Θεραπευτικές δυνατότητες και μοριακοί μηχανισμοί του Cistanche Deserticola στο άσθμα: Στοχεύοντας την οδό PI3K-AKT και τη φλεγμονή που προκαλείται από το INOS

Ταυτοποίηση γονιδίων κεντρικών γονιδίων που σχετίζονται με άσθμα μέσω ανάλυσης WGCNA

Για να διερευνήσουμε βασικά γονίδια που σχετίζονται με το άσθμα, χρησιμοποιήσαμε το σύνολο δεδομένων GSE67472 από τη βάση δεδομένων Gene Expression Omnibus (GEO). Αυτό το σύνολο δεδομένων περιλαμβάνει δείγματα από62 άτομα διαγνώστηκαν με άσθμαπου δεν είχαν λάβει θεραπεία με εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή και αομάδα ελέγχου 43 υγιών ατόμων.

Τα διαφορικά εκφρασμένα γονίδια (DEGs) αναλύθηκαν και οπτικοποιήθηκαν χρησιμοποιώνταςοικόπεδα ηφαιστείωνκαιθερμικοί χάρτες(Εικόνες 7Α και 7Β). Διά μέσουΑνάλυση δικτύου σταθμισμένης συνέκφρασης γονιδίων (WGCNA), εντοπίσαμε27 γονιδιακές μονάδεςσχετίζεται σημαντικά με την ανάπτυξη άσθματος σε σύγκριση με υγιείς μάρτυρες (Εικόνα 7Γ).

Μεταξύ αυτών, τοενότητα "skyblue".έδειξε τοισχυρότερη θετική συσχέτισημε άσθμα
(συντελεστής συσχέτισης:r = 0.62, p = 2e-12, Εικόνα 7D).
Το Σχήμα 7Ε απεικονίζει τον χάρτη θερμότητας γειτνίασης που απεικονίζει τις σχέσεις μεταξύ των λειτουργικών μονάδων που σχετίζονται με το χαρακτηριστικό και της μονάδας skyblue.

Αναλύσαμε περαιτέρω τη συσχέτιση μεταξύσυνδρομή σε μονάδα (MM)καιγονιδιακή σημασία (GS)για άσθμα εντός της ενότητας skyblue (Εικόνα 7ΣΤ), αποκαλύπτοντας αισχυρή θετική συσχέτιση(συσχέτιση =0.84, p = 1.1e-41), τονίζοντας την ισχυρή σχέση μεταξύ της ενότητας skyblue και του άσθματος.

Τσάι από βότανα Cistanche για την αντιμετώπιση του άσθματος

 

Whatsapp για να λάβουμε τσάι Cistanche

 

 

Μεταγενέστεροςανάλυση λειτουργικού εμπλουτισμούτων γονιδίων εντός της ενότητας skyblue επιβεβαίωσαν τη συμμετοχή τους σε βιολογικές διεργασίες και οδούς που σχετίζονται με το άσθμα, συμπεριλαμβανομένωνΔέσμευση IgE, άσθμα, και τοIL-17 διαδρομή σηματοδότησης(Εικόνες 7G–J).

 

Σχήμα 7. Αναγνώριση πυρήνων γονιδίων που σχετίζονται με το άσθμα χρησιμοποιώντας WGCNA

A–B.Οπτικοποίηση DEG με χρήση ηφαιστείου και θερμικού χάρτη.
C.Δενδρογράφημα ομαδοποίησης των συνεκφραζόμενων γονιδίων που σχετίζονται με το άσθμα.
D.Σχέσεις ενότητας-χαρακτηριστικού στο άσθμα. Κάθε κελί δείχνει τον συντελεστή συσχέτισης και την τιμή p.
E.Χάρτης θερμότητας που δείχνει σχέσεις γειτνίασης ιδιογονιδίων μονάδων.
F.Συσχέτιση μεταξύ της ιδιότητας μέλους ενότητας και της γονιδιακής σημασίας για το άσθμα στην ενότητα skyblue.
G–J.Ανάλυση λειτουργικού εμπλουτισμού γονιδίων στη μονάδα skyblue.

 

 

 

Το iNOS ως Θεραπευτικός Δείκτης Θεραπείας Cistanche στο Άσθμα

Για να εξερευνήσουμε βασικά γονίδια που σχετίζονται με το άσθμα, συγκεντρώσαμε 259 γονίδια από πολλαπλές βάσεις δεδομένων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένωνGeneCards, Βάση Δεδομένων Θεραπευτικού Στόχου, DisGeNET, καιΟΜΙΜ. Τέμνοντας αυτά τα γονίδια με αυτά από τομονάδα skyblueκαιΓονίδια στοχευμένα στο PG, εντοπίσαμεiNOS (επαγώγιμη συνθάση μονοξειδίου του αζώτου)ως αγονίδιο πυρήνα(Εικόνα 8Α).

Περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων RNA-seq αποκάλυψε ότιΗ έκφραση iNOS μειώθηκεμετά τη θεραπεία με Cistanche (Εικόνα 8Β). Επιπλέον,μοριακή σύνδεσηπραγματοποιήθηκε για να επικυρωθεί η συγγένεια δέσμευσης μεταξύ της PG και της πρωτεΐνης iNOS (Εικόνα 8C). Αξιοσημείωτα, παρατηρήθηκαν ευνοϊκές αλληλεπιδράσεις που αφορούσαν υπολείμματα αμινοξέων όπως π.χαργινίνη, γλουταμικό, καιτρυπτοφάνη. Το μετρημένοενέργεια δέσμευσης -8,97 kcal/molέδειξε ισχυρή συγγένεια δέσμευσης μεταξύ PG και iNOS (Συμπληρωματικός Πίνακας 2).

Για να επιβεβαιώσετε τη λειτουργική επίδραση του PG στο iNOS,δοκιμασίες in vitroδιεξήχθησαν (Εικόνα 8Δ). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότιΤο PG εξασθένησε σημαντικά τη δραστηριότητα iNOS που επάγεται από το HDM, υποστηρίζοντας τα ευρήματα της μοριακής σύνδεσης.

Στη συνέχεια εξετάσαμε την επίδραση του PG σεέκφραση πρωτεΐνης iNOS. Ανάλυση Western blotέδειξε ότι η θεραπεία με HDM αύξησε την έκφραση iNOS σε κύτταρα MLE12, η ​​οποία μειώθηκε κατά τη θεραπεία με PG (Εικόνα 8Ε). Ομοίως,qPCR ανάλυσητου RNA που εξήχθη από πνευμονικό ιστό ποντικού αποκάλυψε σημαντική αύξηση στην έκφραση iNOS σε ποντικούς HDM, η οποία μειώθηκε μετά τη θεραπεία με Cistanche (Εικόνα 8F).

Δοκιμασίες ανοσοφθορισμούεπικύρωσε περαιτέρω αυτές τις παρατηρήσεις, δείχνοντας αυξημένη έκφραση iNOS σε ποντίκια που εκτέθηκαν σε HDM και μείωση μετά από θεραπεία με Cistanche (Εικόνα 8G και Συμπληρωματικό Σχήμα 3). Παράλληλα, αξιολογήσαμε το επίπεδο έκφρασης τουPI3K(Συμπληρωματικό Σχήμα 3). Σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου, η ομάδα HDM παρουσίασεανοδική ρύθμιση του PI3K, υποδηλώνοντας τη συμμετοχή του στην ασθματική απόκριση.

Ιδιαίτερα,Cistanche σε χαμηλή δόση (20 mg/kg)δεν βελτίωσε σημαντικά την έκφραση PI3K που μεταβλήθηκε από HDM. Ωστόσο,υψηλότερες συγκεντρώσεις Cistanche μείωσαν αποτελεσματικά την έκφραση PI3K. Αυτή η ρυθμιστική επίδραση στην έκφραση του PI3K συσχετίστηκε με βελτιώσεις στην υπερανταπόκριση των αεραγωγών (AHR) και μειωμένες παθολογικές αλλαγές σε ασθματικά ποντίκια, υποδεικνύονταςθεραπευτικές δυνατότητες του Cistanche μέσω διαμόρφωσης της οδού PI3K.

 

Εικόνα 8. Το iNOS ως θεραπευτικός στόχος του Cistanche στο άσθμα

A.Προσδιορισμός του iNOS ως δυνητικού στόχου μέσω διασταύρωσης συνόλων γονιδίων.
B.Τιμές TPM του iNOS από δεδομένα RNA-seq.
C.Η μοριακή σύνδεση επιβεβαιώνει την αλληλεπίδραση μεταξύ PG και iNOS.
D.Ένταση φθορισμού που υποδεικνύει δραστηριότητα iNOS.
E.Ανάλυση Western blot των επιπέδων πρωτεΐνης iNOS σε διαφορετικές πειραματικές ομάδες.
F.Ανάλυση qPCR των επιπέδων μεταγραφής iNOS μεταξύ των ομάδων.
G.Ανάλυση ανοσοφθορισμού που δείχνει πρότυπα έκφρασης iNOS σε διάφορες ομάδες θεραπείας.
Όλα τα πειραματικά δεδομένα αντιπροσωπεύουν τουλάχιστον τρία ανεξάρτητα αντίγραφα και εκφράζονται ως μέση ± τυπική απόκλιση (SD).

Συμπέρασμα, Κύρια σημεία και Προοπτικές Εφαρμογές

Cistanche deserticolaείναι ένα πολύτιμο παραδοσιακό κινέζικο βότανο, γνωστό από καιρό για την αποτελεσματικότητά του στην αντιμετώπιση διαφόρων παθήσεων υγείας. Οι σύγχρονες επιστημονικές έρευνες έχουν αποκαλύψει τις βιοδραστηριότητές του ευρέος φάσματος, συμπεριλαμβανομένων των αντιφλεγμονωδών, αντιοξειδωτικών, αντιγηραντικών και ανοσοενισχυτικών επιδράσεων (Li et al., 2016). Συγκεκριμένα, μελέτες έχουν διερευνήσει τις θεραπευτικές του δυνατότητες σε ασθένειες όπως ο διαβήτης, όπου έχει δείξει πολλά υποσχόμενα για τη ρύθμιση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα μετά το γεύμα και τη βελτίωση της αντίστασης στην ινσουλίνη (Xiong et al., 2013). Επιπλέον, σε νευρολογικά πλαίσια,Cistancheέχει αποδείξει δυνατότητες ανακούφισης της βλάβης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού μετά από ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο ρυθμίζοντας τη νευροφλεγμονή (Liao et al., 2023). Στην ογκολογία, φαινυλαιθανοειδείς γλυκοσίδες απόCistanche tubulosaέχουν δείξει αντικαρκινικά αποτελέσματα, υποδηλώνοντας θεραπευτική δυνατότητα στο ηπατοκυτταρικό καρκίνωμα (Peng et al., 2021).

Αν και η έρευνα για τα αναπνευστικά οφέλη τουCistancheβρίσκεται ακόμα στα αρχικά του στάδια, τα προκαταρκτικά ευρήματα υποδηλώνουν τα πιθανά πλεονεκτήματά του. Για παράδειγμα, η εχινακοσίδη, μια βιοδραστική ένωση που βρίσκεται σεCistanche, έχει δείξει πολλά υποσχόμενη μείωση του θανάτου των ενδοθηλιακών κυττάρων που προκαλείται από το οξειδωτικό στρες, ανακουφίζοντας έτσι τα συμπτώματα τραυματισμού των πνευμόνων (Xie et al., 2023).

Στο πλαίσιο του άσθματος, η μελέτη μας σηματοδοτεί την πρώτη προσπάθεια διερεύνησης του θεραπευτικού δυναμικού και των υποκείμενων μηχανισμών τουCistanche. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο ποντικιού άσθματος που προκαλείται από ακάρεα οικιακής σκόνης (HDM),Cistancheχορηγήθηκε ως θεραπευτική παρέμβαση. Ενθαρρυντικά, τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν τα σημαντικά αποτελέσματά του στον έλεγχο του άσθματος, συμπεριλαμβανομένης της μειωμένης υπερανταπόκρισης των αεραγωγών (AHR), της μειωμένης διήθησης των φλεγμονωδών κυττάρων και της ανακούφισης της πνευμονικής φλεγμονής και της παραγωγής βλέννας στο αλλεργικό άσθμα.

Κυτοκίνες όπωςIL-4καιIL-5παίζουν καθοριστικούς ρόλους στην παθογένεση του άσθματος (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). Το IL-4 είναι ζωτικής σημασίας για τη διέγερση των Β κυττάρων να παράγουν αντισώματα IgE, οδηγώντας σε αυξημένα επίπεδα IgE - χαρακτηριστικό του αλλεργικού άσθματος και προγνωστικό κίνδυνο έξαρσης. Το IL-5, από την άλλη πλευρά, είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη και την ενεργοποίηση των ηωσινοφίλων, τα οποία απελευθερώνουν προφλεγμονώδεις μεσολαβητές που επιδεινώνουν τη φλεγμονή των αεραγωγών και την έκκριση βλέννας.

Η μεταγραφική μας ανάλυση το αποκάλυψε αυτόCistancheΗ θεραπεία διέκοψε τις οδούς που σχετίζονται με τα IL-4, IL-5 και τα ηωσινόφιλα - ένα εύρημα που υποστηρίζεται περαιτέρω από τα αποτελέσματα GSVA. Η ΓΣΕΑ τόνισε περαιτέρω τη σχέση μεταξύCistancheτη θεραπεία και τις ανοσοαποκρίσεις κυτοκινών τύπου 2, υπογραμμίζοντας τη θεραπευτική της σημασία στο άσθμα. Τα πειραματικά αποτελέσματα το έδειξαν επίσηςCistancheμειωμένα επίπεδα IgE, IL-5 και IL-13 ορού σε ασθματικά ποντίκια, επιβεβαιώνοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητά του στην ανακούφιση των συμπτωμάτων άσθματος.

Συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα της ΓΣΕΑ μας υποδεικνύουν αυτόCistancheσυμμετέχει σε βιολογικές διεργασίες που σχετίζονται με τα γλυκοκορτικοστεροειδή. Δεδομένων των ανεπιθύμητων ενεργειών και της περιορισμένης ευαισθησίας που παρατηρείται σε ορισμένους ασθενείς κατά τη μακροχρόνια θεραπεία με κορτικοστεροειδή (Ip et al., 2018), αυτό το εύρημα ανοίγει δρόμους για τη διερεύνηση εναλλακτικών θεραπειών με γλυκοκορτικοειδή. Πρόσφατες μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι οι δραστικές ενώσεις σεCistanche, όπωςακτεοσίδη, ασκούν σημαντικές επιδράσεις στην οστεοπόρωση που προκαλείται από γλυκοκορτικοστεροειδή (Li et al., 2023), υποστηρίζοντας περαιτέρω τη σκοπιμότηταCistancheως εναλλακτική ή συμπληρωματική θεραπεία για το άσθμα.

ΟΔιαδρομή σηματοδότησης PI3K-AKTπαίζει καθοριστικό ρόλο στην παθοφυσιολογία του άσθματος. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότιmiR-200aπροάγει την ανάπτυξη του άσθματος μέσω του άξονα PI3K-AKT-FOXC1 (Lin et al., 2014). Αυτό το μονοπάτι ρυθμίζει επίσηςκυκλίνη D1, το οποίο είναι κρίσιμο στην αναδιαμόρφωση των λείων μυών των αεραγωγών (Feng et al., 2014) και ρυθμίζει την έκφραση μορίων που σχετίζονται με το άσθμα, όπωςIL-7, TNF-, καιIgE(Winer et al., 2022; Jing et al., 2019; Dera et al., 2020).

Στη μελέτη μας, η κύρια βιοδραστική ένωση τουCistancheταυτοποιήθηκε μέσω LC-HRMS ωςπινορεσινόλη 4-O- -D-γλυκοπυρανοσίδη (PG), με μοριακό τύποC₂₆H₃₂O₁₁. Η PG ανήκει σε ενώσεις που προέρχονται από λιγνάνες, γνωστές για τις αντιφλεγμονώδεις, αντιοξειδωτικές και ανοσοκατασταλτικές τους ιδιότητες (Osmakov et al., 2022) - και αναδείχθηκε ως ένας πολλά υποσχόμενος υποψήφιος για θεραπεία του άσθματος. Η ανάλυση εμπλουτισμού στόχου για την PG έδειξε ισχυρούς συσχετισμούς με την οδό PI3K-AKT, υποδηλώνοντας ότι τα θεραπευτικά της αποτελέσματα μπορεί να μεσολαβούν μέσω αυτού του μηχανισμού.

Οξείδιο του αζώτου (NO), μια αέρια ελεύθερη ρίζα (N=O), υπάρχει σε αφθονία στο ανθρώπινο αναπνευστικό και καρδιαγγειακό σύστημα (Antosova et al., 2017). Στο άσθμα, το ΝΟ χρησιμεύει ως φλεγμονώδης βιοδείκτης, που συχνά μετράται ωςκλασματικό εκπνεόμενο μονοξείδιο του αζώτου (FeNO)για την αξιολόγηση της σοβαρότητας της νόσου και την καθοδήγηση της θεραπείας με στεροειδή (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). Αυξημένα επίπεδα FeNO, στενά συνδεδεμένα με τη φλεγμονή των αεραγωγών τύπου 2 που προκαλείται από IL-13, παρατηρήθηκαν επίσης στο μοντέλο άσθματός μας. Το ΝΟ συντίθεται κυρίως απόσυνθάσες μονοξειδίου του αζώτου (NOS), ιδιαίτερα την επαγώγιμη ισομορφήiNOS (NOS2), η οποία ρυθμίζεται προς τα πάνω κάτω από προφλεγμονώδεις συνθήκες (Anavi & Tirosh, 2020). Η υπερέκφραση του iNOS οδηγεί σε αυξημένη παραγωγή ΝΟ, προάγοντας την έκκριση βλέννας και τη στρατολόγηση ηωσινοφίλων, επιδεινώνοντας έτσι τα συμπτώματα άσθματος (Meurs et al., 2003). Οι αναστολείς iNOS έχουν δείξει δυνατότητες στη διαχείριση των επιπέδων FeNO σε ασθενείς με άσθμα (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Μέσω ολοκληρωμένης ανάλυσης γονιδίων που σχετίζονται με το άσθμα, μονάδων WGCNA και γονιδίων στοχευμένων με PG, εντοπίσαμεiNOSως γονίδιο πυρήνα.CistancheΗ θεραπεία μείωσε τα επίπεδα πρωτεΐνης iNOS σε ποντίκια με μοντέλο άσθματος, υποδηλώνοντας καταστολή της παραγωγής ΝΟ που σχετίζεται με τη φλεγμονή. Η μοριακή σύνδεση επιβεβαίωσε την ισχυρή συγγένεια δέσμευσης μεταξύ PG και iNOS και η θεραπεία με PG μείωσε τόσο τη δραστηριότητα NOS όσο και τα επίπεδα πρωτεΐνης iNOS.

Η υπάρχουσα έρευνα δείχνει επίσης ότι η οδός PI3K-AKT ρυθμίζει την έκφραση iNOS σε άλλα φυσιολογικά συστήματα (Zafirovic et al., 2019; Lu et al., 2022). Στο μοντέλο του ποντικιού μας,Cistancheθεραπεία μείωσε την έκφραση PI3K στα επιθηλιακά κύτταρα του πνεύμονα. Ενώ ο ρόλος του στο άσθμα απαιτεί περαιτέρω διερεύνηση, τα ευρήματά μας προτείνουν μια νέα ρυθμιστική σύνδεση μεταξύ της οδού PI3K-AKT και του iNOS στο πλαίσιοCistancheθεραπεία. Απαιτούνται πρόσθετες μηχανιστικές μελέτες για την επικύρωση αυτών των οδών.

 

Σχηματική Περίληψη: Μηχανισμοί του Cistanche στη θεραπεία του άσθματος

Η έκθεση σε HDM εκκινεί έναν καταρράκτη παθολογικών αλλαγών των αεραγωγών που χαρακτηρίζονται από αυξημένη αντιδραστικότητα και φλεγμονώδη κυτταρική διήθηση.Cistanche, ένα παραδοσιακό φυτικό φάρμακο, επιδεικνύει την ικανότητα εξουδετέρωσης αυτών των επιδράσεων που προκαλούνται από το HDM μέσω διπλών μηχανισμών:

Διαμόρφωση της οδού PI3K, επηρεάζοντας τις κυτταρικές αποκρίσεις και μειώνοντας τη φλεγμονή που σχετίζεται με το άσθμα.

Άμεση στόχευση του iNOSαπό το βιοδραστικό συστατικό του PG, με αποτέλεσμα την καταστολή της έκφρασης και της δραστηριότητας του iNOS. Η υπορρύθμιση του iNOS με τη μεσολάβηση PG προσφέρει μια πιθανή μοριακή παρέμβαση για την ανακούφιση των βασικών συμπτωμάτων του άσθματος.

 

Παραπομπή

Liu, J., Gao, J., Xiong, A., Li, G., Zhong, K., Bai, L., Li, X., Ran, Q., Xiong, Y., & He, X. (2025).Διερεύνηση του θεραπευτικού δυναμικού και των μοριακών μηχανισμών του Cistanche στη θεραπεία του άσθματος. Phytomedicine: International Journal of Phytotherapy and Phytopharmacology, 136, 156265.