Περίληψη

Η νόσος του Πάρκινσον (PD) αντιπροσωπεύει μια προοδευτική νευροεκφυλιστική κινητική διαταραχή χωρίς ριζικές θεραπευτικές θεραπείες. Το φυτικό ζεύγος που αποτελείται απόCistanche deserticolaκαιAngelica sinensisείναι ένας πολύ γνωστός συνδυασμός παραδοσιακής κινεζικής ιατρικής (TCM) που αναφέρεται ότι ανακουφίζει τα κλινικά συμπτώματα που σχετίζονται με την PD. Αυτή η έρευνα ενσωμάτωσε τη ροή εργασιών δικτυακής φαρμακολογίας και το μοντέλο πρόβλεψης βαθιάς μάθησης για να αποκαλύψει υποψήφιους θεραπευτικούς στόχους και λανθάνοντες μοριακούς μηχανισμούς αυτού του ζεύγους βοτάνων έναντι της PD.

Δραστικά χημικά συστατικά τουCistanche deserticola-Angelica sinensisανακτήθηκαν και φιλτραρίστηκαν μέσω της βάσης δεδομένων TCMSP. Η βάση δεδομένων PubChem παρείχε σύνθετες δομικές πληροφορίες. Η ανάλυση τομής εντόπισε 131 κοινά γονίδια μεταξύ στόχων που σχετίζονται με φάρμακα και γονιδίων που σχετίζονται με τη νόσο PD. Ο λειτουργικός εμπλουτισμός GO και ο εμπλουτισμός της οδού KEGG πραγματοποιήθηκαν για αυτά τα επικαλυπτόμενα γονίδια. Το προεκπαιδευμένο μοντέλο CNN_CNN_BindingDB που είναι ενσωματωμένο στην εργαλειοθήκη βαθιάς μάθησης DeepPurpose αναπτύχθηκε για την ποσοτική πρόβλεψη της συγγένειας δέσμευσης μοριακής πρωτεΐνης μεταξύ αντιπροσωπευτικών φυτοχημικών και πρωτεϊνών-στόχων κόμβου.

Τα αποτελέσματα λειτουργικού εμπλουτισμού έδειξαν ότι αυτό το φυτικό μείγμα παρεμβαίνει στην παθολογική εξέλιξη της PD μέσω βιολογικών αποκρίσεων, συμπεριλαμβανομένης της αντίδρασης εξωγενούς ερεθίσματος, οδών που σχετίζονται με λοιμώδη, απόκρισης λιποπολυσακχαρίτη και απόκρισης στρες αντιδραστικών ειδών οξυγόνου. Οι κυρίαρχες οδοί σηματοδότησης KEGG κάλυπταν το μονοπάτι ενεργοποίησης της χημικής καρκινογένεσης-υποδοχέα καθώς και τον καταρράκτη σηματοδότησης AGE-RAGE. Η πρόβλεψη συγγένειας βαθιάς μάθησης επαλήθευσε την ισχυρή αλληλεπίδραση δέσμευσης μεταξύ των κύριων βιοδραστικών συστατικών (-σιτοστερόλη, κερκετίνη, αραχιδονικό και άλλα φυτοχημικά) και πρωτεϊνών κεντρικού πυρήνα που σχετίζονται με το PD (HIF1A, TP53, MYC, MAPK1, FAT1, HSPOS90 CCND1, AKT1).

Συλλογικά,Cistanche deserticola-Angelica sinensisΤο φυτικό ζεύγος ασκεί φαρμακολογικές επιδράσεις πολλαπλών συστατικών, πολλαπλών στόχων για την παρέμβαση της PD. Οι δραστικές του ουσίες ρυθμίζουν την αυτοφαγία, την κυτταρική απόπτωση, την ομοιόσταση του οξειδωτικού στρες και τις νευροφλεγμονώδεις αποκρίσεις. Αυτή η υπολογιστική μελέτη παρέχει προκαταρκτικά θεωρητικά στοιχεία και πηγή αναφοράς για επακόλουθη πειραματική επικύρωση και έλεγχο φαρμάκων κατά της PD που προέρχονται από συνδυασμούς βοτάνων TCM.

Λέξεις-κλειδιά: Νόσος Πάρκινσον; φαρμακολογία δικτύου? βαθιά μάθηση·Cistanche deserticola; Angelica sinensis; Ζεύγος βοτάνων? νευροπροστασία? πρόβλεψη στόχου

1. Εισαγωγή

Η νόσος του Πάρκινσον (PD) είναι μια χρόνια νευροεκφυλιστική διαταραχή που προκαλεί αναπηρία που χαρακτηρίζεται από προοδευτικό εκφυλισμό των ντοπαμινεργικών νευρώνων της μελανοβρώδους. Οι τυπικές κλινικές εκδηλώσεις περιλαμβάνουν τρόμο ηρεμίας, μυϊκή ακαμψία, αστάθεια στάσης, βραδυκινησία, συνοδευόμενη από μη κινητικά συμπτώματα όπως διαταραχή ύπνου, οσφρητική δυσλειτουργία, δυσκοιλιότητα και νοητική-γνωστική εξασθένηση. δεν μπορεί να σταματήσει ή να αναστρέψει την υποκείμενη νευρωνική εκφυλιστική πρόοδο. Η μακροχρόνια χορήγηση λεβοντόπα συχνά προκαλεί ανεπιθύμητες ενέργειες από κινητικές επιπλοκές. Ως εκ τούτου, η ανακάλυψη και η ανάπτυξη νέων νευροπροστατευτικών θεραπευτικών παραγόντων παραμένουν επείγουσες κλινικές απαιτήσεις.

Η παραδοσιακή κινεζική βοτανοθεραπεία παρέχει άφθονους υποψήφιους πόρους για την εξερεύνηση φαρμάκων για νευροεκφυλιστικές ασθένειες.Cistanche deserticola(Ρου-κονγκ-ρονγκ) καιAngelica sinensis(Dang-gui) είναι συχνά συνδυασμένα φαρμακευτικά βότανα στην κλινική πρακτική της TCM. Οι σύγχρονες φαρμακολογικές έρευνες έχουν επικυρώσει πολλαπλές βιολειτουργίες για αυτά τα δύο φυτικά υλικά.Cistanche deserticola, το «τζίνσενγκ της ερήμου», έχει προστατευτικές, ανοσοτροποποιητικές, αντικαρκινικές και γαστρεντερικές ρυθμιστικές δραστηριότητες με ευνοϊκά προφίλ βιοασφάλειας PMC. Τα συστατικά του φαινυλαιθανοειδούς-γλυκοσίδης, όπως η εχινακοσίδη και η βερμπασκοσίδη, μπορούν να μετριάσουν την οξειδωτική νευρωνική βλάβη, να αναστείλουν την απόπτωση ντοπαμινεργικών νευρώνων και να ρυθμίσουν τη ροή της αυτοφαγίας, παρουσιάζοντας πολλά υποσχόμενα προκλινικά αποτελέσματα κατά της PD.Angelica sinensisεφαρμόζεται ευρέως για τη θρέψη του αίματος και την ενεργοποίηση της κυκλοφορίας του αίματος στις συνταγές TCM. Τα εκχυλίσματά του επιδεικνύουν αντιφλεγμονώδη απόδοση, ικανότητα σάρωσης ειδών αντιδραστικού οξυγόνου, αντιγηραντικές και νευροτροφικές ιδιότητες Σύνορα. Η συνδυασμένη χρήση αυτών των δύο βοτάνων θεωρείται ότι δημιουργεί συνεργιστικά νευροπροστατευτικά οφέλη για ασθενείς με PD.

Ωστόσο, ο ολιστικός μοριακός μηχανισμός που βρίσκεται κάτω από τοCistanche deserticola-Angelica sinensisΤο ζεύγος βοτάνων που θεραπεύει τη νόσο του Πάρκινσον παραμένει ανεπαρκώς διευκρινισμένο από τα συμβατικά εργαστηριακά πειράματα ενός στόχου. Η μεθοδολογία φαρμακολογίας δικτύου προσομοιώνει το χαρακτηριστικό "πολλαπλών ενώσεων, πολλαπλών στόχων, πολλαπλών οδών" των τύπων TCM, το οποίο ταιριάζει απόλυτα για την αποκρυπτογράφηση μηχανισμών συνδυασμών βοτάνων. Επιπλέον, η πρόβλεψη συνάφειας φαρμάκου-στόχου-δέσμευσης-δέσμευσης φαρμάκου με βάση τη βαθιά μάθηση συμπληρώνει περαιτέρω την παραδοσιακή ροή εργασίας μοριακής σύνδεσης και βελτιώνει την αποτελεσματικότητα ελέγχου υψηλής απόδοσης για την αλληλεπίδραση ένωσης-στόχου. Η βιβλιοθήκη ανοιχτού κώδικα DeepPurpose παρέχει πολλαπλές προεκπαιδευμένες αρχιτεκτονικές νευρωνικών δικτύων για την πρόβλεψη αλληλεπίδρασης φαρμάκου-στόχου. το μοντέλο CNN_CNN_BindingDB επιτυγχάνει αξιόπιστη απόδοση για την εκτίμηση της βαθμολογίας δέσμευσης μικρών μορίων-πρωτεΐνης.

Σε αυτήν την υπολογιστική μελέτη, ενσωματώσαμε αναλυτικό αγωγό φαρμακολογίας δικτύου με το μοντέλο βαθιάς μάθησης DeepPurpose για να διερευνήσουμε συστηματικά πιθανούς στόχους και καταρράκτες σηματοδότησης που διαμορφώνονται απόCistanche deserticola-Angelica sinensisκατά Π.Δ. Στόχος μας ήταν να αποκαλύψουμε συνεργιστικό μοριακό μηχανισμό αυτού του ζεύγους βοτάνων και να θέσουμε θεωρητικές βάσεις για παρακολούθηση in vitro κυτταρική ανάλυση και in vivo επαλήθευση ζωικού μοντέλου, επιταχύνοντας την εκμετάλλευση νέων υποψηφίων φαρμάκων για τη θεραπεία της νόσου του Πάρκινσον.

2. Υλικά και Μέθοδοι

2.1 Ανάκτηση συνόλων δεδομένων και έλεγχος σύνθετων στόχων

Βιοενεργά χημικά συστατικά τουCistanche deserticolaκαιAngelica sinensisελήφθησαν από το TCMSP (Πλατφόρμα Βάσης Δεδομένων Φαρμακολογίας και Ανάλυσης Συστημάτων Παραδοσιακής Κινεζικής Ιατρικής). Εφαρμόστηκαν τρία κριτήρια φίλτρου για τον προσυμπτωματικό έλεγχο υποψήφιας ένωσης: βιοδιαθεσιμότητα από του στόματος OB Μεγαλύτερη ή ίση με 30 %. ομοιότητα με το φάρμακο DL Μεγαλύτερο ή ίσο με 0,18. Διαπερατότητα αιματοεγκεφαλικού φραγμού BBB Μεγαλύτερη ή ίση με -0,85. Η ρύθμιση κατωφλίου BBB εγγυάται ότι τα ελεγμένα φυτοχημικά έχουν θεωρητική ικανότητα να διασχίζουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και να δρουν σε βλάβες του κεντρικού νευρικού συστήματος που σχετίζονται με την παθολογία της PD, λαμβάνοντας υπόψη τη διαταραχή του αιματοεγκεφαλικού φραγμού που εμφανίζεται συχνά στους ασθενείς με PD.

Ζητήθηκε η βάση δεδομένων PubChem για κανονικές δομικές σειρές SMILES φιλτραρισμένων ενώσεων. Τα γονίδια-στόχοι που σχετίζονται με τη νόσο για τη νόσο του Πάρκινσον συλλέχθηκαν από τις βάσεις δεδομένων GeneCards, OMIM, PharmGkb, TTD και DrugBank. Μετά την ενοποίηση και την αποδιπλασιασμό των καταχωρίσεων γονιδίων που σχετίζονται με την ασθένεια, διεξήχθη ανάλυση τομής μεταξύ προβλεπόμενων στόχων φυτικής ένωσης και γονιδίων ασθενειών που σχετίζονται με PD για την απόκτηση κοινών επικαλυπτόμενων γονιδίων-στόχων του φυτικού ζεύγους για θεραπεία PD.

2.2 Κατασκευή δικτύου αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-πρωτεΐνης (PPI).

Τα επικαλυπτόμενα κοινά γονίδια-στόχοι υποβλήθηκαν στη βάση δεδομένων STRING. Το είδος προσδιορίστηκε ωςHomo sapiens, confidence threshold was set to highest‑confidence score >0,9; άλλες παράμετροι διατηρούνται ως προεπιλεγμένη διαμόρφωση για τη δημιουργία δικτύου αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-πρωτεΐνης. Υπολογίστηκαν οι τοπολογικές παράμετροι δικτύου, συμπεριλαμβανομένων των βαθμών-κεντρικότητας (DC), μεταξύ της κεντρικής εμβέλειας (BC), της εγγύτητας-κεντρικότητας (CC), της κεντρικής ιδιόδιανυσμα (EC). Το πρόσθετο CytoNCA στο λογισμικό Cytoscape εκτέλεσε διπλό φιλτράρισμα γονιδίου hub για τον εντοπισμό γονιδίων κεντρικού κέντρου-στόχου. Πρώτα κριτήρια φιλτραρίσματος: BC μεγαλύτερο ή ίσο με 49,43, CC μεγαλύτερο ή ίσο με 0,15, DC μεγαλύτερο ή ίσο με 5,0, EC μεγαλύτερο ή ίσο με 0,05. Αυστηρότερο φιλτράρισμα δεύτερου γύρου: BC μεγαλύτερο ή ίσο με 15,43, CC μεγαλύτερο ή ίσο με 0,54, DC μεγαλύτερο ή ίσο με 8, EC μεγαλύτερο ή ίσο με 0,14. Τα γονίδια που ικανοποιούν τα κατώφλια δευτερογενούς διαλογής ορίστηκαν ως στόχοι του πυρήνα αυτού του φυτικού ζεύγους έναντι της PD.

2.3 Ανάλυση εμπλουτισμού GO και KEGG

Η πλατφόρμα R-studio με πακέτα οικοσυστήματος Bioconductor (clusterProfiler, ggplot2 και βοηθητικά πακέτα εξάρτησης) εγκρίθηκε για ανάλυση λειτουργικού εμπλουτισμού Gene-Ontology (GO) και Kyoto-Encyclopedia-of-Genes-and-Genricht-and-Gen (1) διασταυρούμενοι στόχοι. Η ανάλυση εμπλουτισμού GO καλύπτει τρεις κατηγορίες: βιολογική διεργασία (BP), κυτταρικό συστατικό (CC), μοριακή λειτουργία (MF). P‑value< 0.05 was regarded as statistically‑significant enrichment threshold.

2.4 Πρόβλεψη δεσμευτικής συγγένειας με βάση τη βαθιά μάθηση

Το κιτ εργαλείων βαθιάς μάθησης ανοιχτού κώδικα DeepPurpose χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη συγγένειας δέσμευσης φαρμάκου-στόχου. Επιλέχθηκε για υπολογισμό προεκπαιδευμένο μοντέλο CNN_CNN_BindingDB. Οι αλληλουχίες αμινοξέων πρωτεϊνών-στόχων πυρήνα λήφθηκαν από τη βάση δεδομένων UniProt. Οι σύνθετες συμβολοσειρές SMILES ανακτήθηκαν από τη βάση δεδομένων PubChem. Αυτό το υβριδικό μοντέλο συνελικτικού-νευρικού δικτύου λαμβάνει την αλληλουχία ένωσης SMILES και την αλληλουχία αμινοξέων στόχου-πρωτεΐνης ως διπλά χαρακτηριστικά εισόδου και εξάγει ποσοτικό πίνακα βαθμολογίας δέσμευσης-ισχύς για ζεύγη ένωσης-στόχου. Η οπτικοποίηση της μήτρας πρόβλεψης σύνδεσης εφαρμόστηκε για να επιδειχθεί η ένταση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των αντιπροσωπευτικών φυτοχημικών ζευγών βοτάνων και των πρωτεϊνών που σχετίζονται με το κέντρο PD.

3. Αποτελέσματα

3.1 Συλλογή ενεργών ενώσεων και φαρμάκων-στόχων

Μετά την ανάκτηση της βάσης δεδομένων TCMSP και τα κριτήρια τρισδιάστατου φιλτραρίσματος (OB μεγαλύτερο ή ίσο με 30 %, DL μεγαλύτερο ή ίσο με 0,18, BBB μεγαλύτερο ή ίσο με -0,85), ελήφθησαν επτά βιοδραστικές φυτοχημικές ουσίες (συμπεριλαμβανομένου ενός κοινού συστατικού και για τα δύο βότανα)Cistanche deserticola-Angelica sinensisφυτικό ζευγάρι. Η δέσμη ενεργειών Strawberry-Perl πραγματοποίησε μετατροπή αναγνωριστικού στόχου, σχολιασμένη βάση δεδομένων UniProt και τυποποιημένα ονόματα γονιδίων. Τελικά αποκτήθηκαν συνολικά 297 υποτιθέμενα γονίδια-στόχοι του φαρμάκου που συνδέονται με τις ενώσεις των φυτικών ζευγών.

3.2 Έλεγχος διασταύρωσης για θεραπευτικούς στόχους που σχετίζονται με την PD

Πολλαπλές βάσεις δεδομένων γονιδίων ασθένειας (GeneCards, OMIM, PharmGkb, TTD, DrugBank) ενσωματώθηκαν και αποδιπλασιάστηκαν, αποδίδοντας συνολικά 11 208 γονίδια ασθένειας που σχετίζονται με PD. Υπολογισμός τομής μεταξύ του συνόλου στόχων ζευγών βοτάνων και του συνόλου δεδομένων γονιδίων PD για την ασθένεια131 κοινά τεμνόμενα γονίδια, το οποίο αποτελούσε πιθανή δεξαμενή θεραπευτικού στόχου που μεσολαβεί σε φαρμακολογικές δράσεις κατά της PD γιαCistanche deserticola-Angelica sinensis.

3.3 Αναγνώριση πυρήνα κόμβου-στόχου από το δίκτυο PPI

Οι 131 κοινόχρηστοι στόχοι εισήχθησαν στο STRING για τη δημιουργία δικτύου αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-πρωτεΐνης. Το φιλτράρισμα τοπολογικών παραμέτρων σε δύο βήματα από την προσθήκη CytoNCA εξέτασε έντεκα γονίδια κεντρικού πυρήνα:HIF1A, TP53, MYC, MAPK1, HSP90AA1, FOS, EGFR, RELA, STAT1, CCND1, AKT1. Αυτά τα κεντρικά γονίδια καταλαμβάνουν κεντρική ρυθμιστική κατάσταση εντός του βιολογικού δικτύου και εικάζεται ότι χρησιμεύουν ως κύριοι κόμβοι δράσης για αυτό το φυτικό ζεύγος που παρεμποδίζει την παθολογική εξέλιξη της PD.

3.4 Αποτελέσματα εμπλουτισμού λειτουργικού εμπλουτισμού GO και οδού KEGG

Τα αποτελέσματα εμπλουτισμού GO αποκάλυψαν ότι αυτοί οι κοινόχρηστοι στόχοι συμμετέχουν σε πολλαπλές αποκρίσεις βιολογικής διαδικασίας: απόκριση εξωγενούς ερεθίσματος, αντίδραση σχετιζόμενη με μόλυνση, φλεγμονώδη απόκριση με μεσολάβηση λιποπολυσακχαρίτη, μεταβολική απόκριση αντιδραστικού οξυγόνου. Σε επίπεδο μοριακής λειτουργίας, οι πρωτεΐνες πλήμνης ασκούν δράση δέσμευσης DNA-μεταγραφικού παράγοντα, λειτουργία δέσμευσης πρωτεϊνικής λιγάσης παρόμοια με την ουβικιτίνη και δραστηριότητα ρύθμισης πυρηνικών υποδοχέων. Οι αντίστοιχες θέσεις κυτταρικών συστατικών περιλαμβάνουν μικροτομείς μεμβράνης πλάσματος, μεμβρανικές σχεδίες και ενδοκυτταρικούς αυλούς κόκκων.

Η ανάλυση εμπλουτισμού οδού KEGG έδειξε σημαντικά εμπλουτισμένους καταρράκτες σηματοδότησης, μεταξύ των οποίων η οδός ενεργοποίησης χημικής καρκινογένεσης-υποδοχέα και η οδός σηματοδότησης AGE-RAGE είναι αντιπροσωπευτικές οδοί υψηλής συνάφειας. Άλλοι σημαντικοί καταρράκτες περιλαμβάνουν τη σηματοδότηση PI3K-Akt, τη σηματοδότηση MAPK, την οδό φλεγμονώδους απόκρισης IL-17 και τη φλεγμονώδη οδό με τη μεσολάβηση του TNF, τα οποία συνδέονται στενά με το οξειδωτικό στρες των νευρώνων, τη νευροφλεγμονή, την κυτταρική απόπτωση και τα συμβάντα ρυθμιστικής παθογένεσης της αυτοφαγίας.

3.5 Πρόβλεψη δεσμευτικής συγγένειας CNN_CNN_BindingDB σε βάθος

Το μοντέλο DeepPurpose CNN_CNN_BindingDB προέβλεψε την ισχύ αλληλεπίδρασης δέσμευσης μεταξύ αντιπροσωπευτικών φυτοχημικών (yangambin, suchilactone, stigmasterol, quercetin, marckine, -sitosterol, arachidonate) και έντεκα πρωτεϊνών-στόχων του πυρήνα. Η μήτρα θερμότητας με βαθμολογία δέσμευσης απέδειξε ότι πολλαπλές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων της σιτοστερόλης, της κερκετίνης, της μαρκίνης και του αραχιδονικού εμφάνισαν ισχυρή συγγένεια δέσμευσης με τους περισσότερους κόμβους-στόχους κόμβου όπως AKT1, TP53, MYC, MAPK1, STATIF, και FOSATIF. Αυτό το υπολογιστικό αποτέλεσμα βαθιάς μάθησης υποστηρίζει την υπόθεση από την οποία προέρχονται τα ενεργά συστατικάCistanche deserticola-Angelica sinensisΤο ζεύγος βοτάνων μπορεί να αλληλεπιδράσει άμεσα με πρωτεΐνες που σχετίζονται με τον πυρήνα της PD και να ρυθμίσει τη βιολογική τους λειτουργία.

4. Συζήτηση

Η παθογένεση της νόσου του Πάρκινσον περιλαμβάνει περίπλοκη συζήτηση μεταξύ τραυματισμού από οξειδωτικό στρες, νευροφλεγμονής, συσσώρευσης πρωτεϊνών, μιτοχονδριακής δυσλειτουργίας, δυσρυθμισμένης αυτοφαγίας και απόπτωσης ντοπαμινεργικού νευρώνα. Η μονοθεραπεία με ένα μόριο είναι δύσκολο να αντιστραφεί η νευροεκφυλιστική βλάβη που οφείλεται σε πολλούς παράγοντες. Ζεύγος βοτάνων TCMCistanche deserticola-Angelica sinensisλειτουργεί μέσω συνεργιστικής λειτουργίας πολλαπλών συστατικών, που ταιριάζει με πολλαπλά παθολογικά χαρακτηριστικά του PD. Αυτή η μελέτη συνδύασε τη φαρμακολογία δικτύου και την πρόβλεψη δέσμευσης στόχων βαθιάς μάθησης για να αναλύσει τον πιθανό μοριακό μηχανισμό κατά της PD.

Ελέγχθηκαν επτά πιστοποιημένα βιοενεργά φυτοχημικά, συμπεριλαμβανομένης της σιτοστερόλης, της κερκετίνης, του αραχιδονικού, της στιγμαστερόλης και άλλων καλά τεκμηριωμένων φυσικών προϊόντων νευροπροστατευτικών. Συνολικά 131 επικαλυπτόμενα γονίδια μεταξύ των φυτικών στόχων και των γονιδίων της νόσου PD υποδεικνύουν ευρύ πεδίο παρέμβασης αυτού του φυτικού ζεύγους για παθολογικό δίκτυο PD. Έντεκα γονίδια κόμβου (HIF1A, TP53, MYC, MAPK1, HSP90AA1, FOS, EGFR, RELA, STAT1, CCND1, AKT1) φιλτραρίστηκαν από το δίκτυο PPI. Αυτά τα κεντρικά γονίδια είναι κεντρικοί ρυθμιστές για την επιβίωση των κυττάρων, τη φλεγμονή και την απόκριση στο οξειδωτικό στρες. Το AKT1 ανήκει στον κεντρικό κόμβο της οδού σηματοδότησης PI3K-AKT. Η κατάσταση φωσφορυλίωσης του ελέγχει την κυτταρική απόπτωση και τη διαδικασία αυτοφαγίας στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες. Το TP53 μεσολαβεί στην απόπτωση των νευρώνων που προκαλείται από βλάβη του DNA. Η MAPK1 συμμετέχει στον καταρράκτη ενεργοποιημένης από το στρες ενεργοποιημένης από μιτογόνο πρωτεΐνης-κινάσης που διευκολύνει τον θάνατο των νευρώνων υπό συνθήκες οξειδωτικού στρες. Το HIF1A ρυθμίζει την υποξική-φλεγμονώδη αντίδραση στο μικροπεριβάλλον του κεντρικού νευρικού συστήματος. Το RELA και το STAT1 είναι βασικά μόρια μεταγραφικού παράγοντα για τη μετάδοση νευροφλεγμονώδους σήματος που βασίζεται στο NF-κB.

Η ανάλυση εμπλουτισμού KEGG ανέδειξε το μονοπάτι σηματοδότησης AGE-RAGE ως κρίσιμο εμπλουτισμένο μονοπάτι. Η μη φυσιολογική ενεργοποίηση του άξονα AGE-RAGE μπορεί να προκαλέσει απελευθέρωση φλεγμονωδών παραγόντων που εξαρτάται από NF-κB, να επιδεινώσει το φορτίο οξειδωτικού στρες των νευρώνων της μέλαινας ουσίας και να επιταχύνει την εξέλιξη της PD, κάτι που είναι σύμφωνο με προηγούμενες δημοσιευμένες έρευνες για τον μηχανισμό νευροεκφυλισμού. Το μονοπάτι της φλεγμονής του TNF, το μονοπάτι IL-17 και το μονοπάτι PI3K-Akt είναι επίσης σημαντικά εμπλουτισμένα. Τα συστατικά του ζεύγους βοτάνων μπορεί να καταστέλλουν την υπερενεργοποίηση της μικρογλοίας και την έκκριση προφλεγμονώδους κυτοκίνης (TNF-, IL-17 κ.λπ.), να μειώσουν τον τραυματισμό του νευρώνα που προκαλείται από τη φλεγμονή. Ο εμπλουτισμός βιολογικής διαδικασίας GO έδειξε σημαντικό εμπλουτισμό για την απόκριση αντιδραστικών ειδών οξυγόνου, υποδεικνύοντας ότι η αντιοξειδωτική δράση αποτελεί έναν ζωτικό νευροπροστατευτικό μηχανισμό αυτού του ζεύγους βοτάνων.

Διαφορετικά από τη συμβατική προσομοίωση μοριακής σύνδεσης, εφαρμόσαμε το μοντέλο βαθιάς μάθησης DeepPurpose CNN_CNN_BindingDB για να αξιολογήσουμε τη συγγένεια δέσμευσης ένωσης-στόχου. Το μοντέλο συνελικτικού-νευρικού δικτύου μαθαίνει τεράστια πειραματικά δεδομένα δέσμευσης από τη βάση δεδομένων BindingDB, η οποία παρέχει ποσοτική πρόβλεψη υψηλής απόδοσης για την αλληλεπίδραση μεταξύ μικρών μορίων βοτάνων και πρωτεϊνών-στόχων. Η μήτρα του θερμικού χάρτη πρόβλεψης έδειξε ότι η σιτοστερόλη, η κερσετίνη και το αραχιδονικό έχουν εξαιρετικό δυναμικό δέσμευσης έναντι των περισσότερων πρωτεϊνών πλήμνης, υποδηλώνοντας ότι αυτά τα συστατικά μπορεί να χρησιμεύσουν ως κύρια μόρια τελεστών για τη δράση κατά της PDCistanche deserticola-Angelica sinensis.

Αυτή η υπολογιστική έρευνα εξακολουθεί να έχει εγγενείς περιορισμούς. Όλα τα συμπεράσματα προέρχονται από την in-silico πρόβλεψη. Περαιτέρω πειράματα σε κυτταρικό επίπεδο και επικύρωση PD-ζωικού μοντέλου είναι απαραίτητα για την επαλήθευση της αλληλεπίδρασης ένωσης-στόχου και των επιδράσεων ρύθμισης της οδού. Επιπλέον, τα κριτήρια ελέγχου μας καθόρισαν τις παραμέτρους OB, DL και BBB. ορισμένα συστατικά χαμηλής βιοδιαθεσιμότητας μπορεί να φιλτραριστούν, ενώ δεν ελήφθησαν υπόψη τα προϊόντα μεταβολισμού μετά από χορήγηση από το στόμα. Οι επόμενες εργασίες θα πρέπει να ενσωματώσουν τη φαρμακοχημεία ορού για τον εντοπισμό πραγματικών πρωτότυπων ενώσεων που διεισδύουν στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και των μεταβολιτών που προέρχονται από τη χορήγηση από του στόματος ζευγών βοτάνων.

Από τη σκοπιά της μεταφραστικής εφαρμογής, αυτή η μελέτη παρέχει λίστα υποψηφίων ενώσεων και σύνολο βασικών στόχων, υποστηρίζοντας τον έλεγχο παρακολούθησης νέων φαρμάκων, τη βελτιστοποίηση σκευασμάτων φυτικών εκχυλισμάτων για συμπληρωματική θεραπεία PD.

5. Συμπέρασμα

Συνοπτικά, αυτή η μελέτη υιοθέτησε τη δικτυακή φαρμακολογία σε συνδυασμό με τη ροή εργασιών πρόβλεψης βαθιάς μάθησης για τη συστηματική διερεύνηση πιθανού θεραπευτικού μηχανισμού γιαCistanche deserticola-Angelica sinensisΖεύγος βοτάνων κατά της νόσου του Πάρκινσον.

Ελήφθησαν συνολικά επτά βιοενεργά φυτοχημικά και 131 διασταυρούμενοι θεραπευτικοί στόχοι που σχετίζονται με την PD. Ταυτοποιήθηκαν έντεκα γονίδια κεντρικού πυρήνα: HIF1A, TP53, MYC, MAPK1, HSP90AA1, FOS, EGFR, RELA, STAT1, CCND1, AKT1.

Τα αποτελέσματα της ανάλυσης εμπλουτισμού έδειξαν ότι αυτό το φυτικό ζεύγος ρυθμίζει πολλαπλά βιολογικά συμβάντα, συμπεριλαμβανομένου του στρες αντιδραστικών ειδών οξυγόνου, της νευροφλεγμονής, της αυτοφαγίας και της απόπτωσης. Τα μονοπάτια σηματοδότησης AGE-RAGE, PI3K-Akt, MAPK, TNF και IL-17 συμμετέχουν στη φαρμακολογική του διαδικασία κατά της PD.

Η πρόβλεψη συνάφειας δέσμευσης CNN_CNN_BindingDB βαθιάς μάθησης επικύρωσε ότι αντιπροσωπευτικά φυτοχημικά όπως η σιτοστερόλη και η κερσετίνη παρουσιάζουν ευνοϊκή ικανότητα δέσμευσης στις πρωτεΐνες-στόχους του πυρήνα του κέντρου.

ΟCistanche deserticola-Angelica sinensisΤο φυτικό ζεύγος αντιμετωπίζει την PD μέσω ολιστικού σχεδίου πολλαπλών ενώσεων-πολλαπλών στόχων-πολλαπλών μονοπατιών. Αυτή η έρευνα in-silico προσφέρει υπολογιστική αναφορά για περαιτέρω πειραματική επαλήθευση και ανάπτυξη νευροπροστατευτικών παραγόντων προέλευσης TCM για παρέμβαση στη νόσο του Πάρκινσον.

Αναφορές

[1] Επιτροπή Φαρμακοποιίας της Λαϊκής Δημοκρατίας της Κίνας. Κινεζική Φαρμακοποιία (Τόμος Ι)[Μ]. Πεκίνο: China Medical Science Press, 2020.

[2] Jenkins H E, Tolman A W, Yuen C M, et al. Επίπτωση της πολυανθεκτικής νόσου της φυματίωσης σε παιδιά: συστηματική ανασκόπηση και συνολικές εκτιμήσεις [J]. Lancet, 2014, 383(9928):1572-1579.

[3] Donovan J T, Thu D D A, Phu N H, et al. Xpert MTB/RIF Ultra έναντι Xpert MTB/RIF για τη διάγνωση της φυματιώδους μηνιγγίτιδας: μια προοπτική, τυχαιοποιημένη μελέτη διαγνωστικής ακρίβειας[J]. Lancet Infectious Diseases, 2020, 20(3):299-307.

[4] Wang L J, Yi H Y, Liang X J, et al. Το πλάσμα TNF-και η φωσφορυλιωμένη-syn σχετίζονται με κόπωση σε ασθενείς με νόσο του Parkinson[J]. Journal of Neuroimmunology, 2023, 385:578222.

[5] Chen J, Zheng Z W, Li M Q, et al. Σχεδιασμός, σύνθεση και αξιολόγηση ενώσεων μονοκετενίου ως νέων πιθανών παραγόντων της νόσου του Parkinson με καταστολή του στρες ER μέσω AKT[J]. Bioorganic Chemistry, 2023,136:106543.

[6] Wang Z F, Huang P E, Wang N B, et al. Η -ασαρόνη αναστέλλει την αυτοφαγία ενεργοποιώντας την οδό PI3K/Akt/mTOR σε ένα μοντέλο κατάθλιψης αρουραίου στη νόσο του Πάρκινσον[J]. Behavioral Brain Research, 2024,465:114966.