Rhagfynegiad Strwythurol Ar Sail Tebygrwydd O'r Cynhwysion Gweithredol Posibl A'r Dull o Weithredu Fformwleiddiadau Meddygaeth Tsieineaidd Traddodiadol a Ddefnyddir i Wrth-heneiddio

Cyswllt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-bost:audrey.hu@wecistanche.com

Qian Zhang, et al

Haniaethol

Amcan:Rhagfynegi'r potensialgweithgarcynhwysion(PAIs) a mecanwaith gweithredu otraddodiadolTseiniaiddmeddygaethfformwleiddiadau a ddefnyddir i ohirio heneiddio.

Dulliau: Fe wnaethom ymgorffori'r defnydd o gyfrifiadau cwantwm-cemeg a dysgu peirianyddol i ragfynegi'rgweithgarcynhwysiono rai meddyginiaethau llysieuol Tsieineaidd a ddefnyddir i oedi heneiddio. Yna, defnyddiwyd dull rhwydwaith-ffarmacoleg i ddatgelu sut y PAI hynoediheneiddio.

Canlyniadau:Deuddeg PAI gydagwrth-heneiddiodarganfuwyd effeithiau: androsterone, MHP, cortisone, propyl methyl trisulfide, retinol, retina, cortisol, 11-cis-Retinol (2R, 3R)-3-hydroxyproline,4,5alpha-Dihydrocortisone (2S){{ 9}}amonia-6-ureidohexanoate a17alffa, 21-Dihydroxy-5beta-pregnane-3,11,{17}}trion. Dangosodd dadansoddiadau cyfoethogi fod targed cyfansawdd tybiedig a tharged heneiddio yn gysylltiedig yn sylweddol â: rheoleiddio'r system imiwnedd; llwybr signalau derbynnydd inswlin; rheoleiddio'r cylchred celloedd mitotig; ymateb i lefelau maetholion; ymateb i straen ocsideiddiol; rhyddhau cytochrome c o mitocondria; dysgu neu gof; ymateb llidiol.

Casgliadau:Cynigiwyd dull newydd o ragweld y PAI ogwrth-heneiddiomeddyginiaethau llysieuol trwy ymgorffori cyfrifiadau cwantwm-cemeg a dysgu peirianyddol. Yna, defnyddiwyd dull ffarmacoleg rhwydwaith i ddatgelu sut mae'r PAI hyn yn oedi heneiddio. Gallai'r wybodaeth a ddarperir gan ein hastudiaeth ar PAI helpu i ddarganfodgwrth-heneiddiocyffuriau.

GEIRIAU ALLWEDDOL: cyfrifiadau cemeg cwantwm; Dysgu peiriant; cynhwysion actif; Mecanwaith; Heneiddio

Mae gan Cistanche angwrth-heneiddioswyddogaeth

Rhagymadrodd

Mae heneiddio yn cyfeirio at ostyngiad graddol mewn gweithrediad organau. Un o nodweddion heneiddio yw colli cywirdeb ffisiolegol cynyddol sy'n arwain at gynnydd mewn risg marwolaeth. Mae'r dirywiad a achosir gan heneiddio yn ffactor risg mawr ar gyfer datblygu canser, diabetes mellitus, a chlefydau dynol eraill sy'n gysylltiedig ag oedran1 ac mae'n faich mawr ar gymdeithas, teuluoedd, ac unigolion.2 Felly, darganfyddiad newyddgweithgarcynhwysionar gyfer gohirio heneiddio ac atal clefydau sy'n gysylltiedig â heneiddio yn angen pwysig nas diwallwyd.

Mae cynhyrchion naturiol yn cynnig rhagolygon gwych ar gyfer darganfodgwrth-heneiddiocyffuriau. Dywedwyd bod llawer o gyfansoddion a detholiadau o gynhyrchion naturiol yn gohirio heneiddio ac yn ymestyn bywyd,3 megis polypeptidau o Fructus lycii (Lycium barbarum L.),4 a polysacaridau o ffrwythau ginseng (Solanum muricatum).5 O'i gymharu â meddygaeth y Gorllewin,traddodiadolTseiniaiddmeddygaeth(TCM) yn seiliedig ar fecanweithiau aml-darged, ac mae'n gysylltiedig â llai o effeithiau andwyol o ran gohirio heneiddio.6 Mae astudiaethau wedi dangos bod fformwleiddiadau TCM yn ennyn eu heffeithiau ar heneiddio trwy gryfhau effeithiau gwrthocsidiol, swyddogaeth imiwnedd, a rheoleiddio niwroendocrin, hefyd fel atal anaf i DNA o fewn celloedd.7e9 Fodd bynnag, a yw'rgwrth-heneiddioeffaith fformwleiddiadau TCM yn fecanwaith manwl gywir neu nid yw rhan o effaith synergaidd yn hysbys. Goblygiadau clinigol TCM mewngwrth-heneiddioyn hysbys, ac ygweithgarcynhwysiono fformwleiddiadau TCM rhaid eu nodweddu.6

Adnabod ygweithgarcynhwysiono gyffuriau fel arfer yn golygu defnyddio modelau anifeiliaid fel Drosophila melanogaster a Caenorhabditis elegans,3 profi hyfywedd celloedd,10 dysgu peiriant, a thocio moleciwlaidd.11,12 Fodd bynnag, mae dulliau arbrofol o'r fath yn cymryd llawer o amser ac yn ddrud. Yn ogystal, mae materion gorffitio a samplau negyddol yn effeithio ar ddysgu peiriannau. Ni all tocio moleciwlaidd bob amser ddarparu'r strwythur tri dimensiwn (3D) cywir o grisialau protein.13

Gellir defnyddio ffarmacoleg rhwydwaith ar gyfer adnabod targedau a rhagfynegi gweithgaredd ar sail systematig.14 Mae'r strategaeth hon yn arbed amser ac yn helpu i oresgyn y problemau o beidio â chael strwythurau 3D cywir o grisialau protein a chael samplau negyddol.13

Ychydig o astudiaethau sydd wedi canolbwyntio ar y berthynas rhwng cydrannau fformwleiddiadau TCM a'u strwythurau cemegol.6 Cemeg cwantwm yw un o'r cymwysiadau mwyaf llwyddiannus o fecaneg cwantwm a gellir ei defnyddio i ddeall defnyddiau o atom i raddfeydd moleciwlaidd.15 Felly, cemeg cwantwm gellir integreiddio cyfrifiadau, dysgu peiriannau, a ffarmacoleg rhwydwaith i astudio fformwleiddiadau TCM.

Yn y gwaith hwn, mae cydrannau a metabolion sawl ungwrth-heneiddioCasglwyd fformwleiddiadau TCM o'rTraddodiadolTseiniaiddMeddygaethCronfa Ddata Ffarmacoleg Systemau (TCMSPD) a Gwyddoniadur Genynnau a Genomau Kyoto (KEGG). Hefyd, rhaigwrth-heneiddiocasglwyd cyffuriau o'r Banc Cyffuriau. Cyfrifwyd rhai priodweddau moleciwlaidd cydrannau a metabolion fformwleiddiadau TCM a chyffuriau gwrth-heneiddio gan gemeg cwantwm. Yna, defnyddiwyd y priodweddau moleciwlaidd hyn fel mewnbynnau i ddatblygu model crynhoi yn unol â dull Ward. Dewiswyd y cydrannau a'r metabolion sydd wedi'u clystyru i un categori gyda chyffuriau gwrth-heneiddio fel potensialgweithgarcynhwysion(PAIs). Yn olaf, defnyddiwyd dull rhwydwaith-ffarmacoleg cynhwysfawr i egluro mecanwaith gweithredu'r PAI hyngwrth-heneiddio. Nod yr astudiaeth bresennol oedd defnyddio dull newydd i ragweld y PAI o fformwleiddiadau TCM a'u mecanwaith gweithredu yn erbyn heneiddio.

Cistanchewedi angwrth-heneiddioswyddogaeth

Defnyddiau a dulliau

Paratoi data

Cyfansoddion cyfansawdd a metabolion pob ffurfiad TCM

Fe wnaethom sgrinio'r potensialgwrth-heneiddiocynhwysion chwe meddyginiaeth lysieuol tonyddol Yang: cortecs eucommiae (Eucommia ulmoides Oliv), 16 astragali yn cwyno semen (achwynwyr Astragalus R.Br.), 17 brych dynol (Hominis placenta), 18 cistanches herba (Cistanche deserticoLa YC Ma/Cistanche tubulosa ( Schenk) Wight),19 cerci cornu pantotrichum (Cervus nipport Temminck/Cervus elaphus Linnaeus) 20 a cynomorii herba (Cynomorium songaricum Rupr.).21

Daeth cydrannau a strwythurau 2D cydrannau'r meddyginiaethau llysieuol a grybwyllwyd uchod o'r TCMSPD22, llwyfan ffarmacoleg systemau unigryw a ddyluniwyd ar gyfer meddyginiaethau llysieuol Tsieineaidd. Mae'rTraddodiadolTseiniaiddMeddygaethMae Cronfa Ddata (TCMD) 23 yn gronfa ddata gwybodaeth sylfaenol a ddefnyddir ar gyfer gweinyddiaeth wladwriaeth TCM.

Yn y pen draw, casglwyd 119 o gydrannau mewn cortecs eucommiae, 41 cydran mewn semen complanati astragali, 10 cydran yn y brych dynol, 75 cydran mewn cistanches herba, 10 cydran yn cerci cornu pantotrichum, a 3 cydran mewn cynomorii herba (Ffeil Atodol 1).

Cafodd metabolion a strwythurau 2D y chwe meddyginiaeth lysieuol hyn eu hadalw o KEGG (www.kegg.jp).24 Cawsom fetabolion y meddyginiaethau llysieuol hyn o www.kegg.jp/kegg/reaction/. Yn gyfan gwbl, casglwyd cyfanswm o 29 metabolion mewn cortecs eucommiae, 11 metabolyn mewn semen sy'n cyd-fynd â astragali, 13 metabolyn yn y brych dynol, 51 metabolyn mewn cistanches herba, a 22 metabolyn mewn cerci cornu pantotrichum (Ffeil Atodol 2).

Strwythurau cemegol a thargedau cyffuriau gwrth-heneiddio

Dywedodd hanner cant o gyffuriau fod ganddyntgwrth-heneiddionodwyd effeithiau.25e32 Allforiwyd strwythurau 2D y cyffuriau hyn o gronfa ddata Banc Cyffuriau v3.033 (www.drugbank.ca) (Ffeil Atodol 3).

Targedau cyfansawdd pob ungwrth-heneiddiocyffuriau (roedd strwythur cemegol y cyffuriau hyn yn debyg i'r PAI) o gronfa ddata'r Banc Cyffuriau. Ymhlith yr holl dargedau, dim ond y rhai sy'n bodoli yn y corff dynol a gadwyd. Felly, casglwyd 69 targed (Ffeil Atodol 4).

Genynnau sy'n gysylltiedig â heneiddio

Mae'r Human Ageing Genomic Resources yn gronfa ddata am ddim sy'n darparu gwybodaeth am fioleg a geneteg heneiddio.34 Yn y gwaith hwn, casglwyd 293 o enynnau sy'n gysylltiedig â heneiddio o'r HAGR (Ffeil Atodol 5).

Rhyngweithiadau protein protein (PPIs)

Mewnforiwyd data PPI o gronfa ddata hiPathDB (http://hiPathDB.kobic.re.kr).35 Mae'r gronfa ddata hon yn darparu gwybodaeth am adweithiau biolegol a llwybrau signalau i adeiladu rhwydweithiau rhyngweithio moleciwlaidd ogwrth-heneiddiofformwleiddiadau TCM.

Mae gan Cistanche angwrth-heneiddioswyddogaeth

Rhagfynegiad PPAI

Disgrifyddion moleciwlaidd

Mae angen disgrifiad cyfrifiannol o foleciwlau ar gyfer rhagfynegiad mewn silico, a ddefnyddir yn aml i ddisgrifio nodweddion adeileddol moleciwlau mewn modd meintiol.36 Yn yr astudiaeth bresennol, cyfrifwyd 209 o ddisgrifyddion moleciwlaidd37e39: 1 priodwedd polareiddio moleciwlaidd; 42 o briodweddau topolegol; 11 eiddo geometrig; 147 darnau o briodweddau effeith- ioldeb grwpiau ; 8 priodweddau elfennau hybrin (Ffeil Atodol 6).

Defnyddiwyd ChemAxon i gyfrifo polareiddio moleciwlaidd, priodweddau topologig, a phriodweddau geometrig (https://www.chemaxon.com/). Cyfrifwyd y priodweddau eraill gan ddefnyddio Power MV v0.61 (www. niss.org/PowerMV).

Dadansoddiadau clwstwr

Defnyddiwyd dull Ward ar gyfer dadansoddiadau clystyru hierarchaidd. Mae'r dull hwn yn defnyddio dadansoddiadau amrywiant. Mae'r maen prawf ar gyfer dewis y pâr o glystyrau i uno ar bob cam yn seiliedig ar werth optimaidd swyddogaeth wrthrychol. Gall dull Ward leihau swm y gwall sgwâr i'r eithaf.40

Rhagfynegi targedau PAI

Defnyddiwyd disgrifyddion moleciwlaidd a dadansoddiadau clwstwr i sgrinio fformwleiddiadau TCM a oedd yn debyg i gyffuriau. Mae'r cydrannau a metabolion clystyru i mewn i un categori gydagwrth-heneiddiodewiswyd cyffuriau fel PAI. Hefyd, roedd targedau therapiwtig cyffuriau gwrth-heneiddio yn cael eu hystyried yn dargedau'r PAI o feddyginiaethau llysieuol.

Dull rhwydwaith-ffarmacoleg i ddatgelu mecanwaith gweithredu PAI ar atal heneiddio

Mae systemau gramadeg TCM yn dangos mecanwaith gweithredu moleciwlaidd meddyginiaethau llysieuol a gellir ei ddangos gan GZ (V, F, P, S ).41 Yn yr astudiaeth bresennol, mae mecanwaith gweithredu'r cydrannau gweithredol yngwrth-heneiddioesboniwyd meddyginiaethau llysieuol gan systemau gramadeg TCM.

Roedd V yn cynnwys gwahanol fathau o nodau (PAIs, targedau, clefydau a genynnau cysylltiedig, cyfansoddion). Roedd F yn cynnwys gwahanol fathau o berthnasoedd nodau (ee, rhyngweithio, actifadu). P oedd y rheol casgliad rhwng targedau'r PAI mewn perlysiau TCM a phroteinau sy'n gysylltiedig â heneiddio. Cynhyrchwyd yr holl rwydweithiau gan ddefnyddio Cytoscape v3.2.142, a ddefnyddiwyd i ddangos mecanwaith gweithredu fformwleiddiadau TCM.

Canlyniadau

Dadansoddiadau clwstwr

Dangosir canlyniadau'r dadansoddiadau clwstwr yn Ffig. 1. Cymerwyd wyth grŵp i ystyriaeth. Roedd Grŵp 1 yn cynnwys colin a propyl methyl trisulfide. Roedd Grŵp 2 yn cynnwys metformin a (2S)-2-amonia-6-ureidohexanoate). Roedd Grŵp 3 yn cynnwys b-caroten, retinol, retinol, a 11-cis-Retinol. Roedd Grŵp 4 yn cynnwys asid lipoic a (2R, 3R)-3- hydroxyproline. Roedd grŵp 5 yn cynnwys levodopa ac MHP. Roedd Grŵp 6 yn cynnwys DHEA (dehydroepiandrosterone) ac androsterone. Roedd grŵp 7 yn cynnwys cortison prednisone, 17alpha, 21-Dihydroxy-5beta-pregnane-3,11,20-trion, a 4,5alpha-Dihydrocortisone. Roedd Grŵp 8 yn cynnwys hydrocortisone, prednisolone, a cortisol (Tabl 1).

Felly, yn seiliedig ar y tebygrwydd o strwythurau cemegol rhwnggwrth-heneiddiocyffuriau a chydrannau a metabolion meddyginiaethau llysieuol, fe wnaethom ddarganfod 12 PAI (retinol, retinol, cortisol, MHP, androsterone, cortisone, propyl methyl trisulfide (2S) -2-amonia-6-ureidohexanoate (2R,3R) -3-hydroxyproline, 4,5alpha-Dihydrocortisone, 11-cis Retinol a 17alpha,21-Dihydroxy-5beta-pregnane-3,11,20- triolein pedwar perlysiau (cortecs eucommiae, cistanches herba, brych dynol, cynomorii herba).

Ffigur 1. Dadansoddiadau clwstwr rhwng cyfansoddion otraddodiadolTseiniaiddmeddyginiaethaua chyffuriau yn seiliedig ar debygrwydd strwythurol.Noder: Mae'r termau "mol007647", "mol009052", "mol009019", "mol009018", "1170" a "4097" yn cyfeirio at propyl methyl trisulfide (2S) -2-amonia{{ 8}}ureidohexanoate (2R, 3R)-3-hydroxyproline, MHP, androsterone, a cortison, yn y drefn honno.

Targedau tybiannol ar gyfer PAI

Ar sail rhagfynegiad targed, dangosir 69 targed cyfatebol y cyffuriau tebyg hyn fel targedau tybiedig PAI yn Ffeil Atodol 4.

Mecanwaith gweithredu PAI mewn gwrth-heneiddio

Adeiladu targedau PAIeputative genynnau sy'n gysylltiedig â heneiddio - rhwydwaith PPI dynol arall

Mae PAIeputative yn targedu genynnau sy'n gysylltiedig â heneiddio adeiladwyd rhwydwaith PPI dynol arall (Ffig. 2). Roedd y rhwydwaith yn cynnwys 518 o nodau (12 PAI, 16 targed tybiedig/targed heneiddio hysbys, heneiddio, 123 o dargedau heneiddio hysbys/genynnau cysylltiedig â heneiddio, 366 o broteinau dynol eraill), a 2377 o ymylon.Cyfoethogidangosodd dadansoddiadau fod targed cyfansawdd tybiedig a tharged heneiddio yn gysylltiedig yn sylweddol â: rheoleiddio'r system imiwnedd; llwybr signalau derbynnydd inswlin; rheoleiddio'r cylchred celloedd mitotig; ymateb i lefelau maetholion; ymateb i straen ocsideiddiol; rhyddhau cytochrome c o mitocondria; dysgu neu gof; ymateb llidiol (Tabl 2).

Dadansoddiadau o (2R, 3R)-3-gyfansoddyn tybiedig hydroxyproline yn targedu is-rwydwaith targed

Roedd yn anodd cynnal dadansoddiadau trylwyr o'r rhwydwaith cyfan oherwydd ei gymhlethdod. Felly, dadansoddwyd y berthynas rhwng targedau PAI a phroteinau sy'n gysylltiedig â chlefydau trwy echdynnu is-rwydwaith. O ganlyniad, defnyddiwyd is-rwydwaith targed cyfansawdd tybiedig hydroxyproline (2R, 3R) i egluro sut mae (2R, 3R)-3-hydroxyproline yn gweithredu wrth heneiddio. Yn yr is-rwydwaith hwn, roedd 8 nod a 15 ymyl (Ffig. 3).

Trafodaeth

Mae Tabl 1 yn dangos bod strwythur cemegol cyfansoddion ym mhob grŵp yn debyg. Er enghraifft, yng ngrŵp 7, mae gan prednisone, cortisone, 17a,21-Dihydroxy-5b-pregnane-3,11,20- trione, a 4,5a-Dihydrocortisone hydroxyl grwpiau, grwpiau carbonyl, a nifer unfath o gylchoedd. Mae'r PAI a ragwelwyd gennym, megis androsterone, yn cael effeithiau gwrth-bryder a gwella gwybyddol, sy'n lleihau gydag oedran.43 Mae cortisone yn un o gydrannau'r brych dynol, yr adroddwyd ei fod yn ymestyn bywyd.44,45 Fitamin A yn grŵp o gyfansoddion organig maethol annirlawn sy'n cynnwys retinol, retinol, asid retinoig, a all atal nam ar y cof sy'n gysylltiedig ag oedran.46,47 Felly, daethom i'r casgliad y gallai androsteron, cortisone, retinol, a retinol fod yn PAI yngwrth-heneiddioperlysiau, casgliad sy'n unol â chanlyniadau clystyru.

Mae heneiddio yn gysylltiedig â newidiadau yn nifer a swyddogaeth celloedd imiwnedd cynhenid. Mae heneiddio yn lleihau gallu derbynyddion celloedd imiwnedd cynhenid ​​​​i ymateb i bathogenau bacteriol a firaol.48 Mae anghydbwysedd rhydocs ocsideiddiol a achosir gan straen yn dylanwadu ar heneiddio a chlefydau niwroddirywiol sy'n gysylltiedig ag oedran.49,50 Gall mwy o straen ocsideiddiol arwain at heneiddio.51 Yr ymateb biolegol i straen ocsideiddiol, diffygion dysgu21 a rheoleiddio cadarnhaol y system imiwnedd19 gan ddefnyddio ontoleg genynnau (Tabl 2) yn gyson â'r llenyddiaeth, ac sy'n ymwneud â heneiddio.

Gall cludwr multivitamin sy'n ddibynnol ar sodiwm (Q9Y289) gludo pantothenate, biotin, a lipoate ym mhresenoldeb sodiwm (Ffig. 3). Mae biotin (AB171548) yn fitamin B-gymhleth sy'n hydoddi mewn dŵr (B7, B8, neu H) ac yn cofactor hanfodol ar gyfer sawl adwaith carbocsyleiddiad. Mae diffyg biotin yn cael effeithiau andwyol ar swyddogaeth imiwnedd cellog a humoral.52 Mae A4 (P05067) yn lipoprotein trawsbilen bach a all helpu i gyfyngu ar lefelau uchel o ddyblygiad firaol.53 Hefyd, mae'r gallu i reoli atgynhyrchu firaol yn gysylltiedig yn agos â heneiddio.54 Felly , deuwn i'r casgliad y gall (2R, 3R)-3-hydroxyproline weithredu fel cludwr multivitamin sy'n ddibynnol ar sodiwm i reoli atgynhyrchu firaol trwy actifadu proteinau rhagflaenydd amyloid i oedi heneiddio.

Ffigur 3 Mae'r rhwydwaith llwybrau o (2R, 3R)-3-hydroxyproline i darged therapiwtig P05067. Nodyn: Oren, glas, melyn, llwyd, pinc, a saeth doredig coch a llinell solet T yn cynrychioli cydrannau cortecs eucommiae, tybiedig targed, cyfansawdd, proses fiolegol, targed heneiddio, heneiddio, actifadu, ac ataliad, yn y drefn honno.

Casgliad

Cynigiwyd dull newydd o ragweld y PAI ogwrth-heneiddiomeddyginiaethau llysieuol trwy ymgorffori cyfrifiadau cemeg cwantwm a dysgu peirianyddol. Yna, defnyddiwyd dull anetwork-ffarmacoleg i ddatgelu sut mae'r PAI hyn yn oedi heneiddio. Gallai dull in silico o'r fath helpu i ddarganfod a datblygugwrth-heneiddiocyffuriau. Gall y wybodaeth a ddarperir gan ein hastudiaeth ar PAI helpu i ddarganfod cyffuriau gwrth-heneiddio.

Ariannu

Cefnogir y gwaith hwn gan Sefydliad Gwyddoniaeth Naturiol Tsieina (81373985).

Gwrthdaro buddiannau

Rydym yn datgan nad oes unrhyw fuddiannau cystadleuol.

O: ' Rhagfynegiad strwythurol ar sail tebygrwydd o'r potensialgweithgarcynhwysiona mecanwaith gweithredu otraddodiadolTseiniaiddmeddygaethfformwleiddiadau a ddefnyddir iwrth heneiddioganQian Zhang, et al

---Cylchgrawn oTraddodiadolTseiniaiddGwyddorau Meddygol (2018) 5, 177e184