Cistanche'i terapeutilise potentsiaali ja molekulaarsete mehhanismide uurimine astma ravis

Abstraktne

Astmaon levinud krooniline hingamisteede haigus, mida iseloomustavad hingamisteede põletik ja ülitundlikkus, mis mõjutab oluliselt ülemaailmset tervist. Praegused ravivõimalused, sealhulgas kortikosteroidid, seisavad silmitsi piirangutega patsientide erineva reaktsiooni ja kõrvaltoimete tõttu. See uuring uurib traditsioonilise Hiina ürdi terapeutilist potentsiaaliCistanche deserticolakodutolmulesta (HDM) indutseeritud astmahiire mudelis. Kasutasime multidistsiplinaarset lähenemisviisi, integreerides transkriptoomika, massispektromeetria, kaalutud geeni koekspressioonivõrgu analüüsi (WGCNA) ja eksperimentaalse valideerimise nii loom- kui ka rakumudelites.

Meie leiud näitavad sedaCistancheleevendab märkimisväärselt hingamisteede hüperreaktiivsust, rakkude infiltratsiooni ja lima ületootmist astmaatilistel hiirtel. Transkriptoomiline analüüs tuvastas 643 erinevalt ekspresseeritud geeni (DEG) jaCistancheravi häiris IL-4, IL-5 ja eosinofiilidega seotud radasid. Geenikomplekti rikastamise analüüs (GSEA) viitas selleleCistanchevõib olla seotud glükokortikoididega seotud protsessidega, mis näitab selle potentsiaali traditsiooniliste kortikosteroidide alternatiivse või täiendava ravina.

Vedelikkromatograafia – kõrglahutusega massispektromeetria (LC-HRMS) tuvastas pinoresinool 4-O- -D-glükopüranosiidi (PG) kui peamist aktiivset komponenti.Cistanche, mille sihtmärgid on peamiselt seotud PI3K-AKT signaaliülekande rajaga. Astma andmekogumite WGCNA analüüs tuvastas, et "skyblue" moodul on astmaga tugevas korrelatsioonis, tõstes esile indutseeritava lämmastikoksiidi süntaasi (iNOS) kui rummugeeni. Molekulaarne dokkimine kinnitas tugevat seondumisafiinsust PG ja iNOS vahel ningCistancheravi vähendas iNOS-i ekspressiooni, mis viitab potentsiaalsele põletikuvastasele mehhanismile.

KokkuvõtteksCistancheavaldab terapeutilist toimet astma korralimmuunreaktsioonide moduleeriminejamis on suunatud astmaga seotud peamistele geenidele ja valkudele. Meie uuring annab uusi teadmisi looduslike toodete kasutamisest astma raviks ja rõhutab selle potentsiaaliCistanche alternatiivina võitäiendav raviaine. Nende leidude kinnitamiseks ja nende integreerimise uurimiseks on vaja täiendavaid uuringuidCistancheastma kliinilise raviga.

Cistanche ekstrakti raviksPõletiku põhjustatud astma

Mida me saame cisntanche ekstrakti saamiseks

 

 

1. Uurimistöö taust ja teaduslik küsimus

Astma on kõige levinumkrooniline hingamisteede haigus, mida iseloomustab hingamisteede ahenemine japõletik, mida sageli süvendab liigne limaeritus. Ülemaailmsed hinnangud näitavad, et üle 300 miljoni inimese põeb astmat ja selle levimus kasvab kogu maailmas pidevalt (Joan et al., 2017). See kasvav koormus mõjutab märkimisväärselt ülemaailmset suremust ja puude määra (Shin et al., 2023). Praegu sõltuvad peamised ravimeetodid suuresti tavapärastest ravimitest, näiteks kortikosteroididest. Kuid haiguse esitusviisi ja farmakogenoomika erinevuste tõttu võib osa patsientidest, näiteks mitteeosinofiilse astmaga patsientidest, reageerida glükokortikoidravile halvasti (Barnes, 2013; Polyxeni et al., 2017). Pealegi, vaatamata kontrollravimitest kinnipidamisele, kogevad mõned inimesed haiguse kontrolli alla optimaalset tulemust koos püsivate ja süvenevate sümptomitega. Kuigi olemasolevad ravimid võivad sümptomeid leevendada, põhjustavad need sageli kõrvaltoimeid ja nende pikaajaline efektiivsus on piiratud (Rachel et al., 2021; Kian Fan et al., 2013). Seetõttu on tungiv vajadus uuenduslike terapeutiliste strateegiate järele, mis tõhusalt hallaksid astma sümptomeid, suunates samal ajal aluseks olevad molekulaarsed mehhanismid.

Traditsiooniline hiina meditsiin (TCM), mille ajalugu on üle 2000 aasta, pakub ainulaadset vaatenurka haiguste ravile. See on viinud paljude retseptide väljatöötamiseni, ntZanthoxylum bungeanum Maximseemned (ZBMS), mis on tuntud oma astma raviva toime poolest (Tang et al., 2014). Viimastel aastatel on TCM pälvinud tähelepanu haiguste ravi täiendava või alternatiivse lähenemisviisina. Ameerika Ühendriikides läbi viidud uuringud on näidanud, et ligikaudu 70% astmahaigetest lisavad oma raviplaani taimseid ravimeid (Land & Wang, 2018). Arvukad kliinilised uuringud on näidanud astma ravi soodsaid tulemusi. Näiteks näitas mitmekeskuseline randomiseeritud kontrollitud uuring, et TCM-i liitvalem Pingchuan Yiqi graanulid leevendas tõhusalt kopsusümptomeid, vähendas põletikumarkereid ja vähendas sõltuvust 2-agonistidest. Võrreldes 2-agonistide ja kortikosteroididega näitas see TCM-i valem vähem toksilisi ja kõrvaltoimeid (Zhang et al., 2018).

Cistanche deserticola, tuntud ka kui "Jin Ya" või "Mo Jing", on mitmeaastane rohttaim, millel on parasiitne kasvuharjumus. Seda levitatakse peamiselt põhjapoolkera kuivades piirkondades ja selle kasutamine Hiinas pärineb iidsetest tekstidest, naguShennong Bencao Jing. Cistancheon kõrgelt hinnatud selle võime tõttu parandada neerufunktsiooni, parandada elujõudu ning toita verd ja essentsi (Zhou et al., 2023).

Selles uuringus kasutasime multidistsiplinaarset lähenemisviisi, mis ühendab transkriptoomika, massispektromeetria analüüsi, WGCNA ja eksperimentaalse valideerimise loom- ja rakumudelites, et uurida terapeutilist potentsiaali.Cistancheastma korral. Meie uuringud tuvastasid spetsiifilised toimeained ja selgitasid välja võimalikud toimemehhanismid (vt joonis 1). Need leiud annavad uusi teadmisi astma ravist TCM-i raames ja sillutavad teed edasisteks uuringuteks selles valdkonnas.

 

 

Joonis 1. Uurimise töövoo skeem

A.Kasutades astmamudeli kopsukudesid, viisime läbi üksikasjaliku transkriptoomi järjestuse analüüsi. See võimaldas meil uurida astma molekulaarset alust ja tuvastada peamised sihtmärgid, mida reguleeribCistanche deserticolaravi.

B.Transkriptoomiliste andmete põhjal kasutasime vedelikkromatograafiat – kõrglahutusega massispektromeetriat (LC-HRMS), et uurida keemilisi koostisosi.Cistanche. Seda analüüsi täiendati aktiivsete ühendite sõelumisega traditsioonilise hiina meditsiini süsteemide farmakoloogia (TCMSP) andmebaasi kaudu. See integreeriv lähenemisviis viis lõpuks pinoresinool-4-O- -D-glükopüranosiidi (PG) tuvastamiseni peamise bioaktiivse komponendina.Cistanche.

C.Konkreetsete astmaga seotud sihtmärkide edasiseks uurimiseks viisime läbi kaalutud geeni koekspressioonivõrgu analüüsi (WGCNA). Selles analüüsis kasutati geeniekspressiooni andmeid, et tuvastada astmapatoloogiaga oluliselt seotud moodulid. Rummu geeniNOS(indutseeritav lämmastikoksiidi süntaas) tuvastati integreeriva meetodi abil, lõigates iga analüüsi kandidaatgeenid.

D.Molekulaarse dokkimise uuring viidi läbi, et ennustada identifitseeritud toimeaine PG ja iNOS-i vahelist seondumisafiinsust. Sellele järgnes rida eksperimentaalseid valideerimisi.

02. Peamised leiud ja esiletõstmised

Cistanche leevendab astmaatiliste hiirte patoloogilisi muutusi

Et hinnata mõjuCistanche deserticolaastma puhul loodi loommudelid koos või ilmaCistancheravi, kasutades positiivse kontrollina deksametasooni (joonis 2A ja täiendav joonis 1). Hingamisteede hüperreaktiivsust (AHR) hinnati Penhi väärtuste mõõtmisega (joonis 2B ja täiendav joonis 1A). Tulemused näitasid kõrgenenud atsetüülkoliini kontsentratsiooniga HDM-ga eksponeeritud hiirte Penh väärtuste olulist suurenemist võrreldes kontrollhiirtega. Seevastu hiired ravisidCistanchemudeli induktsiooni ajal näitas Penh väärtuste märgatav vähenemine. Oluline on see, et hiired, keda ravitiCistancheüksi ei näidanud Penh väärtustes olulist erinevust võrreldes kontrollidega.

Seejärel analüüsisime diferentseeritud rakkude arvu bronhoalveolaarses loputusvedelikus (BALF), sealhulgas rakkude koguarvu, neutrofiile ja eosinofiile (joonis 2C ja täiendav joonis 1B). Tulemused näitasid HDM-hiirte rakkude - eriti neutrofiilide ja eosinofiilide - arvu olulist suurenemist, mis peegeldab suurenenud kopsupõletikku ja allergilisi reaktsioone. Seevastu HDM +Cistanchehiirtel ilmnes nende rakupopulatsioonide oluline vähenemine BALF-is.

Lisaks näitas kopsukudede histopatoloogiline värvimine (joonis 2D ja täiendav joonis 1C) märkimisväärselt suurenenud põletikuskoore HDM-ga eksponeeritud hiirtel, mis taastusid pärast algtaseme taset.Cistanchesekkumine. PAS-värvimine kinnitas neid leide, näidates HDM-hiirtel pokaalrakkude jaotumise ja lima sekretsiooni olulist suurenemist, mis vähenes pärastCistancheravi. Eelkõige väikeses annusesCistanche, eriti annuses 20 mg / kg, ei ilmnenud olulist AHR-i ega histopatoloogiliste tunnuste paranemist, mis viitab annusest sõltuvale toimele (täiendav joonis 1).

Lisaks mõõdeti IgE, IL-5 ja IL-13 tasemeid (joonis 2E), mis näitab HDM hiirte kõrgenenud tasemeid, mis olid pärast seda vastupidised.Cistancheravi.

Joonis 2. Cistanche leevendab astmaatiliste hiirte patoloogilisi muutusi.
A. Astma mudeli konstrueerimine.
B. Penh väärtused iga hiirerühma jaoks, kes on kokku puutunud erinevate atsetüülkoliini annustega.
C. BALF-i rakkude arv, sealhulgas rakkude koguarv, neutrofiilid ja eosinofiilid.
D. Iga rühma kopsulõigud värviti H&E ja PAS-iga.
E. ELISA tulemused, mis näitavad seerumi IgE ja IL-5/IL-13 taset BALF-is.
Skaalariba: 50 μm. Kõik selles uuringus esitatud andmed esindavad vähemalt kolme sõltumatut katset ja on väljendatud kui keskmine ± standardhälve (SD).

---

Transkriptoomiline analüüs näitab Cistanche'i terapeutilisi toimeid astmaatilistel hiirtel

Terapeutiliste mõjude edasiseks uurimiseksCistancheastma korral viidi transkriptoomide järjestamine läbi ainult HDM-iga kokku puutunud hiirte kopsukudede ja nii HDM-i kui ka HDM-iCistanche. Kokku643 erinevalt ekspresseeritud geeni (DEG)tuvastati, sealhulgas324 ülesreguleeritudja319 alla reguleeritudgeenid (p < 0,05, |logFC| suurem või võrdne 0,5, joonis 3A). Kuumakaart illustreeris 20 parima üles- ja allareguleeritud geeni ekspressioonitasemeid (joonis 3B).

Seejärel viidi DEG-dega läbi geeniontoloogia (GO) ja Kyoto geenide ja genoomide entsüklopeedia (KEGG) rikastamisanalüüsid. Ülesreguleeritud geene rikastati peamiselt viiruste vastuste, interferooni vahendatud signaaliülekande, NOD-laadse retseptori signaaliülekande ja IL-17 signaaliülekandega seotud radadega (joonised 3C ja 3D). Seevastu allareguleeritud geene seostati tuuma jagunemise, tsütokiini-tsütokiini retseptori interaktsiooni ja T-raku retseptori signaaliradadega (joonised 3E ja 3F).

Edasine analüüs geenikomplekti variatsioonianalüüsi (GSVA) ​​abil näitas, etEOSINOFILIDE RADAGSVA skoor vähenes hiirtel, keda raviti koos HDM jaCistanche, võrreldes ainult HDM-i hiirtega, mis on kooskõlas eosinofiilide vähenemisega BALF-is (joonised 3G ja 3H). Lisaks leiti, et allergilise astmaga tihedalt seotud teed, nagu IL-5 ja IL-4 signalisatsioon, on pärast seda alareguleeritud.Cistancheravi (joonis 3H).

Lõpuks näitas geenikomplekti rikastamise analüüs (GSEA) sedaCistancheravi oli seotud protsessidegaglükokortikoidide signaalimineja2. tüüpi immuuntsütokiinid, mis mõlemad on tihedalt seotud astma patofüsioloogiaga (joonis 4).

 

 

 

 

LC üksiksideme HRMS analüüs paljastab Cianche aktiivsed komponendid. A. Cistanche deserticola ekstrakti koguioonkromatogramm, mida jälgiti positiivsete ioonide režiimis. B ja C. PG ioonkromatogrammid positiivsete ioonide režiimis. D. PG MSMS-profiil.

 

Joonis 6. LC-single HRMS analüüsiga tuvastatud Cianche'i toimeained. AD. PD sihtmärkide, sealhulgas GO, KEGG, Reactome radade ja WikiPathwaysi geenikomplektide rikastamise analüüs.