Utforsker Cistanches terapeutiske potensiale og molekylære mekanismer i astmabehandling

Abstrakt

Astmaer en vanlig kronisk luftveissykdom preget av luftveisbetennelse og hyperrespons, noe som påvirker global helse betydelig. Gjeldende behandlingsalternativer, inkludert kortikosteroider, møter begrensninger på grunn av varierende pasientrespons og bivirkninger. Denne studien undersøker det terapeutiske potensialet til den tradisjonelle kinesiske urtenCistanche deserticolai en husstøvmidd (HDM)-indusert astmamusemodell. Vi brukte en tverrfaglig tilnærming, som integrerte transkriptomikk, massespektrometri, vektet gen-co-ekspresjonsnettverksanalyse (WGCNA) og eksperimentell validering i både dyre- og cellulære modeller.

Våre funn viser detCistanchelindrer betydelig luftveishyperrespons, cellulær infiltrasjon og slimoverproduksjon hos astmatiske mus. Transkriptomisk analyse identifiserte 643 differensielt uttrykte gener (DEGs), ogCistanchebehandlingsforstyrrte veier assosiert med IL-4, IL-5 og eosinofiler. Gene set enrichment analysis (GSEA) antydet detCistanchekan være involvert i glukokortikoid-relaterte prosesser, noe som indikerer potensialet som et alternativ eller komplementær terapi til tradisjonelle kortikosteroider.

Væskekromatografi – høyoppløselig massespektrometri (LC-HRMS) identifiserte Pinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG) som en viktig aktiv komponent iCistanche, med mål primært assosiert med PI3K-AKT-signalveien. WGCNA-analyse av astma-datasett identifiserte "himmelblå"-modulen som sterkt korrelert med astma, og fremhevet induserbar nitrogenoksidsyntase (iNOS) som et hub-gen. Molekylær dokking bekreftet sterk bindingsaffinitet mellom PG og iNOS, ogCistanchebehandling nedregulerte iNOS-uttrykk, noe som tyder på en potensiell anti-inflammatorisk mekanisme.

Avslutningsvis,Cistancheviser terapeutiske effekter ved astma vedmodulerende immunresponserogrettet mot sentrale astma-relaterte gener og proteiner. Vår studie gir ny innsikt i bruken av naturlige produkter for astmabehandling og understreker potensialet tilCistanche som et alternativ ellerterapeutisk tilleggsmiddel. Ytterligere forskning er nødvendig for å validere disse funnene og utforske integreringen avCistanchei klinisk astmabehandling.

Cistanche-ekstrakt for behandling avAstma forårsaket av betennelse

Hva skal vi få cisntanche-ekstrakt

 

 

1. Forskningsbakgrunn og vitenskapelig spørsmål

Astma er den mest utbredtekronisk luftveissykdom, preget av innsnevring av luftveiene ogbetennelse, ofte forverret av overdreven slimsekresjon. Globale estimater indikerer at over 300 millioner mennesker lider av astma, og utbredelsen øker jevnt over hele verden (Joan et al., 2017). Denne økende byrden påvirker den globale dødeligheten og uføretrygden betydelig (Shin et al., 2023). For tiden er ordinære behandlinger sterkt avhengige av konvensjonelle medisiner som kortikosteroider. På grunn av forskjeller i sykdomspresentasjon og farmakogenomikk kan imidlertid en undergruppe av pasienter – som de med ikke-eosinofil astma – reagere dårlig på glukokortikoidbehandling (Barnes, 2013; Polyxeni et al., 2017). Dessuten, til tross for overholdelse av kontrollerende medisiner, opplever noen individer suboptimal sykdomskontroll, med vedvarende og forverrede symptomer. Selv om eksisterende legemidler kan lindre symptomene, forårsaker de ofte uønskede effekter og har begrenset langtidseffekt (Rachel et al., 2021; Kian Fan et al., 2013). Derfor er det et presserende behov for innovative terapeutiske strategier som effektivt håndterer astmasymptomer samtidig som de retter seg mot de underliggende molekylære mekanismene.

Tradisjonell kinesisk medisin (TCM), med en historie på over 2000 år, tilbyr et unikt perspektiv på sykdomsbehandling. Dette har ført til utvikling av mange resepter, som f.eksZanthoxylum bungeanum Maximfrø (ZBMS), som er kjent for sine terapeutiske effekter på astma (Tang et al., 2014). TCM har de siste årene fått oppmerksomhet som en komplementær eller alternativ tilnærming til sykdomsbehandling. Studier utført i USA har vist at omtrent 70 % av astmapasientene inkorporerer urtemedisin i sine behandlingsplaner (Land & Wang, 2018). Tallrike kliniske studier har vist gunstige resultater ved astmabehandling. For eksempel avslørte en multisenter randomisert kontrollert studie at en sammensatt TCM-formel, Pingchuan Yiqi Granules, effektivt lindret lungesymptomer, reduserte inflammatoriske markører og redusert avhengighet av 2-agonister. Sammenlignet med 2-agonister og kortikosteroider, viste denne TCM-formelen færre toksiske og bivirkninger (Zhang et al., 2018).

Cistanche deserticola, også kjent som "Jin Ya" eller "Mo Jing," er en flerårig urteaktig plante med en parasittisk vekstvane. Det er hovedsakelig distribuert i tørre områder på den nordlige halvkule, og bruken i Kina går tilbake til eldgamle tekster som f.eks.Shennong Bencao Jing. Cistancheer høyt verdsatt for sin evne til å forbedre nyrefunksjonen, forbedre vitaliteten og gi næring til blod og essens (Zhou et al., 2023).

I denne studien brukte vi en tverrfaglig tilnærming som kombinerer transkriptomikk, massespektrometrianalyse, WGCNA og eksperimentell validering i dyre- og cellulære modeller - for å utforske det terapeutiske potensialet tilCistancheved astma. Vår forskning identifiserte spesifikke aktive forbindelser og belyste potensielle virkningsmekanismer (se figur 1). Disse funnene gir ny innsikt i astmabehandling innenfor rammen av TCM og baner vei for videre forskning på dette feltet.

 

 

Figur 1. Arbeidsflytdiagram for forskning

A.Ved å bruke lungevev fra astmamodellen utførte vi detaljert transkriptomsekvenseringsanalyse. Dette gjorde oss i stand til å utforske det molekylære grunnlaget for astma og identifisere nøkkelmål regulert avCistanche deserticolabehandling.

B.Basert på de transkriptomiske dataene brukte vi væskekromatografi – høyoppløselig massespektrometri (LC-HRMS) for å undersøke de kjemiske komponentene iCistanche. Denne analysen ble supplert med screening av aktive forbindelser gjennom databasen Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology (TCMSP). Denne integrerende tilnærmingen førte til slutt til identifiseringen av pinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG) som den viktigste bioaktive komponenten iCistanche.

C.For å utforske spesifikke astma-relaterte mål ytterligere, gjennomførte vi vektet gen-samekspresjonsnettverksanalyse (WGCNA). Denne analysen brukte genekspresjonsdata for å identifisere moduler som er signifikant assosiert med astmapatologi. Nav-genetiNOS(induserbar nitrogenoksidsyntase) ble identifisert gjennom en integrerende metode ved å krysse kandidatgener fra hver analyse.

D.En molekylær docking-studie ble utført for å forutsi bindingsaffiniteten mellom den identifiserte aktive forbindelsen PG og iNOS. Dette ble fulgt av en rekke eksperimentelle valideringer.

02. Viktige funn og høydepunkter

Cistanche lindrer patologiske endringer hos astmatiske mus

For å evaluere effekten avCistanche deserticolapå astma ble det etablert dyremodeller med eller utenCistanchebehandling ved å bruke deksametason som en positiv kontroll (figur 2A og tilleggsfigur 1). Luftveishyperresponsivitet (AHR) ble vurdert ved å måle Penh-verdier (figur 2B og tilleggsfigur 1A). Resultatene viste en signifikant økning i Penh-verdier i HDM-eksponerte mus med forhøyede acetylkolinkonsentrasjoner sammenlignet med kontrollmus. Derimot ble mus behandlet medCistancheunder modellinduksjon viste en markant reduksjon i Penh-verdier. Viktigere, mus behandlet medCistanchealene viste ingen signifikant forskjell i Penh-verdier sammenlignet med kontroller.

Deretter analyserte vi differensialcelletall i bronkoalveolær skyllevæske (BALF), inkludert totale celler, nøytrofiler og eosinofiler (figur 2C og tilleggsfigur 1B). Resultatene indikerte en signifikant økning i celletall - spesielt nøytrofiler og eosinofiler - i HDM-mus, noe som gjenspeiler økt lungebetennelse og allergiske responser. Derimot HDM +Cistanchemus viste en betydelig reduksjon i disse cellepopulasjonene i BALF.

I tillegg avslørte histopatologisk farging av lungevev (figur 2D og tilleggsfigur 1C) signifikant økte betennelsesscore i HDM-eksponerte mus, som returnerte til baseline-nivåer etterCistancheinnblanding. PAS-farging bekreftet disse funnene ved å vise en signifikant økning i begercellefordeling og slimsekresjon hos HDM-mus, som ble redusert etterCistanchebehandling. Spesielt lavdoseCistanche, spesielt ved 20 mg/kg, viste ingen signifikante forbedringer i AHR eller histopatologiske egenskaper, noe som indikerer en doseavhengig effekt (tilleggsfigur 1).

Videre ble nivåer av IgE, IL-5 og IL-13 målt (figur 2E), og viste forhøyede nivåer i HDM-mus som ble reversert etterCistanchebehandling.

Figur 2. Cistanche lindrer patologiske endringer hos astmatiske mus.
A. Konstruksjon av astmamodellen.
B. Penh-verdier for hver musegruppe eksponert for varierende acetylkolindoser.
C. BALF-celletall, inkludert totale celler, nøytrofiler og eosinofiler.
D. Lungeseksjoner fra hver gruppe farget med H&E og PAS.
E. ELISA-resultater som viser serum-IgE- og IL-5/IL-13-nivåer i BALF.
Målestokk: 50 μm. Alle data presentert i denne studien representerer minst tre uavhengige eksperimenter og er uttrykt som gjennomsnitt ± standardavvik (SD).

---

Transkriptomisk analyse avslører terapeutiske effekter av Cistanche hos astmatiske mus

For ytterligere å utforske de terapeutiske effektene avCistanchepå astma ble transkriptomsekvensering utført på lungevev fra mus eksponert for HDM alene og de som ble utsatt for både HDM ogCistanche. Totalt643 differensielt uttrykte gener (DEG)ble identifisert, inkludert324 oppregulertog319 nedregulertgener (p < 0,05, |logFC| Større enn eller lik 0,5, figur 3A). Et varmekart illustrerte ekspresjonsnivåer av de 20 beste opp- og nedregulerte genene (figur 3B).

Gene Ontology (GO) og Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) berikelsesanalyser ble deretter utført på DEG-ene. De oppregulerte genene ble hovedsakelig beriket i veier relatert til virale responser, interferonmediert signalering, NOD-lignende reseptorsignalering og IL-17-signalering (figur 3C og 3D). I motsetning til dette var nedregulerte gener assosiert med nukleær deling, cytokin-cytokinreseptorinteraksjon og T-cellereseptorsignalveier (figur 3E og 3F).

Ytterligere analyse ved bruk av Gene Set Variation Analysis (GSVA) ​​viste atEOSINOFIL VEIENGSVA-score ble redusert hos mus behandlet med HDM ogCistanche, sammenlignet med HDM-bare mus, i samsvar med den observerte reduksjonen i eosinofiler i BALF (figur 3G og 3H). Dessuten ble veier nært assosiert med allergisk astma - som IL-5 og IL-4 signalering - funnet å være nedregulert etterCistanchebehandling (figur 3H).

Til slutt avslørte Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detCistanchebehandling var involvert i prosesser knyttet tilglukokortikoid signaleringogtype 2 immuncytokiner, som begge er nært knyttet til astma-patofysiologi (figur 4).

 

 

 

 

LC single bond HRMS-analyse avslører de aktive komponentene i Cianche. A. Totalt ionekromatogram av Cistanche deserticola-ekstrakt overvåket i positiv ionemodus. B og C. Ionekromatogrammer av PG i positiv ionemodus. D. MSMS-profilen til PG.

 

Figur 6. Aktive ingredienser av Cianche avslørt ved LC-enkelt HRMS-analyse. AD. Anrikningsanalyse av PD-mål inkludert GO, KEGG, Reactome-veier og WikiPathways-gensett.