Utforska Cistanches terapeutiska potential och molekylära mekanismer vid astmatbehandling
May 19, 2025
Abstrakt
Astmaär en vanlig kronisk luftvägssjukdom som kännetecknas av luftvägsinflammation och överkänslighet, vilket avsevärt påverkar den globala hälsan. Nuvarande behandlingsalternativ, inklusive kortikosteroider, möter begränsningar på grund av varierande patientsvar och biverkningar. Denna studie undersöker den terapeutiska potentialen hos den traditionella kinesiska örtenCistanche deserticolai en husdammskvalster (HDM)-inducerad astmamusmodell. Vi använde ett multidisciplinärt tillvägagångssätt, som integrerade transkriptomik, masspektrometri, vägd gensamuttrycksnätverksanalys (WGCNA) och experimentell validering i både djur- och cellulära modeller.
Våra resultat visar detCistanchelindrar avsevärt luftvägsöverkänslighet, cellulär infiltration och slemöverproduktion hos astmatiska möss. Transkriptomisk analys identifierade 643 differentiellt uttryckta gener (DEG), ochCistanchebehandlingsavbrutna vägar associerade med IL-4, IL-5 och eosinofiler. Genuppsättningsanrikningsanalys (GSEA) föreslog detCistanchekan vara involverad i glukokortikoidrelaterade processer, vilket indikerar dess potential som ett alternativ eller komplementär terapi till traditionella kortikosteroider.
Vätskekromatografi – högupplöst masspektrometri (LC-HRMS) identifierade Pinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG) som en viktig aktiv komponent iCistanche, med mål som primärt är associerade med PI3K-AKT-signalvägen. WGCNA-analys av astmadatauppsättningar identifierade "skyblue"-modulen som starkt korrelerad med astma, vilket framhävde inducerbart kväveoxidsyntas (iNOS) som en navgen. Molekylär dockning bekräftade stark bindningsaffinitet mellan PG och iNOS, ochCistanchebehandling nedreglerade iNOS-uttryck, vilket tyder på en potentiell antiinflammatorisk mekanism.
Avslutningsvis,Cistancheuppvisar terapeutiska effekter vid astma genommodulerande immunsvarochinriktning på viktiga astmarelaterade gener och proteiner. Vår studie ger nya insikter i användningen av naturliga produkter för astmabehandling och understryker potentialen hosCistanche som ett alternativ ellertilläggsläkemedel. Ytterligare forskning behövs för att validera dessa resultat och utforska integrationen avCistanchei klinisk astmahantering.
Cistancheextrakt för behandling avAstma orsakad av inflammation
Vad ska vi få cisntanche-extrakt
1. Forskningsbakgrund och vetenskaplig frågeställning
Astma är den vanligastekronisk luftvägssjukdom, kännetecknad av luftvägsförträngning ochinflammation, ofta förvärrat av överdriven slemsekretion. Globala uppskattningar tyder på att över 300 miljoner människor lider av astma, och dess prevalens ökar stadigt över hela världen (Joan et al., 2017). Denna växande börda påverkar avsevärt den globala dödligheten och antalet funktionshinder (Shin et al., 2023). För närvarande är vanliga behandlingar starkt beroende av konventionella läkemedel som kortikosteroider. Men på grund av skillnader i sjukdomspresentation och farmakogenomik kan en delmängd av patienter - såsom de med icke-eosinofil astma - svara dåligt på glukokortikoidbehandling (Barnes, 2013; Polyxeni et al., 2017). Dessutom upplever vissa individer suboptimal sjukdomskontroll, med ihållande och förvärrade symtom, trots att de följs åt kontrollmediciner. Även om befintliga läkemedel kan lindra symtom, orsakar de ofta negativa effekter och har begränsad långsiktig effekt (Rachel et al., 2021; Kian Fan et al., 2013). Därför finns det ett akut behov av innovativa terapeutiska strategier som effektivt hanterar astmasymtom samtidigt som de riktar in sig på de underliggande molekylära mekanismerna.
Traditionell kinesisk medicin (TCM), med en historia på över 2 000 år, erbjuder ett unikt perspektiv på sjukdomsbehandling. Detta har lett till utveckling av många recept, som t.exZanthoxylum bungeanum Maximfrön (ZBMS), som är kända för sina terapeutiska effekter på astma (Tang et al., 2014). Under de senaste åren har TCM uppmärksammats som ett kompletterande eller alternativt tillvägagångssätt för sjukdomsbehandling. Studier utförda i USA har visat att cirka 70 % av astmapatienterna använder örtmedicin i sina behandlingsplaner (Land & Wang, 2018). Ett flertal kliniska studier har visat gynnsamma resultat vid astmabehandling. Till exempel avslöjade en multicenter randomiserad kontrollerad studie att en sammansatt TCM-formel, Pingchuan Yiqi Granules, effektivt lindrade lungsymtom, minskade inflammatoriska markörer och minskade beroendet av 2-agonister. Jämfört med 2-agonister och kortikosteroider visade denna TCM-formel färre toxiska effekter och biverkningar (Zhang et al., 2018).
Cistanche deserticola, även känd som "Jin Ya" eller "Mo Jing," är en flerårig örtartad växt med ett parasitiskt växtsätt. Den är huvudsakligen distribuerad i torra områden på norra halvklotet, och dess användning i Kina går tillbaka till antika texter somShennong Bencao Jing. Cistancheär högt värderad för sin förmåga att förbättra njurfunktionen, förbättra vitaliteten och ge näring till blod och essens (Zhou et al., 2023).
I denna studie använde vi ett multidisciplinärt tillvägagångssätt som kombinerade transkriptomik, masspektrometrianalys, WGCNA och experimentell validering i djur- och cellulära modeller - för att utforska den terapeutiska potentialen hosCistanchevid astma. Vår forskning identifierade specifika aktiva föreningar och belyst potentiella verkningsmekanismer (se figur 1). Dessa fynd ger nya insikter om astmabehandling inom ramen för TCM och banar väg för vidare forskning inom detta område.
Figur 1. Arbetsflödesdiagram för forskning
A.Med hjälp av lungvävnader från astmamodellen utförde vi detaljerad transkriptomsekvensanalys. Detta gjorde det möjligt för oss att utforska den molekylära grunden för astma och identifiera nyckelmål som regleras avCistanche deserticolabehandling.
B.Baserat på transkriptomiska data använde vi vätskekromatografi – högupplöst masspektrometri (LC-HRMS) för att undersöka de kemiska beståndsdelarna iCistanche. Denna analys kompletterades med screening av aktiva föreningar genom databasen Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology (TCMSP). Detta integrerande tillvägagångssätt ledde slutligen till identifieringen av pinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG) som den huvudsakliga bioaktiva komponenten iCistanche.
C.För att ytterligare utforska specifika astmarelaterade mål genomförde vi Weighted Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). Denna analys använde genuttrycksdata för att identifiera moduler som är signifikant associerade med astmapatologi. NavgeneniNOS(inducerbart kväveoxidsyntas) identifierades genom en integrerande metod genom att korsa kandidatgener från varje analys.
D.En molekylär dockningsstudie utfördes för att förutsäga bindningsaffiniteten mellan den identifierade aktiva substansen PG och iNOS. Detta följdes av en serie experimentella valideringar.
02. Viktiga resultat och höjdpunkter
Cistanche lindrar patologiska förändringar hos astmatiska möss
För att utvärdera effekterna avCistanche deserticolapå astma etablerades djurmodeller med eller utanCistanchebehandling, med användning av dexametason som en positiv kontroll (figur 2A och kompletterande figur 1). Luftvägshyperresponsivitet (AHR) bedömdes genom att mäta Penh-värden (figur 2B och kompletterande figur 1A). Resultaten visade en signifikant ökning av Penh-värden i HDM-exponerade möss med förhöjda acetylkolinkoncentrationer jämfört med kontrollmöss. Däremot möss som behandlats medCistancheunder modellinduktion visade en markant minskning av Penh-värden. Viktigt, möss behandlade medCistancheenbart visade ingen signifikant skillnad i Penh-värden jämfört med kontroller.
Därefter analyserade vi differentiella cellantal i bronkoalveolär sköljvätska (BALF), inklusive totala celler, neutrofiler och eosinofiler (figur 2C och kompletterande figur 1B). Resultaten indikerade en signifikant ökning av cellantal - särskilt neutrofiler och eosinofiler - i HDM-möss, vilket återspeglar förhöjd lunginflammation och allergiska reaktioner. Däremot HDM +Cistanchemöss visade en signifikant minskning av dessa cellpopulationer i BALF.
Dessutom avslöjade histopatologisk färgning av lungvävnader (figur 2D och kompletterande figur 1C) signifikant ökade inflammationspoäng i HDM-exponerade möss, som återgick till baslinjenivåer efterCistancheintervention. PAS-färgning bekräftade dessa fynd genom att visa en signifikant ökning av bägarcellsfördelning och slemsekretion hos HDM-möss, som minskade efterCistanchebehandling. Särskilt låg dosCistanche, särskilt vid 20 mg/kg, uppvisade inga signifikanta förbättringar i AHR eller histopatologiska egenskaper, vilket indikerar en dosberoende effekt (kompletterande figur 1).
Dessutom mättes nivåerna av IgE, IL-5 och IL-13 (Figur 2E), vilket visade förhöjda nivåer i HDM-möss som var omvända efterCistanchebehandling.
Figur 2. Cistanche lindrar patologiska förändringar hos astmatiska möss.
A. Konstruktion av astmamodellen.
B. Penh-värden för varje musgrupp som exponerats för olika acetylkolindoser.
C. BALF-cellantal, inklusive totala celler, neutrofiler och eosinofiler.
D. Lungsnitt från varje grupp färgade med H&E och PAS.
E. ELISA-resultat som visar serum-IgE- och IL-5/IL-13-nivåer i BALF.
Skalstång: 50 μm. Alla data som presenteras i denna studie representerar minst tre oberoende experiment och uttrycks som medelvärde ± standardavvikelse (SD).
Transkriptomisk analys avslöjar terapeutiska effekter av Cistanche i astmatiska möss
För att ytterligare utforska de terapeutiska effekterna avCistanchepå astma utfördes transkriptomsekvensering på lungvävnader från möss som exponerats för HDM enbart och de som exponerats för både HDM ochCistanche. Totalt643 differentiellt uttryckta gener (DEG)identifierades, inklusive324 uppregleradoch319 nedregleradgener (p < 0,05, |logFC| större än eller lika med 0,5, figur 3A). En värmekarta illustrerade uttrycksnivåer av de 20 bästa upp- och nedreglerade generna (Figur 3B).
Gene Ontology (GO) och Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) anrikningsanalyser utfördes sedan på DEG. De uppreglerade generna berikades huvudsakligen i vägar relaterade till virala svar, interferonmedierad signalering, NOD-liknande receptorsignalering och IL-17-signalering (figur 3C och 3D). Däremot var nedreglerade gener associerade med kärndelning, cytokin-cytokinreceptorinteraktion och T-cellsreceptorsignaleringsvägar (figur 3E och 3F).
Ytterligare analys med användning av Gene Set Variation Analysis (GSVA) visade attEOSINOFILENS VÄGGSVA-poäng reducerades hos möss som samtidigt behandlades med HDM ochCistanche, jämfört med möss endast för HDM, i överensstämmelse med den observerade minskningen av eosinofiler i BALF (figurerna 3G och 3H). Dessutom visade sig vägar nära förknippade med allergisk astma - såsom IL-5 och IL-4 signalering - vara nedreglerade efterCistanchebehandling (Figur 3H).
Slutligen avslöjade Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) detCistanchebehandling var involverad i processer relaterade tillglukokortikoidsignaleringochtyp 2 immuncytokiner, vilka båda är nära kopplade till astmapatofysiologi (Figur 4).
LC enkelbindnings HRMS-analys avslöjar de aktiva komponenterna i Cianche. A. Totalt jonkromatogram av Cistanche deserticola-extrakt övervakat i positiv jonläge. B och C. Jonkromatogram av PG i positiv jonläge. D. MSMS-profil för PG.
Figur 6. Aktiva ingredienser i Cianche avslöjade genom LC-enkel HRMS-analys. AD. Anrikningsanalys av PD-mål inklusive GO, KEGG, Reactome-vägar och WikiPathways-genuppsättningar.
