网络药理学专题 | IF=7.1！纯代谢组学检测+网络药理学分析研究五味子-菖蒲治疗阿尔茨海默病

2023-02-17 06:11:34, 小迈武汉迈特维尔生物科技有限公司

联合化学特征、网络药理学和代谢组学分析方法探索五味子-菖蒲对阿尔茨海默病的治疗成分和作用机制

● 期刊：Oxidative Medicine and Cellular Longevity

● 影响因子：7.31

● 发表时间：2022.07

● 发表单位：中国医科大学

研究背景

阿尔茨海默病（Alzheimer''s disease，AD）是一种神经退行性疾病，其发病机制尚未阐明，也没有完全治愈的方法，因此阿尔茨海默病的新药开发仍然至关重要。“药对”通常由两种药材组成，在中医临床处方中，药材各有不同。五味子是治疗肾虚痰多型痴呆的常用药物之一，据报道其果实的粗提物和分离的纯木质素成分可以保护受损的神经元并增强认知功能。菖蒲干燥的根茎是一种化痰开窍的草本植物。研究发现，其有效成分可改善阿尔茨海默病引起的认知功能障碍。作者检索了多个与阿尔茨海默病相关的数据，根据使用频率和荟萃分析结果发现，五味子和菖蒲是治疗AD的中药组方中的关键药物。然而，这两种药物联合治疗AD的研究较少，且Sc-At治疗AD的有效成分和作用机制尚未阐明，给中医药发展带来障碍。

近年来，网络药理学和系统生物学与中医的整体哲学有许多共同的概念，这有助于系统研究克服癌症等复杂机制的疾病。网络药理学可以整合海量数据，根据中医进行虚拟筛选药方及相应的症状，并从多个尺度揭示化合物与复杂疾病之间的分子相关性。代谢组学研究基于生物样本（如尿液、血浆或组织）的整体代谢谱，强调生物系统对外部刺激（包括病理刺激和药物治疗）的多参数代谢反应的整体研究。该研究可用于监测生物体内内源性小分子代谢物的动态变化。

本研究采用代谢组学方法研究大鼠AD模型血浆在Sc-At治疗前后的潜在生物标志物。此外，Sc-At的理论活性成分与靶标之间的相互作用网络是通过网络药理学构建的。然后，这些活性成分在体外进行分析，并通过代谢组学在体内进行验证。总之，结合网络药理学和代谢组学研究了Sc-At治疗阿尔茨海默病的作用机制，为中医药现代化奠定了基础。

研究思路

研究结果

1. 复方成分及入血成分鉴定-代谢组学检测

在本研究中，采用代谢组学技术对五味子-菖蒲酒精提取物样品进行了测试。根据UNFI自建数据库，药物成分鉴定为：五味子共有47个化合物，其中木脂素17个，挥发油12个，脂肪酸10个，生物碱4个，杂类4个。菖蒲共含有48种化合物，包括9种萜类化合物、6种黄酮类化合物、4种苯丙素、2种木质素、6种脂肪酸和21种杂环化合物。在这些化合物中，给药后在正常大鼠血浆中鉴定出五味子中的20个原型成分和菖蒲中的16个原型成分。

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图1 五味子-菖蒲体内外鉴定到的成分（红色代表在方对和血浆中都检测到；绿色代表仅在方对中检测到）

2. 网络药理学分析

根据口服生物利用度≥30%和药物类似性≥0.18两个标准，从数据库和相关文献中检索到14种Sc-At中的活性化合物。结合Sc-At方对成分分析结果，对两者共有的10个化合物的靶点进行预测，得到67个Sc-At预测靶点。通过将它们与通过GeneCards获得的阿尔茨海默病相关靶点进行匹配，最终确定了58个用于治疗AD的Sc-At潜在靶点，最后构建潜在的药物成分-靶点-疾病-通路网络图。

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图2 网络药理学分析

3. 动物验证实验-血浆代谢组

将空白组、模型组、Sc-At组、QC组进行代谢组学检测，对代谢组学的检测结果进行多元统计分析。

①PCA分析

PCA图中每种颜色的点代表一个样本，PCA结果表明每组样品分离明显，尤其是QC（质控）样品。这些结果表明，三组血清内源性代谢产物存在显著差异，实验过程中LC-MS检测系统稳定，该方法可以直观地描述不同组间代谢模式和聚类结果的差异。

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图3 主成分分析

②差异代谢物及通路分析

血浆代谢组学初步筛选了大鼠AD模型中的10条代谢途径，涉及43种相关代谢物，在模型与空白组和模型组与Sc-At组之间鉴定出30种（25 up/5 down）和33（17 up/16 down）种差异内源性代谢物，这些代谢物主要涉及鞘脂代谢、不饱和脂肪酸生物合成、花生四烯酸代谢和维生素B6代谢（图4），主要涉及炎症、氧化应激、氨基酸代谢和神经递质降解代谢。综合分析这些代谢物，12种代谢物可能是ScAt治疗AD的关键生物标志物。最近的证据表明，阿尔茨海默病还包括大量神经元丢失、炎症、广泛的DNA损伤、相当大的线粒体功能障碍、能量代谢受损和慢性氧化应激，这与本研究的结果一致，即相关的代谢功能障碍是阿尔茨海默病的可能原因和标志物。

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图4 血浆代谢组通路分析

③网络药理学靶点通路及血浆代谢组通路联合分析

在这项研究中，通过网络药理学分析了Sc-At中10种化合物治疗阿尔茨海默病的潜在靶点。结果显示，85条KEGG信号通路富集，主要包括鞘脂信号通路（hsa04071）、花生四烯酸（hsa05200）、TNF信号通路（hsa04668）和胆碱能突触（hsa04725）。血浆代谢组差异代谢物的富集途径主要包括鞘脂代谢、多巴胺降解和花生四烯酸代谢。三个相互确认的通路分别是鞘脂信号通路（鞘脂代谢）、花生四烯酸代谢和胆碱能突触（左旋多巴降解）。这些代谢通路主要与炎症、神经递质和细胞凋亡等生物过程有关（图8）。

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图5 网络药理学靶点通路及血浆代谢组通路联合分析

④药效机制网络图及生理指标测定

本研究得出结论，SC-AT治疗AD可能通过7个主要成分影响9个关键代谢物，作用于12个相关靶点，并通过3个途径影响9个关键代谢物来实现。网络药理分析的结果表明，在Sc-At治疗AD的理论信号通路中，菖蒲中的成分山奈酚通过肿瘤坏死因子作用于鞘脂信号通路，该因子具有显著的统计学意义（图6）。

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图6 药效机制网络图及TNF-α含量测定

本文亮点

本文利用代谢组学技术手段分别对中药方对五味子-菖蒲进行成分鉴定，其次又对服用该方对的小鼠血浆样品进行入血成分检测，利用这两个的检测结果辅助成分筛选，有利于减少靶点；同时在验证实验中又利用血浆代谢组学探索小鼠自身体内的代谢物和通路变化，最终结合前后两者的分析确定五味子-菖蒲方对的治疗机制。本研究思路既符合网络药理学的三要素，同时也最大程度的减少小鼠实验，也能达到机制研究的目的。

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