Articles

frontiere în farmacologie

Introducere

agenții care induc sau inițiază vasodilatația, lărgirea vaselor de sânge, sunt vasodilatatoare, care sunt frecvent utilizate pentru tratarea afecțiunilor cu o tensiune arterială anormal de mare, cum ar fi hipertensiunea, angina și insuficiența cardiacă congestivă (Bader și Zolty, 2010; Whelton și colab., 2018). În clinică au fost aprobate tipuri de vasodilatatoare cu mecanisme diferite, cum ar fi blocantul canalelor de calciu, inhibitorii enzimei de conversie a angiotensinei (ECA), inhibitorii specifici ai fosfodiesterazei ciclice 3′,5′(PDE5) și deschizătorii canalelor de potasiu (Saji și colab., 2014). În ciuda multitudinii de opțiuni vasodilatatoare, unele probleme, inclusiv universalitatea și severitatea hipertensiunii arteriale, rezistența la medicamente și dependența de droguri, trebuie abordate, în parte, prin dezvoltarea de noi medicamente (Oparil și Schmieder, 2015). Spre deosebire de medicamentele actuale cu obiective specifice de dilatare a vaselor de sânge, ne propunem să construim o strategie alternativă capabilă să exploreze sistematic vasodilatatoarele prin recapitularea rețelei moleculare de vasodilatație.

abordările biologiei sistemelor sunt potrivite în mod natural pentru a surprinde citirile imparțiale și la scară largă din sistemele complexe (Berger și Iyengar, 2009). Metodele bazate pe profil de Expresie sunt cele mai generale, folosind profiluri transcripționale ca semnături ale activității unei căi, boli sau compuși date pentru a descoperi „conexiuni” între ele pe baza efectelor transcripționale (anti)corelate, cum ar fi „harta conectivității” (Lamb și colab., 2006). Inspirat de această considerație, este conceput pentru a construi module genetice funcționale specifice fenotipului vascular din harta funcțională la scară genomică. Modificările modulelor trebuie asociate în mare măsură cu patogeneza diametrului vascular. Modulele pot fi utilizate ca interogări pentru a examina răspunsul transcripțional al medicamentelor pentru a identifica vasodilatatoarele candidate.

medicina tradițională chineză (TCM), cu plante naturale ca materiale majore, a jucat un rol crucial în sănătatea umană în China. TCM implică o mulțime de ingrediente active, care sunt de obicei utilizate ca sursă de noi entități chimice pentru descoperirea modernă a medicamentelor (Tian, 2011). Eforturile recente de colaborare la scară largă au produs compendii de profile moleculare pentru ingrediente pe bază de plante (Lv și colab., 2017). În lucrarea de față, căutăm să construim o strategie de referință a modulului genetic funcțional bazat pe transcriptom (TFGMR) care este capabilă să caracterizeze modulele genetice funcționale legate de diametrul vascular în datele transcripționale ale unei colecții de compuși pe bază de plante pentru a evalua impactul acestor compuși asupra diametrului vascular.

materiale și metode

date de expresie genetică și Preproces

datele de expresie genetică ale compușilor din plante au fost obținute dintr-un studiu sistematic asupra componentelor TCM utilizând tehnica microarray de expresie genetică (Lv și colab., 2017). Acești compuși mici au fost obișnuiți în ierburile chinezești și formulele TCM, iar majoritatea sunt componentele de control al calității TCM-urilor din Farmacopeea Chinei. Datele privind expresia genelor au fost derivate din linia celulară epitelială a cancerului de sân uman (MCF7) tratată cu acești compuși pe bază de plante, profilate folosind tehnologia microarray cu Affymetrix Human Genome U133A 2.0 și colectate de la Centrul Național pentru Informații Biotehnologice (NCBI) expresia genelor Omnibus (numărul de aderare al seriei GEO: GSE85871). Datele brute (fișierele CEL) au fost procesate în mod consecvent prin aplicarea procedurii specifice platformei Affymetrix pentru a filtra și normaliza seturile de date. Apoi, pentru fiecare compus pe bază de plante, valorile expresiei genice diferențiale față de probele de control au fost calculate prin pachetul R „Limma” (versiunea 3.32.7). Lista genelor pentru fiecare compus a fost produsă prin ordonarea genelor într-o listă clasificată în funcție de valorile lor de Expresie diferențiale.

identificarea modulului genei funcționale de reglare a diametrului vaselor de sânge

două module genetice funcționale care reglează pozitiv și negativ diametrul vaselor de sânge (PFGM și NFGM) au fost construite în această lucrare. În primul rând, două procese biologice de Ontologie genetică (GO) (BPs) „reglarea pozitivă a diametrului vaselor de sânge” (GO: 0097755) și „reglarea negativă a diametrului vaselor de sânge” (GO: 0097756) au fost colectate de la QuickGO: un instrument bazat pe web pentru căutarea GO (http://seek.princeton.edu/) (Zhu și colab., 2015). Genele rezultate cu scor de coexpresie> 0 și valoarea P< 0.01 în SEEK au fost considerate gene coexprimate ale genelor de bază ale interogării. În cele din urmă, genele suprapuse din două seturi de gene au fost eliminate, iar restul genelor au compus PFGM și, respectiv, NFGM (tabelele suplimentare 1 și 2).

analiza de îmbogățire a modulelor genetice funcționale în profilurile de expresie genetică induse de compuși pe bază de plante

îmbogățirea PFGM și NFGM cu profiluri de expresie genetică induse de compuși pe bază de plante a fost evaluată utilizând abordarea de îmbogățire a setului de gene (gsea), implementată în pachetele R, „GSEA–p” (Subramanian și colab., 2005). Gsea calculează scorul (scorurile) de îmbogățire pentru seturile de gene în raport cu lista clasată. Intervalul de valori ES este . Este o măsură bazată pe Statisticile Kolmogorov–Smirnov și evaluează suprareprezentarea seturilor de gene la extremele (de sus sau de jos) ale listei clasate. Cu cât ES este mai aproape de 1, cu atât genele sunt mai apropiate de partea de sus a listei (genele tind să fie crescute în afecțiune). Cu cât este mai aproape de -1, cu atât genele sunt mai apropiate de partea de jos a listei (genele tind să fie reduse în afecțiune).

în această lucrare, PFGM și NFGM reprezintă semnături moleculare ale diametrului vasului de sânge. Pentru a evalua efectele compușilor pe bază de plante asupra diametrului vaselor de sânge, valorile ES (ESPFGM și ESNFGM) ale PFGM și NFGM au fost măsurate pentru fiecare profil de expresie genetică indus de compus. Valoarea tes = ESPFGM-ESNFGM a fost utilizată ca indice pentru a evalua influența fiecărui compus din plante asupra diametrului vasului de sânge. Pentru un compus, cu cât este mai mare valoarea TES, cu atât este mai puternică capacitatea sa de a dilata vasele de sânge. Cu cât valoarea TES este mai mică, cu atât este mai puternică capacitatea sa de a contracta vasul de sânge.

caracterizarea genelor reglementate de compuși în PFGM și NFGM

În această lucrare, pentru fiecare compus, genele sale reglementate în PFGM și NFGM sunt echivalente cu subsetul de vârf care este definit a fi membrii de bază ai celor două module care contribuie la ES în metoda GSEA. Subsetul de vârf poate fi interpretat ca nucleul unui set de gene care explică semnalul de îmbogățire. Subsetul de vârf al PFGM și NFGM pentru fiecare profil de expresie genetică indus de compus poate fi extras prin metoda implementată în pachetele R, GSEA-P.

produse chimice și medicamente

acidul Ferulic (Puritate 98%), liquiritina (Puritate 98%), magnololul (Puritate 98%) și ginsenosida Rb2 (puritate 93,8%) au fost obținute de la Institutele Naționale pentru controlul alimentelor și medicamentelor (Nifdc, Beijing, China). Borneol (Puritate 98%), ginsenoside Rc (Puritate 98%), artemisinin (Puritate 99%), acid chenodeoxicolic (Puritate 98%), daidzin (Puritate 98%) și bacopaside I (Puritate 98%) au fost achiziționate de la Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd. Alți reactivi au fost de puritate analitică.

animale experimentale

patruzeci de șobolani masculi Sprague-Dawley (SD) cântărind 230-250 g la vârsta de 7-9 săptămâni și au fost achiziționați de la Centrul de creștere a animalelor din Beijing Vital River Laboratories Company (Beijing, China). Șobolanii au fost menținuți sub un ciclu de lumină / întuneric de 12 ore și au avut acces liber la hrană și apă. Animalele au fost îngrijite de Centrul de îngrijire a animalelor de laborator al Academiei Chineze de științe Medicale din China. Toate experimentele pe animale au fost efectuate în conformitate cu recomandările orientărilor instituționale și ale eticii. Protocolul a fost aprobat de Comitetul de etică și bunăstare a animalelor, Academia Chineză de științe medicale chineze.

pregătirea inelelor aortice pentru măsurători de tensiune

experimentul ex vivo a fost efectuat pe aorta toracică a șobolanilor conform protocolului descris anterior (Chen și colab., 2019). Anume, șobolanii au fost anesteziați prin injectarea intraperitoneală a hidratului de cloral și apoi au fost sacrificați prin dislocarea cervicală. După deschiderea pieptului, s-au obținut aorta toracică a șobolanilor și s–au plasat imediat în soluție Krebs-Henseleit (KH) rece ca gheața cu următoarea compoziție (în mmol/L): NaCl 120, KCL 4,8, MgSO4•7h2o 1,2, KH2PO4 1,2, CaCl2 2,5, NaHCO3 25 și glucoză 11 (pH 7,4). Țesutul adipos care aderă la artere a fost îndepărtat cu atenție pentru a evita deteriorarea celulelor endoteliale, iar vasul de sânge a fost tăiat în inele de aproximativ 3 mm lungime. În experimentele denudate de endoteliu, endoteliul a fost îndepărtat mecanic prin frecarea ușoară a suprafeței luminale a inelului aortic înainte și înapoi de mai multe ori cu tuburi din plastic. Inelele aortice au fost suspendate în băi de organe care conțineau 5 ml soluție KH la 37 CTC gazată cu 95% O2 + 5% CO2, care a fost menținută constant pe tot parcursul experimentelor. După echilibrare fără tensiune timp de 20 min, inelele aortice au fost lăsate să se echilibreze timp de 90 min la o tensiune de repaus de 1,0 g. în timpul perioadei de echilibrare, soluția KH a fost schimbată la fiecare 20 min. Modificările tensiunii au fost înregistrate de traductoarele de forță (FT-102, Chengdu Techman Software Co., Ltd. China) conectat la un sistem de achiziție de date (BL-420F, Chengdu Techman Software Co., Ltd. China) și au fost stocate într-un computer. Mai mult, pentru a asigura acuratețea și repetabilitatea studiului, 3,0–4,5 g a fost selectat ca criteriu de includere a forței precontractile conform experimentelor preliminare.

efectele componentelor pe bază de plante asupra contracției induse de fenilefrină

la contracția constantă indusă de fenilefrină (Phe) (1 centimol / L) în inelele aortice, o concentrație cumulativă de componente pe bază de plante (dizolvate în soluție KH sau conținând 0,2% DMSO) a fost adăugată direct în baia de organe și s-a înregistrat efectul componentei pe bază de plante. Același volum de soluție KH a fost adăugat la grupul de control al vehiculului, iar răspunsurile au fost oprite prin spălarea inelelor aortice cu soluție proaspătă de KH. Efectele au fost exprimate ca procent de relaxare indusă de componentele pe bază de plante.

analiza datelor

În primul rând, pentru a evalua semnificația efectelor compușilor din plante asupra fenotipului vascular reprezentat de cele două module funcționale, am calculat o valoare nominală P pentru fiecare valoare TES prin compararea distribuției valorii reale cu un model nul care a obținut valorile TES pentru fiecare compus prin prelevarea aleatorie a membrilor genei PFGM și NFGM de 1000 de ori cu numerele conservate ale celor două module (tabelul suplimentar 3). În al doilea rând, semnificația analizei suprapuse între reglarea celor șase compuși cu efecte relaxante a fost măsurată prin testul exact al lui Fisher (tabelul suplimentar 5). În cele din urmă, analiza statistică a adnotării funcționale a seturilor de gene din WebGestalt (http://software.broadinstitute.org/gsea/msigdb/annotate.jsp) urmează instrucțiunile site-ului web corespunzător.

activitatea Vasorelaxatorie este exprimată ca procentaj de relaxare a nivelurilor de precontracție Phe (1 centimol/L). Valorile sunt exprimate ca mijloc de SD al rezultatelor celor opt probe. Diferențele dintre grupuri au fost determinate printr-o analiză unidirecțională a varianței. Semnificația statistică a fost definită ca P < 0,05. Concentrația pentru 50% din valorile efectului maxim (EC50) ale experimentelor in vitro a fost obținută prin regresie neliniară. Generarea de grafice și analize statistice au fost realizate folosind Graphpad Prism (GraphPad Software, versiunea 5.01) și SPSS 18.0 software.

rezultate

Transcriptome-Based functional Gene module Reference

prezentăm o strategie TFGMR capabilă să îmbogățească modulele genetice funcționale legate de boală în profilurile transcripționale induse de medicamente pentru a detecta capacitatea terapeutică a medicamentelor pentru boli prin reglarea mecanismelor funcționale specifice. Aici, TFGMR se aplică resurselor transcriptome pentru 102 componente pe bază de plante pentru a descoperi sistematic vasodilatatoare noi prin reglarea diametrului vaselor de sânge (Figura 1). În primul rând, am construit două module funcționale de gene PFGM și NFGM care reglează pozitiv și negativ diametrul vaselor de sânge. PFGM conține 167 de membri ai genelor, dintre care 55 de gene de bază derivate din GO BP „reglarea pozitivă a diametrului vaselor de sânge” (GO: 0097755) și 112 gene co-exprimate ale genelor de bază (tabelul suplimentar 1). NFGM conține 122 de membri, inclusiv 72 de gene de bază din GO BP „reglarea negativă a diametrului vaselor de sânge” (GO: 0097756) și cele 50 de coexpresii ale acestora (tabelul suplimentar 2). Apoi, am examinat îmbogățirea atât a PFGM, cât și a NFGM la fiecare dintre profilurile de expresie genetică induse de compuși pe bază de plante prin abordarea GSEA pentru a evalua efectul fiecărui compus pe bază de plante asupra diametrului vasului de sânge.

figura 1
www.frontiersin.org

Figura 1 o strategie de referință a modulului genetic funcțional bazat pe transcriptome (TFGMR) pentru a prezice vasodilatatoarele candidate din componentele pe bază de plante pe baza modulelor genetice funcționale specifice de reglare a diametrului vaselor de sânge și a profilurilor transcripționale induse de componentele pe bază de plante. Du-te, ontologia genelor; BP, proces biologic; PFGM, modul genetic funcțional care reglează pozitiv diametrul vaselor de sânge; NFGM, modul genetic funcțional care reglează negativ diametrul vaselor de sânge; gsea, abordarea de îmbogățire a setului de gene; ES, scorul de îmbogățire.

caracterizarea modulului genei funcționale de reglare a diametrului vaselor de sânge

am caracterizat PFGM și NFGM atât în ceea ce privește îmbogățirea GO, cât și a căii pentru a evalua asocierea funcțională a celor două module cu fenotipul vascular prin utilizarea WebGestalt (Liao și colab., 2019). Analiza GO a primelor 10 BPs a arătat că atât PFGM, cât și NFGM implică același BPs al „homeostaziei cationice anorganice bivalente”, „reglarea dimensiunii structurii anatomice”, „procesul sistemului circulator”, „procesul sistemului muscular”, „calea de semnalizare a receptorului cuplat cu proteina G” și „semnalizarea mediată de mesager secundar” (Figura 2). În mod similar, analiza pathway a top 10 Kyoto encyclopedia of genes and genomes (Kegg) pathways a arătat că cele două module au fost implicate semnificativ în căile de „reglare a lipolizei în adipocite”, „calea de semnalizare a protein kinazei dependente de guanozin monofosfat ciclic (cGMP)-cGMP (PKG)”, „calea de semnalizare a calciului”, „contracția musculară netedă vasculară” și „interacțiunea ligand-receptor neuroactiv” (Figura 2). Ambii termeni GO și pathway îmbogățiți pentru PFGM și NFGM sunt în mod evident legați de fenotipul vascular.

figura 2
www.frontiersin.org

Figura 2 adnotări funcționale pentru membrii PFGM și NFGM.

prezicerea vasodilatatoarelor Candidate din componentele pe bază de plante de către TFGMR

presupunerea noastră este că vasodilatatoarele ar trebui să crească în mare parte expresia membrilor PFGM (ESPFGM> 0) și să scadă cea a nfgm (ESNFGM< 0). Prin urmare, valoarea TES = ESPFGM − ESNFGM a fost selectată ca indice pentru identificarea vasodilatatoarelor candidate. Pentru un compus, cu cât este mai mare valoarea TES, cu atât este mai mare capacitatea sa de a dilata vasele de sânge. Listele de gene ordonate au fost produse în primul rând pentru cele 102 profiluri de expresie genetică induse de componente pe bază de plante. Apoi, metoda GSEA a fost utilizată pentru a măsura valoarea TES pentru fiecare compus din plante. Cei 102 compuși au fost ordonați după valorile lor TES și detaliați în tabelul suplimentar 3. Primii 10 compuși candidați și valorile TES ale acestora au fost enumerați în tabelul 1.

tabelul 1
www.frontiersin.org

Tabelul 1 Top 10 vasodilatatoare candidate prezise de TFGMR și efectele lor vasorelaxante asupra inelelor aortice contractate de Phe.

efectele Vasorelaxante ale primelor 10 componente Candidate asupra inelelor aortice contractate de Phe

efectele vasorelaxante ale primilor 10 vasodilatatoare candidate prezise au fost evaluate asupra tensiunii vasculare a inelelor aortei toracice intacte endoteliale constrânse de Phe. Urmele originale tipice au arătat că soluția KH (grupul de control, conținea 0,2% DMSO) nu a relaxat inelele vasculare precondiționate cu Phe (figura suplimentară 1). Comparativ cu grupul de control, toate cele 10 componente pe bază de plante au demonstrat efecte vasorelaxante semnificative și dependente de doză asupra inelelor aortice contractate de Phe (P < 0,05, Figura 3). Dintre acestea, acidul ferulic a prezentat cea mai puternică vasodilatație (Emax = 87,46 la sută 2,90%), în timp ce potența minimă a fost obținută de liquiritină (Emax = 11,10 la sută 3,34%) (Figura 3 și Tabelul 1). Acest nivel ridicat al noilor predicții a indicat faptul că strategia TFGMR este practic utilă în predicția agenților vasorelaxanți noi și are aplicații potențiale în dezvoltarea medicamentelor.

figura 3
www.frontiersin.org

Figura 3 efectele Vasorelaxante ale diferitelor componente pe bază de plante asupra inelelor aortei toracice de șobolan cu endoteliu (n = 8) precontractate cu Phe. Relaxarea ( % ) a fost calculată ca procent din scăderea tensiunii maxime induse de Phe. Datele sunt prezentate ca mijloc de SD. * P < 0,05 față de grupul de control.

mecanisme de deducere a compușilor pe bază de plante cu efecte Vasorelaxante

cei șase compuși cu efecte relaxante evidente au fost investigați pentru mecanismele lor corespunzătoare pe baza reglării lor pe PFGM și NFGM. În primul rând, am examinat genele de bază care sunt reglementate în mod semnificativ în cele două module de către cei șase compuși. Pentru fiecare compus, genele reglementate sunt membrii din subsetul de vârf al analizei de îmbogățire (vezi materiale și metode). După cum se arată în tabelul suplimentar 4, influența acidului ferulic, borneolului, daidzinului, magnololului, acidului chenodeoxicolic și artemisininei 67, 59, 50, 58, 59, și 59 de gene în PFGM și 52, 49, 39, 44, 44, și 43 de gene în NFGM, respectiv. Genele reglementate ale acestor compuși au fost comparate și s-a constatat că genele reglementate pentru cei șase compuși se suprapun semnificativ între ele (tabelul suplimentar 5, testul exact al lui Fisher P << 0,01), ceea ce implică faptul că cei șase compuși împărtășesc mecanisme similare pentru efectele lor relaxante. Acest lucru a fost validat în continuare prin analiza funcțională a acestor gene reglementate ale acestor compuși. În primii 27 de termeni GO îmbogățiți, genele reglementate ale celor șase compuși s-au îmbogățit semnificativ în opt aceiași termeni GO legați de fenotipul vascular, inclusiv procesul vascular în sistemul circulator, reglarea vasoconstricției, reglarea dimensiunii tubului, reglarea procesului sistemului, reglarea circulației sângelui, reglarea dimensiunii structurii anatomice și procesul sistemului circulator. Pe lângă mecanismele similare, fiecare compus are și mecanismul său exclusiv. De exemplu, acidul ferulic și Acidul chenodeoxicolic pot regla genele în termenul GO „homeostazia Ionică.”Borneolul are un impact semnificativ asupra genelor în termenii GO „reglarea mișcării componentelor celulare „și” adeziunea biologică ” (Figura 4 și tabelul suplimentar 6).

figura 4
www.frontiersin.org

Figura 4 Analiza funcțională a genelor reglementate de cei șase compuși acid ferulic, borneol, daidzin, magnolol, acid chenodeoxicolic și artemisinin. O legătură între un compus (roșu) și un nod funcțional (verde) indică faptul că genele reglementate ale compusului sunt implicate semnificativ în adnotarea funcției. Dimensiunea nodului este corelată cu gradul de rețea al nodului.

discuție

hipertensiunea arterială contribuie la consecințele fiziopatologice ale majorității bolilor cardiovasculare. Astfel, inhibarea sau inversarea tensiunii arteriale este o strategie neprețuită pentru tratarea bolilor cardiovasculare și a leziunilor organelor conexe (Carey și colab., 2018). Deși au existat mai mult de 69 de medicamente în 15 clase diferite de medicamente antihipertensive, cum ar fi antagoniști ai calciului, inhibitori ai enzimei de conversie a angiotensinei, antagoniști ai receptorilor adrenergici, diuretice și vasodilatatoare cu acțiune directă, mulți pacienți hipertensivi au hipertensiune arterială rezistentă sau sunt necontrolați pentru nonaderență sau intoleranță la medicamentele antihipertensive disponibile (Oparil și Schmieder, 2015). Prin urmare, agenții noi sunt încă necesari pentru combaterea hipertensiunii arteriale. TCM-urile conțin în mare parte sute de componente chimice, care sunt baza substanței farmacologiei TCM și oferă o sursă abundentă de descoperire a medicamentelor chimice. În această lucrare, am investigat sistemic efectele ingredientelor din plante asupra fenotipului vascular prin utilizarea unei abordări bazate pe transcriptom, TFGMR.s-a raportat că tensiunea vasculară joacă un rol critic în reglarea tensiunii arteriale. Unul dintre mecanismele dominante ale medicamentelor antihipertensive este reducerea rezistenței vasculare prin vasodilatație. În studiul de față, au fost examinate efectele vasorelaxante ale primelor 10 componente candidate. Rezultatele au arătat că toate cele 10 componente au grade diferite de vasodilatație. Dintre acestea, acidul ferulic, borneolul și daidzinul au avut efecte relaxante puternice, ceea ce este în conformitate cu constatările anterioare (Suzuki și colab., 2007; Deng și colab., 2012; Silva-Filho și colab., 2012; Zhao și colab., 2014; Zhou și colab., 2017; Santos și colab., 2019). Magnololul, artemisinina și Acidul chenodeoxicolic au provocat o relaxare moderată , de asemenea, în concordanță cu rapoartele studiilor anterioare (Teng și colab., 1990; Li și colab., 2005; Seok și colab., 2012; Wang și colab., 2017). În plus, munca noastră a raportat mai întâi efectele vasorelaxante ale a patru compuși pe bază de plante, liquiritin, ginsenoside Rc, bacopaside I și ginsenoside Rb2, deși efectul este scăzut (Emax (% Phe) < 30%, Tabelul 1). Interesant, s-a constatat că efectele vasorelaxante ale unora dintre aceste componente au fost de acord cu efectele farmacologice ale plantelor lor originale (vezi detalii în tabelul suplimentar 7). De exemplu, acidul ferulic și magnololul sunt componente principale ale TCM „chuanxiong” (Ligusticum chuanxiong Hort) și „houpo” (Magnolia officinalis Rehd. et Wils), respectiv. În teoria TCM, aceste plante ar putea promova circulația ” Qi ” în organism, risipi vântul și elimina umezeala, în conformitate cu teoria vasodilatației (Liu și colab., 2017). Această constatare a sugerat că strategia TFGMR este un model potrivit pentru a prezice efectele vasorelaxante ale TCM.

profilurile de expresie genetică pot fi utilizate ca o semnătură a activității unui anumit medicament sau boală pentru a găsi conexiunile dintre medicamente și boli folosind răspunsurile lor transcripționale (Lamb, 2007; Subramanian și colab., 2017). Metoda bazată pe profil de expresie a fost utilizată pentru repoziționarea medicamentelor, predicția țintei și descoperirea efectelor imunomodulatoare ale medicamentelor (Iorio și colab., 2010; Sirota și colab., 2011; Kidd și colab., 2016; Li și colab., 2019). Cu seturi de date omics cu granulație mai fină, la scară largă, care devin disponibile publicului, cunoștințele actuale permit o delimitare mai precisă a modulului/rețelei biologice a proceselor patologice. Am identificat și adnotat două module genetice legate de diametrul vasului PFGM și NFGM, investigând genele implicate în reglarea pozitivă și negativă a diametrului vasului dintr-o hartă funcțională genică la scară genomică.TFGMR este utilizat pentru a caracteriza îmbogățirea PFGM și NFGM în profilurile de expresie a genelor induse de componente pe bază de plante și pentru a defini o valoare TES pentru fiecare componentă pe bază de plante pentru a măsura efectul său vasorelaxant. Efectele vasorelaxante ale primelor 10 componente pe bază de plante candidate au fost examinate prin experimente ex vivo ale contracției inelului aortic induse de Phe. Dintre aceștia, șase compuși, acidul ferulic, borneolul, magnololul, artemisinina, Acidul chenodeoxicolic și daidzinul, au provocat o relaxare evidentă (Emax (% Phe) > 50%, Tabelul 1) și pot fi utilizați ca potențiali terapeutici pentru bolile cu tensiune arterială crescută.

trebuie remarcat faptul că, deși numai o bază de date cu substanțe chimice pe bază de plante a fost testată de TFGMR, metoda este într-adevăr adecvată pentru screening-ul oricăror substanțe chimice pentru care sunt cunoscute acțiunile asupra nivelurilor de expresie a genelor. În plus, compușii candidați trebuie testați pentru efectele lor directe asupra dilatării vaselor de rezistență, care vor fi evaluate prin debitmetria Doppler laser în lucrările ulterioare.

Declarația de disponibilitate a datelor

seturile de date disponibile publicului au fost analizate în acest studiu. Aceste date pot fi găsite aici: NCBI Gene Expression Omnibus, numărul de aderare seria GEO: GSE85871.

declarație de etică

studiul pe animale a fost revizuit și aprobat de Centrul de îngrijire a animalelor de laborator al Academiei Chineze de științe Medicale din China.

contribuțiile autorului

PL și CC au proiectat cercetări, au efectuat experimente, au analizat date și au scris manuscrisul. WZ, DY și SL au efectuat experimente și au colectat și analizat date. JZ ȘI AL au supravegheat lucrarea și au scris și revizuit manuscrisul.

finanțare

această cercetare a fost susținută de Fundația Națională de științe Naturale din China (no.81703945, no. 31800678) și Fondul de tehnologie și inovare al Universității agricole Shanxi (no. 2016yj17, no. 2017yj40).

Declarație privind conflictul de interese

autorii declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

material suplimentar

materialul suplimentar pentru acest articol poate fi găsit online la:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2019.01144/full#supplementary-material

Bader, E. M., Zolty, R. (2010). Eficacitatea vasodilatatoare în subgrupurile rasiale în tratamentul insuficienței cardiace congestive. J. Card. Fail. 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 / bioinformatică / btp536

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Carey, RM, Whelton, PK, Wri, A. A. H. G. (2018). Prevenirea, detectarea, evaluarea și gestionarea hipertensiunii arteriale la adulți: sinopsis al Ghidului de hipertensiune al Colegiului American de Cardiologie din 2017/American Heart Association. Ann. 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., și colab. (2019). Efectele vasorelaxante și antihipertensive ale capsulei Tianshu asupra șobolanilor: o abordare in vitro și in vivo. 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. și colab. (2012). Mecanismele acțiunilor vasodilatatoare cerebrale ale izoflavonoidelor Gegen asupra arterei bazilare izolate de șobolan. J. Etnofarmacol. 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). Cartografierea efectelor medicamentelor asupra sistemului imunitar. Nat. Biotehnol. 34 (1), 47–54. doi: 10.1038 / nbt.3367

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Lamb, J. (2007). Harta conectivității: un nou instrument pentru cercetarea biomedicală. Nat. Rev. Cancer 7 (1), 54-60. doi: 10.1038/nrc2044

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

miel, J., Crawford, E. D., Peck, D., Modell, J. W., Blat, I. C., Wrobel, M. J., și colab. (2006). Harta Conectivității: utilizarea semnăturilor de expresie genetică pentru a conecta molecule mici, gene și boli. Știință 313 (5795), 1929-1935. doi: 10.1126 / știință.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). Efectele artemisininei asupra tonusului muscular al mușchiului neted vascular la șobolani. Chin. Tradit. Herb. Droguri 36 (5), 732-734. doi: 10.7501 / j. issn.0253-2670. 2005. 5. 318 (în Chineză)

CrossRef Full Text | Google Scholar

Li, P., Chen, J., Zhang, W. X., Li, H. M., Wang, W., Chen, J. X. (2019). Farmacologie de rețea bazată pe investigarea efectelor ingredientelor din plante asupra disfuncției imune la bolile de inimă. Pharmacol. 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: set de instrumente de analiză a seturilor de gene cu UIs și API-uri reînnoite. Acizi Nucleici 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. și colab. (2017). Profilurile de Expresie genică ca răspuns la 102 componente de Medicină Tradițională Chineză (TCM): un șablon general pentru cercetarea TCM. Sci Rep 7 (1), 352. doi: 10.1038 / s41598-017-00535-8

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Oparil, S., Schmieder, R. E. (2015). Noi abordări în tratamentul hipertensiunii arteriale. Circ. Rezoluția 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). Noi perspective asupra efectelor relaxante ale ( – ) – borneol monoterpene în inele aortice de șobolan. Fundam. Clin. Pharmacol. 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). Efectele magnololului asupra contracției vasculare la inelele aortice de șobolan. Clin. Exp. 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., Dulce-Cordero, A., și colab. (2011). Descoperirea și validarea preclinică a indicațiilor medicamentului utilizând compendia datelor publice de exprimare a genelor. Sci. Trad. 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. și colab. (2017). O hartă de conectivitate de generație următoare: platforma L1000 și primele 1.000.000 de profiluri. Celula 171 (6), 1437-1452. doi: 10.1016 / j.celulă.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. și colab. (2005). Analiza îmbogățirii setului de Gene: o abordare bazată pe cunoștințe pentru interpretarea profilurilor de Expresie la nivel de genom. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 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. și colab. (2007). Acidul Ferulic restabilește vasodilatația dependentă de endoteliu la aorta șobolanilor hipertensivi spontan. Am. J. Hypertens 20 (5), 508-513. doi: 10.1016/j.amjhyper.2006.11.008

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Teng, cm, Yu, SM, Chen, CC, Huang, YL, Huang, TF (1990). EDRF-eliberare și ca+( + )-blocarea canalului de magnolol, un agent antiplachetar izolat din planta chineză Magnolia officinalis, în aorta toracică de șobolan. 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., și colab. (2018). 2017 ACC/AHA/AAPA/ABC/ACPM/AGS/APhA/ASH/ASPC / NMA / PCNA ghid pentru prevenirea, detectarea, evaluarea și gestionarea hipertensiunii arteriale la adulți: rezumat executiv: un raport al Colegiului American de Cardiologie / American Heart Association Task Force privind ghidurile de Practică Clinică. Circulația 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). Acidul Ferulic a relaxat arterele aortice de șobolan, mezenterice mici și coronare prin blocarea canalului de calciu cu tensiune și desensibilizarea calciului prin defosforilarea ERK1/2 și MYPT1. Eur. J. Pharmacol. 815, 26–32. doi: 10.1016 / j. ejfar.2017.10.008

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Zhu, Q., Wong, A. K., Krishnan, A., Aure, Mr, Tadych, A., Zhang, R., și colab. (2015). Explorarea și analiza orientată a compendiilor transcriptomice umane mari pe mai multe platforme. Nat. Metode 12 (3), 211-214. doi: 10.1038 / nmeth.3249

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar