Frontiers in Pharmacology
- Introduction
- materialen en methoden
- gegevens over genexpressie en Preproces
- Identificatie van de functionele Genmodule voor de regulering van de Bloedvatdiameter
- Verrijkingsanalyse van functionele Genmodules in Herbal Compound–geïnduceerde Genexpressieprofielen
- karakterisering van de samengestelde gereguleerde genen in PFGM en NFGM
- chemische stoffen en geneesmiddelen
- proefdieren
- bereiding van aorta ringen voor spanningsmetingen
- effecten van kruidencomponenten op contractie geïnduceerd door fenylefrine
- Data-Analyse
- resultaten
- Transcriptoom-gebaseerde functionele Genmodule referentie
- karakterisatie van de functionele Genmodule van de regulerende Bloedvatdiameter
- het voorspellen van kandidaat-vasodilatoren uit kruidencomponenten door TFGMR
- de Vasorelaxante effecten van de top 10 kandidaat-componenten op Phe-gecontracteerde Aortaringen
- Infererende mechanismen van Kruidenverbindingen met Vasorelaxante Effecten
- discussie
- data Availability Statement
- ethische verklaring
- Auteursbijdragen
- financiering
- belangenconflict verklaring
- aanvullend materiaal
Introduction
middelen die vasodilatatie veroorzaken of initiëren, het verwijden van bloedvaten, zijn vasodilatatoren, die vaak worden gebruikt voor de behandeling van aandoeningen met een abnormaal hoge bloeddruk, zoals hypertensie, angina en congestief hartfalen (Bader and Zolty, 2010; Whelton et al ., 2018). Typen vasodilatoren met verschillende mechanismen, zoals calciumkanaalblokker, angiotensin-converting enzyme (ACE) – remmers, cGMP-specifieke 3′,5′ – cyclische fosfodiësterase (PDE5) – remmers en kaliumkanaalopeners, zijn goedgekeurd in de kliniek (Saji et al., 2014). Ondanks de overvloed aan vaatverwijdende opties, moeten sommige problemen, waaronder de universaliteit en ernst van hoge bloeddruk, resistentie tegen geneesmiddelen en drugsverslaving, gedeeltelijk worden aangepakt door de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen (Oparil en Schmieder, 2015). Anders dan de huidige geneesmiddelen met specifieke doelen om bloedvaten te verwijden, streven we naar een alternatieve strategie die in staat is om systematisch vasodilatatoren te verkennen door het moleculaire netwerk van vasodilatatie te recapituleren.
Systeembiologiebenaderingen zijn van nature geschikt om de onbevooroordeelde, grootschalige uitlezingen van complexe systemen vast te leggen (Berger and Iyengar, 2009). Expressieprofiel-gebaseerde methoden zijn de meest algemene, met behulp van transcriptionele profielen als handtekeningen van de activiteit van een bepaalde route, ziekte, of verbinding te ontdekken “verbindingen” tussen hen op basis van hun (anti)gecorreleerde transcriptionele effecten, zoals de “Connectivity Map” (Lamb et al., 2006). Geïnspireerd door deze overweging, wordt het ontworpen om specifieke functionele genmodules van vasculair fenotype van de functionele kaart van de genoom-schaal te bouwen. Veranderingen van de modules moeten sterk worden geassocieerd met de pathogenese van de vasculaire diameter. De modules kunnen als vragen worden gebruikt om de transcriptional reactie van drugs te onderzoeken om kandidaat vasodilators te identificeren.
traditionele Chinese geneeskunde (TCM), met natuurlijke kruiden als belangrijke materialen, heeft een cruciale rol gespeeld in de menselijke gezondheid in China. TCM omvat tal van actieve ingrediënten, die gewoonlijk worden gebruikt als bron van nieuwe chemische entiteiten voor moderne drugontdekking (tian, 2011). Recente grootschalige gezamenlijke inspanningen hebben compendia van moleculaire profielen voor kruideningrediënten geproduceerd (Lv et al., 2017). In het huidige werk proberen we een transcriptome-based functional gene module reference (TFGMR) strategie te ontwikkelen die in staat is om functionele genmodules gerelateerd aan vasculaire diameter te karakteriseren in de transcriptionele data van een verzameling kruidenverbindingen om de impact van deze verbindingen op de vasculaire diameter te evalueren.
materialen en methoden
gegevens over genexpressie en Preproces
gegevens over genexpressie van kruidenverbindingen werden verkregen uit een systematische studie op TCM-componenten met behulp van de genexpressie microarray-techniek (Lv et al., 2017). Deze kleine verbindingen waren gebruikelijk in Chinese kruiden en TCM formules, en de meeste van hen zijn de kwaliteitscontrole componenten van TCMs uit de China Farmacopee. De gegevens van de genuitdrukking werden afgeleid van de menselijke epitheliale cellijn van borstkanker (MCF7) die met deze kruidensamenstellingen wordt behandeld, geprofileerd gebruikend microarray technologie met Affymetrix menselijk genoom u133a 2.0, en verzameld van het Nationale Centrum voor de uitdrukking van het Biotechnologieinformatiegen (NCBI) Omnibus (het nummer van de geo-reeks toetreding: GSE85871). De ruwe gegevens (CEL-bestanden) werden consistent verwerkt door de Affymetrix platformspecifieke procedure toe te passen om datasets te filteren en te normaliseren. Vervolgens werden voor elke kruidenverbinding de differentiële genexpressiewaarden versus controlemonsters berekend door R-pakket “Limma” (versie 3.32.7). De genlijst voor elke samenstelling werd geproduceerd door genen in een gerangschikt lijst volgens hun differentiële uitdrukkingswaarden te bestellen.
Identificatie van de functionele Genmodule voor de regulering van de Bloedvatdiameter
twee functionele genmodules die de bloedvatdiameter positief en negatief regelen (PFGM en NFGM) werden in dit werk geconstrueerd. Ten eerste werden twee genetische ontologie (GO) biologische processen (bps) “positieve regulatie van de bloedvatdiameter” (GO: 0097755) en “negatieve regulatie van de bloedvatdiameter” (GO: 0097756) verzameld van QuickGO: een web-based tool voor GO searching (http://seek.princeton.edu/) (Zhu et al., 2015). De resulterende genen met co-expressie score > 0 en P-waarde < 0,01 in SEEK werden beschouwd als co-expressie genen van query core genen. Tenslotte werden de overlappende genen in twee genreeksen verwijderd, en de restgenen samengesteld PFGM en NFGM, respectievelijk (aanvullende tabellen 1 en 2).
Verrijkingsanalyse van functionele Genmodules in Herbal Compound–geïnduceerde Genexpressieprofielen
De verrijkingen van PFGM en NFGM met herbal compound-geïnduceerde genexpressieprofielen werden geëvalueerd met behulp van de gene set enrichment approach (gsea), geïmplementeerd in de R-pakketten, “Gsea-P” (Subramanian et al., 2005). GSEA berekent de Verrijkingsscore (s) voor genre sets met betrekking tot de ranglijst. Het ES-waardebereik is . Het is een maat gebaseerd op de Kolmogorov–Smirnov statistieken en evalueert de overrepresentatie van Gensets aan de uitersten (boven of onder) van de gerangschikt lijst. Hoe dichter ES is aan 1, Hoe dichter de genen aan de bovenkant van de lijst zijn (genen neigen om in de voorwaarde te worden verhoogd). Hoe dichter bij -1, hoe dichter de genen zijn aan de onderkant van de lijst (genen hebben de neiging om te worden verminderd in de toestand).
in dit werk vertegenwoordigen PFGM en NFGM moleculaire handtekeningen van de bloedvatdiameter. Om de effecten van kruidenverbindingen op de bloedvatdiameter te evalueren, werden de ES-waarden (ESPFGM en ESNFGM) van PFGM en NFGM gemeten voor elk compound-geïnduceerd genexpressieprofiel. De waarde TES = ESPFGM-ESNFGM werd gebruikt als index om de invloed van elke kruidenverbinding op de bloedvatdiameter te beoordelen. Voor een verbinding, hoe groter zijn TES-waarde, hoe sterker zijn vermogen om bloedvaten te verwijden. Hoe kleiner de TES-waarde, hoe sterker zijn vermogen om de bloedvaten te vernauwen.
karakterisering van de samengestelde gereguleerde genen in PFGM en NFGM
in dit werk zijn voor elke verbinding de gereguleerde genen in PFGM en NFGM gelijkwaardig aan de leading-edge subset die is gedefinieerd als de kernleden van de twee modules die bijdragen aan de ES in de gsea-methode. De leading-edge subset kan worden geà nterpreteerd als de kern van een genreeks die verantwoordelijk is voor het verrijkingssignaal. De toonaangevende subset van PFGM en NFGM voor elk samenstelling-veroorzaakt genuitdrukkingsprofiel kan door de methode worden geëxtraheerd die in de pakketten R, GSEA-P. wordt uitgevoerd
chemische stoffen en geneesmiddelen
Ferulinezuur (98% zuiverheid), liquiritine (98% zuiverheid), magnolol (98% zuiverheid) en ginsenoside Rb2 (93,8% zuiverheid) werden verkregen van de National Institutes for Food and Drug Control (NIFDC, Beijing, China). Borneol( 98% zuiverheid), ginsenoside Rc (98% zuiverheid), artemisinine (99% zuiverheid), chenodeoxycholzuur (98% zuiverheid), daidzin (98% zuiverheid), en bacopside I (98% zuiverheid) werden gekocht van Shanghai Yuanye Bio-Technology Co., Ltd. Andere reagentia waren van analytische zuiverheid.
proefdieren
veertig mannelijke Sprague-Dawley (SD) ratten met een gewicht van 230-250 g op de leeftijd van 7-9 weken en werden gekocht bij het Animal Breeding Center van Beijing Vital River Laboratories Company (Beijing, China). De ratten werden gehouden onder een 12 uur licht / donker cyclus en hadden vrije toegang tot voedsel en water. De dieren werden verzorgd door de China Academy of Chinese Medical Sciences’ Laboratory Animal Care Center. Alle dierproeven werden uitgevoerd in overeenstemming met de aanbevelingen van institutionele richtlijnen en ethiek. Het protocol werd goedgekeurd door de Animal Ethical and Welfare Committee, China Academy of Chinese Medical Sciences.
bereiding van aorta ringen voor spanningsmetingen
Het ex vivo experiment werd uitgevoerd op thoracale aorta ‘ s van ratten volgens het eerder beschreven protocol (Chen et al., 2019). Namelijk, werden de ratten verdoofd door intraperitoneal injectie van chloraalhydraat en werden toen opgeofferd door cervicale dislocatie. Na opening van de borst werden de thoracale aorta’ s van de ratten verkregen en onmiddellijk in ijskoude Krebs-Henseleit (KH)–oplossing van de volgende samenstelling (in mmol/l) geplaatst: NaCl 120, KCL 4,8, MgSO4•7H2O 1,2, KH2PO4 1,2, CaCl2 2,5, NaHCO3 25 en glucose 11 (pH 7,4). Het vetweefsel dat aan slagaders vastzit, werd zorgvuldig verwijderd om endotheliale celbeschadiging te voorkomen en het bloedvat werd in ongeveer 3 mm lange ringen gesneden. In de experimenten met endotheel werd het endotheel mechanisch verwijderd door het luminale oppervlak van de aorta enkele malen heen en weer te wrijven met plastic buizen. Aortaringen werden gesuspendeerd in orgaanbaden met 5 ml KH-oplossing bij 37°C, vergast met 95% O2 + 5% CO2, dat gedurende de gehele experimenten constant werd gehandhaafd. Na equilibratie onder geen spanning gedurende 20 min, werden de aortaringen toegestaan om 90 min te equilibreren bij een rustspanning van 1,0 g. tijdens de equilibratieperiode werd de KH-oplossing om de 20 min veranderd. Veranderingen in spanning werden geregistreerd door krachtopnemers (FT-102, Chengdu Techman Software Co., Ltd. China) aangesloten op een data-acquisitie systeem (BL-420F, Chengdu Techman Software Co., Ltd. China) en werden opgeslagen in een computer. Om de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de studie te waarborgen, werd bovendien 3,0–4,5 g geselecteerd als het inclusiecriterium van precontractiele kracht volgens voorlopige experimenten.
effecten van kruidencomponenten op contractie geïnduceerd door fenylefrine
bij de gestage contractie geïnduceerd door fenylefrine (Phe) (1 µmol/L) in aortaringen werd een cumulatieve concentratie van kruidencomponenten (opgelost in KH-oplossing of met 0,2% DMSO) direct toegevoegd aan het orgaanbad en werd het effect van de kruidencomponent geregistreerd. Hetzelfde volume KH-oplossing werd toegevoegd aan de controlegroep van het voertuig en de reacties werden gestopt door de aortaringen te wassen met verse KH-oplossing. De effecten werden uitgedrukt als het door kruidencomponenten geïnduceerde percentage ontspanning.
Data-Analyse
ten eerste, voor het beoordelen van de significantie van de effecten van kruiden verbindingen op de vasculaire fenotype vertegenwoordigd door de twee functionele modules, we berekend met een nominale waarde P voor elke TES waarde door het vergelijken van de verdeling van de werkelijke waarde aan een null-model dat verkregen TES waarden voor elke verbinding door willekeurig steekproeven gen leden van PFGM en NFGM 1000 keer met bewaard gebleven nummers van de twee modules (Aanvullende Tabel 3). Ten tweede werd de Betekenis van de overlappende analyse tussen de regulatie van de zes verbindingen met relaxerende effecten gemeten door Fisher ‘ s exacte test (aanvullende tabel 5). Ten slotte volgt de statistische analyse van de functionele annotatie van genre sets in WebGestalt (http://software.broadinstitute.org/gsea/msigdb/annotate.jsp) de instructies van de betreffende website.
Vasorelaxatoire activiteit wordt uitgedrukt als percentage ontspanning van Phe (1 µmol / L) precontractie niveaus. De waarden worden uitgedrukt als het gemiddelde ± SD van de resultaten van de acht monsters. Verschillen tussen de groepen werden bepaald door eenrichtingsanalyse van variantie. Statistische significantie werd gedefinieerd als P < 0,05. De concentratie voor 50% van de maximale effectwaarden (EC50) van in vitro experimenten werd verkregen door niet-lineaire regressie. Het genereren van grafieken en statistische analyse werden uitgevoerd met behulp van GraphPad Prism (GraphPad Software, Versie 5.01) en SPSS 18.0 software.
resultaten
Transcriptoom-gebaseerde functionele Genmodule referentie
We presenteren een tfgmr-strategie die in staat is om ziektegerelateerde functionele genmodules te verrijken in geneesmiddelgeïnduceerde transcriptionele profielen om het therapeutisch vermogen van geneesmiddelen voor ziekten te detecteren door specifieke functionele mechanismen te reguleren. Hier, wordt TFGMR toegepast op transcriptome middelen voor 102 kruidencomponenten om systematisch nieuwe vasodilatoren te ontdekken door bloedvatdiameter te regelen (figuur 1). Ten eerste construeerden we twee functionele genmodules PFGM en NFGM die de diameter van de bloedvaten positief en negatief regelen. PFGM bevat 167 genleden, waarvan 55 kerngenen afgeleid van de go BP “positieve regulatie van de bloedvatdiameter” (GO: 0097755) en 112 co-tot expressie gebrachte genen van de kerngenen (aanvullende tabel 1). NFGM bevat 122 leden, waaronder 72 kerngenen van GO BP “negatieve regulatie van de bloedvatdiameter” (GO: 0097756) en hun 50 co-expressies (aanvullende tabel 2). Vervolgens onderzochten we de verrijking van zowel PFGM als NFGM aan elk van de herbal compound–geïnduceerde genexpressieprofielen door gsea-benadering om het effect van elke herbal compound op de bloedvatdiameter te beoordelen.
figuur 1 een transcriptome-based functional gene module reference (TFGMR) strategie om kandidaat vasodilatatoren uit kruidencomponenten te voorspellen op basis van specifieke functiegenmodules voor het reguleren van de bloedvatdiameter en door kruidencomponenten geïnduceerde transcriptionele profielen. GO, Gene ontologie; BP, biologisch proces; PFGM, functionele genmodule die positief bloedvatdiameter reguleert; NFGM, functionele genmodule die bloedvatdiameter negatief reguleert; GSEA, gen set enrichment approach; ES, Enrichment Score.
karakterisatie van de functionele Genmodule van de regulerende Bloedvatdiameter
we karakteriseerden PFGM en NFGM met betrekking tot zowel GO als pathway verrijking om de functionele associatie van de twee modules met het vasculaire fenotype te beoordelen met behulp van WebGestalt (Liao et al., 2019). De go-analyse van de top 10 BPs toonde aan dat zowel PFGM als NFGM betrekking hebben op dezelfde BPs van “divalente anorganische kation homeostase,” “regulatie van anatomische structuurgrootte,” “bloedsomloop proces,” “spier systeem proces,” “g eiwit–gekoppelde receptor signalerende route,” en “tweede-messenger-gemedieerde signalering” (Figuur 2). Op dezelfde manier toonde de pathway analyse van de top 10 Kyoto encyclopedia van genen en genomen (KEGG) routes aan dat de twee modules significant betrokken waren bij routes van “regulatie van lipolyse in adipocyten”, “cyclische guanosine monofosfaat (cGMP)-cGMP-afhankelijke eiwitkinase (PKG) signalerende route,” “calcium signalerende route,” “vasculaire gladde spiercontractie,” en “neuroactieve ligand–receptor interactie” (Figuur 2). Zowel GO als pathway termen verrijkt voor PFGM en NFGM zijn duidelijk gerelateerd aan het vasculaire fenotype.
Figuur 2 functionele annotaties voor PFGM-en NFGM-leden.
het voorspellen van kandidaat-vasodilatoren uit kruidencomponenten door TFGMR
onze aanname is dat vasodilatoren meestal de expressie van PFGM (ESPFGM > 0) leden moeten verhogen en die van NFGM (ESNFGM < 0) moeten verlagen. Daarom werd de waarde TES = ESPFGM − ESNFGM geselecteerd als een index om kandidaat vasodilatatoren te identificeren. Voor een verbinding, hoe groter zijn TES-waarde, hoe hoger zijn vermogen om bloedvaten te verwijden. De geordende genlijsten werden eerst geproduceerd voor de 102 kruidencomponent-veroorzaakte genuitdrukkingsprofielen. Vervolgens werd de gsea-methode gebruikt om de TES-waarde voor elke kruidenverbinding te meten. De 102 verbindingen werden geordend op hun TES-waarden en beschreven in aanvullende tabel 3. De top 10 kandidaatverbindingen en hun TES-waarden werden vermeld in Tabel 1.
Tabel 1 top 10 kandidaat vasodilatatoren voorspeld door TFGMR en hun vasorelaxant effecten op Phe-gecontracteerde aorta ringen.
de Vasorelaxante effecten van de top 10 kandidaat-componenten op Phe-gecontracteerde Aortaringen
De vasorelaxante effecten van de top 10 voorspelde kandidaat-vasodilatatoren werden geëvalueerd op vasculaire spanning van endotheel-intacte thoracale aorta-ringen ingesnoerd door Phe. Typische originele sporen toonden aan dat KH-oplossing (controlegroep, bevat 0,2% DMSO) niet ontspannen vasculaire ringen vooraf geconditioneerd met Phe (aanvullende figuur 1). Vergeleken met de controlegroep vertoonden alle 10 kruidenbestanddelen significante en dosisafhankelijke vasorelaxante effecten op Phe-gecontracteerde aortaringen (p < 0,05, Figuur 3). Onder hen was ferulinezuur de krachtigste vasodilatatie (Emax = 87,46 ± 2,90%), terwijl de minimale potentie werd opgewekt door liquiritine (Emax = 11,10 ± 3,34%) (Figuur 3 en Tabel 1). Dit hoge niveau van nieuwe voorspellingen gaf aan dat de tfgmr-strategie praktisch nuttig is bij het voorspellen van nieuwe vasorelaxantmiddelen en potentiële toepassingen heeft in de ontwikkeling van geneesmiddelen.
Figuur 3 Vasorelaxant effecten van verschillende kruidencomponenten op rat thoracale aorta ringen met endotheel (n = 8) precontracted met Phe. Ontspanning ( % ) werd berekend als een percentage van afname van de maximale spanning geïnduceerd door Phe. De gegevens worden weergegeven als de middelen ± SD. * P < 0,05 vs. de controlegroep.
Infererende mechanismen van Kruidenverbindingen met Vasorelaxante Effecten
de zes verbindingen met duidelijke relaxerende effecten werden onderzocht voor hun overeenkomstige mechanismen op basis van hun Regulatie op PFGM en NFGM. Ten eerste onderzochten we kerngenen die in de twee modules significant gereguleerd worden door de zes verbindingen. Voor elke verbinding zijn de gereguleerde genen de leden in de voorste deelverzameling van de verrijkingsanalyse (zie materialen en methoden). Zoals weergegeven in aanvullende tabel 4, ferulinezuur, borneol, daidzin, magnolol, chenodeoxycholzuur en artemisinine invloed 67, 59, 50, 58, 59, en 59 genen in PFGM, en 52, 49, 39, 44, 44, en 43 genen in NFGM, respectievelijk. De gereguleerde genen van deze verbindingen werden vergeleken en er werd vastgesteld dat de gereguleerde genen voor de zes verbindingen significant met elkaar overlappen (aanvullende tabel 5, Fisher ‘ s exact test P << 0,01), wat impliceert dat de zes verbindingen vergelijkbare mechanismen voor hun relaxerende effecten delen. Dit werd verder bevestigd door de functionele analyse van deze gereguleerde genen van deze samenstellingen. In de top 27 verrijkte Go termen, de gereguleerde genen van de zes verbindingen aanzienlijk verrijkt in acht dezelfde Go termen met betrekking tot vasculair fenotype, met inbegrip van vasculaire proces in de bloedsomloop, regulering van vasoconstrictie, regulering van de grootte van de buis, regulering van het systeem proces, regulering van de bloedcirculatie, regulering van anatomische structuur grootte, en het proces van de bloedsomloop. Naast de soortgelijke mechanismen heeft elke verbinding ook zijn exclusieve mechanisme. Ferulinezuur en chenodeoxycholzuur kunnen bijvoorbeeld genen regelen in GO term ” ion homeostase.”Borneol heeft een significante invloed op genen in GO-termen” regulatie van cellulaire component beweging ” en “biologische adhesie” (Figuur 4 en aanvullende tabel 6).
Figuur 4 functionele analyse voor de genen gereguleerd door de zes verbindingen ferulinezuur, borneol, daidzin, magnolol, chenodeoxycholzuur en artemisinine. Een verbinding tussen een samenstelling (rood) en een functieknoop (groen) wijst erop dat de gereguleerde genen van de samenstelling beduidend bij de functieannotatie zijn betrokken. De knooppuntgrootte is gecorreleerd met de netwerkgraad van het knooppunt.
discussie
hoge bloeddruk draagt bij aan de pathofysiologische gevolgen van de meeste hart-en vaatziekten. Dus, het remmen of omkeren van hoge bloeddruk is een onschatbare strategie voor de behandeling van hart-en vaatziekten en gerelateerde orgaanschade (Carey et al., 2018). Hoewel er meer dan 69 geneesmiddelen in 15 verschillende klassen van antihypertensiva zijn geweest, zoals calciumantagonisten, angiotensin-converting enzyme inhibitors, β-adrenoceptorantagonisten, diuretica, en direct werkende vasodilatoren, hebben veel meer hypertensieve patiënten resistente hypertensie of zijn ongecontroleerd voor nonadherentie of intolerantie voor beschikbare antihypertensiva (Oparil en Schmieder, 2015). Daarom zijn nieuwe middelen nog steeds nodig om hoge bloeddruk te bestrijden. TCMs bevatten meestal honderden chemische componenten, die de stoffenbasis van TCM-farmacologie zijn en een overvloedige bron voor chemische drugontdekking bieden. In dit werk onderzochten we systemisch de effecten van kruideningrediënten op het vasculaire fenotype met behulp van een transcriptoom-gebaseerde benadering, TFGMR.er is gemeld dat
vasculaire spanning een cruciale rol speelt bij het reguleren van de bloeddruk. Een van de dominante mechanismen van antihypertensiva is het verminderen van de vasculaire weerstand door vasodilatatie. In dit onderzoek zijn de vasorelaxante effecten van de top 10 kandidaatcomponenten onderzocht. De resultaten toonden aan dat alle 10 componenten verschillende graden van vasodilatatie hebben. Onder hen hadden ferulinezuur, borneol en daidzin sterke relaxerende effecten, die in overeenstemming zijn met eerdere bevindingen (Suzuki et al., 2007; Deng et al., 2012; Silva-Filho et al., 2012; Zhao et al., 2014; Zhou et al., 2017; Santos et al., 2019). Magnolol, artemisinine en chenodeoxycholzuur veroorzaakten een matige ontspanning, ook in overeenstemming met de rapporten van de vorige studies (Teng et al., 1990; Li et al., 2005; Seok et al., 2012; Wang et al., 2017). Daarnaast rapporteerde ons werk eerst de vasorelaxante effecten van vier kruidenverbindingen, liquiritine, ginsenoside Rc, bacopside I en Ginsenoside Rb2, hoewel het effect laag is (Emax (% Phe) < 30%, Tabel 1). Interessant is dat de vasorelaxante effecten van sommige van deze componenten goed overeenkwamen met de farmacologische effecten van hun oorspronkelijke kruiden (Zie details in aanvullende tabel 7). Ferulinezuur en magnolol zijn bijvoorbeeld de belangrijkste componenten van TCM ” chuanxiong “(Ligusticum chuanxiong Hort) en” houpo ” (Magnolia officinalis Rehd. et Wils), respectievelijk. In de TCM-theorie kunnen deze kruiden de “Qi” – circulatie in het lichaam bevorderen, wind verdrijven en vocht elimineren, in overeenstemming met de theorie van vasodilatatie (Liu et al., 2017). Deze bevinding suggereerde dat de tfgmr-strategie een geschikt model is om de vasorelaxante effecten van TCM te voorspellen.
Genexpressieprofielen kunnen worden gebruikt als een signatuur van de activiteit van een bepaald geneesmiddel of een bepaalde ziekte om de verbanden tussen geneesmiddelen en ziekten te vinden met behulp van hun transcriptionele responsen (Lamb, 2007; Subramanian et al., 2017). De op het expressieprofiel gebaseerde methode is gebruikt voor drugherpositionering, doelvoorspelling, en het ontdekken van immunomodulerende effecten van drugs (Iorio et al., 2010; Sirota et al., 2011; Kidd et al., 2016; Li et al., 2019). Met meer fijnkorrelige, grootschalige omics datasets die publiek beschikbaar worden, maakt de huidige kennis een nauwkeuriger afbakening van de biologische module/netwerk van pathologische processen mogelijk. We identificeerden en annoteerden hier twee vaatdiameter-gerelateerde genmodules PFGM en NFGM, door genen te onderzoeken die betrokken zijn bij de positieve en negatieve regulatie van de vaatdiameter van een genoom-schaal functionele kaart.
De TFGMR wordt gebruikt om de verrijking van PFGM en NFGM in de kruidencomponent–geïnduceerde genexpressieprofielen te karakteriseren en een TES-waarde voor elke kruidencomponent te definiëren om zijn vasorelaxant effect te meten. De vasorelaxant effecten van de top 10 kandidaat kruiden componenten werden onderzocht door ex vivo experimenten van aorta ring contractie geïnduceerd door Phe. Zes verbindingen, ferulinezuur, borneol, magnolol, artemisinine, chenodeoxycholzuur en daidzin, veroorzaakten een duidelijke ontspanning (Emax (% Phe) > 50%, Tabel 1) en kunnen worden gebruikt als potentiële therapeutica voor ziekten met hoge bloeddruk.
opgemerkt moet worden dat, hoewel alleen een database van kruidenchemicaliën is getest met TFGMR, de methode inderdaad geschikt is voor het screenen van chemische stoffen waarvan de werking op de genexpressieniveaus bekend is. Daarnaast moeten de kandidaatverbindingen worden getest op hun directe effecten op de dilatatie van weerstandsvaten, die bij verdere werkzaamheden zullen worden geëvalueerd door middel van laser Doppler flowmetrie.
data Availability Statement
publiek beschikbare datasets werden geanalyseerd in deze studie. Deze gegevens kunnen hier worden gevonden: NCBI genuitdrukking omnibus, GEO reeks toetredingsnummer: GSE85871.
ethische verklaring
De dierstudie werd beoordeeld en goedgekeurd door het laboratorium Animal Care Center van de Chinese Academie van Chinese Medische Wetenschappen.
Auteursbijdragen
PL en CC ontwierpen onderzoek, voerden experimenten uit, analyseerden gegevens en schreven het manuscript. WZ, DY en SL voerden experimenten uit en verzamelden en analyseerden gegevens. JZ en AL hielden toezicht op het werk en schreven en bespraken het manuscript.
financiering
Dit onderzoek werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (Nr. 81703945, nr. 31800678) en het Technology and Innovation Fund van de Shanxi Agricultural University (Nr. 2016YJ17, Nr. 2017YJ40).
belangenconflict verklaring
De auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd zonder enige commerciële of financiële relatie die als een potentieel belangenconflict kon worden opgevat.
aanvullend materiaal
Het aanvullende materiaal voor dit artikel is online te vinden op: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2019.01144/full#supplementary-material
Bader, E. M., Zolty, R. (2010). Vasodilaterende werkzaamheid in raciale subgroepen bij de behandeling van congestief hartfalen. J. Card. Mislukt. 16 (8), S97–S97. doi: 10.1016 / j. cardfail.2010.06.340
CrossRef Full Text | Google Scholar
Berger, S. I., Iyengar, R. (2009). Network analyses in systems pharmacology. Bioinformatics 25 (19), 2466–2472. doi: 10.1093/bioinformatics/btp465
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Binns, D., Dimmer, E., Huntley, R., Barrell, D., O’Donovan, C., Apweiler, R. (2009). QuickGO: a web-based tool for Gene Ontology searching. Bioinformatics 25 (22), 3045–3046. doi: 10.1093/bioinformatics / btp536
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Carey, R. M., Whelton, P. K., Wri, A. A. H. G. (2018). Preventie, detectie, evaluatie en beheer van hoge bloeddruk bij volwassenen: overzicht van de 2017 American College of Cardiology/American Heart Association hypertensie richtlijn. Anne. Int. Med. 168 (5), 351–358. doi: 10.7326/M17-3203
CrossRef Full Text / Google Scholar
Chen, C., Guo, C., Gao, J., Shi, K. F., Cheng, J. T., Zhang, J., et al. (2019). Vasorelaxant en antihypertensieve effecten van Tianshu Capsule op ratten: een in vitro en in vivo benadering. Biomed. Pharmacother. 111, 188–197. doi: 10.1016 / j.biopha.2018.12.061
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Deng, Y., Ng, E. S. K., Yeung, J. H. K., Kwan, Y. W., Lau, C. B. S., Koon, J. C. M., et al. (2012). Mechanismen van de cerebrale vasodilatator acties van isoflavonoïden van Gegen op ratten geïsoleerde basilaire slagader. J. Ethnopharmacol. 139 (1), 294–304. doi: 10.1016 / j.jep.2011.11.021
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Iorio, F., Bosotti, R., Scacheri, E., Belcastro, V., Mithbaokar, P., Ferriero, R., et al. (2010). Discovery of drug mode of action and drug repositioning from transcriptional responses. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A 107 (33), 14621–14626. doi: 10.1073/pnas.1000138107
CrossRef Full Text | Google Scholar
Kidd, B. A., Wroblewska, A., Boland, M. R., Agudo, J., Merad, M., Tatonetti, N. P., et al. (2016). Het in kaart brengen van de effecten van geneesmiddelen op het immuunsysteem. Nat. Biotechnol. 34 (1), 47–54. doi: 10.1038 / nbt.3367
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Lamb, J. (2007). De Connectivity Map: een nieuwe tool voor biomedisch onderzoek. Nat. Rev. Cancer 7 (1), 54-60. doi: 10.1038 / nrc2044
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Lamb, J., Crawford, E. D., Peck, D., Modell, J. W., Blat, I. C., Wrobel, M. J., et al. (2006). De Connectiviteitskaart: gebruikend gen-uitdrukkingshandtekeningen om kleine molecules, genen, en ziekte te verbinden. Wetenschap 313 (5795), 1929-1935. doi: 10.1126 / wetenschap.1132939
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Li, H. Z., Xu, C. Q., Han, L. P., Zhang, H. Y., Yang, B. F., Zhang, Y. Q. (2005). Effecten van artemisinine op de spiertonus van vasculaire gladde spieren bij ratten. Kin. Tradit. Kruid. Drugs 36 (5), 732-734. doi: 10.7501 / j.issn.0253-2670. 2005. 5. 318 (in het Chinees)
CrossRef Full Text / Google Scholar
Li, P., Chen, J., Zhang, W. X., Li, H. M., Wang, W., Chen, J. X. (2019). Netwerk farmacologie gebaseerd onderzoek van de effecten van kruideningrediënten op de immuundisfunctie bij hart-en vaatziekten. Farmacol. Res. 141, 104-113. doi: 10.1016 / j.phrs.2018.12.016
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Liao, Y., Wang, J., Jaehnig, E. J., Shi, Z., Zhang, B. (2019). WebGestalt 2019: gene set analyse toolkit met vernieuwde UI ’s en API’ s. Nucleïnezuren Res.47 (W1), W199–W205. doi: 10.1093/nar/gkz401
CrossRef Full Text | Google Scholar
Liu, Z. K., Ng, C. F., Shiu, H. T., Wong, H. L., Wong, C. W., Li, K. K., et al. (2017). A traditional Chinese formula composed of Chuanxiong Rhizoma and Gastrodiae Rhizoma (Da Chuanxiong Formula) suppresses inflammatory response in LPS-induced RAW 264.7 cells through inhibition of NF-kappaB pathway. J. Ethnopharmacol. 196, 20–28. doi: 10.1016/j.jep.2016.12.014
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Lv, C., Wu, X., Wang, X., Su, J., Zeng, H., Zhao, J., et al. (2017). De genexpressie profielen in reactie op 102 traditionele Chinese geneeskunde (TCM) componenten: een algemene template voor onderzoek naar TCMs. 7 (1), 352. doi: 10.1038/s41598-017-00535-8
PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar
Oparil, S., Schmieder, R. E. (2015). Nieuwe benaderingen bij de behandeling van hypertensie. Circ. Res.116 (6), 1074-1095. doi: 10.1161 / CIRCRESAHA.116.303603
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Saji, T., Echizen, H., Fukushima, N., Hamaoka, K., Hayashi, M., Honda, M., et al. (2014). Guidelines for drug therapy in pediatric patients with cardiovascular diseases (JCS 2012)—Digest Version. Circ. J. 78 (2), 507–533. doi: 10.1253/circj.CJ-66-0083
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Santos, S. E., Ribeiro, F., Menezes, P. M. N., Duarte-Filho, L. A. M., Quintans, J. S. S., Quintans-Junior, L. J., et al (2019). Nieuwe inzichten over relaxerende effecten van ( – ) – borneol monoterpeen in rat aorta ringen. Fundam. Clin. Farmacol. 33 (2), 148–158. doi: 10.1111 / fcp.12417
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Seok, Y. M., Kim, H. Y., Garmaa, O., Cha, B. Y., Woo, J. T., Kim, I. K. (2012). Effecten van magnolol op vasculaire samentrekking in rat aorta ringen. Clin. Exp. Farmacol. Fysiol. 39 (1), 28–36. doi: 10.1111 / j. 1440-1681. 2011. 05629.x
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Silva-Filho, J. C., Oliveira, N. N., Arcanjo, D. D., Quintans-Junior, L. J., Cavalcanti, S. C., Santos, M. R., et al. (2012). Investigation of mechanisms involved in (–)-borneol–induced vasorelaxant response on rat thoracic aorta. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 110 (2), 171–177. doi: 10.1111/j.1742-7843.2011.00784.x
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Sirota, M., Dudley, J. T., Kim, J., Chiang, A. P., Morgan, A. A., Sweet-Cordero, A., et al. (2011). Ontdekking en preklinische validatie van drugindicaties met behulp van compendia van openbare genexpressiegegevens. Sci. Transl. Med. 3 (96), 96ra77. doi: 10.1126 / scitranslmed.3001318
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Subramanian, A., Narayan, R., Corsello, S. M., Peck, D. D., Natoli, T. E., Lu, X. D., et al. (2017). Een Connectiviteitskaart van de volgende generatie: L1000 platform en de eerste 1.000.000 profielen. Cel 171 (6), 1437-1452. doi: 10.1016 / j.cel.2017.10.049
PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar
Subramanian, A., Tamayo, P., Mootha, V. K., Mukherjee, S., Ebert, B. L., Gillette, M. A., et al. (2005). Gen set enrichment analysis: een op kennis gebaseerde benadering voor het interpreteren van genoombrede expressieprofielen. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102 (43), 15545-15550. doi: 10.1073 / pnas.0506580102
PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar
Suzuki, A., Yamamoto, M., Jokura, H., Fujii, A., Tokimitsu, I., Hase, T., et al. (2007). Ferulinezuur herstelt endotheel-afhankelijke vasodilatatie in aorta ‘ s van spontaan hypertensieve ratten. Is. J. Hypertens 20 (5), 508-513. doi: 10.1016 / j. amjhyper.2006.11.008
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Teng, C. M., Yu, S. M., Chen, C. C., Huang, Y. L., Huang, T. F. (1990). EDRF-release en Ca + (+) – kanaal blokkade door magnolol, een plaatjesaggregatieremmer geïsoleerd uit Chinees kruid Magnolia officinalis, in rat thoracale aorta. Life Sci. 47 (13), 1153–1161. doi: 10.1016/0024-3205(90)90176-R
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Tian, P. (2011). Convergence where West meets East. Nature 480 (7378), S84–S86. doi: 10.1038/480S84a
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Wang, Z. C., Lv, Q., Liu, H., Wu, Y., Bai, Y. G., Cheng, Y. P., et al. (2017). Caveolae depletion contributes to vasorelaxant effects of chenodeoxycholic acid. Cell. Physiol. Biochem. 42 (3), 1013–1024. doi: 10.1159/000478683
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Whelton, P. K., Carey, R. M., Aronow, W. S., Casey, D. E., Collins, K. J., Himmelfarb, C. D., et al. (2018). 2017 ACC/AHA/AAPA/ABC/ACPM/AGS/APhA/ASH/ASPC/NMA/PCNA Guideline for the prevention, detection, evaluation, and management of high blood pressure in adults: executive summary: A Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Clinical Practice Guidelines. Omloop 138 (17), E426–E483. doi: 10.1161 / CIR.0000000000000597
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Zhao, J., Suyama, A., Tanaka, M., Matsui, T. (2014). Ferulic acid enhances the vasorelaxant effect of epigallocatechin gallate in tumor necrosis factor-alpha–induced inflammatory rat aorta. J. Nutr. Biochem. 25 (7), 807–814. doi: 10.1016/j.jnutbio.2014.03.013
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar
Zhou, Z. Y., Xu, J. Q., Zhao, W. R., Chen, X. L., Jin, Y., Tang, N., et al. (2017). Ferulinezuur ontspannen rat aorta, kleine mesenterische en kransslagaders door het blokkeren van voltage-gated calcium kanaal en calcium desensibilisatie via de fosforylatie van ERK1 / 2 en MYPT1. Euro. J. Pharmacol. 815, 26–32. doi: 10.1016 / j. ejphar.2017.10.008
PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar
Zhu, Q., Wong, A. K., Krishnan, A., Aure, M. R., Tadych, A., Zhang, R., et al. (2015). Gerichte exploratie en analyse van grote cross-platform menselijke transcriptomische compendia. Nat. Methoden 12 (3), 211-214. doi: 10.1038 / nmeth.3249
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar