Terapeutisk potentiale og molekylære mekanismer af Cistanche Deserticola i astma: Målretning mod PI3K-AKT-vej og INOS-medieret inflammation

Identifikation af astma-associerede hub-gener via WGCNA-analyse

For at undersøge nøglegener forbundet med astma brugte vi GSE67472-datasættet fra Gene Expression Omnibus (GEO)-databasen. Dette datasæt indeholder prøver fra62 personer diagnosticeret med astmasom ikke havde modtaget inhalationskortikosteroidbehandling, og enkontrolgruppe på 43 raske personer.

Differentielt udtrykte gener (DEG'er) blev analyseret og visualiseret vhavulkangrundeogvarmekort(figur 7A og 7B). VedWeighted Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA), identificerede vi27 genmodulersignifikant forbundet med astmaudvikling sammenlignet med raske kontroller (figur 7C).

Blandt disse er"himmelblå" modulvistestærkeste positive sammenhængmed astma
r = 0.62, p = 2e-127D).
Figur 7E illustrerer det tilstødende varmekort, der viser forholdet mellem de egenskabsrelaterede moduler og det himmelblå modul.

Vi analyserede yderligere sammenhængen mellemmodulmedlemskab (MM)oggenbetydning (GS)for astma i det himmelblå modul (figur 7F), hvilket afslører enstærk positiv sammenhæng(korrelation =0.84, p = 1.1e-41), der understreger den robuste sammenhæng mellem det himmelblå modul og astma.

Cistanche urtete til konditionering af astma

 

Whatsapp os for at få Cistanche Tea

 

 

Efterfølgendefunktionel berigelsesanalyseaf gener i det himmelblå modul bekræftede deres involvering i astma-relaterede biologiske processer og veje, herunderIgE-binding, astma, ogIL-17 signalvej(Figur 7G-J).

 

Figur 7. Identifikation af kerne astma-relaterede gener ved hjælp af WGCNA

A–B.Visualisering af DEG'er ved hjælp af vulkanplot og varmekort.
C.Clustering dendrogram af co-udtrykte gener forbundet med astma.
D.Modul-egenskabsforhold i astma. Hver celle viser korrelationskoefficienten og p-værdien.
E.Heatmap, der viser naboforhold mellem modulegengener.
F.Korrelation mellem modulmedlemskab og genets betydning for astma i det himmelblå modul.
G–J.Funktionel berigelsesanalyse af gener i det himmelblå modul.

 

 

 

iNOS som en terapeutisk indikator for cistanchebehandling ved astma

For at udforske vigtige astma-relaterede gener, kompilerede vi 259 gener fra flere sygdomsdatabaser, bl.a.GeneCards, Terapeutisk måldatabase, DisGeNET, ogOMIM. Ved at krydse disse gener med dem frahimmelblåt modulogPG-målrettede gener, identificerede viiNOS (inducerbar nitrogenoxidsyntase)som enkernegen(Figur 8A).

Yderligere analyse af RNA-seq-data afslørede detiNOS-ekspression blev reduceretefter Cistanche-behandling (figur 8B). Derudovermolekylær dockingblev udført for at validere bindingsaffiniteten mellem PG og iNOS-proteinet (figur 8C). Der blev især observeret gunstige interaktioner, der involverede aminosyrerester som f.eksarginin, glutamat, ogtryptofan. Den måltebindingsenergi på -8,97 kcal/molindikerede en stærk bindingsaffinitet mellem PG og iNOS (supplerende tabel 2).

For at bekræfte den funktionelle effekt af PG på iNOS,in vitro assaysblev udført (figur 8D). Det viste resultaternePG svækkede signifikant HDM-induceret iNOS-aktivitet, der understøtter resultaterne af molekylær docking.

Vi undersøgte derefter effekten af ​​PG påiNOS-proteinekspression. Western blot analyseviste, at HDM-behandling øgede iNOS-ekspression i MLE12-celler, som blev reduceret ved PG-behandling (figur 8E). TilsvarendeqPCR analyseaf RNA ekstraheret fra muselungevæv afslørede en signifikant stigning i iNOS-ekspression i HDM-mus, som blev reduceret efter Cistanche-behandling (figur 8F).

Immunfluorescensassaysvaliderede yderligere disse observationer, hvilket viste forhøjet iNOS-ekspression i HDM-eksponerede mus og reduktion efter Cistanche-behandling (figur 8G og supplerende figur 3). Sideløbende vurderede vi udtryksniveauet forPI3K(Supplerende figur 3). Sammenlignet med kontrolgruppen udviste HDM-gruppenopregulering af PI3K, hvilket tyder på dets involvering i den astmatiske reaktion.

IsærCistanche ved en lav dosis (20 mg/kg)forbedrede ikke signifikant PI3K-ekspression ændret af HDM. Imidlertid,højere koncentrationer af Cistanche nedregulerede effektivt PI3K-ekspression. Denne regulatoriske effekt på PI3K-ekspression korrelerede med forbedringer i luftvejshyperresponsivitet (AHR) og reducerede patologiske ændringer hos astmatiske mus, hvilket indikererCistanches terapeutiske potentiale via modulering af PI3K-vejen.

 

Figur 8. iNOS som et terapeutisk mål for Cistanche ved astma

A.Identifikation af iNOS som et potentielt mål gennem skæring af gensæt.
B.TPM-værdier af iNOS fra RNA-seq-data.
C.Molekylær docking bekræfter interaktion mellem PG og iNOS.
D.Fluorescensintensitet, der indikerer iNOS-aktivitet.
E.Western blot-analyse af iNOS-proteinniveauer i forskellige eksperimentelle grupper.
F.qPCR-analyse af iNOS-transskriptionsniveauer på tværs af grupper.
G.Immunfluorescensanalyse, der viser iNOS-ekspressionsmønstre i forskellige behandlingsgrupper.
Alle eksperimentelle data repræsenterer mindst tre uafhængige replikater og er udtrykt som middel ± standardafvigelse (SD).

Konklusion, højdepunkter og potentielle ansøgninger

Cistanche deserticolaer en skattet traditionel kinesisk urt, længe rost for sin effektivitet til at håndtere forskellige sundhedsmæssige forhold. Moderne videnskabelige undersøgelser har afsløret dets bredspektrede bioaktiviteter, herunder antiinflammatoriske, antioxidant-, anti-aldrings- og immunforstærkende effekter (Li et al., 2016). Navnlig har undersøgelser udforsket dets terapeutiske potentiale i sygdomme som diabetes, hvor det har vist sig lovende i regulering af postprandiale blodsukkerniveauer og forbedring af insulinresistens (Xiong et al., 2013). Derudover i neurologiske sammenhænge,Cistanchehar vist potentiale til at lindre blod-hjernebarriereskader efter iskæmisk slagtilfælde ved at modulere neuroinflammation (Liao et al., 2023). I onkologi, phenylethanoid glycosider fraCistanche tubulosahar udvist antitumoreffekter, hvilket tyder på terapeutisk potentiale i hepatocellulært karcinom (Peng et al., 2021).

Selvom forskning i respiratoriske fordele vedCistancheer stadig i sine tidlige stadier, tyder de foreløbige resultater på dets potentielle fordele. For eksempel echinacoside, en bioaktiv forbindelse, der findes iCistanche, har vist lovende at dæmpe oxidativ stress-induceret endotelcelledød og derved lindre lungeskadesymptomer (Xie et al., 2023).

I forbindelse med astma markerer vores undersøgelse det første forsøg på at udforske det terapeutiske potentiale og de underliggende mekanismer vedCistanche. Brug af en husstøvmide (HDM)-induceret astmamusemodel,Cistancheblev administreret som en terapeutisk intervention. Opmuntrende nok demonstrerer vores resultater dets betydelige virkninger til at kontrollere astma, herunder reduceret luftvejshyperresponsivitet (AHR), nedsat inflammatorisk celleinfiltration og lindring af lungebetændelse og slimproduktion ved allergisk astma.

Cytokiner som f.eksIL-4ogIL-5spiller en central rolle i astmapatogenese (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). IL-4 er afgørende for at stimulere B-celler til at producere IgE-antistoffer, hvilket fører til forhøjede IgE-niveauer - et kendetegn for allergisk astma og forudsigelse for eksacerbationsrisiko. IL-5 er på den anden side afgørende for væksten og aktiveringen af ​​eosinofiler, som frigiver pro-inflammatoriske mediatorer, der forværrer luftvejsinflammation og slimsekretion.

Vores transkriptomiske analyse afslørede detCistanchebehandlingsforstyrrede veje forbundet med IL-4, IL-5 og eosinofiler - et fund yderligere understøttet af GSVA-resultater. GSEA fremhævede yderligere sammenhængen mellemCistanchebehandling og type 2 immuncytokinresponser, hvilket understreger dets terapeutiske relevans ved astma. Eksperimentelle resultater viste også detCistanchereducerede serum-IgE-, IL-5- og IL-13-niveauer hos astmatiske mus, hvilket yderligere bekræfter dets effektivitet til at lindre astmasymptomer.

Især antydede vores GSEA-resultater detCistanchedeltager i glukokortikoid-relaterede biologiske processer. I betragtning af de negative virkninger og begrænsede følsomhed observeret hos nogle patienter under langtidsbehandling med kortikosteroider (Ip et al., 2018), åbner dette fund muligheder for at udforske alternative glukokortikoidbehandlinger. Nylige undersøgelser har vist, at aktive stoffer iCistanche, som f.eksakteosid, udøver betydelige effekter på glukokortikoid-induceret osteoporose (Li et al., 2023), hvilket yderligere understøtter gennemførligheden afCistanchesom en alternativ eller supplerende behandling for astma.

DePI3K-AKT signalvejspiller en afgørende rolle i astma-patofysiologien. Nylige undersøgelser har vist detmiR-200afremmer astmaudvikling via PI3K-AKT-FOXC1-aksen (Lin et al., 2014). Denne vej regulerer ogsåcyclin D1, som er kritisk ved remodellering af glatte luftveje (Feng et al., 2014), og modulerer ekspression af astma-relaterede molekyler som f.eks.IL-7, TNF-, ogIgE(Winer et al., 2022; Jing et al., 2019; Dera et al., 2020).

I vores undersøgelse er den vigtigste bioaktive forbindelse afCistancheblev identificeret via LC-HRMS sompinoresinol 4-O- -D-glucopyranosid (PG), med molekylær formelC₂₆H₃₂O₁₁. PG tilhører lignaner-plante-afledte forbindelser kendt for deres anti-inflammatoriske, antioxidant og immunsuppressive egenskaber (Osmakov et al., 2022) - og dukkede op som en lovende kandidat til astmabehandling. Målberigelsesanalyse for PG viste stærke associationer med PI3K-AKT-vejen, hvilket tyder på, at dens terapeutiske virkninger kan medieres gennem denne mekanisme.

Nitrogenoxid (NO), et gasformigt frit radikal (N=O), er rigeligt til stede i menneskets åndedræts- og kardiovaskulære systemer (Antosova et al., 2017). Ved astma fungerer NO som en inflammatorisk biomarkør, ofte målt somfraktioneret udåndet nitrogenoxid (FeNO)at vurdere sygdommens sværhedsgrad og vejlede steroidbehandling (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). Forhøjede FeNO-niveauer, tæt forbundet med IL-13-medieret type 2 luftvejsinflammation, blev også observeret i vores astmamodel. NO er ​​primært syntetiseret afnitrogenoxidsyntaser (NOS)især den inducerbare isoformiNOS (NOS2), som er opreguleret under pro-inflammatoriske tilstande (Anavi & Tirosh, 2020). Overekspression af iNOS fører til øget NO-produktion, fremmer slimsekretion og eosinofilrekruttering og forværrer derved astmasymptomer (Meurs et al., 2003). iNOS-hæmmere har vist potentiale til at håndtere FeNO-niveauer hos astmapatienter (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Gennem integreret analyse af astma-relaterede gener, WGCNA-moduler og PG-målrettede gener, identificerede viiNOSsom et kernegen.Cistanchebehandling nedregulerede iNOS-proteinniveauer i astmamodelmus, hvilket tyder på undertrykkelse af inflammationsassocieret NO-produktion. Molekylær docking bekræftede stærk bindingsaffinitet mellem PG og iNOS, og PG-behandling reducerede både NOS-aktivitet og iNOS-proteinniveauer.

Eksisterende forskning indikerer også, at PI3K-AKT-vejen regulerer iNOS-ekspression i andre fysiologiske systemer (Zafirovic et al., 2019; Lu et al., 2022). I vores musemodel,Cistanchebehandling reducerede PI3K-ekspression i lungeepitelceller. Mens dets rolle i astma kræver yderligere udforskning, tyder vores resultater på en ny regulatorisk forbindelse mellem PI3K-AKT-vejen og iNOS i forbindelse medCistanchebehandling. Yderligere mekanistiske undersøgelser er nødvendige for at validere disse veje.

 

Skematisk resumé: Mekanismer for Cistanche i astmabehandling

HDM-eksponering initierer en kaskade af luftvejspatologiske ændringer karakteriseret ved øget reaktivitet og inflammatorisk celleinfiltration.Cistanche, en traditionel urtemedicin, demonstrerer evnen til at modvirke disse HDM-inducerede effekter via to mekanismer:

Modulation af PI3K-vejen, påvirkning af cellulære responser og reduktion af astma-relateret inflammation;

Direkte målretning af iNOSaf dens bioaktive komponent PG, hvilket resulterer i undertrykkelse af iNOS-ekspression og aktivitet. PG-medieret nedregulering af iNOS tilbyder en potentiel molekylær intervention til at lindre vigtige astmasymptomer.

 

Citation

Liu, J., Gao, J., Xiong, A., Li, G., Zhong, K., Bai, L., Li, X., Ran, Q., Xiong, Y., & He, X. (2025).Udforskning af Cistanches terapeutiske potentiale og molekylære mekanismer i astmabehandling. Phytomedicine: International Journal of Phytotherapy and Phytopharmacology, 136, 156265.