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Integrated pharmacology reveals the mechanism of action of Bu-Shen-Tong-Du prescription against collagen-induced arthritis - 09/10/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.112160 
Xiaolu Wei a, 1 , Mingming Peng b, 1 , Danbing Liu c , Lijuan Zhao d , Xinru Gu a , Linna Wang a , Yanyan Zhou a , Haiyu Zhao a , Nan Si a , Hongjie Wang a , Liping Hou c, , Zunpeng Shu b, , Baolin Bian a,
a Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China 
b Guangdong Standardized Processing Engineering Technology Research Center of Traditional Chinese Medicine, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China 
c Taiyuan Houliping Rheumatism and Osteopathy Hospital of Traditional Chinese Medicine, Shanxi 030006, China 
d Shaanxi Chinese Medicine Institute (Shaanxi Pharmaceutical Information Center), Xian-yang 712000, China 

Correspondence to: No.489 Bingzhou South Road, Xiaodian Distric, Taiyuan 030006, China.No.489 Bingzhou South Road, Xiaodian DistricTaiyuan030006China⁎⁎Correspondence to: Guangdong Pharmaceutical University, No.280 Guangzhou Higher Education Mega Center, Guangzhou 510006, China.Guangdong Pharmaceutical UniversityNo.280 Guangzhou Higher Education Mega CenterGuangzhou510006China⁎⁎⁎Correspondence to: No.16 Dongzhimen Nanxiaojie, Dongcheng District, Beijing 100700, China.No.16 Dongzhimen Nanxiaojie, Dongcheng DistrictBeijing100700China

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Abstract

Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic inflammatory autoimmune disease. Bu-Shen-Tong-Du prescription (BSP) has traditionally been used in to treat RA but its underlying mechanisms remain unclear. In this study, we explored the potential mechanisms of BSP in collagen-induced arthritis (CIA) rats, a classic animal model of RA. We employed an integrated pharmacology approach in combination with network pharmacology, 1H-nuclear magnetic resonance (NMR) metabolomics, and biochemical analyses to determine the mechanisms of BSP for treating RA. We found that BSP can regulate immunity and inflammation by decreasing the spleen index; inhibiting hyperplasia of the white pulp; reducing the levels of IL-1β, IL-6, IL-17A, and IFN-γ; and increasing the levels of IL-10 in the serum. Network pharmacology was utilized to predict related signal transduction pathways of BSP in RA treatment. 1H NMR metabolomics of the serum confirmed that BSP regulated energy metabolism and amino acid metabolism. Finally, we validated the Toll-like receptor 4 (TLR4)/nuclear factor (NF)-κB signaling pathway using immunohistochemical methods, which demonstrated that BSP controlled RA-induced inflammation by inhibiting the TLR4/NF-κB signaling pathway. These results confirm the therapeutic effect of BSP in a CIA rat model, which is exerted via the inhibition of the inflammation and the improvement of the immune function, balancing energy metabolism and amino acid metabolism, and inhibiting the TLR4/NF-κB signaling pathway. This study provides an experimental basis for using BSP as a combinatorial drug to inhibit inflammation and regulate immunity in the treatment of RA.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Bu-Shen-Tong-Du prescription (BSP) is used to treat rheumatoid arthritis (RA).
BSP ameliorated metabolic disorders of energy metabolism and amino acid metabolism.
BSP inhibited the TLR4/NF-κB signaling pathway.
BSP may be used as a mixed drug to regulate immune and inflammatory responses in RA.
Integrated pharmacology is an effective approach for exploring TCM prescriptions.

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Abbreviations : RA, BSP, CIA, NMR, IL, IFN, TLR4, NF-κB, TCM, CII, IFA, MyD88, TRAF-6, ELISA, TG, WG, BSL, BSM, BSH, H&E, GO, KEGG, OPLS-DA, LDL/VLDL, 3-HB, NAG, OAG, PUFA, DMG, Cr/PCr, TMAO

Keywords : Rheumatoid arthritis, Bu-Shen-Tong-Du prescription, Integrated pharmacology, Inflammation, TLR4/NF-κB signaling pathway


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Vol 143

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