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基于网络药理学的青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松机制研究

赖立勇 夏天爽 岳小强 辛海量

温瑞睿, 许龙, 朱文静, 杨建伟. 浅谈国外药师主导开展戒烟服务的作用与挑战[J]. 药学实践与服务, 2024, 42(12): 537-541, 548. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202408054
引用本文: 赖立勇, 夏天爽, 岳小强, 辛海量. 基于网络药理学的青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松机制研究[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(11): 672-679. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202204115
WEN Ruirui, XU Long, ZHU Wenjing, YANG Jianwei. A brief discussion on the development and challenges of smoking cessation services led by pharmacist abroad[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2024, 42(12): 537-541, 548. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202408054
Citation: LAI Liyong, XIA Tianshuang, YUE Xiaoqiang, XIN Hailiang. Mechanism of Artemisia annua L. in GIOP with kidney-yin deficiency based on network pharmacology[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(11): 672-679. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202204115

基于网络药理学的青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松机制研究

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202204115
详细信息
    作者简介:

    赖立勇,博士研究生,研究方向:中西医结合基础与临床,Tel:17301785074,Email:17301785074@163.com

    通讯作者: 岳小强,博士,教授,博士生导师,研究方向:中医临床医疗、科研,Tel:(021)35360178,Email:yuexiaoqiang@163.com辛海量,博士,教授,硕士生导师,研究方向:中药资源、品质评价、药理学研究,Tel:(021)81871309,Email:hailiangxin@163.com

Mechanism of Artemisia annua L. in GIOP with kidney-yin deficiency based on network pharmacology

  • 摘要:   目的  通过网络药理学和体外实验,对青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松(GIOP)的潜在作用靶点及相关信号通路进行预测和初步验证。  方法  通过TCMSP数据库和Uniprot数据库获取青蒿药物靶点并确定目标靶点基因名;通过GeneCards数据库、OMIM数据库和Drugbank数据库获取肾阴虚型GIOP的靶点基因,与药物靶点基因交叉分析获得共同作用靶点基因;利用String数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并利用Cytoscape软件进行可视化分析和核心靶点筛选;通过Metascape数据库对所有共同靶点进行基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析,最后通过体外实验对预测结果进行验证。  结果  筛选出98个青蒿治疗肾阴虚型GIOP的作用靶点,其中核心基因17个。GO和KEGG功能富集分析结果表明,青蒿治疗肾阴虚型GIOP与激素应答、细胞死亡的正向调节和细胞外刺激应答等生物过程,以及PI3K/AKT、AGE/RAGE、MAPK和IL-17等信号通路有关,其中PI3K/AKT信号通路上富集的基因数最多。体外实验结果显示,青蒿可以促进地塞米松(DEX)损伤的成骨细胞的增殖,提高碱性磷酸酶(ALP)活性,激活PI3K/AKT通路,促进AKT的磷酸化。  结论  青蒿治疗肾阴虚型GIOP具有多靶点‐多通路的特点,可以通过多条途径促进成骨细胞的增殖、分化,其中PI3K/AKT信号通路是一条重要的通路,青蒿治疗肾阴虚型GIOP可能与其能够促进PI3K/AKT信号通路,促进AKT的磷酸化有关。
  • 烟草流行是世界有史以来面临的最大公共卫生威胁之一,全球每年有800多万人由于烟草而死亡[1],吸烟不仅是各种非传染性疾病常见的主要风险因素,尤其是慢性呼吸道疾病、心血管疾病、癌症和糖尿病,同时会影响周围人的健康,而且对个人和国家的经济及社会形象产生负面影响[2]。据估计,每年全球消耗治疗烟草相关疾病的费用约1.4万亿美元[1]

    戒烟是降低非传染性疾病风险的最重要有效的干预措施之一。随着公共卫生工作的防范与发展,60%的烟草使用者希望戒烟[3],但只有约35%能够获得全面的戒烟服务,患者的戒烟意愿突显了在医疗系统内扩大戒烟可及服务及优先开展戒烟治疗的重要性[4-5]

    由于尼古丁的成瘾性,依靠吸烟者以自我管理的方式戒烟实施困难。事实证明,医疗保健专业人员提供的戒烟干预措施比自助式戒烟更有效[6]。药师的工作职责是为公众调配处方、提供用药指导与建议、解答用药咨询等,被认为是为公众提供戒烟服务的最佳专业人员,不仅能够指导其正确使用戒烟替代药品及提供相关建议,同时也可以给予戒烟行为上的专业支持[6-7]

    药师及其药房团队提供的戒烟服务有助于帮助吸烟者戒烟 [8]。葡萄牙进行的一项研究发现,接受药师服务的患者相较于对照组会参加更多社区药房主导的用药咨询(χ2=59.994,P<0.001)、更多电话会议(χ2=17.845,P<0.0013),因此戒烟成功率更高[9]。新加坡一家三级转诊皮肤病中心进行的一项单中心回顾性研究评估了由药师领导的结构化戒烟诊所的疗效,表明药师及其药房团队主导的患者咨询服务能有效为戒烟者提供行为支持[10]

    1.2.1   世界卫生组织的号召与行动

    1998年,世界卫生组织(WHO)首次认识到药师在帮助个人戒烟和防止潜在使用者方面的关键作用[11]。2003年为应对全球烟草流行,WHO成员国通过了《世界卫生组织烟草控制框架公约》(WHO FCTC)[12-13],要求缔约方采取有效措施促进戒烟。WHO FCTC是促进公众健康的一个里程碑,自2005年生效以来,WHO FCTC已有183个缔约方,涵盖90%以上的世界人口[14]

    为了扩大实施WHO FCTC中关于减少烟草需求的条款,WHO在2007年还启动了一项具有成本效益的实用行动MPOWER系列措施[15]。MPOWER措施中的策略与WHO FCTC相一致,已证明在挽救生命和降低医疗卫生费用方面卓有成效[1]。然而随着WHO FCTC的成功实施,一些中低收入国家也面临着来自烟草产业对其干扰的重大障碍[16-17]。药师可以在克服这些问题及现有制度和行业体系结构进行重大变革中发挥一定作用,为促进烟草控制和戒烟工作做出应有的贡献[18]。2019年WHO发布的全球烟草流行报告中,强调了药师为吸烟者戒烟提供帮助,并高度鼓励成员国就此采取行动[19]

    目前,151个国家至少实施了WHO FCTC及MPOWER措施中的一项,150个国家的烟草使用率正在下降。2000年,全世界大约1/3的成年人吸烟,然而,到2022年这一数字已大幅下降约1/5,这反映出各国在减少全球烟草消费方面取得了相当大的进展[20]

    1.2.2   国际药学会的响应与行动

    2003年,国际药学会(FIP)发布了关于药师在促进无烟未来中的作用的政策声明。2007年出版的《遏制烟草流行病:药学的全球作用》和2015年出版的《建立无烟社区:药师实用指南》均强调了药师在戒烟服务方面的重要贡献。

    2023年,FIP出版《支持戒烟和治疗烟草依赖:药师手册》强调药师在为寻求戒烟患者提供系统服务方面的关键作用,是药师支持个人戒烟过程中可参考的综合性实用资源。其涵盖了最新的循证实践、技术和策略,以帮助患者戒烟并减少复吸。该手册详细介绍了以药师为主导的支持戒烟所需的专业知识和实践技能,以及药师可干预的因素(包括非传染性疾病风险因素,如运动不足、不健康饮食习惯和过量饮酒等)及相关措施。随着近年来替代品电子烟使用的增多趋势,出于对电子烟安全性的担忧,同年FIP又发布了《关于电子烟使用对公众健康和经济的影响以及药房工作人员对消除电子烟贡献的声明》[21]

    2024年,WHO和FIP就药师在戒烟中的作用发表了一份新的联合声明,重申了药师在帮助吸烟者戒烟中发挥的关键作用。该声明中,WHO和FIP敦促各个国家烟草控制组织和国家药学协会制定并实施戒烟计划,同时在该计划和各国卫生系统服务的背景下,让药师参与到与烟草的斗争工作中[22]

    有研究表明患者更愿意社区药师参与戒烟服务[23],同时社区药师也有能力开展戒烟服务[24]。美国一家三级护理医院进行的一项研究表明,药师无论是在患者入院还是出院时,都可以对患者开展戒烟宣教与指导,在了解患者疾病与用药史、药物核对和出院咨询工作流程中与患者讨论吸烟问题,通过患者住院期间开展戒烟治疗并不断完善方案,达到有效戒烟的目的[25]

    英国在新型冠状病毒流行期间进行的一项研究表明,药师可以通过远程咨询为戒烟患者开具处方,提供有效的戒烟服务。目前,英国国家医疗服务体系(NHS)正在支持现有药师(包括社区药房药师)获得处方资格,根据患者需要开具戒烟药物从而促进戒烟服务开展。计划到2026年,在英国完成药学学位的毕业生将在监管机构注册为独立处方权药师, 进而扩大了可以提供戒烟服务药师的范围[26]

    美国药师有权根据合作处方协议或通过州范围的协议拥有自主处方权或授权开具处方。处方医生将开启、修改和停止药物治疗以及开具实验室检查的权利委托给药师。药师在完成继续教育课程后,可以根据国家法律法规授予的权限开具某些药物[27]

    药师的戒烟培训应包括基于行为支持的社区药师培训课程,通过戒烟服务个体化随访识别障碍并提供积极的强化措施,可以有效提高患者戒烟率,进而提高其生活质量[28]。El Hajj等[29]在卡塔尔进行的一项随机对照试验评估了戒烟培训计划对药师技能和能力的影响,共有86名社区药师(干预组54名,对照组32名)完成了6个目标结构化临床检查病例。研究结果表明,强化戒烟培训显著提高了社区药师提供戒烟服务的技能和能力。

    在一项评估埃塞俄比亚药师和药学学生对吸烟/戒烟的知识和态度的横断面调查中,与未接受过戒烟培训的人相比,接受过培训人员的平均知识和态度得分明显更高[30]。Greenhalgh等[31]通过定性和混合方法进行的描述性综合和真实世界调查表明,精心设计的戒烟培训课程将药师从生物医学和产品导向的角度,转变为以公共卫生和患者为中心的角度方面发挥至关重要的作用。

    促进戒烟的跨专业合作可以提高患者的戒烟率。一项探索医疗卫生保健专业人员与社区药师之间跨专业合作的研究表明,将社区药师为患者提供戒烟服务纳入患者护理项目是很有价值的,社区药房开展戒烟支持服务可以填补现有医院戒烟与家庭戒烟之间的空白。跨专业合作不仅为患者和医疗保健专业人员之间的有效沟通提供了途径,同时通过医疗保健专业人员汇总的患者电子健康记录,可以提高患者用药治疗的安全性[32]

    根据Greenhalgh等[31]的说法,增加药师和其他医疗从业者之间的跨专业互动是社区药房提供有效戒烟服务的先决条件。药师专业的能力增强了临床医生对药师的信任,因此,明确且精准的转诊途径,特别是当地全科医生将戒烟患者转诊给药师,对于跨专业开展戒烟服务是必要的。

    Bouchet-Benezech等[33]在法国进行的一项研究表明,与其他医疗保健专业人员的合作是发挥药师在戒烟服务中作用的关键之一。药师为戒烟者提供的尼古丁替代治疗处方没有得到社会医疗保险体系的支持,因此建议药师与具有尼古丁替代治疗处方权的其他医疗保健专业人员合作。

    吸烟是非传染性疾病的主要可变风险因素之一。药师主导的戒烟干预措施可以显著影响吸烟者的戒烟率,并在改善其健康状况方面发挥关键作用[34]

    Peletidi等[35]的调查研究表明,以社区药师主导的戒烟服务可以降低与吸烟相关慢病的发病率和病死率。Bouchet-Benezech等[33]为评估法国社区药房药师提供戒烟服务的可行性而进行的一项研究显示,在第6个月,23.3%的参与者参加了随访,其中75%的参与随访者自第一次随访以来一直保持戒烟状态,超过一半的参与者持续了90 d,从第二次随访开始,所有参与者的身心健康综合得分与基线相比都有所提高。

    药师作为一线医疗保健提供者,在戒烟工作中发挥着关键作用,可以在更大范围内对个体和公共健康产生重大影响。社区药房的戒烟服务应该被纳入国家公共卫生保健政策,这对于促进社区服务的健康有积极的促进作用[36]

    Peletidi等[35]在英国进行的一项系统综述强调了将药房主导的戒烟服务与对照组进行比较的研究,提供了强有力的证据证明药房主导的服务具有很高的成本效益。药房主导的服务要求每位戒烟者在为期4周的方案中支付772英镑的补充成本,而对照组基于集体小组的服务需要1 612英镑的戒烟补充成本。同时接受药房主导的戒烟服务,每周一对一的支持结合尼古丁替代疗法的治疗,与对照组接受集体戒烟治疗药物相比具有更高的有效戒烟率。此外,药房主导的服务每生命质量调整年的增量成本为2 600英镑,而对照组为4 800英镑。

    社区药师是提供戒烟服务的一种可获得的、未充分利用的但具有成本效益的资源[24,28,35]。一项随机试验旨在比较两个药师主导的戒烟计划(强化版与简化版)之间的戒烟率以及这些计划与基于文献的对照组之间的成本效益,揭示了强化版药师主导的戒烟计划是3种策略中最具成本效益的干预措施。强化版比简化版多花费了14 000美元(每100名参与者),但14人戒烟成功,取得10.8个生命年的获益额;强化版比对照组多花费35 300美元(每100名参与者),但29名戒烟者取得22.4个生命年的获益,每增加一名戒烟者多花费1 217美元,戒烟的增量成本效果比为1 576美元 [32]

    2000年,一项在英格兰进行的研究从提供者和NHS的角度比较了普通牙科诊所、普通医疗诊所(GMP)、社会药房和NHS戒烟服务(NHS SSS)中戒烟服务的成本效益,研究结果表明“成本效益高”的服务是在社区药房开展戒烟服务[37]

    由此可见,药师主导的戒烟服务不仅有效且极具成本效益,医疗卫生管理者及政策制定者可以基于此就最佳资源分配做出合理决策[24]

    然而,有证据表明,药师在承担戒烟服务提供者这一角色存在障碍,这影响了将全面戒烟服务纳入实践的可行性。障碍包括缺乏充分的培训、缺乏适当的转诊结构、社区药房环境中的时间限制、公众对药剂师提供戒烟服务缺乏认识、药房缺乏私人咨询区以及缺乏提供服务的报销[33]

    在许多国家,药师缺乏戒烟知识和技能以及缺乏培训被认为是药师在提供戒烟服务方面发挥作用的常见障碍[6,30,32,35,38-39]。Erku等[30]在埃塞俄比亚进行的一项由410名参与者(213名药学学生和197名药师)的横断面调查,提出药师在戒烟服务方面存在临床知识不足和实践技能差距。澳大利亚进行的另一项研究分析了250名大四药学专业学生、51名药师和20名戒烟教育工作者在当前基于证据的药房戒烟干预实践中的表现,得出了药学学生及药师与戒烟教育工作者之间存在较大的临床或药物治疗服务方面的差距[34]。药师由于缺乏戒烟相关教育与培训导致在戒烟服务中缺乏自信,从而阻碍了与患者的有效沟通,降低了提供的戒烟服务的质量[35,39]。在约旦,大多数药师认为,由于培训不到位导致对戒烟治疗的了解不足,致使药师无法提供足够的戒烟干预措施[40]

    缺乏戒烟计划或劳务报酬也是许多有意愿药师提供戒烟服务的一个障碍[31-33,39-40]。美国的一篇研究论文探讨了药师在护理过渡期间(住院到出院回家期间)如何衔接戒烟服务,得出支付报酬对维持任何医疗服务(包括药师提供的戒烟服务)至关重要。由于药师不被视为戒烟服务的提供者,因此美国大多数州的药师没有资格通过医疗补助获得提供戒烟服务的劳务报酬,通过商业保险获得报销的也很少见。缺乏鼓励药师向烟草使用者提供戒烟干预措施的计划和政策,药师没有戒烟药物处方权也大大阻碍了戒烟服务的开展[35]。研究表明,授予药师戒烟服务提供者身份或药师拥有戒烟药物处方权,并在医保政策中明确劳务报酬的支付标准,可能是解决该问题的最佳方式[40]

    社会药店缺乏相对私人空间为患者进行戒烟咨询服务也是障碍之一[6,33]。药店是否设有专门的可以为患者提供面对面戒烟服务咨询的区域,为患者咨询营造一个轻松舒适的环境,对于提高患者戒烟依从性是非常重要的影响因素[33]。药师实施戒烟服务与履行其他职责在时间上的矛盾也是限制戒烟服务工作开展的障碍之一[34-35]。根据Peletidi等[35]的系统调查结果显示,缺乏时间是所有参与戒烟服务者,包括患者在内的共性问题。日本对11家社区药房进行的一项随机研究显示,由于时间和精力有限,许多药房没有将戒烟服务纳入其日常运营范围[32]

    在法国、约旦和尼日利亚等一些国家,对戒烟服务的需求不足被视为药师开展戒烟服务的障碍[9,33,40]。由于缺乏戒烟服务,泰国的戒烟率很低,因此需要在药店开展戒烟服务,为药师提供机会[36]。为了解决这一问题,Bouchet等[33]评估了法国社区药房实施药师提供的戒烟方案的可行性,并建议向社区药房顾客有效推广戒烟服务,以解决需求不足的问题。

    社会药房在烟草控制政策中的参与度较低[9],原因是医疗机构与社会药房缺乏统一的转诊系统来保障提供安全、有效的戒烟服务[23,28]。社会药房药师在无法全面、详细获得患者医疗护理、处方记录的前提下,也就意味着无法了解到患者准确的疾病史与用药史,提供戒烟药物及相关指导可能会增加用药错误的可能性[26]。其他阻碍戒烟服务工作开展的因素还包括性别、年龄、民族、文化等不同所带来的戒烟者个性化差异及沟通交流障碍[23]

    全面了解药师主导的戒烟服务及其在不同地区和医疗保健环境中的影响,对于世界各国药师参与戒烟服务至关重要。基于药师缺乏戒烟知识、技能和培训有关的问题,政策制定者和教育工作者需要做更多的工作,以确保戒烟服务对患者的最大益处。有必要针对不同地区和国家的具体需求采取全面的能力建设措施,包括制定标准化的培训计划,采用线下结合远程学习方式助力药师实践技能发展,促进全球药师专业的持续深入发展。

    医药卫生政策制定应适时考虑将药师主导的戒烟服务纳入国家和地区医疗卫生服务指南,并开展宣传工作,提高人们对药师在戒烟方面发挥作用的认识。立法明确和药师薪酬补偿将有利于公众获得经许可的戒烟服务的机会,扩大药师在提供戒烟服务中的作用也有利于增强公众戒烟信心,同时在不同的医疗保健环境中实施和扩大这些服务争取足够的资源与支持。未来应促进药师、医师、护师、公共卫生专业人员及其他参与烟草控制工作的利益相关者之间更紧密的合作,激发出药师主导戒烟干预措施的全部潜力,提高戒烟的有效性和可持续性。

    随着医药卫生体制的改革及药师进一步以患者为中心的角色转变,药师的可及性被视为开展戒烟服务的最重要驱动因素之一。药师和社会药房团队能够通过结合药理学和行为学方法持续提供成本效益高的个体化戒烟服务,提高戒烟率,最终达到减轻烟草和尼古丁依赖以及烟草相关疾病的负担,促进医疗卫生系统的发展、改善全球卫生状况。

  • 图  1  “青蒿-肾阴虚型GIOP”交集靶点基因

    图  2  “青蒿-肾阴虚型GIOP”共同靶点网络

    图  3  BP、MF、CC三合一柱状图

    图  4  KEGG气泡图

    图  5  青蒿对DEX损伤的成骨细胞的增殖(A)及分化(B)影响(n=6,$ \bar x$±s

    *P<0.05, **P<0.01,与模型组比较。

    图  6  青蒿对DEX损伤的成骨细胞PI3K/AKT通路蛋白的影响(p-AKT/AKT:A-B, PI3K/GAPDH:C-D)(n=3,$ \bar x$±s

    *P<0.05,与模型组比较。

    表  1  青蒿主要活性成分

    分子名称 生物利用度(%) 药物相似度(DL)
    新西兰牡荆苷_qt 59.85 0.21
    醋酸酯 58.02 0.52
    脱氧青蒿素 54.47 0.26
    青蒿烯 54.36 0.31
    万寿菊素 53.11 0.34
    牡荆黄素_qt 52.18 0.21
    泽兰黄醇素 50.8 0.41
    双氢青蒿素 50.75 0.3
    青蒿素 49.88 0.31
    异鼠李素 49.6 0.31
    青蒿亭 49.55 0.48
    茵陈黄酮 48.96 0.41
    槲皮素 46. 43 0.28
    维采宁-2_qt 45.84 0.21
    豆甾醇 43.83 0.76
    线蓟素 43. 46 0.34
    六氟磷酸钠 42.6 0.37
    山奈酚 41.88 0.24
    谷甾醇 36.91 0.75
    木犀草素 36.16 0.25
    怪柳黄素 32.86 0.31
    玄参黄酮 30.35 0.3
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    表  2  “青蒿-肾阴虚型GIOP”核心靶点信息

    靶点信息简称度中心度
    (DC)
    介度中心度
    (BC)
    RAC-α丝氨酸/苏氨酸
    蛋白激酶
    AKT184495.8247
    肿瘤坏死因子TNF83336.63745
    白细胞介素-6IL681281.4354
    细胞肿瘤抗原p53TP5379273.47903
    血管内皮生长因子AVEGFA78200.2001
    白细胞介素-1βIL1B76199.86818
    基质金属蛋白酶-9MMP973146.52397
    转录因子AP-1JUN71167.16982
    前列腺素G/H合成酶-2PTGS271140.30101
    半胱氨酸蛋白酶-3CASP371120.33017
    表皮生长因子受体EGFR68294.5016
    表皮生长因子EGF67107.6285
    白细胞介素-8CXCL867127.67476
    雌激素受体ESR165251.7144
    C-C基序趋化因子配体CCL265101.49248
    过氧化物酶体增殖物
    激活受体γ
    PPARG63118.61439
    血红素氧合酶-1HMOX159156.89531
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-27
  • 修回日期:  2022-11-01
  • 网络出版日期:  2023-11-25
  • 刊出日期:  2023-11-25

基于网络药理学的青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松机制研究

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202204115
    作者简介:

    赖立勇,博士研究生,研究方向:中西医结合基础与临床,Tel:17301785074,Email:17301785074@163.com

    通讯作者: 岳小强,博士,教授,博士生导师,研究方向:中医临床医疗、科研,Tel:(021)35360178,Email:yuexiaoqiang@163.com辛海量,博士,教授,硕士生导师,研究方向:中药资源、品质评价、药理学研究,Tel:(021)81871309,Email:hailiangxin@163.com

摘要:   目的  通过网络药理学和体外实验,对青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松(GIOP)的潜在作用靶点及相关信号通路进行预测和初步验证。  方法  通过TCMSP数据库和Uniprot数据库获取青蒿药物靶点并确定目标靶点基因名;通过GeneCards数据库、OMIM数据库和Drugbank数据库获取肾阴虚型GIOP的靶点基因,与药物靶点基因交叉分析获得共同作用靶点基因;利用String数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并利用Cytoscape软件进行可视化分析和核心靶点筛选;通过Metascape数据库对所有共同靶点进行基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析,最后通过体外实验对预测结果进行验证。  结果  筛选出98个青蒿治疗肾阴虚型GIOP的作用靶点,其中核心基因17个。GO和KEGG功能富集分析结果表明,青蒿治疗肾阴虚型GIOP与激素应答、细胞死亡的正向调节和细胞外刺激应答等生物过程,以及PI3K/AKT、AGE/RAGE、MAPK和IL-17等信号通路有关,其中PI3K/AKT信号通路上富集的基因数最多。体外实验结果显示,青蒿可以促进地塞米松(DEX)损伤的成骨细胞的增殖,提高碱性磷酸酶(ALP)活性,激活PI3K/AKT通路,促进AKT的磷酸化。  结论  青蒿治疗肾阴虚型GIOP具有多靶点‐多通路的特点,可以通过多条途径促进成骨细胞的增殖、分化,其中PI3K/AKT信号通路是一条重要的通路,青蒿治疗肾阴虚型GIOP可能与其能够促进PI3K/AKT信号通路,促进AKT的磷酸化有关。

English Abstract

温瑞睿, 许龙, 朱文静, 杨建伟. 浅谈国外药师主导开展戒烟服务的作用与挑战[J]. 药学实践与服务, 2024, 42(12): 537-541, 548. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202408054
引用本文: 赖立勇, 夏天爽, 岳小强, 辛海量. 基于网络药理学的青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松机制研究[J]. 药学实践与服务, 2023, 41(11): 672-679. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202204115
WEN Ruirui, XU Long, ZHU Wenjing, YANG Jianwei. A brief discussion on the development and challenges of smoking cessation services led by pharmacist abroad[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2024, 42(12): 537-541, 548. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202408054
Citation: LAI Liyong, XIA Tianshuang, YUE Xiaoqiang, XIN Hailiang. Mechanism of Artemisia annua L. in GIOP with kidney-yin deficiency based on network pharmacology[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2023, 41(11): 672-679. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202204115
  • 作者通过网络药理学和体外实验,对青蒿治疗肾阴虚型糖皮质激素性骨质疏松(GIOP)的潜在作用靶点及相关信号通路进行预测和初步验证。研究结果表明, 青蒿治疗肾阴虚型GIOP具有多靶点-多通路的特点,可以通过多条途径促进成骨细胞的增殖、分化,其中PI3K/AKT信号通路是一条重要的通路,青蒿治疗肾阴虚型骨质疏松可能与其能够促进PI3K/AKT信号通路,促进AKT的磷酸化有关。

    • 骨质疏松症(osteoporosis, OP)是一种以骨密度(bone mineral density, BMD) 降低、骨量丢失、骨微结构破坏为主要特点的全身代谢性骨病,以骨脆性增加、易发生骨折为主要特征[1]。随着老龄化的加剧,OP的发生率越来越高,在我国50岁以上的人群中,OP的发生率为19.2%,其中女性为32.1%,男性为6.0%[2]。OP可分为原发性OP和继发性OP,在继发性OP中,糖皮质激素性OP(glucocorticoid-induced osteoporosis, GIOP)的发生率排在第一位[3],目前骨质疏松症(OP)是一种以骨密度(BMD) 降低、骨量丢失、骨微结构破坏为主要特点的全身代谢性骨病,以骨脆性增加、易发生骨折为主要特征[1]。随着老龄化的加剧,OP的发生率越来越高,在我国50岁以上的人群中,OP的发生率为19.2%,其中女性为32.1%,男性为6.0%[2]。OP可分为原发性OP和继发性OP,在继发性OP中,GIOP的发生率排在第一位[3],GIOP治疗上西医使用的药物有钙制剂、活性维生素 D、双磷酸盐类以及雌激素等,这些药物不仅忽略了糖皮质激素这个罪魁祸首,还有可能产生一系列的副作用[4],寻找安全有效且有针对性的药物显得尤为重要。

      中医认为糖皮质激素是“纯阳”之品[5],使用过量易伤阴津;肾主骨,肾虚是导致骨质疏松的关键病机,因此,肾阴虚证是GIOP的一个主要证型,临床研究也证明,肾阴虚证是GIOP患者的一个易患证型[6]。青蒿为菊科蒿属植物黄花蒿植物Artemisia annua L.的干燥地上部分,分布遍及全国,味苦、辛,性寒,归肝、胆经,具有清虚热、除骨蒸的作用[7],对于过量使用糖皮质激素造成的阴虚火旺、烦躁不安,有一定的疗效,临床上也常用青蒿加减处方治疗糖皮质激素使用过度,造成阴虚火旺、虚火上炎的病症[8-9],同时,体内实验发现,青蒿在多种骨丢失模型动物上,可以促进骨组织的再生,提高骨密度[10],青蒿在治疗骨质疏松方面具有广阔的应用前景。然而,目前关于青蒿治疗OP,特别是在GIOP方面的研究尚有限,为此,本研究应用网络药理学和体外实验,结合中医基础理论知识,研究青蒿治疗肾阴虚型GIOP的关键靶点和信号通路,以期明确中药青蒿抗肾阴虚型GIOP的作用及机制,为骨质疏松的临床治疗提供新思路和方法。

    • 在GeneCards数据库(https://www.Genecards.org)、OMIM数据库(https://omim.org)和Drugbank数据库(https://go.drugbank.com)中,以“glucocorticoid induced osteoporosis”作为关键词进行检索,获得GIOP的靶点基因,去除两个数据库的重复结果,获得GIOP疾病靶点基因。

    • 根据全国中西医结合虚证与老年病研究专业委员会[11]1986年对虚证辩证标准的修订,阴虚证诊断标准:主证:①五心烦热(palms and soles);②咽燥口干(dry throat and thirst );③舌红或少苔、无苔(red tongue or less fur or without fur);④脉细数(thin and rapid pulse)。次证:①午后升火(tidal fever);②便结而尿短赤(constipation and scanty dark urine);③盗汗(night sweating)。诊断条件:具备主证3项,次证1项。在GeneCards数据库中,对各症状关键词进行检索,筛选出4个主证检索结果中至少出现3次的靶点,与次证检索结果交叉分析后得到阴虚靶点。肾虚证诊断标准为:①腰脊酸痛(soreness and weakness of waist);②胫酸膝软或足跟痛(soreness and weakness of knees or heel pain);③耳鸣或耳聋(tinnitus or deaf);④发脱或齿摇(alopecia or toothmobilit)y;⑤尿后有余沥或失禁(urinary incontinence or poor urination);⑥性功能减退、不育、不孕(sexual dysfunction and infertility or sterility)。诊断条件:具备3项。在GeneCards数据库中,对各症状关键词进行检索,筛选出至少出现3次的靶点为肾虚靶点。将阴虚靶点与肾虚靶点交叉分析后获得肾阴虚靶点。将GIOP疾病靶点与肾阴虚靶点交叉分析后获得肾阴虚型GIOP靶点。

    • 在中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP:http://tcmspw.com/tcmsp.php)上,以Herb:青蒿、OB≥30%、DL≥0.18为条件进行检索,确定青蒿的活性成分。

    • 利用TCMSP的靶点预测模型,进一步预测青蒿活性成分的相关靶点,通过UniProt数据库(http://www.Uniprot.org/)对预测靶点添加基因名。最后利用微生信在线软件(http://www.bioinformatics.com.cn/)将肾阴虚型GIOP靶点基因与青蒿靶点基因进行交集分析,并绘制出韦恩图。

    • 将“青蒿-肾阴虚型GIOP”共同靶点基因数据导入String在线软件(https://string-db.org /),选择种属为“Homo sapiens”,设置最小互作得分为0.4,构建出PPI网络,将数据导入Cytoscape软件中进行可视化分析,并利用CytoNCA插件进行拓扑分析,以度中心度(DC)和介度中心度(BC)均大于上四分位数的靶点作为核心靶点,进一步分析。

    • 为进一步阐述青蒿对肾阴虚型GIOP的作用机制,将“青蒿-肾阴虚型GIOP”共同靶点基因数据导入metascape数据库(https://metascape.org/gp/index.html)进行GO功能富集分析和KEGG功能富集分析,并通过微生信在线软件绘制相关柱状图和气泡图。

    • 青蒿购于河北安国市场,经海军军医大学药学系生药学教研室辛海量副教授鉴定,密封存放于干燥阴凉处。称取青蒿粉末1g,加入60%乙醇50 ml,室温冷浸7 d,过滤得滤液,55 ℃旋蒸浓缩后,55 ℃烘干备用[12-13]

      其他试剂及生产厂家:地塞米松(大连美仑);胎牛血清(Gibco,美国);DMEM培养基等细胞培养试剂(天津灏洋);碱性磷酸酶(ALP)试剂盒(南京建成);BCA蛋白检测试剂盒、MTT(上海碧云天生物技术有限公司);PI3K、AKT、p-AKT、GADPH抗体(CST公司)。

    • 以二次消化法从新生大鼠颅骨盖中分离获得原代成骨细胞[14]

    • 以含10%胎牛血清和1%青/链霉素的DMEM培养基培养成骨细胞,置于37 ℃、5%CO2培养箱中培养,待细胞铺满80%~90%时,用0.25%胰蛋白酶消化传代培养。

    • 取3-8代的成骨细胞计算其数目,配制成细胞浓度为1×104 个/ml细胞悬液接种于96孔板。24 h后分别更换为含药培养液(DEX: 10 μmol/L;AE: 100、50、 25 μg/ml)。给药48 h后采用MTT法检测成骨细胞的增殖情况。

      取3-8代的成骨细胞计算其数目,配制成细胞浓度为5×104 个/ml细胞悬液接种于24孔板。24 h后分别更换为含药培养液(给药浓度同上)。培养过程中每3 d更换1次含药培养液。第8d裂解细胞,收集细胞裂解液,于4 ℃、13800×g 离心5 min。用对硝基苯磷酸二钠法测定细胞ALP活性。

    • 将3-8代的成骨细胞裂解,提取细胞总蛋白,根据BCA试剂盒进行蛋白定量。采用Western-blot技术对PI3K、AKT和p-AKT水平进行检测。

    • 实验结果以“均值±标准差”($ \bar x$±s)表示。采用SPSS 22.0软件进行数据分析,选用单因素方差分析(One-Way ANOVA)进行组间变量的比较分析。

    • 通过Genecards数据库共检索到GIOP相关靶点基因1741个,通过OMIM数据库共检索到GIOP相关靶点基因311个,通过Drugbank数据库共检索到GIOP相关靶点基因30个,将3个数据库检索结果合并后去除重复基因后,最终获得2039个。通过Genecards数据库检索获得阴虚靶点基因876个,肾虚靶点基因4603个,交叉分析后获得肾阴虚靶点基因836个。将肾阴虚靶点基因和GIOP靶点基因交叉分析后获得522个肾阴虚型GIOP靶点基因(图1)。

    • 通过TCMSP平台共检索到青蒿中OB≥30%,DL≥0.18的活性成分22个,见表1

      表 1  青蒿主要活性成分

      分子名称 生物利用度(%) 药物相似度(DL)
      新西兰牡荆苷_qt 59.85 0.21
      醋酸酯 58.02 0.52
      脱氧青蒿素 54.47 0.26
      青蒿烯 54.36 0.31
      万寿菊素 53.11 0.34
      牡荆黄素_qt 52.18 0.21
      泽兰黄醇素 50.8 0.41
      双氢青蒿素 50.75 0.3
      青蒿素 49.88 0.31
      异鼠李素 49.6 0.31
      青蒿亭 49.55 0.48
      茵陈黄酮 48.96 0.41
      槲皮素 46. 43 0.28
      维采宁-2_qt 45.84 0.21
      豆甾醇 43.83 0.76
      线蓟素 43. 46 0.34
      六氟磷酸钠 42.6 0.37
      山奈酚 41.88 0.24
      谷甾醇 36.91 0.75
      木犀草素 36.16 0.25
      怪柳黄素 32.86 0.31
      玄参黄酮 30.35 0.3
    • 通过TCMSP和UniProt数据库获得214个青蒿活性成分靶点基因。将其与肾阴虚型GIOP疾病靶点基因交叉分析(图1),“青蒿-肾阴虚型GIOP”交集靶点基因共有98个。

      图  1  “青蒿-肾阴虚型GIOP”交集靶点基因

    • 运用String在线软件构建出“青蒿-肾阴虚型GIOP”共同靶点PPI网络(图2),共有98个节点,1935条相互关系,见图2。利用CytoNCA插件计算网络节点的DC,BC上四分位数为59、101.49248,故以DC≥59、BC≥101.49248为筛选条件,筛选青蒿治疗肾阴虚型GIOP的核心靶点,共得到17个核心靶点,如表2

      图  2  “青蒿-肾阴虚型GIOP”共同靶点网络

      表 2  “青蒿-肾阴虚型GIOP”核心靶点信息

      靶点信息简称度中心度
      (DC)
      介度中心度
      (BC)
      RAC-α丝氨酸/苏氨酸
      蛋白激酶
      AKT184495.8247
      肿瘤坏死因子TNF83336.63745
      白细胞介素-6IL681281.4354
      细胞肿瘤抗原p53TP5379273.47903
      血管内皮生长因子AVEGFA78200.2001
      白细胞介素-1βIL1B76199.86818
      基质金属蛋白酶-9MMP973146.52397
      转录因子AP-1JUN71167.16982
      前列腺素G/H合成酶-2PTGS271140.30101
      半胱氨酸蛋白酶-3CASP371120.33017
      表皮生长因子受体EGFR68294.5016
      表皮生长因子EGF67107.6285
      白细胞介素-8CXCL867127.67476
      雌激素受体ESR165251.7144
      C-C基序趋化因子配体CCL265101.49248
      过氧化物酶体增殖物
      激活受体γ
      PPARG63118.61439
      血红素氧合酶-1HMOX159156.89531
    • GO富集分析获得5612个细胞生物学过程,其中BP分析获得4649个条目,MF分析获得585个条目,CC分析获得378个条目,根据富集的基因数进行降序排列,分别选取前10个条目建立BP、MF、CC三合一柱状图(图3)。生物学过程(BP)主要涉及激素应答、性腺发育、细胞死亡的正向调节等,细胞成分(CC)包括细胞外基质、转录调节复合物、膜筏等,分子功能(MF)包括信号受体调节活性、蛋白结构域特异性结合、激酶结合等。

      图  3  BP、MF、CC三合一柱状图

      KEGG富集分析获得225个信号过程,根据富集的基因数进行降序排列,选取前20个条目建立气泡图(图4),KEGG富集分析主要涉及的信号通路有PI3K/AKT信号通路,IL-17信号通路,AGE/RAGE信号通路,MAPK信号通路等,说明青蒿治疗肾阴虚型GIOP可能是从多条信号通路联合发挥作用的,其中PI3K/AKT信号通路上富集的共同靶点最多。

      图  4  KEGG气泡图

    • DEX损伤成骨细胞后,其增殖能力及ALP活性显著降低。药物治疗后,青蒿提取物可显著促进DEX损伤的成骨细胞的增殖,提高ALP活性,促进DEX损伤的成骨细胞的增殖(图5)。

      图  5  青蒿对DEX损伤的成骨细胞的增殖(A)及分化(B)影响(n=6,$ \bar x$±s

    • 药物处理DEX损伤的成骨细胞48 h后,Western blot结果显示,与空白组比较,模型组p-AKT/AKT比值、PI3K蛋白表达水平明显下降,给予青蒿提取物治疗后,p-AKT/AKT比值、PI3K蛋白表达水平明显提高(图6)。

      图  6  青蒿对DEX损伤的成骨细胞PI3K/AKT通路蛋白的影响(p-AKT/AKT:A-B, PI3K/GAPDH:C-D)(n=3,$ \bar x$±s

    • 研究发现,PI3K/AKT通路与氧化应激有密切的联系,一方面,过量的活性氧(ROS)可抑制AKT的磷酸化[15],另一方面,磷酸化的AKT也可以通过Nrf2/HO-1通路抑制氧化应激[16]。在OP的治疗药物探索过程中,抗氧化是一条重要的线索,如啤酒花中的黄腐酚,杜仲中的绿原酸,黄连中的小檗碱,其抗骨质疏松的机制均与抗氧化有关[17-19],现代药理研究已经证明青蒿具有抗氧化,抗炎,调节免疫等作用[20-21],但青蒿中化学成分众多,虽然目前多以倍半萜类成分青蒿素含量作为其质量评价标准[22]。然而,除了倍半萜类成分外,青蒿中还存在黄酮类成分、有机酸类成分等等[23],青蒿的抗肾阴虚型GIOP的机制可能与抗氧化有关。研究发现,倍半萜类成分、黄酮类成分、有机酸类成分均存在一定的抗氧化效果[24-27],青蒿的抗肾阴虚型GIOP的机制可能与抗氧化有关。因此,研究青蒿是否在抗OP方面存在作用,青蒿中哪种单体成分在其抗OP的过程中起主要作用值得进一步探究。

      本研究以网络药理学为基础,初步筛选出了青蒿抗肾阴虚型GIOP的98个共同靶点,通过拓扑分析,筛选出了17个核心靶点。GO分析和KEGG富集分析发现这些共同靶点参与了多个生物学过程,且参与PI3K/AKT,IL-17,AGE/AGE,MAPK等多个信号通路,其中PI3K/AKT信号通路上富集的共同靶点最多。研究表明,PI3K/AKT信号通路可通过影响成骨细胞的增殖和分化,抑制OP的发生[28]。本研究体外实验亦证实青蒿可以促进DEX损伤的成骨细胞的增殖和分化,激活PI3K/AKT信号通路,促进AKT的磷酸化,验证了网络药理学的预测结果,为后续青蒿抗GIOP研究提供了科学依据。

参考文献 (28)

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