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基于网络药理学研究止嗽散治疗咳嗽变异性哮喘的分子机制

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:33263
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  • 日期:2023-07-11
  • 来源:上海论文网

药学论文哪里有?本研究基于整合ADME、多重药物靶点预测、分子对接和网络药理学等方法研究复方止嗽散对CVA的分子作用机制,为中药多途径、多靶点、协同治疗复杂疾病的分子机制研究提供了方法学借鉴。

1绪论

1.2 CVA的发病机制

咳嗽变异性哮喘与气道重塑、气道炎症和气道高反应等因素有关,其发病机制与典型哮喘相似。

1.2.1气道高反应

Airway Hyper Reactivity,中文名称气道高反应性,简称AHR,在典型哮喘的发生发展中发挥着重要的作用,它通常是指气道在受到寒冷、灰尘、螨虫、雾霾以及特殊气味等刺激后所呈现出的高敏反应。研究发现CVA患者的气道高反应性与典型哮喘比较并没有太大差异,CVA患者的咳嗽主要与AHR所致的气道痉挛有关[4]。研究发现气道平滑肌(Airway Smooth Muscle,ASM)的收缩增加可导致AHR的发生,ASM中存在的收缩蛋白在遇到环境中的各种刺激后使ASM收缩,导致气道痉狭窄,进而加重气道高反应性[5]。

1.2.2气道炎症

CVA的气道炎症是由多种炎症细胞,细胞因子以及炎症介质等共同参与的病理过程。研究发现嗜酸性粒细胞(Eosinophil,EOS)、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosisfactor-α,TNF-α)、白介素-6(Interleukin-6,IL-6)以及白介素-10(Interleukin-10,IL-10)等炎症因子均与气道炎症的形成有关,其中以EOS浸润为主的气道炎症是CVA主要的病理特征[6]。CVA患者在受到TNF-α、IL-10等炎症因子刺激后,会促使气道上皮细胞、巨噬细胞等细胞中的诱导型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxidesynthase,iNOS)表达增高,而iNOS是气道生成一氧化氮的主要合成酶,大量的一氧化氮可促进炎性介质的分泌,进一步促进氧自由基损伤细胞的形成,导致气道炎症的发生及肺组织的损伤[7]。综上,为了改善气道炎症和减缓咳嗽的目的,可以降低EOS、IL-6、TNF-α和一氧化氮的水平[8]。此外,气道炎症反应还与机体免疫T淋巴细胞有关。在过敏原存在的条件,机体的Th2淋巴细胞被激活,分泌白介素刺激嗜酸性粒细胞产生与聚集;与此同时白介素也会促进B细胞产生IgE免疫球蛋白,刺激嗜酸性粒细胞释放炎症因子,导致症状进一步加重[9-11]。

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2材料与方法

2.2止嗽散有效活性成分的ADME筛选

为了从止嗽散复方中获得具有潜在生物活性的化合物,我们运用ADME模型评价药效学和药动学性质。所以,利用口服生物利用度(oral bioavailability,OB),药物的类药性(drug-likeness,DL)和药物的半衰期评价(drug half-life,HL)来对止嗽散复方中的有效活性成分进行筛选。本研究中使用了ADME特性中的三个药代动力学参数筛选模型,它们的具体描述如下:

(1)OB模型的预估

本研究中,我们运用OB模型来进行活性成分的筛选,即OB模型基于805个结构多样的药物和类药物分子,其决定系数(r2)为0.80,测试集的标准估计误差(SEE)为0.31构成的[40]。此外,为了进一步分析止嗽散复方中的活性分子的药理学参数,我们筛选出符合OB≥30%的化合物作为候选化合物[41]。

(2)类药性评估

为了排除止嗽散方中成药性低的化合物,用类药性(DL)评估指数来优化化合物的药代动力学数据[42]。为得到草药化合物的DL值,所有化合物的平均分子性质从Drugbank数据(http://www.drugbank.ca/)[43]中获得。在本研究中,我们将DL≥0.2设置为候选化合物评估的阈值

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3研究结果与分析

3.1止嗽散活性成分筛选既然止嗽散是有七味草药组成的,它们中的每一个都包含几十或者甚至几百种的成分,这是有必要的对止嗽散去创建一个成分数据库。因此,理应尽力而为,通过数据挖掘,来获得止嗽散的成分。

所以,为了在止嗽散中筛选出具有较好药代动力学特性的活性成分,运用最能反映化合物关键的ADME特性的OB,DL和HL来筛选潜在的活性成分。根据前面设置的阈值,我们总共得到82个分子。尽管部分化合物的OB、DL和HL值很低,但这些化合物如柚皮素、β-谷甾醇等已有相关文献报道其药理学活性,故入选有效化学成分库,最终筛选出止嗽散的潜在活性成分有97个(活性成分见表1)。

例如,在哮喘小鼠模型中,陈皮中的柚皮素能够缓和气道周围炎症,减弱小鼠气道高反应,通过卵清蛋白诱使的气道重塑可以得到有效抑制,并且使IgE和Th2细胞因子在哮喘小鼠肺泡灌洗液中的总血清中的水平降低[57]。此外,白前中的β-谷甾醇能够预防气道炎症,阻止Th2细胞因子的水平升高,能够有效治疗过敏性哮喘[58]。这些都表明止嗽散具有治疗CVA的作用。

3.2君臣佐使的相配原则

众人周知,任何一种由多种或数十种药材构成的中药配方都不是随机的。相反,中药配方几乎都是基于一些组合规则构造的,其中最著名的是古代中国的“君臣佐使”理论。本研究中,为了生动地描述该理论,如图3所示,紫菀和百部,桔梗和白前,荆芥和陈皮,甘草分别对应于君、陈、佐和使作为在中药复方中对应着不同角色。

中药主辅药理论下,对止嗽散复方中活性成分对CVA治疗作用的分析,得出止嗽散配方符合“君臣佐使”的配伍原则。在疾病的预防和治疗中,君药往往起主导作用,而臣药要么增强君药的功效,要么负责一些伴随疾病的治疗[78]。对于轻微的疾病,佐剂的作用可增强臣药的治疗效果。至于使药,一般采用低剂量,目的是诱导草药对疾病部位的影响,调节不同草药间的相互作用并从体内清除有毒物质,也称为“信使”。该原则显示,配方中的每种草药都有其特定的功能,并在该原则下进行了整体的组织和排列,以产生特定的效果。

紫菀和百部是止嗽散的君药。紫菀是一种传统的中草药,已被用于呼吸系统疾病已有2000多年的历史,并以其良好的疗效在《中国药典》所有版本中都有记录。在临床上,由于具有多种有益的生物活性,紫菀长期以来一直被用作止嗽散配方的主要成分,并且可显着减轻肺水肿,抑制脂多糖产生的炎性细胞因子的释放,有效地减少痰液,缓解咳嗽及其他因素引起的炎症[79-81]。

5总结

本研究基于整合ADME、多重药物靶点预测、分子对接和网络药理学等方法研究复方止嗽散对CVA的分子作用机制,为中药多途径、多靶点、协同治疗复杂疾病的分子机制研究提供了方法学借鉴。共筛出止嗽散治疗CVA的活性成分97个(包括白前苷元C、7,4′-二羟基黄酮、甘草酸、新对叶百部碱和β-谷甾醇)及靶点144个。通过分析蛋白相互作用网络得到MAPK3、TNF、CASP3、EGFR、PTGS2和MMP-9等10个核心靶点。此外,分子对接验证核心靶点中EGFR、PTGS2和MMP-9与其关键化合物有较好结合力。止嗽散治疗CVA的分子机制是止嗽散中主要活性成分对PI3K-Akt、NF-κB和HIF-1等通路的调控,最终达到治疗CVA的效果。然而,本研究仍然具有一定的局限性,今后仍需要对止嗽散中关键成分抗CVA的作用进行验证。

参考文献(略)

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