Cistanchen terapeuttisten potentiaalien ja molekyylimekanismien tutkiminen astman hoidossa

Abstrakti

Astmaon yleinen krooninen hengitystiesairaus, jolle on tunnusomaista hengitysteiden tulehdus ja yliherkkyys, mikä vaikuttaa merkittävästi maailmanlaajuiseen terveyteen. Nykyiset hoitovaihtoehdot, mukaan lukien kortikosteroidit, kohtaavat rajoituksia potilaiden vaihtelevista vasteista ja sivuvaikutuksista. Tämä tutkimus tutkii perinteisen kiinalaisen yrtin terapeuttisia mahdollisuuksiaCistanche deserticolatalon pölypunkkien (HDM) aiheuttamassa astmahiirimallissa. Käytimme monitieteistä lähestymistapaa, jossa integroitiin transkriptomiikka, massaspektrometria, painotettu geenikoekspressioverkkoanalyysi (WGCNA) ja kokeellinen validointi sekä eläin- että solumalleissa.

Löytömme paljastavat senCistanchelievittää merkittävästi hengitysteiden yliherkkyyttä, solujen infiltraatiota ja liman ylituotantoa astmaattisilla hiirillä. Transkriptominen analyysi tunnisti 643 differentiaalisesti ekspressoitunutta geeniä (DEG) jaCistanchehoito häiritsi IL-4-, IL-5- ja eosinofiileihin liittyviä polkuja. Geenijoukon rikastusanalyysi (GSEA) ehdotti sitäCistanchesaattaa olla osallisena glukokortikoideihin liittyvissä prosesseissa, mikä osoittaa sen potentiaalin vaihtoehtona tai täydentävänä hoitona perinteisille kortikosteroideille.

Nestekromatografia – korkearesoluutioinen massaspektrometria (LC-HRMS) identifioi Pinoresinol 4-O- -D-glukopyranosidin (PG) tärkeimmäksi aktiiviseksi komponentiksiCistanche, joiden kohteet liittyvät ensisijaisesti PI3K-AKT-signalointireitille. Astmatietoaineistojen WGCNA-analyysi identifioi "skyblue"-moduulin korreloivaksi voimakkaasti astman kanssa, ja korostaen indusoituvaa typpioksidisyntaasi (iNOS) keskusgeeninä. Molekyylitelakka vahvisti vahvan sitoutumisaffiniteetin PG:n ja iNOS:n välillä, jaCistanchehoito vähensi iNOS-ilmentymistä, mikä viittaa mahdolliseen anti-inflammatoriseen mekanismiin.

Lopuksi,Cistancheosoittaa terapeuttisia vaikutuksia astmassamoduloi immuunivasteitajakohdistaminen keskeisiin astmaan liittyviin geeneihin ja proteiineihin. Tutkimuksemme tarjoaa uusia näkemyksiä luonnontuotteiden käytöstä astman hoidossa ja korostaa niiden mahdollisuuksiaCistanche vaihtoehtona taitäydentävä terapeuttinen aine. Lisätutkimusta tarvitaan näiden havaintojen validoimiseksi ja niiden integroinnin tutkimiseksiCistanchekliiniseen astman hoitoon.

Cistanche-uute hoitoonTulehduksen aiheuttama astma

Mitä saamme cisntanche-uutetta

 

 

1. Tutkimuksen tausta ja tieteellinen kysymys

Astma on yleisinkrooninen hengitystiesairaus, jolle on ominaista hengitysteiden supistuminen jatulehdus, jota usein pahentaa liiallinen limaneritys. Maailmanlaajuisten arvioiden mukaan yli 300 miljoonaa ihmistä kärsii astmasta, ja sen esiintyvyys kasvaa tasaisesti maailmanlaajuisesti (Joan et al., 2017). Tämä kasvava taakka vaikuttaa merkittävästi maailmanlaajuisiin kuolleisuuteen ja työkyvyttömyyteen (Shin et al., 2023). Tällä hetkellä valtavirran hoidot ovat vahvasti riippuvaisia ​​tavanomaisista lääkkeistä, kuten kortikosteroideista. Taudin esittelyssä ja farmakogenomiikassa esiintyvien erojen vuoksi osa potilaista, kuten ei-eosinofiilistä astmaa sairastavat, saattaa kuitenkin reagoida huonosti glukokortikoidihoitoon (Barnes, 2013; Polyxeni et al., 2017). Lisäksi, huolimatta kontrolloivien lääkkeiden noudattamisesta, jotkut henkilöt kokevat optimaalisen taudinhallinnan ja oireet jatkuvat ja pahenevat. Vaikka olemassa olevat lääkkeet voivat lievittää oireita, ne aiheuttavat usein haittavaikutuksia ja niillä on rajallinen pitkän aikavälin teho (Rachel et al., 2021; Kian Fan et al., 2013). Siksi tarvitaan kiireellisesti innovatiivisia terapeuttisia strategioita, jotka hallitsevat tehokkaasti astman oireita ja kohdistavat samalla taustalla olevia molekyylimekanismeja.

Perinteinen kiinalainen lääketiede (TCM), jolla on yli 2000 vuoden historia, tarjoaa ainutlaatuisen näkökulman sairauksien hoitoon. Tämä on johtanut monien reseptien kehittämiseen, kutenZanthoxylum bungeanum Maximsiemenet (ZBMS), jotka tunnetaan astman hoitovaikutuksistaan ​​(Tang et al., 2014). Viime vuosina TCM on saanut huomiota täydentävänä tai vaihtoehtoisena lähestymistapana sairauden hoidossa. Yhdysvalloissa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että noin 70 % astmapotilaista sisällyttää kasviperäisiä lääkkeitä hoitosuunnitelmiinsa (Land & Wang, 2018). Lukuisat kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet myönteisiä tuloksia astman hoidossa. Esimerkiksi monikeskus satunnaistettu kontrolloitu tutkimus paljasti, että yhdiste TCM-kaava, Pingchuan Yiqi Granules, lievitti tehokkaasti keuhkooireita, vähensi tulehdusmarkkereita ja vähensi riippuvuutta 2-agonisteista. Verrattuna 2-agonisteihin ja kortikosteroideihin tämä TCM-kaava osoitti vähemmän toksisia ja sivuvaikutuksia (Zhang et al., 2018).

Cistanche deserticola, joka tunnetaan myös nimellä "Jin Ya" tai "Mo Jing", on monivuotinen ruohokasvi, jolla on loiskasvutapa. Sitä levitetään pääasiassa pohjoisen pallonpuoliskon kuiville alueille, ja sen käyttö Kiinassa juontaa juurensa muinaisista teksteistä, kutenShennong Bencao Jing. CistancheSitä arvostetaan suuresti sen kyvystä parantaa munuaisten toimintaa, parantaa elinvoimaa ja ravita verta ja esanssia (Zhou et al., 2023).

Tässä tutkimuksessa käytimme monitieteistä lähestymistapaa, jossa yhdistettiin transkriptomiikka, massaspektrometria-analyysi, WGCNA ja kokeellinen validointi eläin- ja solumalleissa - tutkiaksemme sen terapeuttista potentiaalia.Cistancheastmassa. Tutkimuksemme tunnisti spesifisiä aktiivisia yhdisteitä ja selvitti mahdollisia vaikutusmekanismeja (katso kuva 1). Nämä havainnot antavat uusia näkemyksiä astman hoidosta TCM:n puitteissa ja tasoittavat tietä lisätutkimukselle tällä alalla.

 

 

Kuva 1. Tutkimuksen työnkulkukaavio

A.Suoritimme yksityiskohtaisen transkriptiosekvenssianalyysin käyttämällä astmamallin keuhkokudoksia. Tämä antoi meille mahdollisuuden tutkia astman molekyylipohjaa ja tunnistaa tärkeimmät kohteet, joita sääteleeCistanche deserticolahoitoon.

B.Transkriptomisten tietojen perusteella käytimme nestekromatografia-korkearesoluutiomassaspektrometriaa (LC-HRMS) tutkiaksemme kemiallisia ainesosia.Cistanche. Tätä analyysiä täydennettiin aktiivisten yhdisteiden seulonnalla Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology (TCMSP) -tietokannan kautta. Tämä integroiva lähestymistapa johti lopulta pinoresinoli-4-O- -D-glukopyranosidin (PG) tunnistamiseen tärkeimmäksi bioaktiiviseksi komponentiksiCistanche.

C.Tutkiaksemme tarkemmin tiettyjä astmaan liittyviä tavoitteita suoritimme painotetun geenin koekspressioverkkoanalyysin (WGCNA). Tämä analyysi käytti geenien ilmentymistietoja tunnistamaan moduulit, jotka liittyvät merkittävästi astmapatologiaan. Hub-geeniiNOS(indusoituva typpioksidisyntaasi) tunnistettiin integratiivisella menetelmällä leikkaamalla kunkin analyysin kandidaattigeenit.

D.Suoritettiin molekyylitelakointitutkimus tunnistetun aktiivisen yhdisteen PG:n ja iNOS:n välisen sitoutumisaffiniteetin ennustamiseksi. Tätä seurasi sarja kokeellisia validointeja.

02. Tärkeimmät löydöt ja kohokohdat

Cistanche lievittää astmaattisten hiirten patologisia muutoksia

Arvioimaan vaikutuksiaCistanche deserticolaastmassa eläinmalleja perustettiin joko kanssa tai ilmanCistanchehoitoa käyttäen deksametasonia positiivisena kontrollina (kuva 2A ja täydentävä kuva 1). Hengitysteiden yliherkkyys (AHR) arvioitiin mittaamalla Penh-arvot (kuva 2B ja täydentävä kuva 1A). Tulokset osoittivat merkittävän nousun Penh-arvoissa HDM:lle altistetuissa hiirissä, joiden asetyylikoliinipitoisuudet olivat kohonneet verrattuna kontrollihiiriin. Sitä vastoin hiiret käsiteltiinCistanchemallin induktion aikana Penh-arvot pienenivät huomattavasti. Tärkeää on, että hiiret hoidettiinCistancheyksinään ei osoittanut merkittävää eroa Penh-arvoissa verrokkeihin verrattuna.

Myöhemmin analysoimme erilaiset solumäärät bronkoalveolaarisessa huuhtelunesteessä (BALF), mukaan lukien kokonaissolut, neutrofiilit ja eosinofiilit (kuva 2C ja täydentävä kuva 1B). Tulokset osoittivat, että HDM-hiirten solumäärät - erityisesti neutrofiilit ja eosinofiilit - lisääntyivät merkittävästi, mikä kuvastaa kohonnutta keuhkotulehdusta ja allergisia vasteita. Sitä vastoin HDM +Cistanchehiirillä havaittiin merkittävä väheneminen näissä solupopulaatioissa BALF:ssa.

Lisäksi keuhkokudosten histopatologinen värjäys (kuva 2D ja täydentävä kuva 1C) paljasti merkittävästi kohonneet tulehduspisteet HDM-altistuneilla hiirillä, jotka palasivat lähtötasolle sen jälkeen, kunCistancheväliintuloa. PAS-värjäys vahvisti nämä havainnot osoittamalla merkittävää lisäystä pikarisolujen jakautumisessa ja liman erittymisessä HDM-hiirillä, mikä väheniCistanchehoitoon. Erityisesti pieni annosCistanche, erityisesti annoksella 20 mg/kg, ei osoittanut merkittäviä parannuksia AHR:ssä tai histopatologisissa ominaisuuksissa, mikä viittaa annoksesta riippuvaiseen vaikutukseen (lisäkuva 1).

Lisäksi mitattiin IgE-, IL-5- ja IL-13-tasot (kuva 2E), mikä osoitti kohonneita tasoja HDM-hiirillä, jotka olivat päinvastaisiaCistanchehoitoon.

Kuva 2. Cistanche lievittää patologisia muutoksia astmaattisilla hiirillä.
A. Astmamallin rakentaminen.
B. Penh-arvot kullekin hiiriryhmälle, joka on altistettu vaihteleville asetyylikoliiniannoksille.
C. BALF-solumäärät, mukaan lukien kokonaissolut, neutrofiilit ja eosinofiilit.
D. Jokaisen ryhmän keuhkoleikkeet värjättiin H&E:llä ja PAS:lla.
E. ELISA-tulokset, jotka osoittavat seerumin IgE- ja IL-5/IL-13-tasot BALF:ssa.
Mittakaava: 50 μm. Kaikki tässä tutkimuksessa esitetyt tiedot edustavat vähintään kolmea riippumatonta koetta ja ilmaistaan ​​keskiarvona ± standardipoikkeama (SD).

---

Transkriptominen analyysi paljastaa Cistanchen terapeuttiset vaikutukset astmaattisilla hiirillä

Tutkiaksesi edelleen terapeuttisia vaikutuksiaCistancheastmassa transkriptisekvenssi määritettiin keuhkokudoksille hiiristä, jotka oli altistettu pelkkä HDM:lle ja jotka altistettiin sekä HDM:lle ettäCistanche. Yhteensä643 differentiaalisesti ilmennettyä geeniä (DEG)tunnistettiin, mukaan lukien324 säädeltyja319 alennettugeenit (p < 0,05, |logFC| suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5, kuva 3A). Lämpökartta havainnollisti 20 suurimman ylös- ja alaspäin säädellyn geenin ilmentymistasoja (kuvio 3B).

Gene Ontology (GO) ja Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) -rikastusanalyysit suoritettiin sitten DEG:ille. Lisääntyneet geenit rikastuivat pääasiassa reiteillä, jotka liittyvät virusvasteisiin, interferonivälitteiseen signalointiin, NOD:n kaltaiseen reseptorin signalointiin ja IL-17-signalointiin (kuvat 3C ja 3D). Sitä vastoin alassäännellyt geenit liittyivät tuman jakautumiseen, sytokiini-sytokiinireseptorivuorovaikutukseen ja T-solureseptorin signalointireitteihin (kuvat 3E ja 3F).

Lisäanalyysi käyttäen Gene Set Variation Analysis (GSVA) ​​-analyysiä osoitti, ettäEOSINOFILIT PATHWAYGSVA-pisteet alenivat hiirillä, joita käsiteltiin samanaikaisesti HDM:llä jaCistanche, verrattuna vain HDM:ää saaviin hiiriin, mikä on yhdenmukainen BALF:ssa havaitun eosinofiilien vähenemisen kanssa (kuviot 3G ja 3H). Lisäksi allergiseen astmaan läheisesti liittyvien reittien, kuten IL-5 ja IL-4 signalointien, havaittiin säädeltyvän alaspäinCistanchekäsittely (kuvio 3H).

Lopulta Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) paljasti senCistanchehoito oli mukana prosesseissa, jotka liittyvätglukokortikoidisignaalijatyypin 2 immuunisytokiinit, jotka molemmat liittyvät läheisesti astman patofysiologiaan (kuva 4).

 

 

 

 

LC-yksisidos HRMS-analyysi paljastaa Cianchen aktiiviset komponentit. A. Cistanche deserticola -uutteen kokonaisionikromatogrammi tarkkailtuna positiivisen ionin tilassa. B ja C. PG:n ionikromatogrammit positiivisessa ionitilassa. D. PG:n MSMS-profiili.

 

Kuva 6. Cianchen aktiiviset aineosat paljastettiin LC-yksittäisen HRMS-analyysin avulla. ILMOITUS. PD-kohteiden rikastusanalyysi, mukaan lukien GO, KEGG, Reactome-reitit ja WikiPathways-geenisarjat.