Terapeutický potenciál a molekulární mechanismy Cistanche Deserticola u astmatu: Zacílení na dráhu PI3K-AKT a zánět zprostředkovaný INOS

Identifikace hubových genů spojených s astmatem pomocí analýzy WGCNA

Ke zkoumání klíčových genů spojených s astmatem jsme použili soubor dat GSE67472 z databáze Gene Expression Omnibus (GEO). Tato datová sada obsahuje vzorky z62 jedinců s diagnózou astmatukteří nebyli léčeni inhalačními kortikosteroidy a akontrolní skupina 43 zdravých jedinců.

Diferenciálně exprimované geny (DEG) byly analyzovány a vizualizovány pomocísopečné parcelyateplotní mapy(Obrázky 7A a 7B). PřesSíťová analýza vážené genové koexprese (WGCNA), identifikovali jsme27 genových modulůvýznamně souvisí s rozvojem astmatu ve srovnání se zdravými kontrolami (obrázek 7C).

Mezi tyto,modul "skyblue".ukázalnejsilnější pozitivní korelaces astmatem
(korelační koeficient:r = 0.62, p = 2e-127D).
Obrázek 7E znázorňuje teplotní mapu sousedství znázorňující vztahy mezi moduly souvisejícími s vlastnostmi a modulem skyblue.

Dále jsme analyzovali korelaci mezičlenství v modulu (MM)agenový význam (GS)pro astma v modulu skyblue (obrázek 7F), odhalující asilná pozitivní korelace(korelace =0.84, p = 1.1e-41), zdůrazňující robustní spojení mezi nebesky modrým modulem a astmatem.

Bylinný čaj Cistanche pro léčbu astmatu

 

Whatsapp, abychom získali čaj Cistanche

 

 

Následujícíanalýza funkčního obohacenígenů v modulu skyblue potvrdilo jejich zapojení do biologických procesů a drah souvisejících s astmatem, včetněVazba IgE, astmaaIL-17 signální cesta (Figures 7G–J).

 

Obrázek 7. Identifikace hlavních genů souvisejících s astmatem pomocí WGCNA

A–B.Vizualizace stupňů pomocí sopečného grafu a teplotní mapy.
C.Shlukovací dendrogram koexprimovaných genů spojených s astmatem.
D.Vztahy mezi moduly a vlastnostmi u astmatu. Každá buňka ukazuje korelační koeficient a p-hodnotu.
E.Teplotní mapa zobrazující vztahy sousedství vlastních modulů.
F.Korelace mezi členstvím v modulu a genovým významem pro astma v modulu skyblue.
G–J.Funkční analýza obohacení genů v modulu skyblue.

 

 

 

iNOS jako terapeutický indikátor léčby cistanche u astmatu

Abychom prozkoumali klíčové geny související s astmatem, sestavili jsme 259 genů z různých databází onemocnění, včetněGeneCards, Databáze terapeutických cílů, DisGeNETaOMIM. Protnutím těchto genů s geny znebesky modrý modulaPG-cílené geny, identifikovali jsmeiNOS (indukovatelná syntáza oxidu dusnatého)jako ajádrový gen(Obrázek 8A).

Další analýza dat RNA-seq to odhalilaExprese iNOS byla sníženapo léčbě Cistanche (obrázek 8B). navícmolekulární dokováníPro ověření vazebné afinity mezi PG a iNOS proteinem (obrázek 8C). Pozoruhodně byly pozorovány příznivé interakce zahrnující aminokyselinové zbytky, jako napřarginin, glutamátatryptofan. Měřenývazebná energie -8,97 kcal/molindikovala silnou vazebnou afinitu mezi PG a iNOS (doplňková tabulka 2).

Chcete-li potvrdit funkční účinek PG na iNOS,in vitro testybyly provedeny (obrázek 8D). Výsledky to ukázalyPG významně zeslabil HDM-indukovanou aktivitu iNOS, podporující nálezy molekulárního dokování.

Poté jsme zkoumali účinek PG naExprese proteinu iNOS. Western blot analýzaukázaly, že léčba HDM zvýšila expresi iNOS v buňkách MLE12, která byla snížena po léčbě PG (obrázek 8E). Podobně,qPCR analýzaRNA extrahované z myší plicní tkáně odhalilo významné zvýšení exprese iNOS u HDM myší, které bylo sníženo po léčbě Cistanche (obrázek 8F).

Imunofluorescenční testydále potvrdila tato pozorování a ukázala zvýšenou expresi iNOS u myší vystavených HDM a snížení po léčbě Cistanche (obrázek 8G a doplňkový obrázek 3). Paralelně jsme hodnotili hladinu expresePI3K(Doplňkový obrázek 3). Ve srovnání s kontrolní skupinou vystavovala skupina HDMupregulace PI3K, což naznačuje jeho zapojení do astmatické odpovědi.

Zejména,Cistanche v nízké dávce (20 mg/kg)významně nezlepšila expresi PI3K změněnou HDM. Však,vyšší koncentrace Cistanche účinně snižovaly expresi PI3K. Tento regulační účinek na expresi PI3K koreloval se zlepšením hyperreaktivity dýchacích cest (AHR) a snížením patologických změn u astmatických myší, což ukazuje naterapeutický potenciál Cistanche prostřednictvím modulace dráhy PI3K.

 

Obrázek 8. iNOS jako terapeutický cíl Cistanche u astmatu

A.Identifikace iNOS jako potenciálního cíle prostřednictvím průniku genových sad.
B.Hodnoty TPM iNOS z dat RNA-seq.
C.Molekulární dokování potvrzuje interakci mezi PG a iNOS.
D.Intenzita fluorescence indikující aktivitu iNOS.
E.Western blot analýza hladin proteinu iNOS v různých experimentálních skupinách.
F.qPCR analýza hladin transkriptů iNOS napříč skupinami.
G.Imunofluorescenční analýza ukazující vzorce exprese iNOS v různých léčebných skupinách.
Všechna experimentální data představují alespoň tři nezávislé replikáty a jsou vyjádřeny jako průměr ± standardní odchylka (SD).

Závěr, hlavní body a budoucí aplikace

Cistanche deserticolaje ceněná tradiční čínská bylina, dlouho uznávaná pro svou účinnost při řešení různých zdravotních problémů. Moderní vědecké výzkumy odhalily jeho širokospektrální bioaktivity, včetně protizánětlivých, antioxidačních, anti-aging a imunitních posilujících účinků (Li et al., 2016). Studie zkoumaly jeho terapeutický potenciál u nemocí, jako je diabetes, kde se ukázal jako slibný při regulaci postprandiálních hladin glukózy v krvi a zlepšení inzulinové rezistence (Xiong et al., 2013). Navíc v neurologických souvislostechCistancheprokázal potenciál při zmírňování poškození hematoencefalické bariéry po ischemické mrtvici modulací neurozánětu (Liao et al., 2023). V onkologii fenylethanoidové glykosidy zCistanche tubulosavykazovaly protinádorové účinky, což naznačuje terapeutický potenciál u hepatocelulárního karcinomu (Peng et al., 2021).

Ačkoli výzkum respiračních přínosůCistancheje stále v rané fázi, předběžná zjištění naznačují jeho potenciální výhody. Například echinakosid, bioaktivní sloučenina nacházející se vCistanche, ukázaly slibné zmírnění smrti endoteliálních buněk vyvolané oxidativním stresem, a tím zmírnění symptomů poškození plic (Xie et al., 2023).

V souvislosti s astmatem je naše studie prvním pokusem prozkoumat terapeutický potenciál a základní mechanismy astmatuCistanche. Pomocí modelu myší s astmatem vyvolaným roztoči domácího prachu (HDM)Cistanchebyl podáván jako terapeutická intervence. Naše výsledky povzbudivě ukazují jeho významné účinky při kontrole astmatu, včetně snížené hyperreaktivity dýchacích cest (AHR), snížené infiltrace zánětlivých buněk a zmírnění zánětu plic a produkce hlenu u alergického astmatu.

Cytokiny jako napřIL-4aIL-5hrají klíčovou roli v patogenezi astmatu (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). IL-4 je zásadní pro stimulaci B buněk k produkci IgE protilátek, což vede ke zvýšeným hladinám IgE – charakteristickým znakem alergického astmatu a prediktorem rizika exacerbace. IL-5 je na druhé straně nezbytný pro růst a aktivaci eozinofilů, které uvolňují prozánětlivé mediátory, které zhoršují zánět dýchacích cest a sekreci hlenu.

Naše transkriptomická analýza to odhalilaCistancheléčba narušila dráhy spojené s IL-4, IL-5 a eozinofily – toto zjištění dále podporují výsledky GSVA. GSEA dále zdůraznila souvislost meziCistancheléčba a imunitní cytokinové odpovědi typu 2, což podtrhuje její terapeutický význam u astmatu. Prokázaly to i experimentální výsledkyCistanchesnížené hladiny IgE, IL-5 a IL-13 v séru u astmatických myší, což dále potvrzuje jeho účinnost při zmírňování příznaků astmatu.

Naše výsledky GSEA tomu nasvědčujíCistancheúčastní se biologických procesů souvisejících s glukokortikoidy. Vzhledem k nežádoucím účinkům a omezené citlivosti pozorované u některých pacientů během dlouhodobé léčby kortikosteroidy (Ip et al., 2018) toto zjištění otevírá cestu pro zkoumání alternativních terapií glukokortikoidy. Nedávné studie odhalily, že aktivní sloučeniny vCistanche, jako napřakteosidmají významné účinky na osteoporózu vyvolanou glukokortikoidy (Li et al., 2023), což dále podporuje proveditelnostCistanchejako alternativní nebo doplňková léčba astmatu.

TheSignální dráha PI3K-AKThraje klíčovou roli v patofyziologii astmatu. Nedávné studie to ukázalymiR-200apodporuje rozvoj astmatu prostřednictvím osy PI3K-AKT-FOXC1 (Lin et al., 2014). Tato cesta také regulujecyklin D1, který je kritický při remodelaci hladkého svalstva dýchacích cest (Feng et al., 2014) a moduluje expresi molekul souvisejících s astmatem, jako je např.IL-7, TNF-aIgE(Winer a kol., 2022; Jing a kol., 2019; Dera a kol., 2020).

V naší studii je hlavní bioaktivní sloučeninaCistanchebyla identifikována pomocí LC-HRMS jakopinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG)s molekulárním vzorcemC₂₆H₃₂O₁₁. PG patří ke sloučeninám pocházejícím z lignanů z rostlin, které jsou známé svými protizánětlivými, antioxidačními a imunosupresivními vlastnostmi (Osmakov et al., 2022) – a ukázal se jako slibný kandidát na léčbu astmatu. Analýza cílového obohacení pro PG prokázala silné spojení s PI3K-AKT dráhou, což naznačuje, že jeho terapeutické účinky mohou být zprostředkovány tímto mechanismem.

oxid dusnatý (NO), plynný volný radikál (N=}O), je hojně přítomen v lidském dýchacím a kardiovaskulárním systému (Antosova et al., 2017). U astmatu slouží NO jako zánětlivý biomarker, často měřený jakofrakční vydechovaný oxid dusnatý (FeNO)k posouzení závažnosti onemocnění a vedení steroidní terapie (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). V našem modelu astmatu byly také pozorovány zvýšené hladiny FeNO, úzce spojené se zánětem dýchacích cest 2. typu zprostředkovaným IL-13. NO je primárně syntetizovánsyntázy oxidu dusnatého (NOS)zejména indukovatelná izoformaiNOS (NOS2), který je upregulován za prozánětlivých stavů (Anavi & Tirosh, 2020). Nadměrná exprese iNOS vede ke zvýšené produkci NO, podporuje sekreci hlenu a získávání eozinofilů, čímž se zhoršují symptomy astmatu (Meurs et al., 2003). Inhibitory iNOS prokázaly potenciál při zvládání hladin FeNO u pacientů s astmatem (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Prostřednictvím integrované analýzy genů souvisejících s astmatem, modulů WGCNA a genů cílených na PG jsme identifikovaliiNOSjako základní gen.Cistancheléčba snížila hladiny proteinu iNOS u myší s modelem astmatu, což naznačuje potlačení produkce NO spojené se zánětem. Molekulární dokování potvrdilo silnou vazebnou afinitu mezi PG a iNOS a ošetření PG snížilo jak aktivitu NOS, tak hladiny proteinu iNOS.

Stávající výzkum také naznačuje, že dráha PI3K-AKT reguluje expresi iNOS v jiných fyziologických systémech (Zafirovic et al., 2019; Lu et al., 2022). V našem modelu myšiCistancheléčba snížila expresi PI3K v plicních epiteliálních buňkách. Zatímco jeho role u astmatu vyžaduje další zkoumání, naše zjištění naznačují novou regulační vazbu mezi dráhou PI3K-AKT a iNOS v kontextuCistanchezacházení. K ověření těchto cest jsou zapotřebí další mechanistické studie.

 

Schematické shrnutí: Mechanismy Cistanche v léčbě astmatu

Expozice HDM spouští kaskádu patologických změn dýchacích cest charakterizovaných zvýšenou reaktivitou a infiltrací zánětlivých buněk.Cistanche, tradiční bylinný lék, prokazuje schopnost působit proti těmto účinkům vyvolaným HDM prostřednictvím dvou mechanismů:

Modulace dráhy PI3Kovlivnění buněčných odpovědí a snížení zánětu souvisejícího s astmatem;

Přímé zacílení iNOSjeho bioaktivní složkou PG, což vede k potlačení exprese a aktivity iNOS. PG-zprostředkovaná downregulace iNOS nabízí potenciální molekulární intervenci pro zmírnění klíčových symptomů astmatu.

 

Citace

Liu, J., Gao, J., Xiong, A., Li, G., Zhong, K., Bai, L., Li, X., Ran, Q., Xiong, Y., & He, X. (2025).Zkoumání terapeutického potenciálu Cistanche a molekulárních mechanismů v léčbě astmatu. Fytomedicína: Mezinárodní žurnál fytoterapie a fytofarmakologie, 136, 156265.