Terapeutisk potential och molekylära mekanismer för Cistanche Deserticola vid astma: inriktning på PI3K-AKT-väg och INOS-medierad inflammation

Identifiering av astmaassocierade navgener via WGCNA-analys

För att undersöka nyckelgener associerade med astma använde vi GSE67472-dataset från Gene Expression Omnibus (GEO)-databasen. Denna datauppsättning innehåller prover från62 personer diagnostiserats med astmasom inte hade fått inhalationskortikosteroidbehandling, och akontrollgrupp på 43 friska individer.

Differentiellt uttryckta gener (DEG) analyserades och visualiserades med hjälp avvulkantomterochvärmekartor(Figur 7A och 7B). GenomWeighted Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA), identifierade vi27 genmodulersignifikant associerad med astmautveckling jämfört med friska kontroller (Figur 7C).

Bland dessa är"himmelblå" modulvisadestarkaste positiva korrelationenmed astma
(korrelationskoefficient:r = 0.62, p = 2e-12Fig. 7D).
Figur 7E illustrerar den närliggande värmekartan som visar relationerna mellan de egenskapsrelaterade modulerna och den himmelsblå modulen.

Vi analyserade vidare sambandet mellanmodulmedlemskap (MM)ochgensignifikans (GS)för astma i den himmelsblå modulen (Figur 7F), avslöjar enstarkt positivt samband(korrelation =0.84, p = 1.1e-41), som betonar den robusta kopplingen mellan den himmelsblå modulen och astma.

Cistanche örtte för konditionering av astma

 

Whatsapp oss för att få Cistanche Tea

 

 

Senarefunktionsanrikningsanalysgener inom den himmelblå modulen bekräftade deras inblandning i astmarelaterade biologiska processer och vägar, inklusiveIgE-bindning, astma, ochIL-17 signalväg(Figur 7G–J).

 

Figur 7. Identifiering av astmarelaterade gener med hjälp av WGCNA

A–B.Visualisering av DEG med hjälp av vulkanplot och värmekarta.
C.Klustrande dendrogram av samuttryckta gener associerade med astma.
D.Modul-egenskapsrelationer vid astma. Varje cell visar korrelationskoefficienten och p-värdet.
E.Värmekarta som visar närliggande samband mellan modulegengener.
F.Korrelation mellan modulmedlemskap och genens betydelse för astma i den himmelsblå modulen.
G–J.Funktionell anrikningsanalys av gener i den himmelblå modulen.

 

 

 

iNOS som en terapeutisk indikator för Cistanche-behandling vid astma

För att utforska viktiga astmarelaterade gener sammanställde vi 259 gener från flera sjukdomsdatabaser, inklusiveGeneCards, Terapeutisk måldatabas, DisGeNET, ochOMIM. Genom att skära dessa gener med de frånhimmelsblå modulochPG-inriktade gener, identifierade viiNOS (inducerbar kväveoxidsyntas)som enkärngenen(Figur 8A).

Ytterligare analys av RNA-seq-data visade detiNOS-uttrycket minskadeefter Cistanche-behandling (Figur 8B). Dessutom,molekylär dockningutfördes för att validera bindningsaffiniteten mellan PG och iNOS-proteinet (Figur 8C). Noterbart observerades gynnsamma interaktioner involverande aminosyrarester som t.exarginin, glutamat, ochtryptofan. Den uppmättabindningsenergi på -8,97 kcal/molindikerade en stark bindningsaffinitet mellan PG och iNOS (kompletterande tabell 2).

För att bekräfta den funktionella effekten av PG på iNOS,in vitro-analysergenomfördes (Figur 8D). Resultaten visade detPG försvagade signifikant HDM-inducerad iNOS-aktivitet, vilket stöder fynden av molekylär dockning.

Vi undersökte sedan effekten av PG påiNOS-proteinuttryck. Western blot-analysvisade att HDM-behandling ökade iNOS-uttrycket i MLE12-celler, vilket reducerades vid PG-behandling (Figur 8E). Liknande,qPCR-analysav RNA extraherat från muslungvävnad avslöjade en signifikant ökning av iNOS-uttryck i HDM-möss, vilket minskade efter Cistanche-behandling (Figur 8F).

Immunfluorescensanalyservaliderade ytterligare dessa observationer, vilket visade förhöjt iNOS-uttryck i HDM-exponerade möss och minskning efter Cistanche-behandling (Figur 8G och kompletterande Figur 3). Parallellt bedömde vi uttrycksnivån förPI3K(Kompletterande figur 3). Jämfört med kontrollgruppen uppvisade HDM-gruppenuppreglering av PI3K, vilket tyder på dess inblandning i den astmatiska responsen.

I synnerhet,Cistanche i låg dos (20 mg/kg)förbättrade inte signifikant PI3K-uttrycket förändrat av HDM. Dock,högre koncentrationer av Cistanche nedreglerade effektivt PI3K-uttryck. Denna reglerande effekt på PI3K-uttryck korrelerade med förbättringar i luftvägsöverkänslighet (AHR) och minskade patologiska förändringar hos astmatiska möss, vilket indikerarterapeutisk potential för Cistanche via modulering av PI3K-vägen.

 

Figur 8. iNOS som ett terapeutiskt mål för Cistanche vid astma

A.Identifiering av iNOS som ett potentiellt mål genom korsning av genuppsättningar.
B.TPM-värden för iNOS från RNA-sekvensdata.
C.Molekylär dockning bekräftar interaktionen mellan PG och iNOS.
D.Fluorescensintensitet som indikerar iNOS-aktivitet.
E.Western blot-analys av iNOS-proteinnivåer i olika experimentella grupper.
F.qPCR-analys av iNOS-transkriptnivåer över grupper.
G.Immunfluorescensanalys som visar iNOS-uttrycksmönster i olika behandlingsgrupper.
Alla experimentella data representerar minst tre oberoende replikat och uttrycks som medelvärde ± standardavvikelse (SD).

Slutsats, höjdpunkter och framtida ansökningar

Cistanche deserticolaär en uppskattad traditionell kinesisk ört, länge hyllad för sin effektivitet vid behandling av olika hälsotillstånd. Moderna vetenskapliga undersökningar har avslöjat dess brett spektrum bioaktiviteter, inklusive antiinflammatoriska, antioxidanter, anti-aging och immunförstärkande effekter (Li et al., 2016). Särskilt har studier undersökt dess terapeutiska potential vid sjukdomar som diabetes, där det har visat lovande när det gäller att reglera postprandiala blodsockernivåer och förbättra insulinresistens (Xiong et al., 2013). Dessutom, i neurologiska sammanhang,Cistanchehar visat potential för att lindra skador på blod-hjärnbarriären efter ischemisk stroke genom att modulera neuroinflammation (Liao et al., 2023). Inom onkologi, fenyletanoidglykosider frånCistanche tubulosahar uppvisat antitumöreffekter, vilket tyder på terapeutisk potential vid hepatocellulärt karcinom (Peng et al., 2021).

Även om forskning om respiratoriska fördelar avCistancheär fortfarande i ett tidigt skede, tyder preliminära fynd på dess potentiella fördelar. Till exempel, echinacoside, en bioaktiv förening som finns iCistanche, har visat lovande när det gäller att dämpa oxidativ stress-inducerad endotelcellsdöd, och därigenom lindra symtom på lungskador (Xie et al., 2023).

I samband med astma markerar vår studie det första försöket att utforska den terapeutiska potentialen och de underliggande mekanismerna förCistanche. Använda en husdammskvalster (HDM)-inducerad astmamusmodell,Cistancheadministrerades som en terapeutisk intervention. Uppmuntrande nog visar våra resultat dess betydande effekter för att kontrollera astma, inklusive minskad luftvägshyperresponsivitet (AHR), minskad inflammatorisk cellinfiltration och lindring av lunginflammation och slemproduktion vid allergisk astma.

Cytokiner som t.exIL-4ochIL-5spelar en central roll i astmapatogenes (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). IL-4 är avgörande för att stimulera B-celler att producera IgE-antikroppar, vilket leder till förhöjda IgE-nivåer - ett kännetecken för allergisk astma och prediktor för exacerbationsrisk. IL-5, å andra sidan, är avgörande för tillväxt och aktivering av eosinofiler, som frisätter pro-inflammatoriska mediatorer som förvärrar luftvägsinflammation och slemsekretion.

Vår transkriptomiska analys visade detCistanchebehandlingsavbrutna vägar associerade med IL-4, IL-5 och eosinofiler – ett fynd som ytterligare stöds av GSVA-resultat. GSEA betonade ytterligare sambandet mellanCistanchebehandling och typ 2 immuncytokinsvar, vilket understryker dess terapeutiska relevans vid astma. Experimentella resultat visade också detCistancheminskade serum-IgE-, IL-5- och IL-13-nivåer hos astmatiska möss, vilket ytterligare bekräftar dess effektivitet för att lindra astmasymtom.

Särskilt antydde våra GSEA-resultat detCistanchedeltar i glukokortikoidrelaterade biologiska processer. Med tanke på de negativa effekterna och begränsade känsligheten som observerats hos vissa patienter under långtidsbehandling med kortikosteroider (Ip et al., 2018), öppnar detta fynd vägar för att utforska alternativa glukokortikoidterapier. Nyligen genomförda studier har visat att aktiva föreningar iCistanche, som t.exakteosid, utövar betydande effekter på glukokortikoid-inducerad osteoporos (Li et al., 2023), vilket ytterligare stöder genomförbarheten avCistanchesom en alternativ eller tilläggsbehandling för astma.

DePI3K-AKT signalvägspelar en avgörande roll i astmapatofysiologin. Nyligen genomförda studier har visat detmiR-200afrämjar astmautveckling via PI3K-AKT-FOXC1-axeln (Lin et al., 2014). Denna väg reglerar ocksåcyklin D1, som är avgörande vid ombyggnad av glatt muskulatur i luftvägarna (Feng et al., 2014), och modulerar uttryck av astmarelaterade molekyler som t.ex.IL-7, TNF-, ochIgE(Winer et al., 2022; Jing et al., 2019; Dera et al., 2020).

I vår studie, den viktigaste bioaktiva föreningen avCistancheidentifierades via LC-HRMS sompinoresinol 4-O- -D-glukopyranosid (PG), med molekylformelC₂₆H₃₂O₁₁. PG tillhör lignaner-växthärledda föreningar kända för sina antiinflammatoriska, antioxidant- och immunsuppressiva egenskaper (Osmakov et al., 2022) - och framstod som en lovande kandidat för astmabehandling. Målanrikningsanalys för PG visade starka samband med PI3K-AKT-vägen, vilket tyder på att dess terapeutiska effekter kan förmedlas genom denna mekanism.

Kväveoxid (NO), en gasformig fri radikal (N=O), är rikligt närvarande i mänskliga andnings- och kardiovaskulära system (Antosova et al., 2017). Vid astma fungerar NO som en inflammatorisk biomarkör, ofta mätt somfraktionerad utandad kväveoxid (FeNO)att bedöma sjukdomens svårighetsgrad och vägleda steroidbehandling (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). Förhöjda FeNO-nivåer, nära kopplade till IL-13-medierad luftvägsinflammation av typ 2, observerades också i vår astmamodell. NO syntetiseras primärt avkväveoxidsyntaser (NOS)i synnerhet den inducerbara isoformeniNOS (NOS2), som är uppreglerad under pro-inflammatoriska tillstånd (Anavi & Tirosh, 2020). Överuttryck av iNOS leder till ökad NO-produktion, vilket främjar slemutsöndring och rekrytering av eosinofiler, vilket förvärrar astmasymtom (Meurs et al., 2003). iNOS-hämmare har visat potential för att hantera FeNO-nivåer hos astmapatienter (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Genom integrerad analys av astmarelaterade gener, WGCNA-moduler och PG-riktade gener, identifierade viiNOSsom en kärngen.Cistanchebehandling nedreglerade iNOS-proteinnivåer i möss av astmamodell, vilket tyder på undertryckande av inflammationsassocierad NO-produktion. Molekylär dockning bekräftade stark bindningsaffinitet mellan PG och iNOS, och PG-behandling minskade både NOS-aktivitet och iNOS-proteinnivåer.

Befintlig forskning indikerar också att PI3K-AKT-vägen reglerar iNOS-uttryck i andra fysiologiska system (Zafirovic et al., 2019; Lu et al., 2022). I vår musmodell,Cistanchebehandling minskade PI3K-uttryck i lungepitelceller. Även om dess roll i astma kräver ytterligare utforskning, tyder våra resultat på en ny regulatorisk koppling mellan PI3K-AKT-vägen och iNOS i samband medCistanchebehandling. Ytterligare mekanistiska studier behövs för att validera dessa vägar.

 

Schematisk sammanfattning: Mekanismer för Cistanche vid astmabehandling

HDM-exponering initierar en kaskad av patologiska förändringar i luftvägarna som kännetecknas av ökad reaktivitet och inflammatorisk cellinfiltration.Cistanche, en traditionell örtmedicin, visar förmågan att motverka dessa HDM-inducerade effekter via dubbla mekanismer:

Modulering av PI3K-vägen, påverka cellulära svar och minska astma-relaterad inflammation;

Direkt inriktning av iNOSgenom dess bioaktiva komponent PG, vilket resulterar i undertryckande av iNOS-uttryck och aktivitet. PG-medierad nedreglering av iNOS erbjuder en potentiell molekylär intervention för att lindra viktiga astmasymtom.

 

Citat

Liu, J., Gao, J., Xiong, A., Li, G., Zhong, K., Bai, L., Li, X., Ran, Q., Xiong, Y., & He, X. (2025).Utforska Cistanches terapeutiska potential och molekylära mekanismer vid astmabehandling. Phytomedicine: International Journal of Phytotherapy and Phytopharmacology, 136, 156265.