Udforskning af Cistanches terapeutiske potentiale og molekylære mekanismer i astmabehandling

Abstrakt

Astmaer en almindelig kronisk luftvejssygdom karakteriseret ved luftvejsbetændelse og hyperresponsivitet, hvilket i væsentlig grad påvirker det globale helbred. Nuværende behandlingsmuligheder, herunder kortikosteroider, står over for begrænsninger på grund af varierende patientrespons og bivirkninger. Denne undersøgelse undersøger det terapeutiske potentiale af den traditionelle kinesiske urtCistanche deserticolai en husstøvmide (HDM)-induceret astmamusemodel. Vi anvendte en multidisciplinær tilgang, der integrerede transkriptomik, massespektrometri, vægtet gen-co-ekspressionsnetværksanalyse (WGCNA) og eksperimentel validering i både dyre- og cellulære modeller.

Vores resultater afslører detCistanchelindrer signifikant luftvejshyperresponsivitet, cellulær infiltration og slimoverproduktion hos astmatiske mus. Transkriptomisk analyse identificerede 643 differentielt udtrykte gener (DEG'er), ogCistanchebehandlingsforstyrrede veje forbundet med IL-4, IL-5 og eosinofiler. Gensætberigelsesanalyse (GSEA) foreslog detCistanchekan være involveret i glukokortikoid-relaterede processer, hvilket indikerer dets potentiale som et alternativ eller komplementær terapi til traditionelle kortikosteroider.

Væskekromatografi – højopløsningsmassespektrometri (LC-HRMS) identificerede Pinoresinol 4-O- -D-glucopyranosid (PG) som en vigtig aktiv komponent iCistanche, med mål primært forbundet med PI3K-AKT-signalvejen. WGCNA-analyse af astmadatasæt identificerede "himmelblå"-modulet som stærkt korreleret med astma, hvilket fremhævede inducerbar nitrogenoxidsyntase (iNOS) som et hub-gen. Molekylær docking bekræftede stærk bindingsaffinitet mellem PG og iNOS, ogCistanchebehandling nedregulerede iNOS-ekspression, hvilket tyder på en potentiel anti-inflammatorisk mekanisme.

Som konklusion,Cistancheudviser terapeutiske virkninger ved astma vedmodulerende immunresponsogrettet mod centrale astma-relaterede gener og proteiner. Vores undersøgelse giver ny indsigt i brugen af ​​naturlige produkter til astmabehandling og understreger potentialet vedCistanche som et alternativ ellersupplerende terapeutisk middel. Yderligere forskning er nødvendig for at validere disse resultater og udforske integrationen afCistanchei klinisk astmabehandling.

Cistanche ekstrakt til behandling afAstma forårsaget af betændelse

Hvad skal vi få cisntanche-ekstrakt

 

 

1. Forskningsbaggrund og videnskabeligt spørgsmål

Astma er den mest udbredtekronisk luftvejssygdom, karakteriseret ved luftvejskonstriktion ogbetændelse, ofte forværret af overdreven slimsekretion. Globale skøn viser, at over 300 millioner mennesker lider af astma, og dens udbredelse er støt stigende på verdensplan (Joan et al., 2017). Denne voksende byrde påvirker i betydelig grad den globale dødelighed og invaliditetsrater (Shin et al., 2023). I øjeblikket er almindelige behandlinger stærkt afhængige af konventionelle lægemidler såsom kortikosteroider. Men på grund af forskelle i sygdomspræsentation og farmakogenomi kan en undergruppe af patienter - såsom dem med ikke-eosinofil astma - reagere dårligt på glukokortikoidbehandling (Barnes, 2013; Polyxeni et al., 2017). På trods af overholdelse af kontrollerende medicin oplever nogle individer desuden suboptimal sygdomskontrol med vedvarende og forværrede symptomer. Selvom eksisterende lægemidler kan lindre symptomer, forårsager de ofte bivirkninger og har begrænset langsigtet effekt (Rachel et al., 2021; Kian Fan et al., 2013). Derfor er der et presserende behov for innovative terapeutiske strategier, der effektivt håndterer astmasymptomer og samtidig målretter mod de underliggende molekylære mekanismer.

Traditionel kinesisk medicin (TCM), med en historie på over 2.000 år, tilbyder et unikt perspektiv på sygdomsbehandling. Dette har ført til udviklingen af ​​mange recepter, som f.eksZanthoxylum bungeanum Maximfrø (ZBMS), som er kendt for deres terapeutiske virkninger på astma (Tang et al., 2014). I de senere år har TCM fået opmærksomhed som en komplementær eller alternativ tilgang til sygdomsbehandling. Undersøgelser udført i USA har vist, at cirka 70 % af astmapatienter inkorporerer urtemedicin i deres behandlingsplaner (Land & Wang, 2018). Talrige kliniske undersøgelser har vist gunstige resultater i astmabehandling. For eksempel afslørede et multicenter randomiseret kontrolleret forsøg, at en sammensat TCM-formel, Pingchuan Yiqi Granules, effektivt lindrede lungesymptomer, reducerede inflammatoriske markører og mindskede afhængigheden af ​​2-agonister. Sammenlignet med 2-agonister og kortikosteroider viste denne TCM-formel færre toksiske og bivirkninger (Zhang et al., 2018).

Cistanche deserticola, også kendt som "Jin Ya" eller "Mo Jing," er en flerårig urteagtig plante med en parasitisk vækstvane. Det er hovedsageligt distribueret i tørre områder på den nordlige halvkugle, og dets brug i Kina går tilbage til gamle tekster som f.eks.Shennong Bencao Jing. Cistancheer højt værdsat for sin evne til at forbedre nyrefunktionen, forbedre vitaliteten og nære blod og essens (Zhou et al., 2023).

I denne undersøgelse anvendte vi en multidisciplinær tilgang, der kombinerer transkriptomik, massespektrometrianalyse, WGCNA og eksperimentel validering i dyre- og cellulære modeller - for at udforske det terapeutiske potentiale afCistancheved astma. Vores forskning identificerede specifikke aktive forbindelser og belyste potentielle virkningsmekanismer (se figur 1). Disse resultater giver ny indsigt i astmabehandling inden for rammerne af TCM og baner vejen for yderligere forskning på dette område.

 

 

Figur 1. Research Workflow Diagram

A.Ved hjælp af lungevæv fra astmamodellen udførte vi detaljeret transkriptom-sekventeringsanalyse. Dette gjorde det muligt for os at udforske det molekylære grundlag for astma og identificere nøglemål reguleret afCistanche deserticolabehandling.

B.Baseret på de transkriptomiske data brugte vi væskekromatografi-højopløsnings massespektrometri (LC-HRMS) til at undersøge de kemiske bestanddele afCistanche. Denne analyse blev suppleret med screening af aktive forbindelser gennem databasen Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology (TCMSP). Denne integrerede tilgang førte i sidste ende til identifikation af pinoresinol 4-O- -D-glucopyranosid (PG) som den vigtigste bioaktive komponent iCistanche.

C.For yderligere at udforske specifikke astma-relaterede mål gennemførte vi Weighted Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). Denne analyse brugte genekspressionsdata til at identificere moduler, der signifikant er forbundet med astmapatologi. Hub-genetiNOS(inducerbar nitrogenoxidsyntase) blev identificeret gennem en integrativ metode ved at skære kandidatgener fra hver analyse.

D.En molekylær docking-undersøgelse blev udført for at forudsige bindingsaffiniteten mellem den identificerede aktive forbindelse PG og iNOS. Dette blev efterfulgt af en række eksperimentelle valideringer.

02. Nøglefund og højdepunkter

Cistanche lindrer patologiske ændringer hos astmatiske mus

At evaluere virkningerne afCistanche deserticolapå astma blev dyremodeller etableret med eller udenCistanchebehandling under anvendelse af dexamethason som en positiv kontrol (figur 2A og supplerende figur 1). Luftvejshyperresponsivitet (AHR) blev vurderet ved at måle Penh-værdier (figur 2B og supplerende figur 1A). Resultaterne viste en signifikant stigning i Penh-værdier i HDM-eksponerede mus med forhøjede acetylcholinkoncentrationer sammenlignet med kontrolmus. Derimod behandlede mus medCistancheunder modelinduktion viste en markant reduktion i Penh-værdier. Vigtigt, mus behandlet medCistanchealene viste ingen signifikant forskel i Penh-værdier sammenlignet med kontroller.

Efterfølgende analyserede vi differentielle celletællinger i bronchoalveolær lavagevæske (BALF), inklusive totale celler, neutrofiler og eosinofiler (figur 2C og supplerende figur 1B). Resultater indikerede en signifikant stigning i celleantal - især neutrofiler og eosinofiler - i HDM-mus, hvilket afspejler øget lungebetændelse og allergiske reaktioner. I modsætning hertil HDM +Cistanchemus viste en signifikant reduktion i disse cellepopulationer i BALF.

Derudover afslørede histopatologisk farvning af lungevæv (figur 2D og supplerende figur 1C) signifikant øgede inflammationsscore i HDM-eksponerede mus, som vendte tilbage til baseline-niveauer efterCistancheintervention. PAS-farvning bekræftede disse fund ved at vise en signifikant stigning i bægercellefordeling og slimsekretion i HDM-mus, som blev reduceret efterCistanchebehandling. Især lavdosisCistanche, især ved 20 mg/kg, udviste ikke signifikante forbedringer i AHR eller histopatologiske træk, hvilket indikerer en dosisafhængig virkning (Supplerende figur 1).

Ydermere blev niveauer af IgE, IL-5 og IL-13 målt (figur 2E), hvilket viste forhøjede niveauer i HDM-mus, der blev omvendt efterCistanchebehandling.

Figur 2. Cistanche lindrer patologiske ændringer hos astmatiske mus.
A. Konstruktion af astmamodellen.
B. Penh-værdier for hver musegruppe udsat for forskellige acetylcholindoser.
C. BALF-celletællinger, inklusive totale celler, neutrofiler og eosinofiler.
D. Lungesnit fra hver gruppe farvet med H&E og PAS.
E. ELISA-resultater, der viser serum-IgE- og IL-5/IL-13-niveauer i BALF.
Målestok: 50 μm. Alle data præsenteret i denne undersøgelse repræsenterer mindst tre uafhængige eksperimenter og er udtrykt som middel ± standardafvigelse (SD).

---

Transkriptomisk analyse afslører terapeutiske virkninger af Cistanche i astmatiske mus

For yderligere at udforske de terapeutiske virkninger afCistanchepå astma blev transkriptomsekventering udført på lungevæv fra mus, der alene var udsat for HDM og dem, der blev udsat for både HDM ogCistanche. I alt643 differentielt udtrykte gener (DEG'er)blev identificeret, herunder324 opreguleretog319 nedreguleretgener (p < 0,05, |logFC| Større end eller lig med 0,5, figur 3A). Et varmekort illustrerede ekspressionsniveauer af de 20 bedste op- og nedregulerede gener (figur 3B).

Gene Ontology (GO) og Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) berigelsesanalyser blev derefter udført på DEG'erne. De opregulerede gener blev hovedsageligt beriget i veje relateret til virale responser, interferon-medieret signalering, NOD-lignende receptorsignalering og IL-17-signalering (figur 3C og 3D). I modsætning hertil var nedregulerede gener forbundet med nuklear deling, cytokin-cytokinreceptorinteraktion og T-cellereceptorsignaleringsveje (figur 3E og 3F).

Yderligere analyse ved anvendelse af Gene Set Variation Analysis (GSVA) ​​viste, atEOSINOPHILS VEJGSVA-score blev reduceret i mus behandlet samtidig med HDM ogCistanchesammenlignet med HDM-kun mus, i overensstemmelse med den observerede reduktion i eosinofiler i BALF (figur 3G og 3H). Desuden blev veje tæt forbundet med allergisk astma - såsom IL-5 og IL-4 signalering - fundet at være nedreguleret efterCistanchebehandling (figur 3H).

Endelig afslørede Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detCistanchebehandling var involveret i processer relateret tilglukokortikoid signaleringogtype 2 immuncytokiner, som begge er tæt forbundet med astma-patofysiologi (figur 4).

 

 

 

 

LC single bond HRMS-analyse afslører de aktive komponenter i Cianche. A. Totalionkromatogram af Cistanche deserticola-ekstrakt overvåget i positiv ion-tilstand. B og C. Ionchromatogrammer af PG i positiv ion-tilstand. D. MSMS-profil af PG.

 

Figur 6. Aktive ingredienser i Cianche afsløret ved LC-enkelt HRMS-analyse. AD. Berigelsesanalyse af PD-mål inklusive GO, KEGG, Reactome-pathways og WikiPathways-gensæt.