Mechanism of Tongbi Jiangu Prescription in Treatment of Knee Osteoarthritis Based on Network Pharmacology and Molecular Docking

Lei WANG; Sheng-hua LI; Ming-wang ZHOU; Xiao-ping WANG; Bin XU; Chang-hao WEI

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20220116

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Mechanism of Tongbi Jiangu Prescription in Treatment of Knee Osteoarthritis Based on Network Pharmacology and Molecular Docking

更新时间：2021-12-31

- Mechanism of Tongbi Jiangu Prescription in Treatment of Knee Osteoarthritis Based on Network Pharmacology and Molecular Docking
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 28, Issue 3, Pages: 180-186(2022)
- 作者机构：
  
  1.甘肃中医药大学，兰州 730000
  2.甘肃省中医院，兰州 730050
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20220116
  CLC： R285;R289;R22;R2-031;R33
- Received：11 September 2021，
  
  Published Online：23 November 2021，
  
  Published：05 February 2022
- 稿件说明：
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王雷,李盛华,周明旺等.基于网络药理学和分子对接技术探析通痹健骨方治疗膝骨关节炎的作用机制[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(03):180-186.

WANG Lei,LI Sheng-hua,ZHOU Ming-wang,et al.Mechanism of Tongbi Jiangu Prescription in Treatment of Knee Osteoarthritis Based on Network Pharmacology and Molecular Docking[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(03):180-186.
王雷,李盛华,周明旺等.基于网络药理学和分子对接技术探析通痹健骨方治疗膝骨关节炎的作用机制[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(03):180-186. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20220116.

WANG Lei,LI Sheng-hua,ZHOU Ming-wang,et al.Mechanism of Tongbi Jiangu Prescription in Treatment of Knee Osteoarthritis Based on Network Pharmacology and Molecular Docking[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(03):180-186. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20220116.

摘要

目的

基于网络药理学和分子对接技术探析通痹健骨方治疗膝骨关节炎（KOA）的作用机制，并进一步运用细胞实验进行验证。

方法

依据中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）筛选出通痹健骨方活性成分及其对应的靶点；通过检索GeneCards数据库，在线人类孟德尔遗传数据库（OMIM）及DrugBank数据库获取KOA靶点；将通痹健骨方活性成分靶点与KOA靶点取交集，所得靶点即为通痹健骨方治疗KOA靶点。采用Cytoscape 3.7.2软件构建活性成分-靶点网络及蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络；使用STRING数据库进行PPI网络分析；运用DAVID数据分析平台进行基因本体（GO）富集分析及京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析；选取关键靶点及核心活性成分，使用AutoDock软件进行分子对接。细胞实验验证网络药理学结果并进行药效学观察。

结果

网络药理学预测显示通痹健骨方治疗KOA活性成分有111个，核心活性成分为槲皮素，山柰酚，

-谷甾醇，关键靶点为白细胞介素-1

（IL-1

），基质金属蛋白酶-3（MMP-3），肿瘤坏死因子-

（TNF-

）。GO分析中生物过程（BP）主要涉及到炎症反应、对脂多糖的反应、凋亡信号通路和DNA结合转录因子活性的调节等生物过程。细胞组成（CC）则包括了质膜蛋白复合物，RNA聚合酶Ⅱ转录因子复合物，膜筏，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶复合物等方面。分子功能（MF）主要富集在细胞因子受体结合、核受体活性、蛋白质结构域特异性结合、丝氨酸水解酶活性、趋化因子受体结合、一氧化氮合酶调节剂的活性等方面。KEGG分析获取相关信号通路为核转录因子（NF）-

B，两面神激酶（JAK）/信号传导及转录激活蛋白（STAT）及Wnt信号通路；分子对接结果显示，核心活性成分与关键靶点具有较好的结合活性。实验验证结果表明，通痹健骨方能够下调IL-1

，MMP-3，TNF-

，NF-

B p65表达水平（

0.05），上调NF-

B抑制蛋白（I

B）-

水平（

0.05）。

结论

通痹健骨方治疗KOA的作用机制在于应用槲皮素，山柰酚，

-谷甾醇等活性成分，以IL-1

，MMP-3及TNF-

为关键靶点，通过NF-

B，JAK/STAT及Wnt信号通路发挥治疗膝骨关节炎的作用。

Abstract

Objective

To explore the mechanism of Tongbi Jiangu prescription （TBJG） in the treatment of knee osteoarthritis （KOA） based on network pharmacology and molecular docking，and further verify it by cell experiments.

Method

The active components and the corresponding targets of TBJG were screened out according to the traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform（TCMSP）. The targets of KOA were obtained from GeneCards，online mendelian inheritance in man（OMIM）， and DrugBank. The common targets of active components of TBJG and KOA were the targets of TBJG against KOA. The active component-target network and protein-protein interaction （PPI） network were constructed by Cytoscape 3.7.2. STRING was used for PPI network analysis. DAVID was used for gene ontology （GO） and Kyoto encyclopedia of genes and genomes （KEGG） enrichment analyses. Key targets and core active components were selected for molecular docking by AutoDock. The results of network pharmacology were verified by cell experiments and the pharmacodynamic responses were observed.

Result

The prediction of network pharmacology showed that there were 111 active components of TBJG in the treatment of KOA. The core active components were quercetin，kaempferol， and

-sitosterol，and the key targets were interleukin-1

（IL-1

）， matrix metalloproteinase-3 （MMP-3），and tumor necrosis factor-

（TNF-

）. Biological processes （BP） in GO analysis mainly involved inflammatory response，response to lipopolysaccharide，apoptosis signaling pathway，and regulation of DNA activity in binding transcription factor. Cellular components （CC） included plasma membrane protein complex，RNA polymerase Ⅱ transcription factor complex，membrane raft，and serine/threonine protein kinase complex. Molecular functions （MF） were mainly enriched in cytokine receptor binding，nuclear receptor activity，protein domain specific binding，serine hydrolase activity，chemokine receptor binding，and activity of nitric oxide synthase regulator. As revealed by the KEGG analysis， the relevant signaling pathways were nuclear factor（NF）-

B， Janus kinase（JAK）/signal transducer and activator of transcription（STAT）， and Wnt signaling pathways. Molecular docking results showed that the core active components had good binding activities with key targets. The experimental results showed that TBJG could down-regulate IL-1

， MMP-3，TNF-

， and NF-

B p65 expression levels （

0.05），and up-regulated NF-

B inhibitor（I

B）-

（

0.05）.

Conclusion

The mechanism of TBJG in the treatment of KOA lies in the application of active components such as quercetin，kaempferol， and

-sitosterol with IL-1

，MMP-3， and TNF-

as key targets through the NF-

B，JAK/STAT， and Wnt signaling pathways.

关键词

Keywords

references

符仲秋，王维学，丰景斌 . 藤黄健骨胶囊对大鼠膝骨关节炎的影响［J］. 中国临床药理学杂志， 2021 ， 37 （ 15 ）： 1996 - 1998 .

THIRUTHOPU N S . Knee-osteoarthritis-an-overview ［J］. J Novel Physiotherap ， 2021 ， 10 （ 6 ）： 442 .

贺娟娟，颜春鲁，安方玉，等 . 炎症因子与炎症因子相关信号通路在膝骨关节炎中的调控机制研究进展［J］. 中国临床药理学杂志， 2019 ， 35 （ 12 ）： 1308 - 1311 .

易南星，梁倩倩，张伟强，等 . 骨性关节炎相关滑膜炎症研究进展［J］. 昆明医科大学学报， 2019 ， 40 （ 3 ）： 136 - 139 .

郑梓灌，林涛，吴丽芳 . 独活寄生汤口服联合二乌红花饮离子导入治疗膝骨关节炎肾虚髓亏证［J］. 中医正骨， 2019 ， 31 （ 5 ）： 38 - 40 .

周巧，刘健，忻凌，等 . 芙蓉膏外敷联合中药治疗活动期膝骨关节炎的临床数据挖掘及关联分析研究［J］. 中国中医基础医学杂志， 2019 ， 25 （ 4 ）： 505 - 508 .

吴献毅，周明旺，叶丙霖，等 . 李盛华教授治疗膝骨关节炎的学术思想［J］. 中国中医急症， 2017 ， 26 （ 10 ）： 1730 - 1732 .

徐叔云，卞如濂，陈修 . 药理实验方法学［M］. 北京：人民卫生出版社， 2002 ： 1861 .

BASU A ， SCHELL J ， SCOFIELD R H . Dietary fruits and arthritis ［J］. Food Funct ， 2018 ， 9 （ 1 ）： 70 - 77 .

LEYVA-LOPEZ N ， GUTIERREZ-GRIJALVA E P ， AMBRIZ-PEREZ D L ， et al . Flavonoids as cytokine modulators：a possible therapy for inflammation-related diseases ［J］. Int J Mol Sci ， 2016 ， 17 （ 6 ）： 921 .

BRITTI D ， CRUPI R ， IMPELLIZZERI D ， et al . A novel composite formulation of palm itoylethanolamide and quercetin decreases inflammation and relieves pain in inflammatory and osteoarthritic pain models ［J］. Bmc Vet Res ， 2017 ， 13 （ 1 ）： 229 .

KANZAKI N ， SAITO K ， MAEDA A ， et al . Effect of a dietary supplement containing glucosamine hydrochloride，chondroitin sulfate and quercetin glycosides on symptomatic knee osteoarthritis：a randomized，double-blind，placebo-controlled study ［J］. J Sci Food Agr ， 2012 ， 92 （ 4 ）： 862 - 869 .

HALEAGRAHARA N ， HODGSON K ， MIRANDA-HERNANDEZ S ， et al . Flavonoid quercetin-methotrexate combination inhibits inflammatory mediators and matrix metalloproteinase expression，providing protection to joints in collagen-induced arthritis ［J］. Inflammopharmacology ， 2018 ， 26 （ 5 ）： 1219 - 1232 .

ZHUANG Z L ， YE G Q ， HUANG B . Kaempferol alleviates the interleukin-1 β -induced inflammation in rat osteoarthritis chondrocytes via suppression of NF- κ B ［J］. Med Sci Monit ， 2017 ， 23 ： 3925 - 3931 .

HUANG X J ， PAN Q Y ， MAO Z K ， et al . Kaempferol inhibits interleukin‑1 β stimulated matrix metalloproteinasesby suppressing the MAPK‑associated ERK and P38 signaling pathways ［J］. Mol Med Rep ， 2018 ， 18 （ 3 ）： 2697 - 2704 .

CHOI J N ， CHOI Y H ， LEE J M ， et al . Anti-inflammatory effects of β -sitosterol- β - D -glucoside from Trachelospermum jasminoides （Apocynaceae） in lipopolysaccharidestimulated raw 264.7 murine macrophages ［J］. Nat Prod Res ， 2012 ， 26 （ 24 ）： 2340 - 2343 .

HOSNIJEH F S ， BIERMA-ZEINSTRA S M ， BAY-JENSEN A C . Osteoarthritis year in review 2018：biomarkers （biochemical markers）［J］. Osteoarthr Cartilage ， 2018 ， 28 （ 3 ）： 296 - 315 .

LEE Y M ， SON E ， KIM S H ， et al . Anti-inflammatory and antiosteoarthritis effect of Mollugo pentaphylla extract ［J］. Pharm Biol ， 2019 ， 57 （ 1 ）： 74 - 81 .

SHAHINE E M ， ELHADIDI A S . AB0776 efficacy of glucosamine sulphate in lowering serum level of interleukin-1 in symptomatic primary knee osteoarthritis： clinical andlaboratory study ［J］. Alex J Med ， 2014 ， 50 （ 2 ）： 159 - 163 .

黄庆恩，黎金焕，文立春，等 . 膝骨关节炎炎性细胞因子的研究进展［J］. 风湿病与关节炎， 2016 ， 5 （ 11 ）： 74 - 76，80 .

郑剑平，利春叶 . 白细胞介素-1在骨性关节炎的水平及作用［J］. 中国实用医药， 2013 ， 4 （ 15 ）： 5 - 7 .

崔允强 . 补肾强骨方治疗膝关节骨性关节炎的疗效及对患者血清TNF- α ，IL-6和IL-10的影响［J］. 黑龙江医药， 2018 ， 31 （ 4 ）： 831 - 833 .

PENGAS I ， ELDRIDGE S ， ASSIOTIS A ， et al . MMP-3 in the peripheral serum as a biomarker of knee osteoarthritis，40 years after open total knee meniscectomy ［J］. J Exp Orthop ， 2018 ， 5 （ 1 ）： 21 .

金连峰，王秀婷，石健，等 . 新止骨增生丸对膝骨关节炎软骨细胞JAK/STAT信号通路下STAT3、p-STAT3表达影响及作用机制研究［J］. 辽宁中医药大学学报， 2020 ， 22 （ 6 ）： 8 - 12 .

王学川，李霄，梁承远 . 基于JAK-STAT信号通路的药物研究进展［J］. 陕西科技大学学报， 2019 ， 37 （ 6 ）： 79 - 86 .

KIM S J ， KIM D S ， KIM S H ， et al ． Beta catenin regulates expression of cyclooxygenase 2 in articular chondrocytes ［J］. Biochem Bioph Res Co ， 2002 ， 296 （ 1 ）： 221 - 226 .

TAMAMURA Y ， OTANI T ， KANATANI N ， et al . Developmental regulation of Wnt/beta-c atenin signals is required for growth plate assembly，cartilage integrity，and endochondral ossification ［J］. J Biol Chem ， 2005 ， 280 （ 19 ）： 19185 - 19195 .

ROGERS E L ， REYNARD L N ， LOUGHLIN J . The role of inflammation-related genes in osteoarthritis ［J］. Osteoarthritis Cartilage ， 2015 ， 23 （ 11 ）： 1933 - 1938 .

陈浩雄，何斌斌，徐宁达，等 . 补肾活血方治疗膝骨关节炎对NF- κ B信号通路靶效应的临床研究［J］. 光明中医， 2018 ， 33 （ 24 ）： 3653 - 3656 .

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