Terapeutisk potensial og molekylære mekanismer for Cistanche Deserticola i astma: Målretting mot PI3K-AKT-vei og INOS-mediert betennelse

Identifikasjon av astma-assosierte hub-gener via WGCNA-analyse

For å undersøke nøkkelgener assosiert med astma, brukte vi GSE67472-datasettet fra Gene Expression Omnibus (GEO)-databasen. Dette datasettet inkluderer prøver fra62 personer diagnostisert med astmasom ikke hadde mottatt inhalasjonskortikosteroidbehandling, og akontrollgruppe på 43 friske individer.

Differensielt uttrykte gener (DEG) ble analysert og visualisert ved hjelp avvulkantomterogvarmekart(Figur 7A og 7B). GjennomWeighted Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA), identifiserte vi27 genmodulersignifikant assosiert med astmautvikling sammenlignet med friske kontroller (figur 7C).

Blant disse er"himmelblå" modulvistesterkeste positive korrelasjonenmed astma
(korrelasjonskoeffisient:r = 0.62, p = 2e-12, figur 7D).
Figur 7E illustrerer varmekartet tilstøtende som viser forholdet mellom de egenskapsrelaterte modulene og den himmelblå modulen.

Vi analyserte videre sammenhengen mellommodulmedlemskap (MM)oggenbetydning (GS)for astma i den himmelblå modulen (Figur 7F), og avslører ensterk positiv korrelasjon(korrelasjon =0.84, p = 1.1e-41), som understreker den robuste assosiasjonen mellom den himmelblå modulen og astma.

Cistanche urtete for kondisjonering av astma

 

Whatsapp oss for å få Cistanche Tea

 

 

Senerefunksjonell berikelsesanalyseav gener i den himmelblå modulen bekreftet deres involvering i astma-relaterte biologiske prosesser og veier, inkludertIgE-binding, astma, ogIL-17 signalvei(Figur 7G–J).

 

Figur 7. Identifikasjon av kjerne astma-relaterte gener ved bruk av WGCNA

A–B.Visualisering av DEG ved hjelp av vulkanplott og varmekart.
C.Clustering dendrogram av co-uttrykte gener assosiert med astma.
D.Modul-egenskapsforhold i astma. Hver celle viser korrelasjonskoeffisienten og p-verdien.
E.Varmekart som viser tilstøtende relasjoner til modulegengener.
F.Korrelasjon mellom modulmedlemskap og genets betydning for astma i den himmelblå modulen.
G–J.Funksjonell berikelsesanalyse av gener i den himmelblå modulen.

 

 

 

iNOS som en terapeutisk indikator for Cistanche-behandling ved astma

For å utforske viktige astma-relaterte gener, kompilerte vi 259 gener fra flere sykdomsdatabaser, inkludertGeneCards, Terapeutisk måldatabase, DisGeNET, ogOMIM. Ved å krysse disse genene med de frahimmelblå modulogPG-målrettede gener, identifiserte viiNOS (induserbar nitrogenoksidsyntase)som enkjernegenet(Figur 8A).

Ytterligere analyse av RNA-seq-data avslørte detiNOS-uttrykket ble redusertetter Cistanche-behandling (Figur 8B). I tillegg,molekylær dokkingble utført for å validere bindingsaffiniteten mellom PG og iNOS-proteinet (figur 8C). Spesielt ble gunstige interaksjoner observert som involverer aminosyrerester somarginin, glutamat, ogtryptofan. Den måltebindingsenergi på -8,97 kcal/molindikerte en sterk bindingsaffinitet mellom PG og iNOS (tilleggstabell 2).

For å bekrefte den funksjonelle effekten av PG på iNOS,in vitro analyserble utført (figur 8D). Resultatene viste detPG svekket HDM-indusert iNOS-aktivitet betydelig, som støtter funnene om molekylær docking.

Vi undersøkte deretter effekten av PG påiNOS proteinuttrykk. Western blot-analyseviste at HDM-behandling økte iNOS-ekspresjon i MLE12-celler, som ble redusert ved PG-behandling (Figur 8E). TilsvarendeqPCR-analyseav RNA ekstrahert fra muselungevev avslørte en signifikant økning i iNOS-ekspresjon i HDM-mus, som ble redusert etter Cistanche-behandling (Figur 8F).

Immunfluorescensanalyservaliderte disse observasjonene ytterligere, og viste forhøyet iNOS-ekspresjon i HDM-eksponerte mus og reduksjon etter Cistanche-behandling (figur 8G og tilleggsfigur 3). Parallelt vurderte vi uttrykksnivået påPI3K(Supplerende figur 3). Sammenlignet med kontrollgruppen stilte HDM-gruppenoppregulering av PI3K, noe som antyder dets involvering i den astmatiske responsen.

Spesielt,Cistanche ved en lav dose (20 mg/kg)forbedret ikke signifikant PI3K-uttrykk endret av HDM. Imidlertidhøyere konsentrasjoner av Cistanche nedregulerte effektivt PI3K-uttrykk. Denne regulatoriske effekten på PI3K-ekspresjon korrelerte med forbedringer i luftveishyperresponsivitet (AHR) og reduserte patologiske endringer hos astmatiske mus, noe som indikererterapeutisk potensiale til Cistanche via modulering av PI3K-banen.

 

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

A.Identifikasjon av iNOS som et potensielt mål gjennom skjæring av gensett.
B.TPM-verdier for iNOS fra RNA-seq-data.
C.Molekylær dokking bekrefter interaksjon mellom PG og iNOS.
D.Fluorescensintensitet som indikerer iNOS-aktivitet.
E.Western blot-analyse av iNOS-proteinnivåer i forskjellige eksperimentelle grupper.
F.qPCR-analyse av iNOS-transkripsjonsnivåer på tvers av grupper.
G.Immunfluorescensanalyse som viser iNOS-ekspresjonsmønstre i ulike behandlingsgrupper.
Alle eksperimentelle data representerer minst tre uavhengige replikater og er uttrykt som gjennomsnitt ± standardavvik (SD).

Konklusjon, høydepunkter og potensielle søknader

Cistanche deserticolaer en verdsatt tradisjonell kinesisk urt, lenge anerkjent for sin effektivitet til å håndtere ulike helsemessige forhold. Moderne vitenskapelige undersøkelser har avslørt dens bredspektrede bioaktiviteter, inkludert antiinflammatoriske, antioksidant-, antialdrings- og immunforsterkende effekter (Li et al., 2016). Spesielt har studier utforsket dets terapeutiske potensial i sykdommer som diabetes, hvor det har vist lovende å regulere postprandiale blodsukkernivåer og forbedre insulinresistens (Xiong et al., 2013). I tillegg, i nevrologiske sammenhenger,Cistanchehar vist potensial for å lindre blod-hjernebarriereskade etter iskemisk slag ved å modulere nevroinflammasjon (Liao et al., 2023). I onkologi, fenylethanoid glykosider fraCistanche tubulosahar vist antitumoreffekter, noe som tyder på terapeutisk potensial i hepatocellulært karsinom (Peng et al., 2021).

Selv om forskning på respiratoriske fordeler vedCistancheer fortsatt i sine tidlige stadier, antyder foreløpige funn dets potensielle fordeler. For eksempel echinacoside, en bioaktiv forbindelse som finnes iCistanche, har vist lovende å dempe oksidativt stress-indusert endotelcelledød, og dermed lindre lungeskadesymptomer (Xie et al., 2023).

I sammenheng med astma, markerer vår studie det første forsøket på å utforske det terapeutiske potensialet og de underliggende mekanismene tilCistanche. Ved å bruke en husstøvmidd (HDM)-indusert astmamusemodell,Cistancheble administrert som en terapeutisk intervensjon. Oppmuntrende nok demonstrerer resultatene våre betydelige effekter for å kontrollere astma, inkludert redusert luftveishyperresponsivitet (AHR), redusert inflammatorisk celleinfiltrasjon og lindring av lungebetennelse og slimproduksjon ved allergisk astma.

Cytokiner som f.eksIL-4ogIL-5spiller sentrale roller i astmapatogenese (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). IL-4 er avgjørende for å stimulere B-celler til å produsere IgE-antistoffer, noe som fører til forhøyede IgE-nivåer – et kjennetegn på allergisk astma og prediktor for forverrelsesrisiko. IL-5, på den annen side, er avgjørende for vekst og aktivering av eosinofiler, som frigjør pro-inflammatoriske mediatorer som forverrer luftveisbetennelse og slimsekresjon.

Vår transkriptomiske analyse avslørte detCistanchebehandlingsforstyrrelser assosiert med IL-4, IL-5 og eosinofiler – et funn som ytterligere støttes av GSVA-resultater. GSEA fremhevet ytterligere sammenhengen mellomCistanchebehandling og type 2 immuncytokinresponser, som understreker dens terapeutiske relevans ved astma. Eksperimentelle resultater viste også detCistanchereduserte serum-IgE-, IL-5- og IL-13-nivåer hos astmatiske mus, noe som ytterligere bekrefter effektiviteten til å lindre astmasymptomer.

Spesielt antydet våre GSEA-resultater detCistanchedeltar i glukokortikoid-relaterte biologiske prosesser. Gitt de negative effektene og begrensede sensitiviteten observert hos noen pasienter under langtidsbehandling med kortikosteroider (Ip et al., 2018), åpner dette funnet muligheter for å utforske alternative glukokortikoidbehandlinger. Nyere studier har avslørt at aktive forbindelser iCistanche, som f.eksakteosid, utøve betydelige effekter på glukokortikoid-indusert osteoporose (Li et al., 2023), noe som ytterligere støtter gjennomførbarheten avCistanchesom en alternativ eller tilleggsbehandling for astma.

DePI3K-AKT signalveispiller en avgjørende rolle i astma patofysiologi. Nyere studier har vist detmiR-200afremmer astmautvikling via PI3K-AKT-FOXC1-aksen (Lin et al., 2014). Denne banen regulerer ogsåcyclin D1, som er kritisk ved remodellering av glatt muskulatur i luftveiene (Feng et al., 2014), og modulerer uttrykk for astma-relaterte molekyler som f.eks.IL-7, TNF-, ogIgE(Winer et al., 2022; Jing et al., 2019; Dera et al., 2020).

I vår studie, den viktigste bioaktive forbindelsen avCistancheble identifisert via LC-HRMS sompinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG), med molekylformelC₂₆H₃₂O₁₁. PG tilhører lignaner-planteavledede forbindelser kjent for sine antiinflammatoriske, antioksidant- og immunsuppressive egenskaper (Osmakov et al., 2022) - og dukket opp som en lovende kandidat for astmabehandling. Målberikelsesanalyse for PG viste sterke assosiasjoner med PI3K-AKT-veien, noe som tyder på at dens terapeutiske effekter kan formidles gjennom denne mekanismen.

Nitrogenoksid (NO), en gassformig fri radikal (N=O), er rikelig tilstede i menneskets luftveier og kardiovaskulære systemer (Antosova et al., 2017). Ved astma fungerer NO som en inflammatorisk biomarkør, ofte målt somfraksjonert utåndet nitrogenoksid (FeNO)å vurdere alvorlighetsgraden av sykdommen og veilede steroidbehandling (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). Forhøyede FeNO-nivåer, nært knyttet til IL-13-mediert type 2 luftveisbetennelse, ble også observert i vår astmamodell. NO er ​​primært syntetisert avnitrogenoksidsyntaser (NOS), spesielt den induserbare isoformeniNOS (NOS2), som er oppregulert under pro-inflammatoriske forhold (Anavi & Tirosh, 2020). Overekspresjon av iNOS fører til økt NO-produksjon, fremmer slimsekresjon og eosinofilrekruttering, og forverrer derved astmasymptomer (Meurs et al., 2003). iNOS-hemmere har vist potensial i å håndtere FeNO-nivåer hos astmapasienter (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Gjennom integrert analyse av astma-relaterte gener, WGCNA-moduler og PG-målrettede gener, identifiserte viiNOSsom et kjernegen.Cistanchebehandling nedregulerte iNOS-proteinnivåer i astmamodellmus, noe som tyder på undertrykkelse av betennelsesassosiert NO-produksjon. Molekylær dokking bekreftet sterk bindingsaffinitet mellom PG og iNOS, og PG-behandling reduserte både NOS-aktivitet og iNOS-proteinnivåer.

Eksisterende forskning indikerer også at PI3K-AKT-banen regulerer iNOS-uttrykk i andre fysiologiske systemer (Zafirovic et al., 2019; Lu et al., 2022). I vår musemodell,Cistanchebehandling reduserte PI3K-ekspresjon i lungeepitelceller. Mens dens rolle i astma krever ytterligere utforskning, antyder funnene våre en ny regulatorisk kobling mellom PI3K-AKT-banen og iNOS i sammenheng medCistanchebehandling. Ytterligere mekanistiske studier er nødvendig for å validere disse veiene.

 

Skjematisk sammendrag: Mechanisms of Cistanche in Astma Treatment

HDM-eksponering setter i gang en kaskade av patologiske luftveisendringer preget av økt reaktivitet og inflammatorisk celleinfiltrasjon.Cistanche, en tradisjonell urtemedisin, demonstrerer evnen til å motvirke disse HDM-induserte effektene via doble mekanismer:

Modulering av PI3K-banen, påvirker cellulære responser og reduserer astma-relatert betennelse;

Direkte målretting av iNOSav sin bioaktive komponent PG, noe som resulterer i undertrykkelse av iNOS-ekspresjon og aktivitet. PG-mediert nedregulering av iNOS tilbyr en potensiell molekylær intervensjon for å lindre viktige astmasymptomer.

 

Sitering

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