中科院1区if8+: 网药和深度血液蛋白质组学揭示补气通络胶囊治疗骨关节炎骨破坏的机制

【写在前面】：本期推荐的是由广州中医药大学、广州市荔湾区中医骨科医院、广州中医药大学第二附属医院（广东省中医院）、广州中医药大学岭南医学研究中心、中国科学院深圳先进技术研究所等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，网络药理学和深度血液蛋白质组学揭示补气通络胶囊治疗骨关节炎骨破坏的机制。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Network pharmacology and in-depth blood proteomics reveal the mechanism of Buqi Tongluo capsules in treating bone destruction in osteoarthritis

背景

骨关节炎（OA）是最常见的关节炎形式，其特征是全球发病率迅速上升。一旦OA发展，它就会启动一个不可逆转的骨破坏过程，这可能会导致关节功能障碍或残疾，目前还没有治愈方法。补气通络胶囊（BQTL）等中药制剂以促进血液循环、缓解疼痛和疏通经络的能力而闻名，广泛用于治疗疼痛相关疾病。然而，BQTL对OA相关骨破坏的影响尚不清楚。

目的

本研究旨在通过多种方法，包括生物信息学分析、网络药理学、深度血液蛋白质组学和ACLT诱导的OA大鼠模型，研究BQTL治疗OA骨破坏的安全性和有效性。该研究还试图使用UHPLC-HRMS、LC-MS/MS和SPR技术鉴定BQTL的活性成分，并探索其在BMM诱导的破骨细胞中的潜在作用机制。

方法

网络药理学分析用于预测BQTL治疗OA的主要活性成分、关键途径和靶点。采用ACLT诱导的OA大鼠模型来评估BQTL的体内疗效。使用Micro-CT和ELISA评估关节骨破坏和血清标志物表达。通过ELISA和HE染色评估肝毒性和肾毒性。使用TRAP染色、赛峰红O-Fast Green染色和免疫组织化学检测与软骨、破骨细胞生成和炎症相关的关键蛋白表达。UHPLC-HRMS和LC-MS/MS用于鉴定体内BQTL的潜在活性成分和化合物浓度。采用表面等离子体共振（SPR）、分子对接和动力学模拟来验证活性成分和关键靶点之间的相互作用。采用深度血液蛋白质组学方法探讨BQTL治疗OA的作用机制。采用CCK-8法评估含血清补气通络胶囊的细胞毒性。在BMM诱导的破骨细胞模型中评估了BQTLS对破骨细胞生成的抑制作用，并使用TRAP染色分析破骨细胞数量和平均面积。F-actin染色和免疫荧光用于评估破骨细胞的形态、功能和ROS的产生。IF、WB和RT-PCR用于检测与关键信号通路、破骨细胞生成和ROS相关的蛋白质表达。使用过表达RAGE的慢病毒转染来拯救验证上游和下游途径的分子机制。

结果

体内研究结果表明，BQTL减少了与软骨下骨破骨细胞活性和炎症相关的蛋白质，减少了破骨细胞的生成，减轻了关节软骨的退化。口服BQTL不会引起明显的肝肾毒性，并降低大鼠血清中炎症因子和骨转换标志物的表达。深度血液蛋白质组学鉴定出180种差异表达的蛋白质，GO富集分析表明与细胞对氧化还原状态的反应相关，KEGG通路分析突出了肌动蛋白细胞骨架和AGE-RAGE信号通路的调节。成分鉴定结果证实，芒柄花素可能是BQTL体内治疗OA的主要活性成分。靶点验证证实，芒柄花素直接结合并靶向关键途径上的RAGE受体表达。体外实验表明，BQTLS通过靶向RAGE-RAS通路、调节MAPK/NF-κB通路、减少ROS产生和降低NFATc1核转录来抑制破骨细胞的生成。RAGE的过表达逆转了BQTLS和芒柄花素对破骨细胞生成的抑制作用，并挽救了MAPK/NF-κB通路磷酸化表达的降低。

结论

芒柄花素是BQTL中的主要活性化合物，通过靶向RAGE-RAS信号通路和调节MAPK/NF-κB通路抑制软骨下骨中的异常破骨细胞生成，从而抑制OA骨破坏的进展。这些发现为扩大BQTL的临床应用和开发OA治疗的替代疗法提供了实验基础。

图文摘要

【前言】

骨关节炎（OA）是一种常见的退行性关节疾病，其特征是渐进性软骨退化和软骨下骨重塑。随着全球发病率的迅速上升，骨性关节炎是一项重大的公共卫生挑战，影响着全球2.4亿多人，严重损害了行动能力和生活质量。在中国，膝关节骨性关节炎（KOA）影响约10%的女性和6%的男性，给生活质量和医疗成本带来了沉重负担。病理学上，OA涉及破坏关节稳态的机械和生物过程的复杂相互作用。在疾病进展过程中，基质包埋的成骨细胞对膝关节的机械变化做出反应，协调破骨细胞的发生和功能。这导致软骨下骨中破骨细胞过度活化，骨吸收过度，随后关节软骨退化。值得注意的是，骨性关节炎的进展是不可逆转的，目前还没有治愈性的治疗方法。

中医药因其潜在的治疗应用而受到越来越多的关注。补气通络胶囊（BQTL）等草药制剂已显示出抗炎和抗氧化特性。BQTL是广州中医药大学附属第一医院的一种医院制剂，用于治疗疼痛、神经损伤和心血管疾病已有50多年的历史。由黄芪、人参、当归、川芎、地龙等药材组成。在中医理论中，BQTL被认为可以促进血液循环，扩张血管，增强“气血”循环。通过其抗炎和抗氧化特性，它被用于促进轴突再生和治疗心脑血管疾病。然而，其在预防OA骨破坏方面的潜在作用尚未确定。

在这项研究中，我们使用ACLT诱导的大鼠模型研究了BQTL对OA的治疗作用和机制。我们评估了含BQTL血清（BQTLS）对RANKL刺激的体外破骨细胞生成和ROS产生的影响。此外，我们通过网络药理学、分子动力学模拟和深入的血液蛋白质组学确定了BQTL的潜在活性成分和关键靶点。UHPLCHRMS和LC-MS用于检测BQTL和BQTLS中的活性成分，而表面等离子体共振（SPR）用于研究主要活性成分与关键途径靶点之间的相互作用，包括RAGE和下游MAPK/NF-κB信号传导。这些发现为BQTL治疗OA的机制提供了见解，并支持其作为疾病改善疗法的潜力。

【结果部分】

1.BQTL治疗骨关节炎的网络药理学分析。

2.通过UHPLC-HRMS分析鉴定了BQTL中的化合物。

3.LC-MS/MS分析表明，芒柄花素是BQTL治疗OA的主要活性成分。

4.BQTL可减轻大鼠的KOA损伤。

5.BQTL在膝关节损伤的情况下延缓了OA的进展。

6.BQTL影响氧化状态和AGE-RAGE信号通路以缓解OA进展。

7.RAGE-RAS通路上的RAGE是芒柄花素的直接靶点。

8.BQTLS抑制RANKL诱导的体外破骨细胞形成。

9.BQTLS减弱NFATc1的核转位和下游基因的表达。

10.BQTLS减少RANKL诱导的ROS产生。

11.BQTLS通过靶向RAGE-RAS通路在体外减弱破骨细胞的生成。

12.BQTLS抑制RANKL诱导的MAPK/NF-κB通路的激活。

13.RAGE的过表达显著损害了BQTLS抑制破骨细胞和减弱MAPK/NF-κB通路的作用。

14.BQTL治疗OA的机制图。

【结论与讨论】

在这项研究中，BQTL治疗OA骨破坏的主要活性成分被确定为刺芒柄花素，靶向RAGE并调节RAGE-RAS/MAPK/NF-κB通路。此外，BQTL通过软骨下骨微环境重塑抑制破骨细胞生成和缓解OA进展的能力减少氧化应激强调了其作为补充OA治疗的前景。这些发现得到了网络药理学和蛋白质组学的验证，突显了BQTL转化为临床实践的潜力。

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