Investigation on Mechanisms of Osteoking Against Four Types of Bone Injury Diseases Based on Heterogeneous Information Network with Concept of "Treating Different Diseases with an Identical Treatment"

ZHANG Suya; MA Zhaochen; GAO Shuangrong; CHEN Weiheng; ZHANG Yanqiong; LIN Na

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20231037

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Investigation on Mechanisms of Osteoking Against Four Types of Bone Injury Diseases Based on Heterogeneous Information Network with Concept of "Treating Different Diseases with an Identical Treatment"

更新时间：2023-11-20

- Investigation on Mechanisms of Osteoking Against Four Types of Bone Injury Diseases Based on Heterogeneous Information Network with Concept of "Treating Different Diseases with an Identical Treatment"
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 29, Issue 24, Pages: 42-53(2023)
- 作者机构：
  
  1.中国中医科学院中药研究所，北京100700
  2.北京中医药大学第三附属医院，北京100029
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20231037
  CLC： R2-0;R33;R274;R289
- Received：02 May 2023，
  
  Published Online：04 August 2023，
  
  Published：20 December 2023
- 稿件说明：
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张苏雅,马兆臣,高双荣等.异构信息网络驱动的恒古骨伤愈合剂“异病同治”4种骨伤疾病的作用机制[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(24):42-53.

ZHANG Suya,MA Zhaochen,GAO Shuangrong,et al.Investigation on Mechanisms of Osteoking Against Four Types of Bone Injury Diseases Based on Heterogeneous Information Network with Concept of "Treating Different Diseases with an Identical Treatment"[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(24):42-53.
张苏雅,马兆臣,高双荣等.异构信息网络驱动的恒古骨伤愈合剂“异病同治”4种骨伤疾病的作用机制[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(24):42-53. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20231037.

ZHANG Suya,MA Zhaochen,GAO Shuangrong,et al.Investigation on Mechanisms of Osteoking Against Four Types of Bone Injury Diseases Based on Heterogeneous Information Network with Concept of "Treating Different Diseases with an Identical Treatment"[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(24):42-53. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20231037.

摘要

目的

通过整合异构信息网络挖掘与实验验证，阐释恒古骨伤愈合剂“异病同治”骨折、股骨头坏死、骨性关节炎和腰椎间盘突出症的作用机制。

方法

依托疾病相关数据库和转录组表达谱数据集，以及中医药百科全书数据库，通过生物信息学数据整合与分析，获得4种目标疾病相关基因集和恒古骨伤愈合剂候选靶标谱，进而构建“疾病-证候-方药-靶点-通路-效应”异构信息网络，整合功能富集分析，筛选恒古骨伤愈合剂干预4种骨伤疾病失衡网络的核心靶标，及其参与的生物学通路和对应的临床症状，并加以动物实验验证。

结果

异构信息网络挖掘表明，恒古骨伤愈合剂矫正骨折、股骨头坏死、骨性关节炎、腰椎间盘突出症失衡网络的共性机制是，通过调控相关核心候选靶标如蛋白激酶B（Akt1）、连环蛋白

1（CTNNB1）、表皮生长因子受体（EGFR）、热休克蛋白90-

（HSP90AA1）、磷脂酰肌醇3-激酶催化亚基

亚型（PI3KCA）等，及相关生物学通路如磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）、Janus激酶/信号换能器和转录激活剂（JAK/STAT）、肿瘤坏死因子（TNF）、核转录因子-

B（NF-

B）、Toll样受体等，发挥其调节细胞功能与活性、抑制炎症反应、减少骨质破坏、提高机体免疫功能的药理作用；在个性机制方面，恒古骨伤愈合剂可通过调节疾病靶位的血液循环而改善骨折断端血供；通过调控激素相关通路而维持骨代谢平衡，促进骨折愈合；通过靶向调控脂质相关通路纠正脂代谢紊乱，加速骨形成和骨修复，延缓股骨头坏死的病情进展；通过作用于神经功能调节通路减轻骨性关节炎与腰椎间盘突出症患者病变局部的痛觉刺激，缓解患者疼痛的症状。进一步发现，PI3K/Akt信号通路是该方干预4种疾病关键网络靶标最显著富集的通路，且该方候选靶标与骨折相关基因的网络关联性最强，故选择骨折作为目标疾病进行实验验证，结果表明该方可通过抑制PI3K/Akt信号轴的活化而发挥其加速骨形成、促进骨折愈合的作用。

结论

恒古骨伤愈合剂“异病同治”4种骨伤疾病的主要机制涉及细胞功能调节和免疫炎症相关信号通路，其中，PI3K/Akt信号轴可能是该方促进骨再生、骨重建，维持骨代谢平衡的关键作用通路之一。

Abstract

Objective

To elucidate the mechanism of Osteoking against fracture， femoral head necrosis， osteoarthritis， and lumbar disc herniation by integrating heterogeneous information network mining and experimental validation.

Method

On the basis of the disease-related database and transcriptome expression profiling dataset， as well as the ETCM database， the gene sets related to four target diseases and the candidate target spectrum of Osteoking were obtained through the integration and analysis of bioinformatics data， and a "disease-syndrome-formula-target-pathway-effect" heterogeneous information network was constructed. In addition， by functional enrichment analysis， the core targets of Osteoking in interfering with the imbalance network of four kinds of bone injury diseases， the biological pathways involved， and the corresponding clinical symptoms were screened， and they were verified in animal experiments.

Result

Heterogeneous information network mining indicates that Osteoking may commonly reverse the imbalance networks of fracture， femoral head necrosis， osteoarthritis， and lumbar disc herniation via regulating cell function and activity， inhibiting inflammatory response， reducing bone destruction， and improving the immune function of the body by modulating relevant core candidate targets such as RAC-alpha serine/threonine-protein kinase （Akt1）， catenin beta-1 （CTNNB1）， epidermal growth factor receptor （EGFR）， heat shock protein 90-alpha （HSP90AA1）， and phosphatidylinositol 3-kinase catalytic subunit alpha isoform （PI3KCA）， as well as related biological pathways such as phosphatidylinositide 3-kinases/protein kinase B （PI3K/Akt）， janus kinase/signal transducer and activator of transcription （JAK/STAT）， tumor necrosis factor （TNF）， nuclear factor kappa-B （NF-

B）， and Toll-like receptors. In particular， Osteoking may improve the blood supply of the fracture end by regulating blood circulation at the target site of the disease， and it may maintain the balance of bone metabolism by regulating hormone-related pathways to promote fracture healing. In addition， Osteoking may relieve lipid metabolism disorders by targeting and regulating lipid-related pathways， accelerate bone formation and bone repair， and delay the progression of femoral head necrosis. Osteoking may relieve the symptoms of pain by acting on neurological pathways to reduce local nociceptive stimulation in patients with osteoarthritis and lumbar disc herniation. Further experimental validation demonstrates that the PI3K/Akt signaling pathway is the most significantly enriched pathway for the key network targets of Osteoking for the four diseases. The candidate target of Osteoking may have the strongest association with the network of fracture-related genes. Therefore， this study chooses fracture as the target disease to verify the efficacy of Osteoking. The results show that Osteoking can accelerate bone formation and promote fracture healing by inhibiting the activation of the PI3K/Akt signaling axis.

Conclusion

The study shows that the main mechanism of "treating different diseases with an identical treatment" of four bone injury diseases with Osteoking involves cell function regulation and immune inflammation-related signaling pathways. Further experimental validation identifies that the PI3K/Akt signaling axis may be one of the key pathways of Osteoking to promote bone regeneration， bone reconstruction， and bone metabolism homeostasis.

关键词

Keywords

references

魏戌，韩涛，孙凯，等 . 中医药防治骨与关节退行性疾病的优势、关键问题及研究策略［J］. 中国全科医学， 2021 ， 24 （ 35 ）： 4421 - 4426 .

何帮剑，毛强，华江，等 . 恒古骨伤愈合剂在胫骨中下段骨折术后的应用及作用机制［J］. 中医正骨， 2020 ， 32 （ 5 ）： 15 - 18，21 .

张政赢，刘晓宁，申亮 . 恒古骨伤愈合剂促进胫骨下段骨折术后愈合的临床效果［J］. 临床合理用药杂志， 2021 ， 14 （ 23 ）： 16 - 18 .

院一蔚，常裕绅，钟秀远，等 . 恒古骨伤愈合剂内外联动治疗股骨头坏死的疗效及安全性评价［J］. 湖北中医杂志， 2022 ， 44 （ 10 ）： 11 - 15 .

徐涛涛，郑凌歆，孙岩，等 . 恒古骨伤愈合剂治疗膝骨性关节炎的临床疗效及安全性评价［J］. 中国中医骨伤科杂志， 2022 ， 30 （ 2 ）： 8 - 12 .

曹闲雅，匡浩铭，苏翔，等 . 恒古骨伤愈合剂治疗腰椎间盘突出症肾虚血瘀证的临床研究［J］. 湖南中医药大学学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 1548 - 1552 .

王景霞，陈卫衡，陈绍红，等 . 基于“异病同治”理论探讨恒古骨伤愈合剂在4种骨伤科疾病治疗中的应用［J］. 中医正骨， 2021 ， 33 （ 3 ）： 34 - 39 .

ZHANG Y Q ， LI X ， SHI Y ， et al ， ETCM v2.0： An update with comprehensive resource and rich annotations for traditional Chinese medicine ［J］. Acta Pharm Sin B ， 2023 ， 13 （ 6 ）： 2559 - 2571 .

ZHANG Y ， WANG N ， DU X ， et al . SoFDA：An integrated web platform from syndrome ontology to network-based evaluation of disease-syndrome-formula associations for precision medicine ［J］. Sci Bull （Beijing）， 2022 ， 67 （ 11 ）： 1097 - 1101 .

LIU Y D ， XU J ， YU Z C ， et al . Ontology characterization， enrichment analysis，and similarity calculation‐ based evaluation of disease-syndrome-formula associations by applying SoFDA ［J］. iMeta ， 2023 ， doi： org/10.1002/imt2.8 http://dx.doi.org/org/10.1002/imt2.8 .

BUDIATIN A S ， KHOTIB J ， SAMIRAH S ， et al . Acceleration of bone fracture healing through the use of bovine hydroxyapatite or calcium lactate oral and implant bovine hydroxyapatite-gelatin on bone defect animal model ［J］. Polymers （Basel）， 2022 ， 14 （ 22 ）： 4812 .

DAI Z ， LI Y ， YAN Y ， et al . Evaluation of the internal fixation effect of nano-calcium-deficient hydroxyapatite/poly-amino acid composite screws for intraarticular fractures in rabbits ［J］. Int J Nanomedicine ， 2018 ， 13 ： 6625 - 6636 .

吴建飞，占日新 . 恒古骨伤愈合剂对兔骨折愈合的影响［J］. 临床合理用药杂志， 2017 ， 10 （ 27 ）： 13 - 14，16 .

李进涛，郑红，李波，等 . 恒古骨伤愈合剂对骨质疏松骨折树鼩雌二醇和骨代谢的影响［J］. 昆明医科大学学报， 2017 ， 38 （ 11 ）： 15 - 18 .

郭磊 . 恒古骨伤愈合剂对骨质疏松兔力学及微结构影响的基础研究［D］. 昆明：昆明医科大学， 2014 .

KIM H ， OH B ， PARK-MIN K H . Regulation of osteoclast differentiation and activity by lipid metabolism ［J］. Cells ， 2021 ， 10 （ 1 ）： 89 .

郑红，赵宏斌，袁鑫，等 . 恒古骨伤愈合剂通过PI3K/Akt/GSK-3 β 信号通路治疗树鼩绝经后骨质疏松的作用机制［J］. 中国老年学杂志， 2019 ， 34 （ 3 ）： 626 - 630 .

LIU J ， ZHANG J ， LIN X ， et al . Age-associated callus senescent cells produce TGF- β 1 that inhibits fracture healing in aged mice ［J］. J Clin Invest ， 2022 ， 132 （ 8 ）： e148073 .

RU J Y ， WANG Y F . Osteocyte apoptosis：The roles and key molecular mechanisms in resorption-related bone diseases ［J］. Cell Death Dis ， 2020 ， 11 （ 10 ）： 846 .

赵宏斌 . 云南彝药恒古骨伤愈合剂治疗激素相关性股骨头坏死的实验研究［D］. 昆明：昆明医学院， 2005 .

赵宏斌，胡敏，王维琦，等 . 恒古骨伤愈合剂对激素性坏死股骨头内VEGF基因表达的影响［J］. 中国骨伤， 2007 ， 20 （ 11 ）： 757 - 759 .

董锡亮 . 激素相关性兔股骨头坏死血脂与骨密度的关系及早期药物干预研究［D］. 昆明：昆明医学院， 2010 .

蒙锡波，邓丽丽 . 恒古骨伤愈合剂联合活血补肾汤治疗激素性股骨头坏死疗效及对骨密度的影响［J］. 现代中西医结合杂志， 2018 ， 27 （ 1 ）： 82 - 85 .

ZHU D ， YU H ， LIU P ， et al . Calycosin modulates inflammation via suppressing TLR4/NF- κ B pathway and promotes bone formation to ameliorate glucocorticoid-induced osteonecrosis of the femoral head in rat ［J］. Phytother Res ， 2021 ， doi： 10.1002/ptr.7028 http://dx.doi.org/10.1002/ptr.7028 .

CHEN K ， LIU Y ， HE J ， et al . Steroid-induced osteonecrosis of the femoral head reveals enhanced reactive oxygen species and hyperactive osteoclasts ［J］. Int J Biol Sci ， 2020 ， 16 （ 11 ）： 1888 - 1900 .

赵宏斌，胡敏，梁红锁，等 . 恒古骨伤愈合剂促进兔坏死股骨头内核心结合因子 α 1基因表达的实验研究［J］. 中国中西医结合杂志， 2006 ， 26 （ 11 ）： 1003 - 1006 .

赵宏斌，梁红琐，胡敏，等 . 恒古骨伤愈合剂促进坏死股骨头内BMP-2基因表达研究［J］. 中药药理与临床， 2006 ， 22 （ 6 ）： 61 - 63 .

胡敏，赵宏斌，钱传云，等 . 恒古骨伤愈合剂对兔激素性股骨头坏死模型超微结构的影响［J］. 中华中医药杂志， 2011 ， 26 （ 3 ）： 486 - 489 .

章鹏 . 恒古骨伤愈合剂结合体外冲击波治疗早期股骨头坏死的疗效观察［D］. 福州：福建中医药大学， 2016 .

于海峰，黄青，张宁 . 恒古骨伤愈合剂治疗Ⅱ期股骨头缺血性坏死60例临床观察［C］//. 跨世纪骨伤杰出人才科技成果荟萃 . 学苑出版社， 2004 ： 941 - 942 .

谢斌，何海军，闫波，等 . 恒古骨伤愈合剂联合特定电磁波治疗气滞血瘀型膝骨关节炎的多维度疗效分析［J］. 中国实验方剂学杂志， 2022 ， 28 （ 13 ）： 130 - 136 .

TANG J ， LIU T ， WEN X ， et al . Estrogen-related receptors：Novel potential regulators of osteoarthritis pathogenesis ［J］. Mol Med ， 2021 ， 27 （ 1 ）： 5 .

SHAO L T ， GOU Y ， FANG J K ， et al . Parathyroid hormone （1-34） ameliorates cartilage degeneration and subchondral bone deterioration in collagenase-induced osteoarthritis model in mice ［J］. Bone Joint Res ， 2020 ， 9 （ 10 ）： 675 - 688 .

HWANG H S ， KIM H A . Chondrocyte apoptosis in the pathogenesis of osteoarthritis ［J］. Int J Mol Sci ， 2015 ， 16 （ 11 ）： 26035 - 26054 .

邓欢，吕艺蓁，刘宣，等 . PI3K/Akt信号通路调控骨关节疾病软骨细胞自噬及损伤的机制［J］. 西安交通大学学报：医学版， 2022 ， 43 （ 2 ）： 309 - 314 .

WANG L ， HE T ， LIU J ， et al . Revealing the immune infiltration landscape and identifying diagnostic biomarkers for lumbar disc herniation ［J］. Front Immunol ， 2021 ， 12 ： 666355 .

刘道兵，王荣田，陈卫衡 . 从“痰瘀同病”论股骨头坏死的中医药治疗［J］. 中医杂志， 2013 ， 54 （ 19 ）： 1644 - 1646 .

袁鑫，武羽洁，角建林，等 . 彝药恒古骨伤愈合剂的药理作用和临床应用［J］. 中国现代应用药学， 2019 ， 36 （ 3 ）： 372 - 376 .

ZHAO S J ， KONG F Q ， JIE J ， et al . Macrophage MSR1 promotes BMSC osteogenic differentiation and M2-like polarization by activating PI3K/Akt/GSK3 β / β -catenin pathway ［J］. Theranostics ， 2020 ， 10 （ 1 ）： 17 - 35 .

XU J ， FU L ， BAI J ， et al . Low-dose IL-34 has no effect on osteoclastogenesis but promotes osteogenesis of hBMSCs partly via activation of the PI3K/Akt and ERK signaling pathways ［J］. Stem Cell Res Ther ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 268 .

LI H ， LI T ， FAN J ， et al . miR-216a rescues dexamethasone suppression of osteogenesis， promotes osteoblast differentiation and enhances bone formation，by regulating c-Cbl-mediated PI3K/Akt pathway ［J］. Cell Death Differ ， 2015 ， 22 （ 12 ）： 1935 - 1945 .

ZHAO B ， PENG Q ， POON E ， et al . Leonurine promotes the osteoblast differentiation of rat BMSCs by activation of autophagy via the PI3K/Akt/mTOR pathway ［J］. Front Bioeng Biotechnol ， 2021 ， 9 ： 615191 .

ZHANG Y ， YANG J H . Activation of the PI3K/Akt pathway by oxidative stress mediates high glucose-induced increase of adipogenic differentiation in primary rat osteoblasts ［J］. J Cell Biochem ， 2013 ， 114 （ 11 ）： 2595 - 2602 .

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