Screening von Schl\u00fcsselgenen und -wegen f\u00fcr mikrovaskul\u00e4re Komplikationen bei Diabetes und Vorhersage traditioneller chinesischer Medizin durch bioinformatische Methoden
\nIn den letzten Jahren hat die epidemiologische Forschung im Zusammenhang mit Diabetes gezeigt, dass die Inzidenz von Hyperglyk\u00e4mie bei Menschen \u00fcber 18 Jahren in China 11,2% erreicht hat, und die Inzidenz von Diabetes nimmt weiter zu. Diabetes ist eine komplexe St\u00f6rung des Blutzuckerstoffwechsels. In einem bestimmten Stadium des Krankheitsverlaufs kann es zu einer Vielzahl akuter und chronischer Komplikationen der chronischen Hyperglyk\u00e4mie kommen. Die chronische Hyperglyk\u00e4mie und die genetische Anf\u00e4lligkeit wirken sich letztlich auf die Mikrogef\u00e4\u00dfe aus und f\u00fchren zu Komplikationen vor allem an den Nieren, den Augen und dem Nervensystem. Zu den klassischen mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen des Diabetes geh\u00f6ren die Diabetesnephropathie (DKD), die Diabetesretinopathie (DR) und die Diabetesneuropathie (DPN). Die DKD ist die Hauptursache f\u00fcr Nierenerkrankungen im Endstadium (ESRD) und steht nach den verschiedenen Arten der Glomerulonephritis an zweiter Stelle. Die DR ist ein h\u00e4ufiger Faktor, der das Sehverm\u00f6gen und sogar die Erblindung beeintr\u00e4chtigt, w\u00e4hrend die DPN ein wichtiger Risikofaktor f\u00fcr Fu\u00dfgeschw\u00fcre und weitere Amputationen ist. Diese drei mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen beeintr\u00e4chtigen die Gesundheit von Diabetikern erheblich und stellen eine gro\u00dfe wirtschaftliche Belastung f\u00fcr Patienten und Gesellschaft dar. Die moderne Medizin versteht jedoch die spezifische Pathogenese der mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen bei Diabetes nicht vollst\u00e4ndig, und es ist schwierig, mit einfacher westlicher Medizin gute Ergebnisse bei der Behandlung mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes mit komplexen Mechanismen zu erzielen. Die traditionelle chinesische Medizin blickt auf eine lange Geschichte zur\u00fcck, und ihre klinische Wirksamkeit hat sich \u00fcber einen langen Zeitraum hinweg bew\u00e4hrt, insbesondere bei der Behandlung einiger chronischer Krankheiten. Die traditionelle chinesische Medizin legt Wert auf ein ganzheitliches Konzept und die Einheit von Himmel und Mensch. Bei der klinischen Behandlung liegt der Schwerpunkt auf der Differenzierung und Behandlung von Syndromen. Im Vergleich zur westlichen Medizin mit nur einer Komponente kann die traditionelle chinesische Medizin komplexe und vielf\u00e4ltige menschliche Krankheiten durch die Integration und Regulierung mehrerer Verbindungen, Ebenen und Ziele behandeln. Es mangelt jedoch an einer systematischen Erkl\u00e4rung der Mechanismen. Daher ist es notwendig, die mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen von Diabetes weiter zu untersuchen, um die pathophysiologischen Mechanismen zu verstehen, die mit der Entwicklung und dem Fortschreiten der Krankheit zusammenh\u00e4ngen, und um m\u00f6gliche therapeutische Wirkstoffe der chinesischen Medizin zu erforschen.<\/p>\n
Mit der rasanten Entwicklung der Bioinformatik kann die effektive Nutzung der zahlreichen Genexpressions-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierungsdaten zur Durchf\u00fchrung von Big Data Mining und zur Analyse von klinischen Proben dazu beitragen, die Pathogenese von Krankheiten zu erforschen und mehr Hinweise f\u00fcr die klinische Praxis zu liefern. In dieser Studie haben wir Hochdurchsatz-Sequenzierung verwendet, um Genexpressionsprofil-Chipdaten zu mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen bei Diabetes aus der GEO-Datenbank herunterzuladen und zu analysieren, und haben DEGs zwischen langfristiger schlechter glyk\u00e4mischer Kontrolle mit schweren mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen und langfristiger schlechter glyk\u00e4mischer Kontrolle ohne mikrovaskul\u00e4re Komplikationen untersucht, analysierte die Funktion und die Anreicherung von DEGs mit Signalwegen sowie die Interaktion zwischen Proteinen, untersuchte wichtige Zielmolek\u00fcle und potenzielle chinesische Arzneimittel, die an der Pathogenese mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes beteiligt sind, und lieferte neue Anhaltspunkte f\u00fcr die klinische Diagnose, Behandlung und Pr\u00e4vention.<\/p>\n
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Diabetes ist eine Gruppe von heterogenen Stoffwechselerkrankungen, die durch genetische, umweltbedingte und andere Faktoren verursacht werden k\u00f6nnen. Bei den meisten Patienten mit Diabetes treten in einem bestimmten Stadium des Krankheitsverlaufs schwerwiegende Komplikationen der chronischen Hyperglyk\u00e4mie auf, darunter Nierenerkrankungen, Retinopathie, Neuropathie und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. \u00dcber die Pathogenese der mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen besteht derzeit kein Konsens, was zu Hypothesen wie h\u00e4modynamischen Anomalien, nicht enzymatischer Proteinglykosylierung, erh\u00f6hter Aktivit\u00e4t von Polyolkan\u00e4len, Gewebeeigenoxidation und Glykosylierung f\u00fchrt. In der klinischen Praxis haben wir festgestellt, dass einige Patienten mit Diabetes trotz eines lange Zeit schlecht eingestellten Blutzuckerspiegels frei von mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen waren. Erforschung der Pathogenese mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes und Vorhersage der damit zusammenh\u00e4ngenden traditionellen chinesischen Medizin durch Analyse des Unterschieds zwischen langfristiger schlechter Blutzuckereinstellung mit schweren mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen und langfristiger schlechter Blutzuckereinstellung ohne mikrovaskul\u00e4re Komplikationen, um so neue Anhaltspunkte f\u00fcr die klinische Pr\u00e4vention und Behandlung zu erhalten.<\/p>\n
Mithilfe von GEO2R zur Analyse und Verarbeitung des Datensatzes GSE43950 wurden 692 DEGs ermittelt, darunter 121 hochregulierte Gene und 571 herunterregulierte Gene. Durch die Anreicherungsanalyse von GO-Funktionen und KEGG-Signalwegen in DGEs unter Verwendung der DAVID-Datenbank wurde festgestellt, dass hochregulierte, unterschiedlich exprimierte Gene haupts\u00e4chlich an der Regulierung der Blutstillung und Blutgerinnung beteiligt sind und mit der spezifischen DNA-Bindung an Kernpromotorsequenzen und dem NF-\u03ba-B-Signalweg, dem AGE-RAGE-Signalweg, dem MAPK-Signalweg usw. in Verbindung stehen. Die Herabregulierung der unterschiedlich exprimierten Gene ist haupts\u00e4chlich an der neutrophilen Aktivierungsimmunantwort, dem NOD-\u00e4hnlichen Rezeptor-Signalweg, dem Maut-\u00e4hnlichen Rezeptor-Signalweg, der Endozytose und anderen damit verbundenen Prozessen beteiligt. Durch unsere Forschung haben wir herausgefunden, dass einige Anreicherungsfunktionen und Signalkan\u00e4le von Differenzialgenen mit dem Krankheitsprozess der mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen bei Diabetes zusammenh\u00e4ngen. So stehen beispielsweise der MAPK-Signalweg und der AGE-RAGE-Signalweg in der KEGG-Signalweg-Anreicherungsanalyse, die DEGs hochregulieren, in engem Zusammenhang mit dem Krankheitsprozess von Diabetes und seinen mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen. Der MAPK-Signalweg hat vier Hauptverzweigungswege: ERK, JNK, p38\/MAPK und ERK5. Bei Diabetes und seinen Sp\u00e4tkomplikationen ist die Aktivit\u00e4t von MAPK im K\u00f6rper erh\u00f6ht, was nichts mit der Stoffwechselkontrolle zu tun hat. Hoher Blutzucker kann den MAPK-Signalweg aktivieren und eine wichtige Rolle bei der Vermittlung von Sp\u00e4tkomplikationen spielen. Der MAPK-Signalweg ist eng mit dem Fortschreiten der DR-Krankheit verbunden. Durch die Hemmung der p38- und ERK-Signalwege werden die durch oxidativen Stress verursachten Sch\u00e4den gemildert, wodurch die weitere Entwicklung der DR effektiv verz\u00f6gert wird. P38\/MAPK vermittelt das Auftreten der Diabetesnephropathie, was die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) f\u00f6rdern, die Freisetzung von Entz\u00fcndungsmediatoren vermitteln, das RAS-System aktivieren, den glomerul\u00e4ren Innendruck erh\u00f6hen und das Fortschreiten der Erkrankung beschleunigen kann. Die Rolle des Signalwegs zwischen fortgeschrittenen Glykationsendprodukten (AGE) und dem AGE-Rezeptor (RAGE) wurde k\u00fcrzlich bei der Pathogenese einer Reihe von Prozessen wie Entz\u00fcndungen, b\u00f6sartigen Tumoren, Diabetes und Diabeteskomplikationen sowie Neurodegeneration identifiziert. J\u00fcngste Studien haben gezeigt, dass die Interaktion von AGE- und RAGE-Rezeptoren oxidative und pro-apoptotische Reaktionen in verschiedenen Zelltypen hervorruft und an der Pathogenese von Gef\u00e4\u00dfkomplikationen bei Diabetes beteiligt ist. AGE f\u00fchrt \u00fcber zwei Mechanismen zu Komplikationen bei Diabetes: Zum einen wird es in Biomolek\u00fclen vernetzt und ver\u00e4ndert deren biologische Struktur und Funktion, zum anderen bindet es an verwandte Rezeptoren auf der Zelloberfl\u00e4che, wie z. B. RAGE, und stimuliert so den Signalweg, der zu einer Verschlechterung des oxidativen Stresses f\u00fchrt. Im Vergleich zu Gesunden weisen Diabetes-Patienten h\u00f6here Konzentrationen von AGE und Glukose-Oxidationsprodukten auf, und es wird angenommen, dass sie durch die Interaktion mit ihren Rezeptoren (RAGE) den oxidativen Stress erh\u00f6hen und dadurch vaskul\u00e4re Komplikationen f\u00f6rdern.<\/p>\n
Die DEGs sind haupts\u00e4chlich in Bereichen angereichert, die mit der Blutstillung, der Gerinnungsregulierung, der neutrophilen Aktivierung, der Immunantwort und der Zellapoptose zusammenh\u00e4ngen. Die Proteininteraktionsdatenbank STRING und die CytoHubba in der Cytoscape-Software wurden zur Analyse der DEGs verwendet, und die Top-10-Schl\u00fcsselgene wurden ermittelt. Schl\u00fcsselgene wie IL1B, TLR2, TLR4 und CYBB vermittelten die Immunregulierung des K\u00f6rpers auf mehreren Ebenen, was darauf hindeutet, dass der Prozess der Immunregulierung ein wichtiges Bindeglied f\u00fcr das Auftreten und die Entwicklung mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes ist, und dass die Regulierung der Immunfunktion des K\u00f6rpers ein wichtiges Ziel zur Vorbeugung und Behandlung mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes sein kann.<\/p>\n
IL-1B, ein wichtiger entz\u00fcndungsf\u00f6rdernder Faktor aus der Familie der Interleukin-1-Zytokine, ist der Hauptregulator der Entz\u00fcndungsreaktion und an einer Reihe von Zellaktivit\u00e4ten wie Proliferation, Differenzierung und Apoptose beteiligt. Es wird auch mit Schmerzen und Autoimmunreaktionen im K\u00f6rper in Verbindung gebracht. Die Forschung hat gezeigt, dass IL-1B ein wichtiges Upstream-Molek\u00fcl ist, das die Entz\u00fcndung der Bauchspeicheldr\u00fcse w\u00e4hrend der Entwicklung von T2DM ausl\u00f6st. Zahlreiche experimentelle Studien haben gezeigt, dass die Aktivierung von Entz\u00fcndungsk\u00f6rpern und die Sekretion von IL-1B die Schl\u00fcsselprozesse f\u00fcr die Entstehung von Atherosklerose sind. Die pro-inflammatorischen Zytokine IL-1B, Interleukin-6 (IL-6) und Interleukin-8 (IL-8) sind Vermittler der Akute-Phase-Reaktion, die typischerweise mit der Induktion von oxidativem Stress einhergeht. Oxidativer Stress ist ein gemeinsamer Weg zur Vermittlung der Komplikationen von Diabetes und vermittelt viele Sp\u00e4tkomplikationen von Diabetes, einschlie\u00dflich mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen und Makroangiopathie von Diabetes.
\nTLRs geh\u00f6ren zur Familie der Mustererkennungsrezeptoren und stehen in engem Zusammenhang mit der Entstehung von Diabetes. TLRs k\u00f6nnen das angeborene Immunsystem aktivieren und werden mit der Pathogenese von Insulinresistenz, Diabetes und Atherosklerose in Verbindung gebracht, insbesondere die Expression von TLR2 und TLR4. TLR2 wird haupts\u00e4chlich in Zellen mit immunologischen Funktionen, wie dendritischen Zellen, Monozyten und einigen Endothelzellen, exprimiert. Er ist an der Pathogenese von DN beteiligt, indem er den Zytokin-Signalweg im K\u00f6rper reguliert. Shao et al. untersuchten die Wirkung von Paeoniflorin auf die Nieren von M\u00e4usen mit Typ-1-Diabetes, indem sie TLR2-Knockout-M\u00e4use und Wildtyp-Wurfgeschwister verwendeten. Es wurde festgestellt, dass durch die Hemmung des TLR2-Signalwegs die Albuminurie bei Diabetes-M\u00e4usen signifikant reduziert und die Nierenhistopathologie geschw\u00e4cht wurde, was best\u00e4tigte, dass TLR2 eng mit DN verbunden ist. TLR2 ist ein Vermittler der Netzhautdegeneration als Reaktion auf oxidativen Stress und dient als Br\u00fccke zwischen oxidativen Sch\u00e4den und komplementvermittelten Netzhautl\u00e4sionen, was auf einen engen Zusammenhang zwischen TLR2 und dem Auftreten der diabetischen Retinopathie hinweisen k\u00f6nnte. In der Familie der TLRs ist TLR4 als Transmembranproteinrezeptor f\u00fcr die Aktivierung vieler Signaltransduktionswege verantwortlich. Es wird angenommen, dass die chronische Entz\u00fcndung bei Diabetes mit der Aktivierung von TLR4 zusammenh\u00e4ngt. Aly und andere Studien deuten darauf hin, dass die erh\u00f6hte Expression von TLR2 und TLR4 eine wichtige Rolle bei der DN-Progression und der Verschlechterung der Insulinresistenz bei Patienten mit Typ-2-Diabetes spielen k\u00f6nnte. Daher k\u00f6nnten TLR2 und TLR4 aus der Familie der TLRs ein vielversprechendes therapeutisches Ziel sein, um Typ-2-Diabetes und seine Komplikationen zu verhindern oder zu verz\u00f6gern.
\nCYBB kodiert f\u00fcr gp91phox, das eine wichtige Komponente der NADPH-Oxidase in phagozytischen Zellen und eine Hauptquelle f\u00fcr oxidativen Stress in den Nieren ist. CYBB vermittelt die Produktion von ROS und ist an der Zellsignalisierung im Zusammenhang mit Differenzierung, Zellzyklus und Apoptose beteiligt. Sowohl bei Diabetespatienten als auch in Tiermodellen hat sich best\u00e4tigt, dass die Pathogenese von DM durch die Produktion von ROS im oxidativen Stress (OS) des K\u00f6rpers vermittelt werden kann. Der \u00dcberschuss an ROS wird als Hauptmechanismus der Diabetes-Komplikationen angesehen. Die vermehrte Produktion von mitochondrialem ROS spielt eine wichtige Rolle bei Diabeteskomplikationen (einschlie\u00dflich Retinopathie).
\nDurch die Zuordnung von Schl\u00fcsselgenen zur medizinischen Kerndatenbank und den Aufbau eines Zielnetzwerks f\u00fcr Arzneimittelwirkstoffe wurde festgestellt, dass die vier am h\u00e4ufigsten vorkommenden traditionellen chinesischen Arzneimittel (Scutellaria baicalensis, Salvia miltiorrhiza, Achyranthes bidentata und Yujin) und ihre Wirkstoffe auf Schl\u00fcsselgene abzielen k\u00f6nnen, die die mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen von Diabetes beeinflussen. Alle vier traditionellen chinesischen Arzneimittel haben eine bestimmte Wirkung, indem sie die Blutzirkulation f\u00f6rdern und den Blutstau beseitigen. Salvia miltiorrhiza und Yujin sind die in der klinischen Praxis am h\u00e4ufigsten verwendeten Arzneimittel zur F\u00f6rderung der Blutzirkulation und Beseitigung von Blutstauungen, und sie passen perfekt zur Pathogenese von \"Diabetes geht nach einer langen Krankheit in die Kollateralen, und Blutstauungen treten nach einer langen Krankheit auf\". Der TCM-Name f\u00fcr Diabetes ist Xiaoke. Seine Pathogenese basiert auf Yin-Mangel und ist durch Trockenheit und Hitze gekennzeichnet. Langfristiges Durstl\u00f6schen kann leicht mehrere Organe betreffen, die normale Funktion von Qi und Blut beeintr\u00e4chtigen, Yin-Mangel, Trockenheit und Hitze verursachen und K\u00f6rperfl\u00fcssigkeiten verbrauchen, was zu schlechter Blutzirkulation und Blutstau f\u00fchrt. Blutstau ist eine wichtige Pathogenese von Diabetes, die mit dem Fortschreiten verschiedener chronischer Komplikationen verbunden ist. In der klinischen Praxis werden chinesische pflanzliche Arzneimittel, die die Blutzirkulation f\u00f6rdern und den Blutstau beseitigen, h\u00e4ufig zur Behandlung von diabetesbedingten Komplikationen eingesetzt. Die moderne Pharmakologie hat auch bewiesen, dass einige Bestandteile der oben genannten traditionellen chinesischen Arzneimittel eine wichtige Rolle bei der Behandlung von Diabetes und mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen spielen. Mehrere bioaktive Wirkstoffe, die aus der Wurzel von Scutellaria baicalensis extrahiert werden, wie Baicalein und Baicalin, erh\u00f6hen nachweislich den Glukoseverbrauch und senken den Blutzuckerspiegel im K\u00f6rper. Tanshinon IIA ist ein klassischer Wirkstoff von Danshen, der entz\u00fcndungshemmende, antioxidative und antifibrotische Wirkungen hat. Tanshinon IIA kann die schmerzhafte Diabetes-Neuropathie verbessern, indem es die Expression und Aktivit\u00e4t von Natriumkan\u00e4len des Spannungstyps in den Dorsalwurzelganglien von Ratten hemmt, was darauf hindeutet, dass Tanshinon IIA ein vielversprechendes Medikament zur Behandlung von DPN sein k\u00f6nnte. Yuan et al. fanden heraus, dass Tanshinon IIA den Fettstoffwechsel, den Glukosestoffwechsel und die Insulinresistenz bei Ratten mit Typ-2-Diabetes \u00fcber den AMPK-Signalweg verbessern kann, der durch NF-\u03ba B induziert wird. Eine systematische \u00dcbersichtsanalyse hat gezeigt, dass Curcumin die F\u00e4higkeit besitzt, oxidativen Stress und Entz\u00fcndungsprozesse im K\u00f6rper zu hemmen. Nano-Curcumin, das auf Nanotechnologie basiert, wird als potenzielles Medikament f\u00fcr die medikament\u00f6se Behandlung und das Management von Diabetes-Patienten angesehen. \u03b2-Ecdysteron ist hauptverantwortlich f\u00fcr einen der Wirkstoffe in Achyranthes chuanxiong, der den Blutzucker senken, das Niveau der NO-Metaboliten im K\u00f6rper stabilisieren und damit die Nieren sch\u00fctzen kann.<\/p>\n
Mithilfe der auf Bioinformatik basierenden Information-Mining-Technologie wurde eine Analyse der Gendifferenz zwischen einer langfristig schlechten Blutzuckerkontrolle mit schweren mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen und einer langfristig schlechten Blutzuckerkontrolle ohne mikrovaskul\u00e4re Komplikationen durchgef\u00fchrt, und es wurden 10 Gene mit der gr\u00f6\u00dften Differenz untersucht. Die weitere Analyse ergab, dass Gene wie IL1B, TLR2, TLR4 und CYBB eine wichtige Rolle bei der Entwicklung mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes spielen, w\u00e4hrend traditionelle chinesische Arzneimittel wie Salvia miltiorrhiza, Scutellaria baicalensis, Kurkuma und Achyranthes bidentata und ihre Wirkstoffe zu neuen Arzneimitteln f\u00fcr die Behandlung mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes werden k\u00f6nnten, was neue Ideen f\u00fcr die weitere Erforschung des molekularen Mechanismus mikrovaskul\u00e4rer Komplikationen bei Diabetes und die Suche nach neuen therapeutischen Mitteln liefert. Diese Studie weist jedoch noch die folgenden M\u00e4ngel auf. Erstens ist die Stichprobengr\u00f6\u00dfe in dieser Forschungsdatenbank klein, und die Diabetestypen sind nicht differenziert, so dass wir die Stichprobengr\u00f6\u00dfe weiter vergr\u00f6\u00dfern und die Diabetes-Klassifizierung verfeinern m\u00fcssen; zweitens fehlt es an pr\u00e4ziser experimenteller Forschung und \u00dcberpr\u00fcfung. Daher ist es notwendig, die Funktion dieser wichtigen Zielmolek\u00fcle und potenziellen Arzneimittel bei den mikrovaskul\u00e4ren Komplikationen von Diabetes weiter zu erforschen.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Screening of key genes and pathways of microvascular complications in diabetes and prediction of traditional Chinese medicine by bioinformatics methods In recent years, diabetes related epidemiological research shows that the incidence of hyperglycemia among people over 18 years old in China has reached 11.2%, and the incidence of diabetes continues to rise. Diabetes is a […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20],"tags":[],"yoast_head":"\n