中科院1区Top: 江西中医药大学附院揭示神秘中药汤剂治疗动脉粥样硬化机制

【写在前面】：本期推荐的是由江西中医药大学研究生部、江西中医药大学附属医院心内科等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，多组学和实验验证揭示丹霞调斑汤(音译)治疗动脉粥样硬化的机制。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

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

背景

动脉粥样硬化（AS）是全球心血管疾病的主要危险因素，其特征是动脉壁中脂质和胆固醇的积聚，导致血管狭窄和硬化以及慢性炎症；这会导致心脏病和中风的风险增加，严重影响患者的健康。丹霞调斑汤 (DXTB) 是一种中药方剂，在治疗AS方面显示出积极的临床疗效；然而，其作用机制尚不清楚。

目的

通过多组学整合和实验验证，探索DXTB治疗AS的潜在作用机制。

方法

使用中药系统药理学数据库（TCMSP）、Batman、Herb和中药综合数据库（TCMID）鉴定DXTB的活性成分及其靶点。使用超高效液相色谱-高分辨率质谱（UHPLCHRMS）鉴定了与DXTB中活性成分最密切相关的化合物。此外，使用高效液相色谱-三重四极杆串联质谱（LC-QQQ-MS/MS）对DXTB和高剂量口服灌胃后2小时收集的小鼠血清中的槲皮素、木犀草素和阿利醇C进行了靶向定量。通过分析deCODE血浆蛋白数量性状位点（pQTL）数据和多个基因表达综合（GEO）数据集，鉴定了与AS相关的蛋白质和差异表达基因（DEGs）。采用12种机器学习算法来选择核心基因，然后使用列线图和shapley加性解释（SHAP）值对其进行评估，以评估其对疾病风险和模型输出的影响。构建药物成分靶网络，以识别药物的核心活性成分。孟德尔随机化（MR）分析用于验证核心基因与AS之间的因果关系，而分子对接和分子动力学（MD）模拟用于评估DXTB活性成分和靶蛋白之间的相互作用，这些相互作用通过表面等离子体共振（SPR）实验进行了验证。此外，在喂食高脂肪饮食并通过灌胃给予低、中、高剂量DXTB的载脂蛋白E基因敲除（ApoE-/-）小鼠中诱导AS。使用苏木精和伊红（H&E）染色、透射电子显微镜（TEM）和油红O染色检查主动脉组织病理变化。逆转录定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）和蛋白质印迹用于验证核心基因的表达和核心通路的激活，并使用酶联免疫吸附试验（ELISA）测量炎症因子水平的变化。

结果

共鉴定出51个与DXTB和AS相关的共同靶基因，主要富集在脂质和AS以及FcεRI（FcεRI）信号通路中，p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路可能是DXTB调节AS的关键机制。使用机器学习算法选择了六个核心基因——集落刺激因子1受体（CSF1R）、二肽基肽酶4（DPP4）、中性粒细胞溶质因子1（NCF1）、基质金属蛋白酶-9（MMP9）、整合素α1（ITGAL）和LYN原癌基因（LYN）。基于这些核心基因构建了一个多元逻辑回归模型，并通过SHAP值分析和Nomogram证明了它们的具体贡献和诊断价值，突出了该模型在实现临床决策方面的潜力。MR分析进一步表明CSF1R与AS风险之间存在因果关系。AddModuleScore分析表明，核心基因集表达和MAPK信号通路在单核细胞中特别活跃。分子对接、MD模拟和SPR共同证实了活性成分与核心靶标之间明显的结合亲和力，这与网络药理学和机器学习分析的结果一致。LC-QQQ-MS/MS定量证实了这些发现，证实了给药后2小时核心成分的可测量全身暴露量。此外，动物实验表明，DXTB减少了脂质积累，抑制了p38 MAPK信号通路的激活，调节了核心基因的表达，降低了炎症因子白细胞介素-1β、IL-6和肿瘤坏死因子α，导致斑块面积减少 。

结论

本研究创新性地整合了多组学分析、先进的机器学习算法和严格的实验验证，系统地阐明了DXTB治疗AS的治疗机制。我们的研究结果首次表明，DXTB可能通过调节关键的炎症和脂质相关通路，特别是p38 MAPK信号通路，以及CSF1R、DPP4和MMP9等核心基因来发挥其治疗作用。此外，DXTB可能通过抑制单核细胞分化为巨噬细胞及其随后转化为泡沫细胞来缓解血管炎症和脂质积聚。将生物信息学与实验验证相结合的综合方法为DXTB的潜在临床疗效提供了强有力的支持，并为AS治疗确定了新的候选靶点。这些见解增强了目前对DXTB作用机制的理解，并为未来心血管疾病的研究和治疗开发提供了宝贵的参考。

【前言】

动脉粥样硬化（AS）是一种长期进行性血管疾病，主要表现为内膜下脂质积聚、平滑肌细胞（SMC）增生和胶原纤维积聚增强。这种病理进展最终导致动脉粥样硬化坏死斑块的形成和血管壁的硬化。因此，动脉管腔直径减小，导致血流受限，这可能导致多种心脑血管疾病，包括冠状动脉疾病和脑梗死。AS已成为全球死亡率和残疾率的主要因素，特别是在其患病率和死亡率明显较高的发展中国家。在全球范围内，每年约有2000万人死于AS，年轻人群的患病率越来越高，这对全球公共卫生构成了重大挑战。尽管近年来在医学和药物干预方面取得了相当大的进展，导致患者的生活质量和预期寿命有所改善，但AS仍然是一种无法治愈的疾病，并发症的风险很高。

在这项研究中，应用了一种整合网络药理学和生物信息学的组合策略来鉴定DXTB的主要药理活性成分，并在AS的背景下探索其潜在的分子机制，如图1所示。为了评估预测的活性化合物与其相应的蛋白质靶标之间的结合相互作用，进行了分子对接、分子动力学（MD）模拟和表面等离子体共振（SPR）分析。此外，还进行了体内实验来验证计算结果，为DXTB在预防和管理AS方面的潜在临床应用提供了大量证据和基础支持。

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.分析的工作流程。

2.鉴定DXTB成分和AS相关靶基因。

3.与AS有因果关系的靶基因的MR结果森林图。

4.整合GEO数据集并识别DEGs。

5.使用机器学习诊断模型识别常见靶标中与AS相关的中枢基因。

6.Shapley加法解释图。

7.中枢基因的GSVA。

8.AS免疫浸润分析。

9.GSE159677单细胞RNA测序数据分析。

10.中枢基因的孟德尔随机化分析。

11.关键活性成分的鉴定和分子对接结果。

12.分子对接结果。

13.分子动力学模拟。

14.LC-QQQ-MS/MS确认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小时）。

15.SPR检测、生化检测和HE染色。

16.透射电子显微镜、油红O染色和RT-qPCR结果。

17.Western blot和ELISA结果。

18.DXTB治疗AS的潜在分子机制是通过调节p38 MAPK信号通路，氧化应激和细胞增殖失衡。

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