Forskning i kernegener og vigtig mikroRNA-screening af Huangqin Huanglian-medicin til behandling af Helicobacter pylori-associerede mavesår
Peptisk ulcus (PU) er en af de mest almindelige sygdomme i fordøjelsessystemet i klinisk praksis, som har tendens til at opstå i maven og tolvfingertarmen. Forekomsten af PU varierer i forskellige lande og regioner. Forskning viser, at omkring 5%~10% af alle mennesker i verden har lidt af mavesår i løbet af deres liv. Kliniske data viser, at patienter med mavesår udgør 10,3% til 32,6% af gastroskopitilfældene i Kina. Det typiske symptom hos de fleste PU-patienter er tilbagevendende rytmiske smerter i øvre og midterste del af maven; Nogle patienter mangler specificitet i deres symptomer, manifesteret som gastrointestinale symptomer som øvre abdominal distension, anoreksi og sur refluks; Et lille antal patienter har PU-komplikationer som gastrointestinal blødning og perforering som de vigtigste symptomer. Med væksten i Kinas økonomiske niveau, forbedringen af folks livskvalitet og det accelererede arbejdstempo bliver forekomsten af PU højere og højere, hvilket har en alvorlig indvirkning på patienternes fysiske og mentale sundhed og livskvalitet.

Siden de australske forskere Warren og Marshall isolerede Helicobacter pylori (Hp) fra biopsiprøver fra maveslimhinden hos patienter i 1983, er det blevet bekræftet, at Hp er tæt forbundet med forekomst, udvikling og tilbagevenden af mavesår. Mavesår forårsaget af Hp-infektion er også kendt som Hp-associeret PU. Kombinationen af antibakteriel antibiotikabehandling og syrehæmmende behandling med protonpumpehæmmere er i øjeblikket den grundlæggende metode til behandling af Hp-relaterede PU. Men med den udbredte brug af antibiotika er resistensraten for Hp over for clarithromycin, metronidazol og levofloxacin i Kina steget år for år, hvilket har ført til et fald eller endda manglende evne til at udrydde Hp med tredobbelt behandling. På nuværende tidspunkt er den foretrukne behandling af Hp-relateret PU i Kina bismuth-kvadrupelbehandling med et forløb på 10 eller 14 dage. Denne metode har også problemer som øget antibiotikaresistens, mange bivirkninger, lav patientcompliance og en tung økonomisk byrde. Derfor er anvendelsen af traditionel kinesisk medicinterapi til at udvide behandlingsplanen for Hp-relateret PU et af hotspots inden for gastroenterologisk forskning.

Traditionel kinesisk medicin mener, at Hp-relaterede PU kan klassificeres under kategorierne "epigastriske smerter", "sure opstød", "støj" osv. Den grundlæggende patogenese er invasionen af patogene toksiner, mangel på positiv og negativ energi og ubalance i qi-bevægelsen. Hp hører til kategorien "ond qi" og har ofte patologiske egenskaber som varme og toksicitet. Sår forårsaget af Hp manifesterer sig ofte som damp heat syndrome. Metoden med at fjerne varme, fordrive fugt og afgifte er en af de vigtige behandlingsmetoder for Hp-relateret PU. Coptis chinensis Franch er en plante i Ranunculaceae-familien (også kendt som Weilian), Sanjiaoye Huanglian C Deltoidea C.Y. Cheng et Hsiao (også kendt som Yalian) eller Yunlian C De tørre jordstængler af teeta Wall er kolde af natur og bitre i smagen. De findes i hjertets, miltens, mavens og tyktarmenes meridianer og har den virkning, at de fjerner varme, udtørrer fugt, renser ild og afgifter. Scutellaria baicalensis Georgi, en plante, der tilhører familien Lamiaceae, er den tørrede rod af Scutellaria baicalensis Georgi. Den har en kold natur og en bitter smag og findes i lungerne, galdeblæren, milten, tyktarmen og tyndtarmens meridianer. Den har den virkning, at den fjerner varme og fugt, renser ild og afgifter, køler blod og stopper blødninger. Lægemiddelparret bestående af Scutellaria Radix Coptidis Rhizoma (SRCR) er et af de klassiske varmeudrensende og afgiftende lægemidler i traditionel kinesisk medicin. De to bruges ofte i kombination til at behandle Hp-relateret PU og har en klar klinisk effekt. De eksisterende rapporter mangler dog en systematisk og omfattende undersøgelse af de molekylære netværksreguleringsmekanismer for deres aktive ingredienser, mål, signalveje osv.

Netværksfarmakologi er en ny model for lægemiddelforskning, der integrerer teorier fra flere discipliner som bioinformatik, systembiologi og computernetværksanalyseteknologi. Den kan udforske forholdet mellem lægemidler og sygdomme ud fra det overordnede biologiske netværks homeostase. Netværksfarmakologiens holistiske og systematiske karakteristika falder sammen med principperne for TCM's holistiske syn, syndromdifferentiering og -behandling samt TCM-kompatibilitet. Denne undersøgelse brugte netværksfarmakologi og bioinformatiske metoder til at analysere Huangqin Huanglian-medicinens multikomponent-, multimål- og multivejskarakteristika. Baseret på kernegener og vigtige mikroRNA'er blev den molekylære netværksreguleringsmekanisme for Huangqin Huanglian-medicin til behandling af Hp-relateret PU udforsket med det formål at tilvejebringe et videnskabeligt grundlag for den kliniske behandling af Hp-relateret PU og give ideer og referencer til efterfølgende dybdegående eksperimentel forskning.

For det første blev de vigtigste aktive ingredienser og potentielle mål for SRCR hentet gennem Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP); Hent GSE70394 genekspressionsprofildata fra GEO-databasen, brug R-software til at homogenisere chipdataene for differentielt udtrykte gener (DEG'er) involveret i Hp-inficerede humane gastriske epitelceller (GES) og tegne DEG-vulkan- og klyngevarmekort; Konstruere et proteininteraktionsnetværk mellem SRCR-komponentmål og Hp-inficerede humane GES-celle-DEG'er ved hjælp af STRING-databasen; Udføre GO-funktionel og KEGG-vejberigelsesanalyse på de førnævnte karakteristiske gener ved hjælp af DAVID-databasen; Derefter blev Cytohuba brugt til at screene for de kernegener, der er involveret i SRCR-behandling af Hp-relateret PU; Forudsigelse af vigtige mikroRNA'er, der regulerer kernegener ved hjælp af Target Scan og miRBase-databaser.

Mavesår er en sygdom, der er kendetegnet ved inflammatoriske reaktioner og nekrotiske læsioner i slimhinden under påvirkning af forskellige patogene faktorer. Læsionerne kan trænge igennem slimhindens muskellag eller nå dybere niveauer, hvor mave- og tolvfingertarmsslimhinden er de mest almindelige. Siden opdagelsen af Hp har adskillige undersøgelser bekræftet, at Hp er den vigtigste faktor, der fører til udbrud og tilbagevenden af mavesår. Hp-relateret PU refererer til forekomst, udvikling, prognose og tilbagefald af PU, der er tæt forbundet med Hp-infektion. Den patogene mekanisme for mavesår forårsaget af Hp-infektion er meget kompleks og har været et langsigtet forskningsemne for kliniske arbejdere inden for gastroenterologi. I øjeblikket er der fire hovedrelaterede teorier: ① teori om utæt tag; ② Gastrin gastrisk syrerelateret teori; ③ Gastrisk metaplasi teori; ④ Medieskylningsteori. I klinisk praksis anvendes ofte tredobbelt eller firedobbelt behandling til at hæmme eller dræbe Helicobacter pylori, reducere mavesyre og beskytte maveslimhinden og derved behandle Hp-relateret PU. På grund af den langvarige irrationelle brug af antibiotika er Hp's resistens steget år for år, hvilket har ført til et fald eller endda en fiasko i helbredelsesraten for triple- eller quadruple-terapi. Derudover har indvirkningen af Hp-udryddelsesprogrammer på den normale gastrointestinale mikrobiota, såsom at forårsage dysbiose af mikrobiotaen eller overvækst af tyndtarmsbakterier, også fået stor opmærksomhed. Derfor har det stor klinisk betydning at vælge en omfattende behandling med traditionel kinesisk medicin for at løse problemet med Hp-resistens, reducere de gastrointestinale virkninger og andre bivirkninger af antibiotika og kontrollere gentagelsesraten for sår.

Der er ingen registrering af sygdomsnavnet "Hp-relateret PU" i traditionel kinesisk medicin. Moderne læger klassificerer det som "epigastriske smerter", "syreindtagelse", "støj" og andre kategorier baseret på de vigtigste kliniske symptomer. Traditionel kinesisk medicin mener, at der er mange årsager til epigastriske smerter, hovedsageligt inklusive eksterne patogener, der invaderer maven, følelsesmæssige lidelser, uregelmæssig kost og langvarig fysisk svaghed. Hp-infektion hører til kategorien eksogen patogen qi, og Hp-relateret PU har ofte termiske og toksiske egenskaber. Når milten og maven er svage, og kroppens vitale energi er utilstrækkelig, udnytter Hp manglen til at invadere mave-tarmkanalen, hvilket forårsager disharmoni i milt- og mavefunktionen, ubalance i qi-bevægelsen og dannelse af forskellige patologiske produkter som qi-stagnation og fugtig varme, der beskadiger slimhinden, får musklerne til at rådne og forårsager mavesår. Som det fremgår af "The Origin and Source of Miscellaneous Diseases: Rhinoceros Candle - Stomach Diseases": "Mavesmerter er forårsaget af patogen tørhed i den epigastriske region. Maven er fyldt med qi, der fremmer harmoni, med rigelig qi og blod. Når maven er stærk, kan det onde ikke tørres ud, og når den er svag, bliver den til en sygdom. Den har tendens til at være kold og varm, med stillestående vand og mad, som alle er smertefulde på grund af kampen med ægte qi. Et stort antal kliniske forskningsresultater har vist, at Hp-relateret PU er mere almindeligt ved milt-mave-fugtig-varme-syndrom, og behandlingen med at fjerne varme og eliminere fugt har vigtig vejledende betydning for behandlingen af denne sygdom. Kombinationen af Huangqin og Huanglian er en klassisk klinisk formel til at rense varme, fjerne fugt og afgifte toksiner. Begge tilhører kategorien af produkter mod bitter kulde og udrensning af varme og bør anvendes sammen for at opnå virkningerne af at fjerne varme, tørre fugt, udrense ild, afgifte, afkøle blod og stoppe blødninger. Kombinationen af Huangqin og Huanglian er også et centralt lægemiddelpar i almindeligt anvendte formler til behandling af Hp-relateret PU, såsom Banxia Xiexin Tang, Huanglian Jiedu Tang, Sanhuang Xiexin Tang osv. Moderne farmakologisk forskning har vist, at både Scutellaria baicalensis og Polygonatum sibiricum har stærkt antibakterielle virkninger på Hp samt antioxidante, antiinflammatoriske, febernedsættende, hypoglykæmiske, antitumorale, beskyttende virkninger på maveslimhinden og immunregulerende virkninger. Huangqin og Huanglian, to traditionelle kinesiske lægemidler, har lignende effektivitet og farmakologiske virkninger. Deres kombination har ofte en synergistisk effekt og bruges i vid udstrækning i den kliniske behandling af Hp-relateret PU.

Denne undersøgelse er baseret på netværksfarmakologi og bioinformatik for at udforske de vigtigste molekylære netværksreguleringsmekanismer for Huangqin Huanglian-medicin i behandlingen af Hp-relateret PU og for at undersøge kernegenerne og de vigtigste mikroRNA'er, der kan spille en rolle i dets farmakologiske virkninger. I TCMSP-databasen blev 41 aktive ingredienser i Huangqin Huanglian-medicinpar endelig screenet, hvoraf Huanglian hovedsageligt består af alkaloider, og Huangqin hovedsageligt består af flavonoider. Yderligere udforskning afslørede 216 potentielle mål og 764 interaktioner mellem komponenter og mål. Ved at behandle og analysere GEO-databasen GSE70394-datasættet blev der opnået 127 signifikant forskelligt udtrykte gener mellem Hp-inficerede humane gastriske slimhindeepitelceller og normale gastriske slimhindeepitelceller, herunder 77 opregulerede gener og 50 nedregulerede gener. Ved hjælp af STRING-databasen og Cytoscape-software blev PPI-netværket af aktive ingrediensmål i Huangqin Huanglian-medicin og PPI-netværket af signifikant forskelligt udtrykte gener i Hp-inficerede humane gastriske epitelceller smeltet sammen, og skæringspunktet mellem de to blev udvundet for at opnå PPI-netværket af Huangqin Huanglian-medicin til behandling af Hp-relateret PU. For yderligere at analysere den mulige virkningsmekanisme for Huangqin Huanglian-medicin til behandling af denne sygdom med aktive ingredienser udførte vi GO- og KEGG-berigelsesanalyser på 127 specifikke genmål i netværket.

Resultaterne af GO- og KEGG-berigelsesanalysen involverer flere biologiske processer og vigtige signalveje. GO-analyseresultaterne viste, at Huangqin Huanglian-medicin spiller en vigtig regulerende rolle i biologiske processer såsom cytokinrespons, positiv regulering af proteinkinaseaktivitet, inflammatorisk respons, immunrespons, negativ regulering af celleproliferation og positiv regulering af NF - κ B-transkriptionsfaktoraktivitet. Og disse biologiske processer kan afspejles i de signalveje, der er involveret i reguleringen af målgener af Huangqin Huanglian-medicin. Resultaterne af KEGG-analysen viste, at 35 signalveje var tæt forbundet med behandlingen af Hp-relateret PU med Huangqin Huanglian-medicin. De signifikant berigede signalveje omfatter cytokin-cytokinreceptorinteraktionsvej, NOD-lignende receptorsignalvej, celleadhæsionsmolekylevej, ErbB-signalvej, NF - κ B-signalvej, Jak STAT-signalvej osv.

NOD-lignende receptorer er mønstergenkendelsesreceptorer i cytoplasmaet, som har stor betydning for forebyggelse og behandling af intracellulære patogeninfektioner og deltager i medfødte immunresponser. Selvom Hp er en ekstracellulær parasit, kan den overføre peptidoglykaner til værtsceller og stimulere værtsforsvarsreaktioner ved kontakt med NOD1-proteinet. Forskning har vist, at mus med mangel på NOD1-protein er mere modtagelige for Hp. NF - κ B er en nuklear transkriptionsfaktor, der tilhører Rel-proteinfamilien. Efter aktivering kan den regulere det transkriptionelle udtryk af forskellige gener og i vid udstrækning deltage i biologiske processer som inflammation, immunrespons, oxidativ stress, celleproliferation, differentiering og apoptose i kroppen. Nogle undersøgelser tyder på, at aktivering af NF - κ B-signalvejen er en af markørerne for Hp-infektion og spiller en central rolle i udviklingen af relaterede inflammatoriske sygdomme og kræftformer. Jak STAT-signalvejen er en cytokin-stimuleret signalvej, der medierer aktiveringen af NF-κ B og udtrykket af IL8 i Hp-inficerede gastriske epitelceller. Ud fra dette kan det ses, at et stort antal undersøgelser har bekræftet det tætte forhold mellem NOD-lignende receptor-signalvej, NF-κ B-signalvej og Jak STAT-signalvej og Hp-infektion, hvilket indikerer, at denne undersøgelse har en vis nøjagtighed i at forudsige den molekylære netværksreguleringsmekanisme for Huangqin Huanglian-medicin i behandlingen af Hp-relateret PU.

Den cytokin-cytokinreceptorrelaterede vej kan regulere cellevækst og differentiering, regulere immunrespons og deltage i forekomsten af forskellige sygdomme såsom betændelse under visse forhold. Den molekylære vej for celleadhæsion er involveret i cellevedhæftning og bevægelse og er grundlaget for fysiologiske og patologiske processer som immunrespons, inflammatorisk respons, koagulation og sårheling. Den cytokin-cytokinreceptorrelaterede vej og celleadhæsionsmolekylevejen er tæt forbundet med immunfunktion, men der er i øjeblikket få rapporter om deres tilknytning til Hp-infektion, hvilket giver nye ideer til fremtidig forskning. Der er sammenkoblinger og krydsninger mellem signalveje, som kan udvide deres respektive funktioner og danne komplekse reguleringsnetværk. Huangqin Huanglian-medicin virker ikke kun på disse betydeligt berigede veje, men også på andre veje relateret til kræft, hvilket i fællesskab udøver terapeutiske virkninger på Hp-relateret PU.

MCC-algoritmen i Cytohuba blev brugt til at analysere PPI-netværket i Huangqin Huanglian-medicin til behandling af Hp-relateret PU. Denne undersøgelse identificerede de 10 bedste kernegener: CXCL8 IL10、IL1B、IL1R1、TNFRSF1B、IL6R、IL10RA、CD28、VEGFA、CD40LG。 Disse kernegener er ofte forbundet med inflammatoriske og immunologiske reaktioner. CXCL8, IL1B og IL10 er inflammatoriske cytokiner. CXCL8, også kendt som IL8, er et stærkt pleiotropisk cytokin, der kan tiltrække neutrofiler til inflammationsstedet, regulere immunresponser og deltage i tumorproliferation, migration og invasion. Forskere dyrkede rekombinant Helicobacter pylori-antigen HP0986 sammen med gastriske epitelceller og fandt ud af, at HP0986 kan inducere udskillelsen af IL8 fra gastriske epitelceller på en dosis- og tidsafhængig måde gennem NF- κ B-vejen. IL1B er en vigtig inflammatorisk mediator, der udskilles af monocytter/makrofager, fremmer T- og B-lymfocytproliferation og aktiverer neutrofiler. Undersøgelser har vist, at eksogen administration af 10 ng/mL IL1B kan stimulere celleproliferation, hæmme Helicobacter pylori-induceret apoptose og undertrykke parietalcelleudskillelse af H+ ved at nedregulere H+- K+- ATPase-ekspression, hvilket tyder på, at IL1B spiller en vigtig rolle i Hp-induceret gastrisk cancer. En stor metaanalyse af 21 undersøgelser tyder også på, at IL-1B-31C/T-genpolymorfisme kan øge risikoen for Hp-infektion, og at IL-1B-511-C/T- og IL-8-251T/A-genpolymorfismer kan være risikofaktorer for Hp-associerede mavesår. IL10 er et antiinflammatorisk cytokin, og kliniske studier har vist, at dets ekspression er betydeligt højere hos Hp-positive patienter med mavesår og gastritis end hos Hp-negative raske personer. Udtryksniveauet af IL10 er positivt korreleret med graden af Hp-infektion og udviklingen af kronisk inflammation.

IL1R1, TNFRSF1B, IL6R og IL10RA er alle cytokinreceptorer, der binder sig til inflammatoriske faktorer som IL1, TNF - α, IL6 og IL10. Cytokiner udøver deres virkning ved at binde sig til tilsvarende receptorer for at igangsætte intracellulære signalveje. CD28 er den vigtigste co-stimulerende receptor på T-celler, og det co-stimulerende signal, der genereres ved dets binding med B7, spiller en vigtig rolle i T-celleaktivering. CD40LG binder sig til CD40 som den vigtigste second messenger for B-celleaktivering og fremmer B-celledifferentiering og -modning samt antistofproduktion. VEGFA er en potent vaskulær endotelial vækstfaktor, der kan gribe ind i angiogenese og kan spille en nøglerolle i sårheling. Efter Hp-infektion interagerer disse nøglegener med kroppen, og under formidling af veje som NF - κ B-signalkaskade danner de et komplekst reguleringsnetværk for immuninflammation. Derfor kan Huangqin Huanglian-medicin udøve sin terapeutiske effekt på Hp-relateret PU gennem den direkte eller indirekte virkning af flere aktive ingredienser.

MikroRNA er en type enkeltstrenget, ikke-kodende lille RNA, der er ca. 18-25 nukleotider langt. Det binder sig til 3'- eller 5'-UTR-regionen af specifikke målgeners mRNA gennem princippet om komplementær baseparring og spiller en rolle i translationshæmning eller direkte nedbrydning af mRNA. Denne undersøgelse har til formål yderligere at undersøge effekten af mikroRNA-medieret genekspressionsregulering på kernegenerne i Huangqin Huanglian-medicin i behandlingen af Hp-relateret PU. De mest funktionelle mikroRNA'er blev hentet og screenet gennem Target Scan- og starBase-databaserne. Resultaterne viste miR-93-5p, miR-374b-5p, miR-3937, miR-19a-3p, miR-4458, miR-590-5p, miR-6838-5p og miR-424-5p. Opdagelsen af disse mikroRNA'er belyste yderligere den molekylære mekanisme i Huangqin Huanglian-medicin til behandling af Hp-relateret PU på det ikke-kodende RNA-niveau.

For at opsummere, baseret på netværksfarmakologi og bioinformatik, udforskede denne undersøgelse den vigtigste molekylære netværksreguleringsmekanisme for Scutellaria baicalensis Georgi og Coptis chinensis til behandling af Hp-relateret PU, afklaret de centrale gener og vigtige mikroRNA'er, der reguleres af Scutellaria baicalensis Georgi og Coptis chinensis ved behandling af Hp-relateret PU, og verificeret egenskaberne ved den synergistiske effekt af Scutellaria baicalensis Georgi og Coptis chinensis på multikomponent, multimål og multikanal. Forskningsresultaterne i denne artikel er i overensstemmelse med de eksisterende undersøgelser af patogenesen og de farmakologiske virkninger af Hp-relateret PU, som til en vis grad bekræfter pålideligheden af denne artikel. Forskningsresultaterne i denne artikel kan give et videnskabeligt grundlag for den kliniske fremme og anvendelse af Huangqin Huanglian-medicin til behandling af HP-relateret PU og give ideer og referencer til fremtidig dybdegående eksperimentel forskning.