Terapijski potencijal i molekularni mehanizmi Cistanche Deserticola u astmi: ciljanje PI3K-AKT puta i INOS-posredovane upale

Identifikacija hub gena povezanih s astmom putem WGCNA analize

Da bismo istražili ključne gene povezane s astmom, koristili smo skup podataka GSE67472 iz baze podataka Gene Expression Omnibus (GEO). Ovaj skup podataka uključuje uzorke iz62 osobe sa dijagnozom astmekoji nisu primali terapiju inhalacijskim kortikosteroidima, i akontrolnu grupu od 43 zdrave osobe.

Diferencijalno izraženi geni (DEG) su analizirani i vizualizirani korištenjemvulkanske parceleitoplotne karte(Slike 7A i 7B). KrozAnaliza mreže ponderisane genske koekspresije (WGCNA), identifikovali smo27 genskih modulaznačajno povezan sa razvojem astme u poređenju sa zdravim kontrolama (Slika 7C).

Među njima,"skyblue" modulpokazao jenajjača pozitivna korelacijasa astmom
(koeficijent korelacije:r = 0.62, p = 2e-12, Slika 7D).
Slika 7E ilustruje toplotnu mapu susjedstva koja prikazuje odnose između modula vezanih za osobine i nebeskoplavog modula.

Dalje smo analizirali korelaciju izmeđučlanstvo u modulu (MM)iznačaj gena (GS)za astmu unutar skyblue modula (slika 7F), otkrivajući ajaka pozitivna korelacija(korelacija =0.84, p = 1.1e-41), naglašavajući čvrstu povezanost između skyblue modula i astme.

Cistanche biljni čaj za liječenje astme

 

Whatsapp nas za nabavku Cistanche čaja

 

 

Naknadnoanaliza funkcionalnog obogaćivanjagena unutar skyblue modula potvrdili su njihovu uključenost u biološke procese i puteve povezane s astmom, uključujućiIgE vezivanje, astma, i theIL-17 signalni put(Slike 7G–J).

 

Slika 7. Identifikacija osnovnih gena povezanih sa astmom pomoću WGCNA

A–B.Vizualizacija DEG-ova korišćenjem vulkanskog dijagrama i toplotne karte.
C.Grupirani dendrogram ko-ekspresiranih gena povezanih s astmom.
D.Odnosi modula i osobina kod astme. Svaka ćelija prikazuje koeficijent korelacije i p-vrijednost.
E.Toplotna karta koja pokazuje odnose susjedstva vlastitih gena modula.
F.Korelacija između članstva u modulu i značaja gena za astmu u skyblue modulu.
G–J.Analiza funkcionalnog obogaćivanja gena u skyblue modulu.

 

 

 

iNOS kao terapijski pokazatelj liječenja astme

Kako bismo istražili ključne gene povezane s astmom, prikupili smo 259 gena iz više baza podataka o bolestima, uključujućiGeneCards, Therapeutic Target Database, DisGeNET, iOMIM. Ukrštanjem ovih gena sa onima izskyblue moduliPG-ciljani geni, identifikovali smoiNOS (inducibilna sintaza dušikovog oksida)kao ajezgro gena(Slika 8A).

Dalja analiza RNA-seq podataka je to otkrilaiNOS ekspresija je smanjenanakon tretmana Cistancheom (Slika 8B). Osim toga,molekularno spajanjeizvršeno je da se potvrdi afinitet vezivanja između PG i iNOS proteina (slika 8C). Značajno, uočene su povoljne interakcije koje uključuju aminokiselinske ostatke kao nprarginin, glutamat, itriptofan. Izmjerenoenergija vezivanja od -8,97 kcal/molukazuje na snažan afinitet vezivanja između PG-a i iNOS-a (dodatna tabela 2).

Da biste potvrdili funkcionalni učinak PG-a na iNOS,in vitro testovisu sprovedene (slika 8D). Rezultati su to pokazaliPG je značajno oslabio HDM-indukovanu iNOS aktivnost, koji podržava nalaze molekularnog spajanja.

Zatim smo ispitali uticaj PG naekspresija iNOS proteina. Western blot analizapokazalo je da HDM tretman povećava ekspresiju iNOS u MLE12 ćelijama, koja je smanjena nakon tretmana PG (Slika 8E). Slično,qPCR analizaRNK ekstrahovane iz mišjeg plućnog tkiva otkrile su značajno povećanje ekspresije iNOS kod HDM miševa, koje je smanjeno nakon tretmana Cistancheom (slika 8F).

Imunofluorescentni testovidodatno je potvrdio ova zapažanja, pokazujući povećanu ekspresiju iNOS-a kod miševa izloženih HDM-u i smanjenje nakon tretmana Cistancheom (slika 8G i dodatna slika 3). Paralelno smo procijenili nivo ekspresijePI3K(Dopunska slika 3). U poređenju sa kontrolnom grupom, izlagala je HDM gruparegulacija PI3K, što ukazuje na njegovu uključenost u astmatični odgovor.

Posebno,Cistanche u niskoj dozi (20 mg/kg)nije značajno poboljšala ekspresiju PI3K izmijenjenu HDM-om. međutim,veće koncentracije Cistanchea su efikasno smanjile ekspresiju PI3K. Ovaj regulatorni učinak na ekspresiju PI3K korelirao je s poboljšanjima hiperreaktivnosti dišnih puteva (AHR) i smanjenim patološkim promjenama kod astmatičnih miševa, što ukazuje naterapeutski potencijal Cistanchea putem modulacije PI3K puta.

 

Slika 8. iNOS kao terapijski cilj Cistanche kod astme

A.Identifikacija iNOS-a kao potencijalne mete kroz ukrštanje skupova gena.
B.TPM vrijednosti iNOS-a iz RNA-seq podataka.
C.Molekularno spajanje potvrđuje interakciju između PG-a i iNOS-a.
D.Intenzitet fluorescencije koji ukazuje na aktivnost iNOS-a.
E.Western blot analiza nivoa iNOS proteina u različitim eksperimentalnim grupama.
F.qPCR analiza nivoa iNOS transkripta u grupama.
G.Imunofluorescentna analiza koja pokazuje obrasce ekspresije iNOS-a u različitim tretiranim grupama.
Svi eksperimentalni podaci predstavljaju najmanje tri nezavisna ponavljanja i izraženi su kao srednja vrijednost ± standardna devijacija (SD).

Zaključak, istaknuti detalji i buduće primjene

Cistanche deserticolaje cijenjena tradicionalna kineska biljka, dugo cijenjena zbog svoje efikasnosti u rješavanju različitih zdravstvenih stanja. Moderna naučna istraživanja otkrila su njegove bioaktivnosti širokog spektra, uključujući protuupalne, antioksidativne, anti-aging efekte i djelovanje na jačanje imuniteta (Li et al., 2016). Značajno, studije su istražile njegov terapeutski potencijal kod bolesti kao što je dijabetes, gdje je pokazao obećavajuće u regulaciji postprandijalnog nivoa glukoze u krvi i poboljšanju otpornosti na inzulin (Xiong et al., 2013.). Osim toga, u neurološkim kontekstima,Cistancheje pokazao potencijal u ublažavanju oštećenja krvno-moždane barijere nakon ishemijskog moždanog udara modulacijom neuroinflamacije (Liao et al., 2023). U onkologiji, feniletanoidni glikozidi izCistanche tubulosasu pokazali antitumorske efekte, što ukazuje na terapeutski potencijal kod hepatocelularnog karcinoma (Peng et al., 2021).

Iako istraživanja o respiratornim prednostimaCistancheje još uvijek u ranoj fazi, preliminarni nalazi ukazuju na njegove potencijalne prednosti. Na primjer, ehinakozid, bioaktivno jedinjenje koje se nalazi uCistanche, pokazao je obećavajući u smanjenju smrti endotelnih stanica izazvane oksidativnim stresom, čime se ublažavaju simptomi ozljede pluća (Xie et al., 2023).

U kontekstu astme, naša studija predstavlja prvi pokušaj da se istraži terapeutski potencijal i osnovni mehanizmiCistanche. Koristeći model miša za astmu izazvanu grinjama kućne prašine (HDM),Cistancheje primijenjen kao terapijska intervencija. Ohrabrujuće, naši rezultati pokazuju njegove značajne efekte u kontroli astme, uključujući smanjenu hiperreaktivnost disajnih puteva (AHR), smanjenu infiltraciju upalnih ćelija i ublažavanje upale pluća i proizvodnje sluzi kod alergijske astme.

Citokini kao nprIL-4iIL-5igraju ključnu ulogu u patogenezi astme (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). IL-4 je ključan za stimulaciju B ćelija da proizvode IgE antitijela, što dovodi do povišenih nivoa IgE – obilježja alergijske astme i prediktora rizika od pogoršanja. IL-5 je, s druge strane, neophodan za rast i aktivaciju eozinofila, koji oslobađaju proinflamatorne medijatore koji pogoršavaju upalu dišnih puteva i lučenje sluzi.

Naša transkriptomska analiza je to otkrilaCistanchetretmanom poremećeni putevi povezani sa IL-4, IL-5 i eozinofilima – nalaz koji dodatno podržavaju GSVA rezultati. GSEA je dalje naglasio povezanost izmeđuCistanchetretman i imuni odgovor citokina tipa 2, naglašavajući njegovu terapijsku važnost u astmi. To su pokazali i eksperimentalni rezultatiCistanchesmanjen nivo IgE, IL-5 i IL-13 u serumu kod astmatičnih miševa, što dodatno potvrđuje njegovu efikasnost u ublažavanju simptoma astme.

Naime, naši rezultati GSEA su to sugeriraliCistancheučestvuje u biološkim procesima povezanim sa glukokortikoidima. S obzirom na štetne efekte i ograničenu osjetljivost uočene kod nekih pacijenata tokom dugotrajne terapije kortikosteroidima (Ip et al., 2018), ovaj nalaz otvara puteve za istraživanje alternativnih glukokortikoidnih terapija. Nedavne studije su otkrile da aktivni spojevi uCistanche, kao što jeacteoside, imaju značajne efekte na osteoporozu izazvanu glukokortikoidima (Li et al., 2023.), dodatno podržavajući izvodljivostCistanchekao alternativna ili dodatna terapija za astmu.

ThePI3K-AKT signalni putigra ključnu ulogu u patofiziologiji astme. Nedavne studije su to pokazalemiR-200apromovira razvoj astme preko PI3K-AKT-FOXC1 ose (Lin et al., 2014). Ovaj put takođe regulišeciklin D1, koji je kritičan u remodeliranju glatkih mišića disajnih puteva (Feng et al., 2014.) i modulira ekspresiju molekula povezanih s astmom, kao što suIL-7, TNF-, iIgE(Winer et al., 2022; Jing et al., 2019; Dera et al., 2020).

U našem istraživanju, glavni bioaktivni spoj odCistancheje identificiran putem LC-HRMS kaopinorezinol 4-O- -D-glukopiranozid (PG), s molekularnom formulomC₂₆H₃₂O₁₁. PG pripada spojevima lignana iz biljaka poznatih po svojim protuupalnim, antioksidativnim i imunosupresivnim svojstvima (Osmakov et al., 2022) i pojavio se kao obećavajući kandidat za liječenje astme. Analiza ciljanog obogaćivanja za PG pokazala je snažnu povezanost s PI3K-AKT putem, što sugerira da njegovi terapijski efekti mogu biti posredovani ovim mehanizmom.

dušikov oksid (NO), gasoviti slobodni radikal (N=O), u izobilju je prisutan u ljudskim respiratornim i kardiovaskularnim sistemima (Antosova et al., 2017). Kod astme, NO služi kao inflamatorni biomarker, koji se često mjeri kaofrakcijski izdahnuti dušikov oksid (FeNO)za procjenu težine bolesti i usmjeravanje terapije steroidima (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). Povišeni nivoi FeNO, usko povezani sa IL-13-posredovanom upalom disajnih puteva tipa 2, također su uočeni u našem modelu astme. NO se prvenstveno sintetizira od stranesintaze dušikovog oksida (NOS), posebno inducibilnu izoformuiNOS (NOS2), koji je pojačan u proinflamatornim stanjima (Anavi & Tirosh, 2020). Prekomjerna ekspresija iNOS-a dovodi do povećane proizvodnje NO, pospješujući lučenje sluzi i regrutaciju eozinofila, čime se pogoršavaju simptomi astme (Meurs et al., 2003.). Inhibitori iNOS su pokazali potencijal u upravljanju nivoima FeNO kod pacijenata sa astmom (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Kroz integrisanu analizu gena povezanih sa astmom, WGCNA modula i PG ciljanih gena, identifikovali smoiNOSkao osnovni gen.Cistanchetretman je smanjio nivoe iNOS proteina kod miševa modela astme, što ukazuje na supresiju proizvodnje NO povezane sa upalom. Molekularno spajanje potvrdilo je snažan afinitet vezivanja između PG i iNOS, a tretman PG smanjio je i aktivnost NOS i nivoe iNOS proteina.

Postojeća istraživanja također pokazuju da PI3K-AKT put reguliše ekspresiju iNOS u drugim fiziološkim sistemima (Zafirović i sar., 2019; Lu i sar., 2022). U našem modelu miša,Cistanchetretman je smanjio ekspresiju PI3K u epitelnim ćelijama pluća. Iako njegova uloga u astmi zahtijeva dalje istraživanje, naši nalazi ukazuju na novu regulatornu vezu između PI3K-AKT puta i iNOS-a u kontekstuCistanchetretman. Potrebne su dodatne mehaničke studije za validaciju ovih puteva.

 

Šematski sažetak: Mehanizmi Cistanche u liječenju astme

Izlaganje HDM-u pokreće kaskadu patoloških promjena u disajnim putevima koje karakterizira povećana reaktivnost i infiltracija upalnih stanica.Cistanche, tradicionalni biljni lijek, pokazuje sposobnost da se suprotstavi ovim efektima izazvanim HDM-om putem dvostrukih mehanizama:

Modulacija PI3K puta, utječući na ćelijske odgovore i smanjujući upalu povezane s astmom;

Direktno ciljanje iNOS-asvojom bioaktivnom komponentom PG, što rezultira supresijom ekspresije i aktivnosti iNOS-a. Smanjenje iNOS-a posredovano PG-om nudi potencijalnu molekularnu intervenciju za ublažavanje ključnih simptoma astme.

 

Citiranje

Liu, J., Gao, J., Xiong, A., Li, G., Zhong, K., Bai, L., Li, X., Ran, Q., Xiong, Y., & He, X. (2025).Istraživanje Cistancheovog terapeutskog potencijala i molekularnih mehanizama u liječenju astme. Fitomedicina: Međunarodni časopis za fitoterapiju i fitofarmakologiju, 136, 156265.