Exploración del efecto contra la hipoxia y las posibles dianas del ginseng americano a partir del modelo del pez cebra y la tecnología de acoplamiento molecular dinámico
La hipoxia es un proceso patológico complejo causado por múltiples factores, que se refiere a diversos grados de dificultades respiratorias en el organismo. La incapacidad de ingerir suficiente oxígeno a través de las vías respiratorias provoca cambios patológicos en el organismo, como cianosis en la piel, los dedos, los labios e incluso síntomas como sibilancias, falta de aire y opresión torácica. La hipoxia puede inducir daños irreversibles en múltiples órganos como el corazón, el cerebro y los pulmones, que pueden derivar en enfermedades mortales como el edema pulmonar o el edema cerebral. La medicina tradicional china tiene ventajas evidentes en la investigación y aplicación clínica contra la hipoxia, como el loto de las nieves y el ginseng de palma, que han demostrado tener buenos efectos contra la hipoxia. Profundizar en los recursos únicos de plantas medicinales de nuestro país y descubrir fármacos más eficaces y de baja toxicidad sigue siendo de gran importancia para la prevención y el tratamiento de la hipoxia causada por entornos de gran altitud o patología.

En la actualidad, los principales modelos utilizados para la investigación de las enfermedades antihipóxicas son los modelos de rata y ratón. Los métodos principales incluyen experimentos de natación con carga de peso, experimentos de tolerancia a la hipoxia normobárica, experimentos de supervivencia por envenenamiento con nitrito sódico y experimentos de hipoxia isquémica cerebral aguda, que tienen limitaciones y costes elevados en el cribado de fármacos a gran escala. La investigación ha descubierto que el pez cebra puede establecer modelos de hipoxia mediante sulfito sódico, y que el pez cebra tiene una alta producción de huevos, ciclos experimentales cortos y bajos costes, lo que puede lograr un cribado de alto rendimiento. Por lo tanto, utilizamos el pez cebra como animal modelo para investigar el efecto contra la hipoxia del ginseng americano, y empleamos técnicas y métodos bioinformáticos para examinar y predecir los principios activos y las dianas potenciales del ginseng americano, con el fin de buscar dianas potenciales del efecto contra la hipoxia del ginseng americano y proporcionar referencias para el estudio de su mecanismo contra la hipoxia.

 

Este artículo construye un nuevo modelo de pez cebra juvenil contra la hipoxia, proporcionando un nuevo método para el estudio de la medicina tradicional china contra la hipoxia. Este experimento utilizó sulfito de sodio para construir un ambiente bajo en oxígeno, reemplazando el método común de llenado de nitrógeno para crear un modelo de hipoxia, y estudió el efecto anti hipoxia del ginseng americano con una operación más simple y directa. El uso del pez cebra como animal modelo puede reducir el periodo experimental, lograr un cribado de alto rendimiento y caracterizar la hipoxia en su conjunto. Tras ser privado de oxígeno, el pez cebra experimentará el fenómeno de cabeza flotante, y su postura natatoria estará desequilibrada. Su cuerpo no estará paralelo a la horizontal, y nadarán irregularmente en todas direcciones, aumentando su velocidad de nado en un cierto periodo de tiempo. Este estudio evaluó el tiempo de supervivencia del pez cebra en diferentes grupos bajo condiciones de hipoxia y su comportamiento neurológico (cabeza flotante, velocidad de nado y distancia) después de la hipoxia. Se descubrió que el extracto de ginseng americano podía mejorar significativamente el tiempo de supervivencia del pez cebra en condiciones de hipoxia. Con el aumento de la concentración de fármaco, la tasa de cabeza flotante de cada grupo de pez cebra también disminuyó significativamente. La distancia de movimiento y la velocidad después de la hipoxia también fueron significativamente diferentes del grupo modelo. El comportamiento neurológico del grupo de dosis altas de fármaco se aproximó al del grupo de normoxia en blanco, lo que indica que el extracto de ginseng americano tiene un efecto significativo contra la hipoxia, sentando las bases para encontrar posibles dianas contra la hipoxia en el siguiente paso.

El ginseng americano es una planta del género Panax de la familia de las Araliáceas, originaria de Canadá y ampliamente cultivada en las provincias chinas de Jilin y Shandong. Ya en la dinastía Qing, el médico confuciano Wang Ang compiló el libro "Bu Tu Ben Cao Bei Yao", en el que registraba que el ginseng americano tiene una naturaleza fresca, sabor dulce, ligero amargor y efectos tradicionales como tonificar el qi y nutrir el yin, despejar el calor y generar fluidos. La farmacología moderna muestra que el ginseng americano tiene diversas actividades farmacológicas, como antitumoral, protección cardiovascular, regulación inmunológica, así como antiisquemia miocárdica, antioxidación miocárdica y otros efectos. Sin embargo, hasta ahora, la comprensión de la gente de la lucha contra la hipoxia efecto y la composición de sustancias específicas objetivos de ginseng americano es todavía muy limitada. Estudios anteriores han demostrado que el ginsenósido Rg3 puede inhibir la proliferación de las células Eca-109 y 786-0 en condiciones de hipoxia e inducir una disminución significativa de la expresión del ARNm del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF). También puede inhibir la expresión del factor inducible por hipoxia-1 α (HIF-1 α), la ciclooxigenasa-2 (COX-2), y el factor nuclear kappa B (NF - κ B) inducida por la hipoxia en condiciones de hipoxia; Ginsenoside Rb3 puede estabilizar la membrana celular, inhibir la expresión y la actividad de la NOS, y tiene un efecto protector significativo sobre el daño neuronal hipóxico-isquémica. Por lo tanto, la exploración en profundidad de las sustancias activas clave contra la hipoxia en el ginseng americano es de gran importancia para la evaluación de la calidad y el desarrollo de nuevos fármacos.

El análisis topológico de la red PPI sugiere que AKT1, STAT3, HSP90AA1, JUN y TNF pueden ser los genes diana principales del ginseng americano contra la hipoxia. AKT1, como una serina / treonina proteína quinasa, puede ser activado por PI3K vinculante para los factores de crecimiento y fosforilados para activar o inhibir sustratos aguas abajo, tales como proteínas relacionadas con la apoptosis Bad, Caspasa9, la actividad mTOR, participando así en la regulación de los procesos biológicos tales como la proliferación celular, la diferenciación, la apoptosis y la migración. La investigación ha descubierto que la transfección del gen Akt1 mediada por lentivirus recombinante puede mejorar significativamente la tolerancia a la hipoxia de las BMSC de rata mediante la inhibición de la apoptosis. STAT3 es un miembro de la familia STAT y desempeña un papel crucial en la regulación de la proliferación celular, la diferenciación, la apoptosis y otros procesos. STAT3 desempeña un papel importante en las células musculares lisas de la arteria pulmonar inducidas por la hipoxia, y el bloqueo de la vía de señalización STAT3 puede inhibir eficazmente la proliferación de las células musculares lisas vasculares. HSP90AA1 es un miembro de la familia de proteínas de choque térmico y una de las proteínas citoplasmáticas más abundantes en células sin estrés. Desempeña un papel crítico en el mantenimiento de la homeostasis celular y puede aumentar la resistencia celular al estrés externo en condiciones de estrés hipóxico. JUN pertenece a la familia de los oncogenes y es miembro de la superfamilia MAPKs. Puede participar en procesos como la proliferación celular, la inflamación, la migración y la invasión. En condiciones de hipoxia, un aumento del nivel de expresión de la cinasa N-terminal c-jun fosforilada puede promover la proliferación de las células musculares lisas de la arteria pulmonar de rata. El TNF es una citocina proinflamatoria secretada principalmente por monocitos y macrófagos, que desempeña un papel crucial en la regulación de los efectos inflamatorios y la defensa del huésped frente a patógenos microbianos. Durante el estrés por hipoxia, el TNF regula el nivel de transcripción de HIF-1 α (factor inducible por hipoxia-1 α) a través de la vía NF - κ B.

Este estudio descubrió mediante acoplamiento molecular dinámico que los compuestos clave del ginseng americano (como el ginsenósido F11, la papaverina, el ginsenósido RO, el ginsenósido Rb3, el ginsenósido Rg1, el ginsenósido Rg3) pueden unirse bien con los genes diana centrales de la hipoxia (AKT1, HSP90AA1, JUN, STAT3, TNF). Este estudio de acoplamiento molecular determinó que la posición original del ligando en la estructura cristalina es el bolsillo de acoplamiento activo, asegurando que el sitio de unión entre los compuestos clave del ginseng americano y las proteínas diana de la hipoxia es la región activa clave. Cuanto menor sea la energía de unión, mayor será la capacidad de unión entre el ligando y la proteína diana. Mediante el acoplamiento de varios compuestos con la diana, se descubrió que el factor proinflamatorio TNF y la proteína de choque térmico HSP90AA1 tienen una fuerte capacidad de unión con los principios activos clave, que pueden ser una diana clave potencial del ginseng americano para la lucha contra la hipoxia. A través de la verificación adicional por dinámica molecular, se encontró que la simulación dinámica de HSP90AA1 y ginsenoside Rg1, TNF, y ginsenoside Ro puede formar conformaciones estables, revelando y verificando la estanqueidad de unión y la estabilidad del objetivo central y el complejo compuesto. Esto proporciona una base teórica fiable para el estudio de las posibles dianas del ginseng americano contra la hipoxia.

En resumen, este estudio evaluó el efecto del ginseng americano contra la hipoxia utilizando un modelo de pez cebra, y exploró los principios activos y las dianas principales implicadas en la lucha contra la hipoxia utilizando técnicas de farmacología en red. La tecnología de acoplamiento molecular y la dinámica molecular se utilizaron para verificar la unión de los ingredientes activos y las dianas principales, revelando dianas potenciales del ginseng americano contra la hipoxia. Debido a la complejidad de los ingredientes de la medicina tradicional china y a la estructura molecular de las saponinas del ginseng americano, la exploración preliminar basada en la farmacología de red sigue siendo insuficiente. En cuanto a las dianas previstas de los efectos contra la hipoxia del ginseng chino y occidental, se llevarán a cabo nuevas verificaciones experimentales en una fase posterior, con el fin de proporcionar una base teórica y una referencia para el estudio de los componentes farmacológicos contra la hipoxia del ginseng americano, así como una base para la investigación de los mecanismos relacionados en una fase posterior.