基于网络邻近度方法探讨枣仁五味苓志复方改善睡眠的作用机制.pdf
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1、第46 卷第10 期2023年10 月遵义医科大学学报Journal of Zunyi Medical UniversityVol.46No.100ct.2023基础医学研究基于网络邻近度方法探讨枣仁五味苓志复方改善睡眠的作用机制曹永军,任爱蓉,江建辉,王雅溶,张世勋,赵(1.遵义医科大学珠海校区生物工程学院,广东珠海5190 41;2.澳门大学中华医药研究院中药质量研究国家重点实验室,澳门9990 7 8;3.遵义医科大学珠海校区基础教学部,广东珠海5190 41)宸”,梁泳茵,崔国祯,范庆【摘要】目的评估枣仁五味苓志复方(ZWLZ)对小鼠睡眠的改善作用,采用网络邻近度方法探讨其促进睡眠的作
2、用机制。方法采用雄性BALB/c小鼠,分为对照组、阳性药物组、ZWLZ低剂量组(0.32 g/kg)及高剂量组(0.96 g/kg),进行戊巴比妥钠睡眠时间延长实验和巴比妥钠睡眠潜伏期实验,同时检测相关睡眠指标。采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)的方法检测获得枣仁五味苓志复方的化学成分,进一步利用网络邻近度计算方法,分析ZWLZ改善睡眠的物质基础。结果与空白组相比,高剂量ZWLZ组在睡眠小鼠模型测试中,显著延长戊巴比妥钠诱导小鼠的睡眠时间(P0.05),显著缩短巴比妥钠睡眠潜伏期(P0.05),并显著增加脑部5-羟色胺和-氨基丁酸含量。网络邻近度计算结果表明,茶氨酸、麦角胺、去氢骆驼蓬碱等8
3、 个成分的靶点集合与睡眠障碍相关蛋白的邻近度较小。结论ZWLZ可有效改善BALB/c小鼠睡眠,茶氨酸、麦角胺、去氢骆驼蓬碱等8 个成分为潜在的干预睡眠障碍的有效成分。【关键词睡眠;枣仁五味苓志复方;保健食品;网络邻近度中图法分类号R285.5Mechanism exploration of ZWLZ on sleep improvement based on networkproximity approachCao Yongjun,Ren Airong,Jiang Jianhui,Wang Yarong,Zhang Shixun,ZhaoChen,Liang Yongyin,Cui Guozh
4、en,Fan Qing(1.School of Bioengineering,Zhuhai Campus of Zunyi Medical University,Zhuhai Guangdong 519041,China;2.State Key Laboratory of Quality Research in Chinese Medicine and Institute of Chinese Medical Sciences,Uni-versity of Macau,Macao 999078,China;3.School of Basic Education,Zhuhai Campus of
5、 Zunyi Medical Uni-versity,Zhuhai Guangdong 519041,China)Abstract Objective This study aims to evaluate the effects of Ziziphus Jujuba and Schisandra chinensis Com-pound(ZWLZ)on sleep improvement in mice and investigate the underlying mechanism based on the networkproximity method.Methods Male BALB/
6、c mice were divided into control group,positive drug group,ZWLZlow-dose group(0.32 g/kg),and high-dose group(0.96 g/kg).Pentobarbital sodium-induced sleep extensionexperiments and barbitalsodium-induced sleep latency experiments were conducted to monitor related sleep indi-ces.Liquid Chromatography
7、Mass Spectrometry(LC-MS)was used to analyze the compounds of ZWLZ,whichwere further examined using network proximity approach to analyze the substance basis of ZWLZ for improvingsleep.Results Compared to the control group,the high-dose of ZWLZ significantly prolonged sleep duration(P 0.05)of the bar
8、bital sodium-induced sleep mouse model and shortened the sleep latency(P 0.05)of thepentobarbitalsodium-induced sleep mouse model,while notably increased the brain levels of 5-hydroxytryptamineand gamma-aminobutyric acid.Network proximity calculations showed that the target sets of 8 components,in-c
9、luding theanine,ergotamine,and harmine,among others had a smaller proximity to sleep disorder-related pro-文献标志码 A文章编号 2 0 9 6-8 159(2 0 2 3)10-0 9 55-0 9【基金项目 遵义医科大学博士科研启动资金资助项目(NO:F-ZH-012)。通信作者范庆,男,博士,研究方向:数据科学在生物医药中的应用,E-mail:f a n q o f o x ma i l.c o m。955遵义医科大学学报teins.Conclusion ZWLZ effective
10、ly improves sleep in mice,and the 8 components,including theanine,ergota-mine,and harmine,are potential effective ingredients for intervening in sleep disorders.Key words sleep;Ziziphus Jujuba and Schisandra chinensis;health food;network proximity46卷睡眠是人类维持生命活动的重要生理功能,保持良好的睡眠对人类健康至关重要。失眠作为最常见的睡眠障碍,已
11、成为全球性的公共问题之二2 ,其症状包括人睡困难、睡眠恢复困难以及睡眠质量差等3。在临床诊断中,每周至少出现3次、持续3个月以上的入睡困难或无法维持良好睡眠状态者被诊断为失眠4。目前市面上的失眠治疗药物如苯二氮卓类、唑吡坦和多西他赛等,虽然疗效显著,但存在成瘾及耐药性等副作用,长期使用可能导致肌肉松弛、健忘和认知障碍等不良后果5。相较而言,中草药干预失眠具有较低的药物依赖和成瘾,不良反应较少的优势6 。中医药治疗失眠由来已久,大量循证学证据表明中药复方治疗失眠效果良好7 ,改善失眠的复方主要是以补虚、安神用药为主,同时配伍清热药、平肝药、活血行气等药物,与中医学补虚泻实,调整阴阳的疗法不谋而合
12、,故而产生较好的疗效8 9。枣仁五味苓志复方(Ziziphus Jujuba and Schisandra chinensis,ZWLZ)是一种中草药制剂,由酸枣仁、五味子、远志、茯苓和L-茶氨酸等组成。这些中药在中医传统中被广泛应用于治疗失眠和其他与精神状态相关的疾病,在临床实践中表现出显著的效果10-1然而,其成分复杂以及作用机制尚不明确的问题也引起了研究者的关注。网络医学认为人体细胞中分子之间的功能呈现互相依赖,疾病表型通常反映了复杂网络中相互作用的多种病理生物学过程12-13,是大数据时代药物系统性研究的新兴交叉学科。其中,用于研究药物的网络邻近度方法是建立在人类蛋白相互作用组的网络框
13、架之上14。它构建了调控疾病的基因网络与药物靶点网络,并通过网络邻近度计算来量化疾病基因集(疾病模块)与药物靶点集(药物模块之间的相互作用,从而达到快速筛选候选药物的目的13.15。本研究根据保健食品功能检验与评价方法(2 0 2 2 年版)方法选用BALB/c小鼠作为实验模型,探究了ZWLZ对小鼠睡眠质量的改善作用。同时,采用液相色谱-高分辨质谱法(UP-LC-QTOF-MS)对其有效成分进行了检测。在此基础上,进一步运用网络医学中网络邻近度方法,深人探讨ZWLZ改善睡眠功效的物质基础。.9561材料与方法1.1材料1.1.1实验药品5-羟色胺试剂盒购自南京森贝伽生物科技有限公司(H104-
14、1-2);-氨基丁酸检测试剂盒购自南京森贝伽生物科技有限公司(H168-1-2);戊巴比妥钠购自山东西亚化学工业有限公司(F0 7 4);巴比妥钠购自山东西亚化学工业有限公司(E7038);地西洋片购自山东信谊制药有限公司(211205)。1.1.2?ZWLZ的制备ZWLZ制备工艺如下:分别将4种中药干燥粉碎,沸水提取经浓缩、干燥、粉碎,得到干膏粉(50 目过筛2 次)。干膏粉与L-茶氨酸按16 3:30 质量比例混合,即为ZWLZ。酸枣仁、五味子、茯苓、远志生药与L-茶氨酸质量比例为3:3:3:2:0.3。1.1.3动物实验雄性BALB/c小鼠,7 8 周龄,体重18 2 0 g,购自广东省
15、医学实验动物中心,动物合格证号:SCXK(粤)2 0 18-0 0 0 2。本研究经过遵义医科大学实验动物福利伦理委员会的批准,伦理审批号为ZMU21-2303-061。1.2方法1.2.1实验分组与给药有动物均被饲养在恒温(2 42)、相对湿度(55%15%)的空调房内。房间保持在12 h亮/12h暗交替循环中。实验前动物适应性饲养5d,自由饮食。实验动物随机分为溶媒对照组(Ctrl,蒸馏水)、阳性药物组(Diaz,地西洋水溶液,2.5mg/kg),以及根据成人每日推荐ZWLZ摄人量的10倍和30 倍分别设置的ZWLZ低剂量组(0.32 g/kg)和ZWLZ高剂量组(0.96 g/kg),每
16、组10 只动物。每只动物以0.1 mL/10g的体积灌胃给药,连续30 d,期间每周测定1次各组动物的平均体重。1.2.2直接睡眠实验连续给药30 d,所有实验小鼠末次灌胃后,观察各组小鼠30 min内是否有睡眠现象。观察时以灌胃结束的时刻为开始时间、翻正反射消失为判断标准。当正常小鼠处于仰卧位时,它们会立即将身体向右翻转。如果矫正时间超过30 6 0 s,则认为翻正反射消失并进入睡眠状态。1.2.3延长戊巴比妥钠睡眠时间实验实验小鼠按照参考文献16 ,所10期末次灌胃30 min后,腹腔注射戊巴比妥钠水溶液(剂量54 mg/kg注射,体积0.1 mL/10g),以翻正反射消失为指标,测量睡眠
17、潜伏期(从戊巴比妥钠给药到小鼠翻正反射消失的时间)和睡眠时间(从翻正反射消失到其恢复的时间)。1.2.4巴比妥钠睡眠潜伏期实验实验小鼠末次灌胃30 min后,腹腔注射巴比妥钠水溶液(剂量250 mg/kg,体积0.1 mL/10 g,药物剂量参考标准剂量2 0 0 30 0 mg/kg并通过预实验确定为2 50mg/kg),以翻正反射消失为指标,测量睡眠潜伏期(从巴比妥钠给药到小鼠翻正反射消失的时间)。1.2.5小鼠脑组织5-羟色胺和-氨基丁酸含量测定连续灌胃30 d后,颈椎脱白处死小鼠,并迅速分离脑组织。将小鼠脑组织用预冷的磷酸盐缓冲液清洗,去除残留血液,称重后剪碎。将剪碎的组织与相应体积的
18、生理盐水混合(质量/体积比为1:9),充分匀浆并离心(8 0 0 0 g,4,15m i n)后,收集上清液。严格按照5-羟色胺和-氨基丁酸酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒检测小鼠脑中5-羟色胺和-氨基丁酸的含量。1.2.6基于网络邻近度方法探讨ZWLZ改善睡眠功效的物质基础和作用机制1.2.6.1UPLC-QTOF-MS质谱检测条件根据文献方法进行修改和优化17 。采用Waters ACQU-ITY UPLC HSS T3 色谱柱(2.1 mm 50 mm,1.8m);柱温:40;流动相:0.1%甲酸水溶液(A)-乙腈(B),梯度洗脱(0 2 min,10%B10%B;2 16 min,
19、10%B90%B;16 17 min,90%B;1718 min,90%B10%B;18 20 min,10%B);流速:0.3mL/min;进样量:2 L。质谱条件:电喷雾离子源(ESI),正、负离子MSe连续扫描模式;扫描50 12 0 0 m/z;毛细管电压3.0 kV;离子源温度150;脱溶剂气温度350;脱溶剂气流速6 0 0L/h;锥孔电压2 5V;锥孔气流量50 L/h;校正液使用化合物为亮氨酸-脑啡肽(正离子为556.2 7 7 1,负离子为554.2 6 2 0);数据采集软件使用MasslynxV4.1工作站。1.2.6.2化学成分的鉴定通过PubMed18、T C-MSP
20、19、Ch e ms p i d e r 2 0 等数据库对ZWLZ的化合物进行系统检索,建立化合物名称、分子式及结构式(mol文件格式)数据库并导人UNIFI科学图书馆中,与UNIFI信息平台中内置的中药化学成分数据库共同作为筛选数据库。利用UNIFI1.8.0软件自动筛查、计算分子式以及分析碎片断裂情况,曹永军等基于网络邻近度方法探讨枣仁五味苓志复方改善睡眠的作用机制需要在数据库中被标识有实验证据才能纳入。1.2.6.4睡眠障碍相关直接调控基因的收集通过医学主题词(MeSH)和统一医学语言系统(U M LS),获得与睡眠障碍相关的4个医学主题词:“sleepwake disorder”,“
21、insomnia,“circadianrhythm sleep disorders”和“sleep disorder,并将它们作为关键词用于Unipor26、T T D 2 3 、CT D 2 1 和DisGeNET27中的“疾病靶点(基因)检索。然后,将每个“疾病靶点”输入NCBI28数据库进行统一验证和重命名,然后将其转换为Entrez ID并以CSV格式保存。1.2.6.5网络邻近度的计算根据报道的方法(如式1所示),计算药物(配方药中的每一种组分)和疾病之间的网络邻近度13。给定:为疾病靶点蛋白集S中的1个,t为药物靶点蛋白集T中的1个。通过固定T中某个药物靶点(t),计算其与1组疾病
22、靶点蛋白集(S)中不同靶点(s)的距离,找出最小值即为该药物靶点(t)与疾病靶点(s)的最近距离minsesd(s,t)。对 T中其他药物靶点进行同样的计算后,可以获得T 个药物靶点的距离;把这些距离相加,除以药物靶点个数即得到此有效成分靶点到疾病基因蛋白的邻近度d(S,T)。d.(S,T)为了评估药物和疾病之间网络接近的重要性,构建参考距离分布。该参考距离分布对应于10 0 0对随机选择的2 个蛋白质组之间的预期距离(两随机选择组之间的邻近度),这些蛋白质组的大小和度的分布与原始疾病蛋白和药物靶点的相同。然后在获得10 0 0 个预期距离后,得到参考分布的平均距离a(S,T)和标准差a(S,
23、T),将药物-疾病邻近度转换为标准距离来计算Z值(式2),即相对网络邻近度。当计算距离大于平均距离时,可以957鉴定化合物以及匹配其碎片离子的结构特征。结合碎片离子理论精确质量数、相对保留时间及相关文献对化合物进行人工识别和确认。1.2.6.3有效成分靶点的收集把ZWLZ中通过“UPLC-QTOF-MSE”检测到的每种化学成分的名称分别输人到 CTD21、D r u g Ba n k 2 2 、T T D 2 3、IU-PHAR/BPS Guide to pharmacology24 和 Binding-DB25数据库中检索“药物靶点”。合并每个成分在不同数据库中检索得到的所有“药物靶点”,并
24、删除重复的靶点。每个“药物靶点”都在NCBI检索验证并统一命名,然后转换为EntrezID并整理成CSV文件备用。所有包含的“疾病基因”和“药物靶点”都(1)遵义医科大学学报获得正的标准化分数,反之则得到负的标准化分数,Z值越小表示其相对距离越近。为了方便网络邻近度等相关网络医学的计算和分析,构建了在线网络计算平台,部署在域名下开放使用2 9。用户可免费访问该平台,提交数据进行网络医学相关计算(现有邻近度计算、子网络提取、联合用药计算3个模块)。d(s,T)-a(S,T)Z(S,T)g,(S,T)1.3统计学分析动物实验结果计算用均数土标准差(xs),应用GraphPad Prism8统计分析
25、软件绘制柱形图,并进行单因素方差分析(ANOVA),选择Dunnett方法进行多重比较以确定均值存在差异的组。根据方差分析结果,查看数据的方差齐性,若方差不齐则对实验数据进行Brown-Forsytheand Welch ANOVA检验,多重比较采用DunnettT3校正。P0.05为差异有统计学意义。利用Python语言中的NetworkX工具提取药物靶点-疾病基因子网络,以Gephi0.9.2软件绘制可视化网络图。A1078-6-4-2-0A:小鼠睡眠潜伏期;B:睡眠时间;C:体重变化;Ctrl:对照组;Diaz:地西泮;ZWLZ:枣仁五味苓志复方;Pent:戊巴比妥钠;*:与对照组比较,
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