTB和AS相關的共同靶基因，主要富集在脂質和AS以及FcεRI（FcεRI）信號通路中，p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路可能是DXTB調節AS的關鍵機制。使用機器學習算法選擇了六個核心基因——集落刺激因子1受體（CSF1R）、二肽基肽酶4（DPP4）、中性粒細胞溶質因子1（NCF1）、基質金屬蛋白酶-9（MMP9）、整合素α1（ITGAL）和LYN原癌基因（LYN）。基于這些核心基因構建了一個多元邏輯回歸模型，并通過SHAP值分析和Nomogram證明了它們的具體貢獻和診斷價值，突出了該模型在實現臨床決策方面的潛力。MR分析進一步表明CSF1R與AS風險之間存在因果關系。AddModuleScore分析表明，核心基因集表達和MAPK信號通路在單核細胞中特別活躍。分子對接、MD模擬和SPR共同證實了活性成分與核心靶標之間明顯的結合親和力，這與網絡藥理學和機器學習分析的結果一致。LC-QQQ-MS/MS定量證實了這些發現，證實了給藥后2小時核心成分的可測量全身暴露量。此外，動物實驗表明，DXTB減少了脂質積累，抑制了p38 MAPK信號通路的激活，調節了核心基因的表達，降低了炎癥因子白細胞介素-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α，導致斑塊面積減少 。

結論

本研究創新性地整合了多組學分析、先進的機器學習算法和嚴格的實驗驗證，系統地闡明了DXTB治療AS的治療機制。我們的研究結果首次表明，DXTB可能通過調節關鍵的炎癥和脂質相關通路，特別是p38 MAPK信號通路，以及CSF1R、DPP4和MMP9等核心基因來發揮其治療作用。此外，DXTB可能通過抑制單核細胞分化為巨噬細胞及其隨后轉化為泡沫細胞來緩解血管炎癥和脂質積聚。將生物信息學與實驗驗證相結合的綜合方法為DXTB的潛在臨床療效提供了強有力的支持，并為AS治療確定了新的候選靶點。這些見解增強了目前對DXTB作用機制的理解，并為未來心血管疾病的研究和治療開發提供了寶貴的參考。

【前言】

動脈粥樣硬化（AS）是一種長期進行性血管疾病，主要表現為內膜下脂質積聚、平滑肌細胞（SMC）增生和膠原纖維積聚增強。這種病理進展最終導致動脈粥樣硬化壞死斑塊的形成和血管壁的硬化。因此，動脈管腔直徑減小，導致血流受限，這可能導致多種心腦血管疾病，包括冠狀動脈疾病和腦梗死。AS已成為全球死亡率和殘疾率的主要因素，特別是在其患病率和死亡率明顯較高的發展中國家。在全球范圍內，每年約有2000萬人死于AS，年輕人群的患病率越來越高，這對全球公共衛生構成了重大挑戰。盡管近年來在醫學和藥物干預方面取得了相當大的進展，導致患者的生活質量和預期壽命有所改善，但AS仍然是一種無法治愈的疾病，并發癥的風險很高。

在這項研究中，應用了一種整合網絡藥理學和生物信息學的組合策略來鑒定DXTB的主要藥理活性成分，并在AS的背景下探索其潛在的分子機制，如圖1所示。為了評估預測的活性化合物與其相應的蛋白質靶標之間的結合相互作用，進行了分子對接、分子動力學（MD）模擬和表面等離子體共振（SPR）分析。此外，還進行了體內實驗來驗證計算結果，為DXTB在預防和管理AS方面的潛在臨床應用提供了大量證據和基礎支持。

在這項研究中，我們使用ACLT誘導的大鼠模型研究了BQTL對OA的治療作用和機制。我們評估了含BQTL血清（BQTLS）對RANKL刺激的體外破骨細胞生成和ROS產生的影響。此外，我們通過網絡藥理學、分子動力學模擬和深入的血液蛋白質組學確定了BQTL的潛在活性成分和關鍵靶點。UHPLCHRMS和LC-MS用于檢測BQTL和BQTLS中的活性成分，而表面等離子體共振（SPR）用于研究主要活性成分與關鍵途徑靶點之間的相互作用，包括RAGE和下游MAPK/NF-κB信號傳導。這些發現為BQTL治療OA的機制提供了見解，并支持其作為疾病改善療法的潛力。

【結果部分】

1.分析的工作流程。

2.鑒定DXTB成分和AS相關靶基因。

3.與AS有因果關系的靶基因的MR結果森林圖。

4.整合GEO數據集并識別DEGs。

5.使用機器學習診斷模型識別常見靶標中與AS相關的中樞基因。

6.Shapley加法解釋圖。

7.中樞基因的GSVA。

8.AS免疫浸潤分析。

9.GSE159677單細胞RNA測序數據分析。

10.中樞基因的孟德爾隨機化分析。

11.關鍵活性成分的鑒定和分子對接結果。

12.分子對接結果。

13.分子動力學模擬。

14.LC-QQQ-MS/MS確認DXTB和小鼠血清中槲皮素、木犀草素和阿利索C的存在（灌胃后2小時）。

15.SPR檢測、生化檢測和HE染色。

16.透射電子顯微鏡、油紅O染色和RT-qPCR結果。

17.Western blot和ELISA結果。

18.DXTB治療AS的潛在分子機制是通過調節p38 MAPK信號通路，氧化應激和細胞增殖失衡。

注：本文原創表明為原創編譯，非聲張版權，侵刪！

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