肠道微生物群通过“微生物群可用性”在解释中药成分的有效物质和作用机制方面发挥着关键作用。然而,由于中草药成分的生物转化非常复杂,验证这些成分的微生物群代谢产物的活性和机制仍然是一个巨大的挑战。课题组首先将谱效关系与肠道微生物群的生物转化以及反向追踪方法相结合,鉴定出12种(桔梗皂苷D)PD代谢产物,其中只有5种对镇咳和/或祛痰作用有重要价值(VIP值1),口服生物利用度高于PD。大大简化了对中药成分复杂肠道微生物群代谢的研究。
网络药理学可以整合大量数据,基于中药成分和相应症状进行虚拟筛查。它成为在整体水平上预测药物对该疾病的治疗靶点的有力手段。然而,假阳性结果的缺点仍然限制了它的应用。此外,目前几乎所有的发表工作都只关注具有高口服生物利用度和药物相似性的原型成分,这也限制了其应用。例如,桔梗是治疗咳嗽、痰多、哮喘的着名中药;有效成分为桔梗苷。然而,研究者使用网络药理学分析方法没有筛选出活性成分和靶标。PD及其活性微生物群代谢产物可以调节PAH、PLA2G2A、CYP2C9、CYP2D6和ALOX5的核心靶点发挥镇咳作用。整合肠道微生物群的生物转化,谱效关系分析可以确定活性代谢产物的靶标。综上所述,图2说明PD和mPDs相互作用网络的镇咳和祛痰机制。
鉴于活性代谢物总是与靶标结合以发挥最终作用,我们选择分子对接来研究代谢物与其靶点之间的亲和力。通常,结合能小于0表明配体分子可以自发地与受体分子结合,而较低的结合能总是意味着更强的结合亲和力和更高的活性。这些结果不仅解释了中药口服生物利用度低、活性高的现象,也解释了中药一种成分作用于多个靶点的现象。因此,研究结果无疑显示了谱效关系分析、肠道微生物群生物转化、网络药理学分析和分子对接相结合在解释中药成分肠道微生物群代谢产物的有效物质和机制方面的优势。
综上,我们所提出的新策略可用于研究中草药成分的有效物质和作用机制,具有镇咳和祛痰作用的PD实例证明了这一点。该策略不仅表明PD是一种具有镇咳和祛痰作用的活性成分,而且还揭示了其在体内的活性形式为桔梗皂苷元-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、异桔梗皂苷元-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、7-羟基-桔梗皂苷元-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、桔梗皂苷元和异桔梗皂苷元。此外,PD的这些活性成分可以结合已鉴定的靶点,调节相应的代谢组学途径,发挥镇咳和祛痰作用。总之,本研究为阐明中药成分的活性微生物群代谢产物及其体内机制提供了一种新的途径;它特别有助于解释那些生物利用度低但活性高的成分,这对研究中药的有效材料和机制非常重要。