határok a farmakológiában
- Bevezetés
- anyagok és módszerek
- génexpressziós adatok és előfeldolgozás
- az erek átmérőjét szabályozó funkcionális Génmodul azonosítása
- funkcionális Génmodulok dúsítási elemzése növényi vegyület által indukált génexpressziós profilokban
- A vegyület által szabályozott gének jellemzése PFGM-ben és NFGM-ben
- vegyi anyagok és gyógyszerek
- kísérleti állatok
- aorta Gyűrűk előkészítése Feszültségmérésekhez
- A növényi összetevők hatása a fenilefrin által indukált összehúzódásra
- Adatelemzés
- eredmények
- transzkriptóm alapú funkcionális Génmodul referencia
- az erek átmérőjét szabályozó funkcionális Génmodul jellemzése
- a jelölt vazodilatátorok előrejelzése a növényi összetevőkből a TFGMR által
- a Top 10 jelölt komponens Vazorelaxáns hatásai a Phe-szerződött Aortagyűrűkre
- Vasorelaxáns hatású növényi vegyületek következtetési mechanizmusai
- Vita
- Adatelérhetőségi nyilatkozat
- etikai nyilatkozat
- szerzői hozzájárulások
- finanszírozás
- összeférhetetlenségi nyilatkozat
- Kiegészítő anyag
Bevezetés
az értágulást, az erek kiszélesedését kiváltó vagy kezdeményező szerek értágítók, amelyeket gyakran használnak rendellenesen magas vérnyomással járó állapotok kezelésére, mint például a magas vérnyomás, angina, és pangásos szívelégtelenség (Bader and Zolty, 2010; Whelton et al., 2018). Különböző mechanizmusú értágítók típusai, például kalciumcsatorna-blokkoló, angiotenzin-konvertáló enzim (ACE) gátlók, cGMP-specifikus 3′,5′-ciklikus foszfodiészteráz (PDE5) gátlók és káliumcsatorna-nyitók, a klinikán jóváhagyták (Saji et al., 2014). Az értágító lehetőségek sokasága ellenére néhány problémát, beleértve a magas vérnyomás egyetemességét és súlyosságát, a gyógyszerrezisztenciát és a kábítószer-függőséget, részben új gyógyszerek kifejlesztésével kell kezelni (Oparil and Schmieder, 2015). Eltér a jelenlegi gyógyszerektől, amelyek specifikus célokat szolgálnak az erek kitágítására, célunk egy alternatív stratégia felépítése, amely képes szisztematikusan feltárni az értágítókat az értágítás molekuláris hálózatának összefoglalásával.
a Rendszerbiológiai megközelítések természetesen alkalmasak a komplex rendszerek elfogulatlan, nagyszabású leolvasásainak rögzítésére (Berger and Iyengar, 2009). Az expressziós profil alapú módszerek a legáltalánosabbak, transzkripciós profilokat használnak egy adott út, betegség vagy vegyület aktivitásának aláírásaként, hogy felfedezzék a köztük lévő “kapcsolatokat” (anti)Korrelált transzkripciós hatásaik alapján, például a “csatlakozási Térkép” (Lamb et al., 2006). E megfontolás ihlette, a vaszkuláris fenotípus specifikus funkcionális génmoduljainak felépítését tervezik a genom-skála funkcionális térkép. A modulok változásait nagymértékben össze kell kapcsolni az érrendszeri átmérő patogenezisével. A modulok lekérdezésként használhatók a gyógyszerek transzkripciós válaszának vizsgálatára a jelölt értágítók azonosítására.
a hagyományos kínai orvoslás (TCM), amelynek fő anyagai a természetes gyógynövények, döntő szerepet játszott az emberi egészségben Kínában. A TCM rengeteg hatóanyagot tartalmaz, amelyeket általában új kémiai entitások forrásaként használnak a modern gyógyszerfelfedezéshez (Tian, 2011). A legújabb nagyszabású együttműködési erőfeszítések a növényi összetevők molekuláris profiljainak összefoglalását eredményezték (Lv et al., 2017). Jelen munkában egy transzkriptóm alapú funkcionális génmodul referencia (TFGMR) stratégia felépítésére törekszünk, amely képes jellemezni a vaszkuláris átmérővel kapcsolatos funkcionális génmodulokat a növényi vegyületek gyűjteményének transzkripciós adataiban ezen vegyületek érátmérőre gyakorolt hatásának értékelésére.
anyagok és módszerek
génexpressziós adatok és előfeldolgozás
növényi vegyületek génexpressziós adatait a TCM komponenseken végzett szisztematikus vizsgálatból nyertük a génexpressziós microarray technika alkalmazásával (Lv et al., 2017). Ezek a kis vegyületek gyakoriak voltak a kínai gyógynövényekben és a TCM képletekben, és a legtöbbjük a kínai Gyógyszerkönyvből származó TCMS minőségellenőrző összetevője. A génexpressziós adatokat az ezekkel a növényi vegyületekkel kezelt humán emlőrákos hámsejtvonalból (MCF7) származtatták, microarray technológiával profilozva az Affymetrix Humán Genom U133A 2.0-val, és a Nemzeti Biotechnológiai Információs Központ (NCBI) génexpressziós Omnibuszából gyűjtötték (GEO sorozat csatlakozási száma: GSE85871). A nyers adatokat (cel fájlokat) következetesen dolgoztuk fel az Affymetrix platform-specifikus eljárás alkalmazásával az adatkészletek szűrésére és normalizálására. Ezután minden egyes növényi vegyület esetében a differenciális génexpressziós értékeket a kontrollmintákkal szemben az R csomag “Limma” (3.32.7 verzió). Az egyes vegyületek génlistáját úgy állítottuk elő, hogy a géneket rangsorolt listába rendeztük differenciális expressziós értékeik szerint.
az erek átmérőjét szabályozó funkcionális Génmodul azonosítása
ebben a munkában két funkcionális génmodult készítettek, amelyek pozitívan és negatívan szabályozzák az erek átmérőjét (PFGM és NFGM). Először két gén ontológiai (GO) biológiai folyamatot (bps) (“a véredény átmérőjének pozitív szabályozása” (GO: 0097755) és “a véredény átmérőjének negatív szabályozása” (GO: 0097756) gyűjtöttek a QuickGO-tól: egy webalapú eszköz a GO kereséshez (http://seek.princeton.edu/) (Zhu et al., 2015). Az így kapott géneket, amelyek Ko-expressziós pontszáma > 0 és P érték < 0,01 a SEEK-ben, a lekérdezési maggének Ko-expresszált génjeinek tekintették. Végül két génkészlet átfedő génjeit eltávolítottuk, a többi gén pedig PFGM-et, illetve NFGM-et alkotott (1.és 2. Kiegészítő táblázat).
funkcionális Génmodulok dúsítási elemzése növényi vegyület által indukált génexpressziós profilokban
a PFGM és NFGM növényi vegyület által indukált génexpressziós profilokkal történő dúsítását a génkészlet dúsítási megközelítés (GSEA) alkalmazásával értékeltük, amelyet az R csomagokban, a “GSEA–P”–ben valósítottak meg (Subramanian et al., 2005). A GSEA kiszámítja a Génkészletek dúsítási pontszámát (értékeit) a rangsorolt lista tekintetében. Az ES értéktartomány . Ez a Kolmogorov-Szmirnov statisztikákon alapuló mérés, amely a rangsorolt lista szélsőségein (felső vagy alsó) lévő génkészletek felülreprezentációját értékeli. Minél közelebb van az ES 1-hez, annál közelebb vannak a gének a lista tetejéhez (a gének általában növekednek az állapotban). Minél közelebb van a -1-hez, annál közelebb vannak a gének a lista aljához (a gének általában csökkennek az állapotban).
ebben a munkában a PFGM és az NFGM a véredény átmérőjének molekuláris aláírását képviseli. A növényi vegyületek érátmérőre gyakorolt hatásának értékeléséhez a pfgm és az NFGM ES értékeit (ESPFGM és ESNFGM) mértük minden egyes vegyület által indukált génexpressziós profil esetében. A TES = ESPFGM − ESNFGM értéket indexként használták az egyes növényi vegyületek véredény-átmérőre gyakorolt hatásának felmérésére. Egy vegyület esetében minél nagyobb a TES értéke, annál erősebb az erek kitágulásának képessége. Minél kisebb a TES értéke, annál erősebb az erek összehúzódásának képessége.
A vegyület által szabályozott gének jellemzése PFGM-ben és NFGM-ben
ebben a munkában minden egyes vegyület esetében a pfgm-ben és NFGM-ben szabályozott génjei egyenértékűek az élvonalbeli részhalmazzal, amely a GSEA-módszerben az ES-hez hozzájáruló két modul központi tagja. Az élvonalbeli részhalmaz úgy értelmezhető, mint egy génkészlet magja, amely figyelembe veszi a dúsítási jelet. A pfgm és NFGM élvonalbeli részhalmaza minden egyes vegyület által indukált génexpressziós profilhoz az R csomagokban alkalmazott módszerrel, a GSEA-P módszerrel extrahálható.
vegyi anyagok és gyógyszerek
ferulinsav (98% tisztaságú), liquiritin (98% tisztaságú), magnolol (98% tisztaságú), és ginsenoside Rb2 (93,8% tisztaságú) nyerték a National Institutes for Food and Drug Control (Nifdc, Peking, Kína). Borneol (98% – os tisztaságú), ginsenoside Rc (98%-os tisztaságú), artemisinin (99% – os tisztaságú), chenodeoxycholic acid (98% – os tisztaságú), daidzin (98% – os tisztaságú) és bacopaside I (98% – os tisztaságú) vásárolt Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Kft. Más reagensek analitikai tisztaságúak voltak.
kísérleti állatok
negyven hím Sprague-Dawley (SD) patkány, amelyek súlya 230-250 g volt 7-9 hetes korban, és a Beijing Vital River Laboratories Company (Peking, Kína) Állattenyésztési központjából vásárolták. A patkányokat 12 órás Világos/Sötét ciklus alatt tartották, és szabadon hozzáférhettek az élelemhez és a vízhez. Az állatokat a Kínai Orvostudományi Akadémia laboratóriumi állatgondozó központja gondozta. Minden állatkísérletet az intézményi irányelvek és etika ajánlásainak megfelelően végeztek. A jegyzőkönyvet a Kínai Orvostudományi Akadémia állategészségügyi és állatjóléti Bizottsága hagyta jóvá.
aorta Gyűrűk előkészítése Feszültségmérésekhez
az ex vivo kísérletet patkányok mellkasi aortáin végeztük a korábban leírt protokoll szerint (Chen et al., 2019). Nevezetesen, a patkányokat klorál-hidrát intraperitoneális injekciójával érzéstelenítették, majd nyaki diszlokációval feláldozták őket. A mellkas felnyitása után a patkányok mellkasi aortáját megkaptuk, és azonnal jéghideg Krebs-Henseleit (KH) oldatba helyeztük a következő összetételben (mmol/L–ben): NaCl 120, KCL 4,8, MgSO4•7h2o 1,2, KH2PO4 1,2, CaCl2 2,5, NaHCO3 25 és glükóz 11 (pH 7,4). Az artériákhoz tapadó zsírszövetet gondosan eltávolították az endothelsejtek károsodásának elkerülése érdekében, és az eret körülbelül 3 mm hosszú gyűrűkre vágták. Az endothelium-denudált kísérletekben az endotheliumot mechanikusan eltávolítottuk úgy, hogy az aortagyűrű luminális felületét többször oda-vissza dörzsöljük műanyag csövekkel. Az aorta gyűrűket 5 ml KH oldatot tartalmazó szervfürdőkben szuszpendáltuk 37-en 65% O2 + 5% CO2-vel gázosítva, amelyet a kísérletek során folyamatosan fenntartottak. 20 percig tartó feszültség nélküli egyensúlyozás után az aorta gyűrűket 90 percig hagytuk egyensúlyba hozni 1,0 g nyugalmi feszültséggel. az egyensúlyi periódus alatt a KH oldatot 20 percenként megváltoztattuk. A feszültség változásait erőátalakítók rögzítették (FT-102, Chengdu Techman Software Co., Kft. Kína) csatlakozik egy adatgyűjtő rendszerhez (BL-420F, Chengdu Techman Software Co., Kft. Kínában), és számítógépen tárolták. Ezenkívül a vizsgálat pontosságának és megismételhetőségének biztosítása érdekében az előzetes kísérletek szerint 3,0–4,5 g-ot választottunk ki a kontraktilis erő felvételi kritériumaként.
A növényi összetevők hatása a fenilefrin által indukált összehúzódásra
a fenilefrin (Phe) által indukált állandó összehúzódásnál (1 6mol/L) az aorta gyűrűkben a növényi komponensek kumulatív koncentrációját (KH oldatban oldva vagy 0,2% DMSO-t tartalmazva) közvetlenül a szervfürdőbe adtuk, és a növényi komponens hatását feljegyeztük. Ugyanekkora mennyiségű KH oldatot adtunk a vivőanyag kontrollcsoporthoz, és a válaszokat az aortagyűrűk friss KH oldattal történő mosásával állítottuk le. A hatásokat a növényi összetevők által kiváltott relaxáció százalékában fejezték ki.
Adatelemzés
először is, hogy felmérjük a növényi vegyületek hatásának jelentőségét a két funkcionális modul által képviselt vaszkuláris fenotípusra, kiszámítottuk a névleges P értéket minden egyes TES értékhez, összehasonlítva a tényleges érték eloszlását egy null modellel, amely az egyes vegyületek tes-értékeit a pfgm és NFGM géntagjainak véletlenszerű mintavételével 1000-szer a két modul megőrzött számaival (3.Kiegészítő táblázat). Másodszor, a hat relaxáns hatású vegyület szabályozása közötti átfedő elemzés jelentőségét Fisher egzakt tesztjével mértük (5.Kiegészítő táblázat). Végül a génkészletek funkcionális kommentárjának statisztikai elemzése a Webgestaltban (http://software.broadinstitute.org/gsea/msigdb/annotate.jsp) követi a megfelelő weboldal utasításait.
a Vazorelaxációs aktivitást a Phe (1 6mol / L) előfeszítési szintek százalékos relaxációjában fejezzük ki. Az értékeket a Nyolc minta eredményének átlagaként fejezzük ki. A csoportok közötti különbségeket egyirányú varianciaanalízissel határoztuk meg. A statisztikai szignifikancia meghatározása P < 0,05 volt. Az in vitro kísérletek 50% – os maximális hatás (EC50) értékeinek koncentrációját nemlineáris regresszióval kaptuk. A GraphPad Prism (GraphPad szoftver, 5.01-es verzió) és az SPSS 18.0 szoftver segítségével készítettünk grafikonokat és statisztikai elemzéseket.
eredmények
transzkriptóm alapú funkcionális Génmodul referencia
bemutatunk egy tfgmr stratégiát, amely képes gazdagítani a betegséggel kapcsolatos funkcionális génmodulokat a gyógyszer által indukált transzkripciós profilokban a gyógyszerek terápiás képességének kimutatására betegségek specifikus szabályozásával funkcionális mechanizmusok. Itt a TFGMR-t 102 növényi komponens transzkriptóm forrásaira alkalmazzák, hogy szisztematikusan felfedezzék az új értágítókat az erek átmérőjének szabályozásával (1.ábra). Először két funkcionális génmodult hoztunk létre, a PFGM-et és az NFGM-et, amelyek pozitívan és negatívan szabályozzák az erek átmérőjét. A PFGM 167 géntagot tartalmaz, amelyek közül 55 maggént a GO BP “a véredény átmérőjének pozitív szabályozása” (GO: 0097755) és 112, a maggének együtt expresszált génjeiből származnak (1.Kiegészítő táblázat). Az NFGM 122 tagot tartalmaz, köztük 72 maggént a GO BP “a véredény átmérőjének negatív szabályozása” (GO: 0097756) és 50 Társ-kifejezésükből (2.Kiegészítő táblázat). Ezután megvizsgáltuk mind a PFGM, mind az NFGM dúsulását a növényi vegyület által indukált génexpressziós profilok mindegyikéhez GSEA megközelítéssel, hogy felmérjük az egyes növényi vegyületek hatását az erek átmérőjére.
1. ábra transzkriptóm alapú funkcionális génmodul referencia (tfgmr) stratégia a jelölt vazodilatátorok előrejelzésére növényi összetevőkből, az erek átmérőjét szabályozó specifikus funkciógén modulok és a növényi komponens által indukált transzkripciós profilok alapján. GO, gén ontológia; BP, biológiai folyamat; pfgm, funkcionális génmodul, amely pozitívan szabályozza az erek átmérőjét; NFGM, funkcionális génmodul, amely negatívan szabályozza az erek átmérőjét; GSEA, génkészlet dúsítási megközelítés; ES, dúsítási pontszám.
az erek átmérőjét szabályozó funkcionális Génmodul jellemzése
a PFGM-et és az NFGM-et mind a GO, mind az útvonal dúsítása tekintetében jellemeztük, hogy felmérjük a két modul funkcionális kapcsolatát a vaszkuláris fenotípussal WebGestalt alkalmazásával (Liao et al., 2019). A top 10 BPs GO elemzése azt mutatta, hogy mind a PFGM, mind az NFGM ugyanazt a BPs–t foglalja magában: “kétértékű szervetlen kation homeosztázis”, “anatómiai szerkezet méretének szabályozása”, “keringési rendszer folyamata”, “izomrendszer folyamata”, “G fehérjéhez kapcsolt receptor jelátviteli út” és “második hírvivő által közvetített jelátvitel” (2.ábra). Hasonlóképpen, a top 10 Kyoto Encyclopedia of genes and genomes (KEGG) útvonal elemzése azt mutatta, hogy a két modul jelentősen részt vett a “lipolízis szabályozása az adipocitákban”, “ciklikus guanozin-monofoszfát (cGMP)-cGMP–függő protein kináz (PKG) jelátviteli út”, “kalcium jelátviteli út”, “vaszkuláris simaizom-összehúzódás” és “neuroaktív ligandum-receptor kölcsönhatás” (2.ábra). Mind a GO, mind a pfgm és az NFGM számára dúsított útvonal kifejezések nyilvánvalóan kapcsolódnak az érrendszeri fenotípushoz.
2. ábra funkcionális megjegyzések A PFGM és NFGM tagok számára.
a jelölt vazodilatátorok előrejelzése a növényi összetevőkből a TFGMR által
feltételezésünk szerint az értágítóknak többnyire növelniük kell a PFGM (ESPFGM >0) tagok expresszióját, és csökkenteniük kell az NFGM (ESNFGM < 0). Ezért a TES = ESPFGM − ESNFGM értéket választottuk indexként a jelölt értágítók azonosítására. Egy vegyület esetében minél nagyobb a TES értéke, annál nagyobb az erek tágulási képessége. A rendezett génlistákat először a 102 növényi komponens által indukált génexpressziós profilhoz állítottuk elő. Ezután a GSEA módszert alkalmaztuk az egyes növényi vegyületek TES-értékének mérésére. A 102 vegyületet TES-értékeik szerint rendeztük, és a 3.Kiegészítő táblázatban részleteztük. A top 10 jelölt vegyületeket és ezek TES-értékeit az 1.táblázat sorolta fel.
1. táblázat a TFGMR által előre jelzett top 10 vazodilatátor jelölt és vazorelaxáns hatásuk a Phe-szerződött aortagyűrűkre.
a Top 10 jelölt komponens Vazorelaxáns hatásai a Phe-szerződött Aortagyűrűkre
a TOP 10 előre jelzett vazorelaxáns hatásait az endothelium-intakt mellkasi aorta gyűrűk vaszkuláris feszültségén értékeltük a Phe által összehúzódott. A tipikus eredeti nyom azt mutatta, hogy a kh oldat (kontrollcsoport, 0,2% DMSO-t tartalmazott) nem lazította el a PHE-vel előfeltételezett vaszkuláris gyűrűket (1.Kiegészítő ábra). A kontrollcsoporttal összehasonlítva mind a 10 növényi összetevő szignifikáns és dózisfüggő vazorelaxáns hatást mutatott a Phe-szerződött aortagyűrűkre (p < 0,05, 3.ábra). Ezek közül a ferulinsav mutatta a legerősebb értágulatot (Emax = 87,46, 2,90%), míg a minimális hatékonyságot a liquiritin (Emax = 11,10, 3,34%) váltotta ki (3.ábra és 1. táblázat). Az új előrejelzések magas szintje azt jelezte, hogy a TFGMR stratégia gyakorlatilag hasznos az új vazorelaxáns szerek előrejelzésében, és potenciális alkalmazásokkal rendelkezik a gyógyszerfejlesztésben.
3. ábra különböző növényi összetevők Vazorelaxáns hatásai patkány mellkasi aorta gyűrűkre endotheliummal (n = 8) előkezelve Phe-vel. A relaxációt ( % ) a Phe által kiváltott maximális feszültség csökkenésének százalékában számítottuk ki. Az adatok jelennek meg, mint az azt jelenti, 6 SD. * P < 0,05 a kontrollcsoporthoz képest.
Vasorelaxáns hatású növényi vegyületek következtetési mechanizmusai
a hat nyilvánvaló relaxáns hatású vegyületet a pfgm-re és NFGM-re vonatkozó szabályozásuk alapján vizsgáltuk. Először megvizsgáltuk azokat a maggéneket, amelyeket a két modulban a hat vegyület jelentősen szabályoz. Minden vegyület esetében a szabályozott gének a dúsítási elemzés élvonalbeli részhalmazának tagjai (lásd anyagok és módszerek). Amint azt a 4. Kiegészítő táblázat mutatja, a ferulinsav, a borneol, a daidzin, a magnolol, a chenodeoxycholic acid és az artemisinin hatása 67, 59, 50, 58, 59, és 59 gén a PFGM – ben, és 52, 49, 39, 44, 44, 43 gén az NFGM-ben. Ezeknek a vegyületeknek a szabályozott génjeit összehasonlítottuk, és azt találtuk, hogy a hat vegyület szabályozott génjei szignifikánsan átfedik egymást (kiegészítő táblázat 5, Fisher pontos tesztje p << 0,01), ami arra utal, hogy a hat vegyület hasonló mechanizmusokkal rendelkezik a relaxáló hatásukban. Ezt tovább igazolták ezen vegyületek szabályozott génjeinek funkcionális elemzésével. A top 27 dúsított GO kifejezések, a szabályozott gének a hat vegyületek jelentősen dúsított nyolc azonos Go kifejezések kapcsolatos vaszkuláris fenotípus, beleértve a vaszkuláris folyamat a keringési rendszer, szabályozása érszűkület, szabályozása cső mérete, szabályozása rendszer folyamat, szabályozása vérkeringés, szabályozása anatómiai szerkezet mérete, és a keringési rendszer folyamat. A hasonló mechanizmusok mellett minden vegyületnek megvan a maga kizárólagos mechanizmusa is. Például a ferulinsav és a chenodeoxycholic sav szabályozhatja a géneket a GO kifejezésben ” ion homeosztázis.”A Borneol jelentősen befolyásolja a géneket a “sejtkomponens mozgásának szabályozása” és a “biológiai adhézió” szempontjából (4.ábra és 6. Kiegészítő táblázat).
4. ábra a hat vegyület, a ferulinsav, a borneol, a daidzin, a magnolol, a chenodeoxycholic acid és az artemisinin által szabályozott gének funkcionális analízise. A vegyület (piros) és a funkciócsomópont (Zöld) közötti kapcsolat azt jelzi, hogy a vegyület szabályozott génjei jelentősen részt vesznek a funkciójegyzetben. A csomópont mérete korrelál a csomópont hálózati fokával.
Vita
a magas vérnyomás hozzájárul a legtöbb kardiovaszkuláris betegség patofiziológiai következményeihez. Így a magas vérnyomás gátlása vagy visszafordítása felbecsülhetetlen stratégia a szív-és érrendszeri betegségek és a kapcsolódó szervkárosodás kezelésében (Carey et al., 2018). Bár már több mint 69 gyógyszerek 15 különböző osztályokban vérnyomáscsökkentő gyógyszerek, mint például a kalcium-antagonisták, angiotenzin-konvertáló enzim inhibitorok, inhibitorok, adrenerg-adrenoceptor antagonisták, diuretikumok, és a közvetlen hatású értágítók, sokkal több hipertóniás betegek rezisztens magas vérnyomás, vagy ellenőrizetlen nonadherencia vagy intolerancia a rendelkezésre álló vérnyomáscsökkentő szerek (Oparil and Schmieder, 2015). Ezért továbbra is új szerekre van szükség a magas vérnyomás elleni küzdelemhez. A TCM-ek többnyire több száz kémiai összetevőt tartalmaznak, amelyek a TCM farmakológia anyagalapjai, és bőséges forrást biztosítanak a kémiai gyógyszerek felfedezéséhez. Ebben a munkában szisztematikusan vizsgáltuk a növényi összetevők érrendszeri fenotípusra gyakorolt hatását transzkriptóm alapú megközelítés, TFGMR alkalmazásával.
beszámoltak arról, hogy az érrendszeri feszültség kritikus szerepet játszik a vérnyomás szabályozásában. A vérnyomáscsökkentő gyógyszerek egyik domináns mechanizmusa az érrendszer rezisztenciájának csökkentése értágulattal. Jelen tanulmányban a top 10 jelölt komponens vazorelaxáns hatásait vizsgálták. Az eredmények azt mutatták, hogy mind a 10 komponensnek különböző fokú értágulata van. Ezek közül a ferulinsav, a borneol és a daidzin erős relaxáló hatást fejtett ki, ami összhangban van a korábbi megállapításokkal (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). A Magnolol, az artemisinin és a chenodeoxycholic sav mérsékelt relaxációt váltott ki, ami szintén összhangban van a korábbi vizsgálatok Jelentéseivel (Teng et al., 1990; Li et al., 2005; Seok et al., 2012; Wang et al., 2017). Ezenkívül munkánk először négy növényi vegyület, a liquiritin, a ginsenoside Rc, a bacopaside I és a ginsenoside Rb2 vazorelaxáns hatásáról számolt be, bár a hatás alacsony (Emax (% Phe) < 30%, 1.táblázat). Érdekes módon azt találták, hogy ezen összetevők némelyikének vazorelaxáns hatása jól megegyezett az eredeti gyógynövények farmakológiai hatásával (lásd a részleteket a 7.kiegészítő táblázatban). Például a ferulinsav és a magnolol a TCM “chuanxiong” (Ligusticum chuanxiong Hort) és a “houpo” (Magnolia officinalis Rehd) fő összetevői. et Wils), ill. A TCM elméletben ezek a gyógynövények elősegíthetik a” Qi ” keringést a testben, eloszlathatják a szelet és kiküszöbölhetik a nedvességet, összhangban az értágítás elméletével (Liu et al., 2017). Ez a megállapítás azt sugallta, hogy a TFGMR stratégia jól alkalmazható modell a TCM vazorelaxáns hatásainak előrejelzésére.
a génexpressziós profilok felhasználhatók egy adott gyógyszer vagy betegség aktivitásának aláírására, hogy transzkripciós válaszaik alapján megtalálják a gyógyszerek és betegségek közötti kapcsolatokat (Lamb, 2007; Subramanian et al., 2017). Az expressziós profil alapú módszert a gyógyszerek újrapozicionálására, a cél előrejelzésére és a gyógyszerek immunmoduláló hatásainak felfedezésére használták (Iorio et al., 2010; Sirota et al., 2011; Kidd et al., 2016; Li et al., 2019). A finomszemcsés, nagyszabású omikai adatkészletek nyilvánosságra kerülésével a jelenlegi ismeretek lehetővé teszik a patológiai folyamatok biológiai moduljának/hálózatának pontosabb körvonalazását. Itt azonosítottunk és feljegyeztünk két edényátmérővel kapcsolatos génmodult, a PFGM – et és az NFGM-et, az edényátmérő pozitív és negatív szabályozásában részt vevő gének vizsgálatával egy genom-skála gén funkcionális térképén.
a TFGMR a pfgm és NFGM dúsulásának jellemzésére szolgál a növényi komponens által indukált génexpressziós profilokban, és meghatározza az egyes növényi komponensek tes–értékét a vazorelaxáns hatásának mérésére. A top 10 jelölt növényi komponens vazorelaxáns hatásait a PHE által kiváltott aorta gyűrű összehúzódásának ex vivo kísérleteivel vizsgáltuk. Ezek közül hat vegyület, a ferulinsav, a borneol, a magnolol, az artemisinin, a chenodeoxycholic acid és a daidzin nyilvánvaló relaxációt váltott ki (Emax (% Phe) > 50%, 1.táblázat), és magas vérnyomással járó betegségek potenciális terápiájaként alkalmazható.
meg kell jegyezni, hogy bár a tfgmr csak a növényi vegyi anyagok adatbázisát tesztelte, a módszer valóban alkalmas minden olyan vegyi anyag szűrésére, amelynek a génexpressziós szintekre gyakorolt hatása ismert. Ezenkívül a jelölt vegyületeket meg kell vizsgálni az ellenállási edények dilatációjára gyakorolt közvetlen hatásuk szempontjából, amelyet a lézeres Doppler áramlásméréssel értékelnek a további munkák során.
Adatelérhetőségi nyilatkozat
nyilvánosan elérhető adatkészleteket elemeztünk ebben a tanulmányban. Ezek az adatok itt találhatók: NCBI génexpressziós Omnibusz, GEO sorozat csatlakozási száma: GSE85871.
etikai nyilatkozat
az állatkísérletet a Kínai Orvostudományi Akadémia laboratóriumi állatgondozó központja felülvizsgálta és jóváhagyta.
szerzői hozzájárulások
a PL és a CC kutatásokat tervezett, kísérleteket végzett, adatokat elemzett és megírta a kéziratot. A WZ, A DY és az SL kísérleteket végzett, adatokat gyűjtött és elemzett. JZ és AL felügyelték a munkát, és megírták és áttekintették a kéziratot.
finanszírozás
ezt a kutatást a kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány (no.81703945, no. 31800678) és a Shanxi Mezőgazdasági Egyetem Technológiai és Innovációs alapja (no. 2016yj17, no. 2017yj40) támogatta.
összeférhetetlenségi nyilatkozat
a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.
Kiegészítő anyag
A cikk kiegészítő anyaga online megtalálható: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2019.01144/full#supplementary-material
Bader, E. M., Zolty, R. (2010). Értágító hatásosság faji alcsoportokban a pangásos szívelégtelenség kezelésében. J. Kártya. Bukás. 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 / bioinformatika / btp536
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Carey, R. M., Whelton, P. K., Wri, A. A. H. G. (2018). A magas vérnyomás megelőzése, kimutatása, értékelése és kezelése felnőtteknél: a 2017-es American College of Cardiology/American Heart Association hypertension iránymutatás összefoglalása. Ann. Int. Med. 168 (5), 351–358. doi: 10.7326 / M17-3203
CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Chen, C., Guo, C., Gao, J., Shi, KF, Cheng, J. T., Zhang, J., et al. (2019). A Tianshu kapszula vazorelaxáns és vérnyomáscsökkentő hatásai patkányokon: in vitro és in vivo megközelítés. Biomed. Gyógyszerész. 111, 188–197. doi: 10.1016 / j.biopha.2018.12.061
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg | Google Tudós
Deng, Y., Ng, E. S. K., Yeung, J. H. K., Kwan, Y. W., Lau, C. B. S., Koon, J. C. M. et al. (2012). A gegen izoflavonoidjainak agyi értágító hatásának mechanizmusai patkány izolált basilaris artérián. 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). A gyógyszerek immunrendszerre gyakorolt hatásainak feltérképezése. Nat. Biotechnol. 34 (1), 47–54. doi: 10.1038 / nbt.3367
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Lamb, J. (2007). A kapcsolódási térkép: új eszköz az orvosbiológiai kutatáshoz. Nat. Rev. Rák 7 (1), 54-60. doi: 10.1038 / nrc2044
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Lamb, J., Crawford, E. D., Peck, D., Modell, J. W., Blat, I. C., Wrobel, M. J., et al. (2006). A Connectivity Map: gén-expressziós aláírások használata kis molekulák, gének és betegségek összekapcsolására. Tudomány 313 (5795), 1929-1935. doi: 10.1126 / tudomány.1132939
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Li, Hz, Xu, CQ, Han, LP, Zhang, hy, Yang, Bf, Zhang, Yq (2005). Az artemisinin hatása az érrendszeri simaizom izomtónusára patkányokban. Chin. Tradit. Herb. Gyógyszerek 36 (5), 732-734. doi: 10.7501 / j.issn.0253-2670.2005.5. 318 (kínaiul)
CrossRef teljes szöveg | Google Tudós
Li, P., Chen, J., Zhang, W. X., Li, H. M., Wang, W., Chen, J. X. (2019). Hálózati farmakológia alapú vizsgálata a hatását a növényi összetevők az immunrendszer diszfunkció szívbetegség. Pharmacol. Res. 141, 104-113. doi: 10.1016 / j. phrs.2018.12.016
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Liao, Y., Wang, J., Jaehnig, E. J., Shi, Z., Zhang, B. (2019). WebGestalt 2019: génkészlet-elemző eszközkészlet megújult UI-kkel és API-kkal. Nukleinsavak 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). A génexpressziós profilok 102 hagyományos kínai orvoslás (TCM) komponensre adott válaszként: általános sablon a TCMs kutatásához. Kjt Rep 7 (1), 352. doi: 10.1038 / s41598-017-00535-8
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Oparil, S., Schmieder, R. E. (2015). Új megközelítések a magas vérnyomás kezelésében. Kör. 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). Új betekintés a (–)-borneol monoterpén relaxáns hatásairól patkány aorta gyűrűkben. Fundam. Clint. Pharmacol. 33 (2), 148–158. doi: 10.1111 / fcp.12417
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Seok, Y. M., Kim, H. Y., Garmaa, O., Cha, B. Y., Woo, J. T., Kim, I. K. (2012). A magnolol hatása a patkány aorta gyűrűinek érrendszeri összehúzódására. Clint. Felh. Pharmacol. Physiol. 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). A gyógyszer indikációk felfedezése és preklinikai validálása nyilvános génexpressziós adatok felhasználásával. Sci. Ford. Med. 3 (96), 96ra77. doi: 10.1126 / scitranslmed.3001318
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Subramanian, A., Narayan, R., Corsello, S. M., Peck, D. D., Natoli, T. E., Lu, X. D., et al. (2017). A következő generációs csatlakozási Térkép: L1000 platform és az első 1 000 000 profil. 171. cella (6), 1437-1452. doi: 10.1016 / j. cella.2017.10.049
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Subramanian, A., Tamayo, P., Mootha, V. K., Mukherjee, S., Ebert, B. L., Gillette, M. A., et al. (2005). Génkészlet-dúsítási elemzés: tudásalapú megközelítés a genom egészére kiterjedő expressziós profilok értelmezéséhez. Proc. NAT. Acad. Sci. U. S. A. 102 (43), 15545-15550. doi: 10.1073/pnas.0506580102
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Suzuki, A., Yamamoto, M., Jokura, H., Fujii, A., Tokimitsu, I., Hase, T., et al. (2007). A ferulinsav helyreállítja az endothelium-függő értágulatot spontán hipertóniás patkányok aortáiban. Az vagyok. J. Hypertens 20 (5), 508-513. doi: 10.1016 / j. amjhyper.2006.11.008
PubMed absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
Teng, C. M., Yu, S. M., Chen, C. C., Huang, Y. L., Huang, T. F. (1990). EDRF-release és Ca + (+)-csatorna blokád magnolol, egy vérlemezke-gátló szer izolált kínai gyógynövény Magnolia officinalis, patkány mellkasi aorta. Élet 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 absztrakt / CrossRef teljes szöveg / Google Tudós
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 útmutató a magas vérnyomás megelőzésére, kimutatására, értékelésére és kezelésére felnőtteknél: összefoglaló: az American College of Cardiology / American Heart Association munkacsoport jelentése a klinikai gyakorlati Irányelvekről. Forgalom 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). Ferulinsav relaxált patkány aorta, kis mesenterialis és koszorúerek blokkolásával feszültség-kapuzott kalciumcsatorna és kalcium deszenzitizáció révén DEFOSZFORILÁCIÓ ERK1 / 2 és MYPT1. Eur. J. Pharmacol. 815, 26–32. doi: 10.1016 / j. ejfár.2017.10.008
PubMed absztrakt | CrossRef teljes szöveg | Google Tudós
Zhu, Q., Wong, A. K., Krishnan, A., Aure, M. R., Tadych, A., Zhang, R. et al. (2015). Célzott feltárása és elemzése nagy cross-platform humán transzkriptomikus compendia. Nat. 12. módszer (3), 211-214. doi: 10.1038 / nmeth.3249
PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar