Cribado de genes y vías clave de las complicaciones microvasculares en la diabetes y predicción de la medicina tradicional china mediante métodos bioinformáticos
En los últimos años, la investigación epidemiológica relacionada con la diabetes muestra que la incidencia de la hiperglucemia entre las personas mayores de 18 años en China ha alcanzado el 11,2%, y la incidencia de la diabetes sigue aumentando. La diabetes es un trastorno complejo del metabolismo de la glucosa en sangre. En una determinada fase del curso de la enfermedad, puede haber una variedad de complicaciones agudas y crónicas de la hiperglucemia crónica. La hiperglucemia crónica y la susceptibilidad genética acaban afectando a los microvasos, dando lugar a complicaciones principalmente renales, oculares y del sistema nervioso. Las complicaciones microvasculares clásicas de la diabetes son la nefropatía diabética (ND), la retinopatía diabética (RD) y la neuropatía diabética (NPD). La DKD es la principal causa de enfermedad renal terminal (ESRD), sólo superada por diversos tipos de glomerulonefritis. La RD es un factor común que afecta a la visión e incluso a la ceguera, mientras que la DPN es un importante factor de alto riesgo de úlceras en los pies y amputaciones posteriores. Estas tres complicaciones microvasculares afectan gravemente a la salud de los pacientes con diabetes y suponen una pesada carga económica para los pacientes y la sociedad. Sin embargo, la medicina moderna no comprende plenamente la patogénesis específica de las complicaciones microvasculares de la diabetes, y es difícil conseguir buenos resultados con la simple medicina occidental para tratar las complicaciones microvasculares de la diabetes con mecanismos complejos. La medicina tradicional china tiene una larga historia y su eficacia clínica se ha verificado durante mucho tiempo, especialmente en el tratamiento de algunas enfermedades crónicas. La medicina tradicional china hace hincapié en un concepto holístico y en la unidad del cielo y el hombre. El tratamiento clínico hace hincapié en la diferenciación y el tratamiento de los síndromes. En comparación con la medicina occidental de un solo componente, la medicina tradicional china puede tratar enfermedades humanas complejas y variadas mediante la integración y regulación de múltiples vínculos, niveles y objetivos. Sin embargo, falta una explicación sistemática de los mecanismos. Por lo tanto, es necesario seguir estudiando las complicaciones microvasculares de la diabetes para obtener los mecanismos fisiopatológicos relacionados con el desarrollo y el progreso de la enfermedad, y explorar posibles fármacos terapéuticos de la medicina china.

Con el rápido desarrollo de la bioinformática, la utilización eficaz de los abundantes chips de expresión génica y los datos de secuenciación de alto rendimiento para llevar a cabo la minería de grandes datos y el análisis de muestras clínicas puede ayudar a explorar la patogénesis de las enfermedades y proporcionar más referencias para la práctica clínica. En este estudio, se utilizó la secuenciación de alto rendimiento para descargar los datos del chip de perfil de expresión génica sobre las complicaciones microvasculares de la diabetes de la base de datos GEO para su análisis, se examinaron los DEG entre el mal control glucémico a largo plazo con graves complicaciones microvasculares y el mal control glucémico a largo plazo sin complicaciones microvasculares, analizó la función y el enriquecimiento de las vías de los DEG, y analizó la interacción entre las proteínas, además examinó las moléculas diana clave y los posibles medicamentos chinos implicados en la patogénesis de las complicaciones microvasculares de la diabetes, y proporcionó nuevas pistas para el diagnóstico clínico, el tratamiento y la prevención.

 

La diabetes es un grupo de enfermedades metabólicas y heterogéneas que pueden estar causadas por factores genéticos, ambientales y de otro tipo. La mayoría de los pacientes con diabetes sufrirán complicaciones graves derivadas de la hiperglucemia crónica en una determinada fase del curso de la enfermedad, entre las que se incluyen la enfermedad renal, la retinopatía, la neuropatía y la enfermedad cardiovascular. En la actualidad no hay consenso sobre la patogenia de las complicaciones microvasculares, lo que lleva a plantear hipótesis como las anomalías hemodinámicas, la glicosilación proteica no enzimática, el aumento de la actividad de los canales de polioles, la autooxidación tisular y la glicosilación. En la práctica clínica, observamos que, aunque la glucemia no estuviera bien controlada durante mucho tiempo, algunos pacientes con diabetes seguían sin sufrir complicaciones microvasculares. Explorar la patogénesis de las complicaciones microvasculares en la diabetes y predecir la medicina tradicional china relacionada mediante el análisis de la diferencia entre el mal control glucémico a largo plazo con complicaciones microvasculares graves y el mal control glucémico a largo plazo sin complicaciones microvasculares, a fin de proporcionar nuevas pistas para la prevención y el tratamiento clínicos.

Utilizando GEO2R para analizar y procesar el conjunto de datos GSE43950, se obtuvieron 692 DEG, incluidos 121 genes regulados al alza y 571 genes regulados a la baja. A través del análisis de enriquecimiento de la función GO y KEGG vía de señalización en DGEs utilizando la base de datos DAVID, se encontró que upregulated genes expresados diferencialmente están involucrados principalmente en la regulación de la hemostasia sanguínea y la coagulación, y están asociados con la unión específica de ADN a secuencias promotoras núcleo y NF - κ B vía de señalización, AGE-RAGE vía de señalización, MAPK vía de señalización, etc. La regulación a la baja de los genes expresados diferencialmente está implicada principalmente en la respuesta inmunitaria de activación de neutrófilos, la vía de señalización del receptor NOD like, la vía de señalización del receptor toll like, la endocitosis y otros procesos relacionados. A través de la investigación, encontramos que algunas funciones de enriquecimiento y canales de señalización de genes diferenciales están relacionados con el proceso de la enfermedad de las complicaciones microvasculares en la diabetes. Por ejemplo, la vía de señalización MAPK y la vía de señalización AGE-RAGE en el análisis de enriquecimiento de la vía de señalización KEGG que regula al alza los DEG están estrechamente relacionadas con el proceso de la enfermedad de la diabetes y sus complicaciones microvasculares. La vía MAPK tiene cuatro ramificaciones principales: ERK, JNK, p38/MAPK y ERK5. En la diabetes y sus complicaciones tardías, la actividad de la MAPK en el organismo ha aumentado, lo que no tiene nada que ver con el control metabólico. Un nivel elevado de azúcar en sangre puede activar la vía MAPK y desempeñar un papel importante en la mediación de las complicaciones tardías. La vía MAPK está estrechamente implicada en la progresión de la enfermedad de la RD. Al inhibir las vías de señalización p38 y ERK, se atenúan los daños causados por el estrés oxidativo, lo que retrasa eficazmente el desarrollo de la RD. P38/MAPK media en la aparición de la nefropatía diabética, que puede promover la producción de especies reactivas del oxígeno (ROS), mediar en la liberación de mediadores inflamatorios, activar el sistema RAS, aumentar la presión interna glomerular y acelerar la progresión de la enfermedad de la DKD. Recientemente se ha identificado el papel de la vía de señalización entre los productos finales de la glicación avanzada (AGE) y el receptor de AGE (RAGE) en la patogénesis de diversos procesos, como la inflamación, los tumores malignos, la diabetes y sus complicaciones y la neurodegeneración. Estudios recientes han demostrado que la interacción de los AGE y los receptores RAGE provoca reacciones oxidativas y proapoptóticas en varios tipos de células y participa en la patogénesis de las complicaciones vasculares de la diabetes. Los AGE conducen a complicaciones de la diabetes a través de dos mecanismos: uno es que se reticulan en biomoléculas para cambiar su estructura y función biológicas; el otro es que se unen a receptores relacionados en la superficie celular, como RAGE, para estimular la vía de señalización que conduce al deterioro por estrés oxidativo. En comparación con los individuos sanos, los pacientes con diabetes presentan mayores concentraciones de AGE y productos de oxidación de la glucosa, y se cree que aumentan el estrés oxidativo mediante la interacción con sus receptores (RAGE), favoreciendo así las complicaciones vasculares.

Los DEG se enriquecen principalmente en áreas relacionadas con la hemostasia sanguínea, la regulación de la coagulación, la respuesta inmune a la activación de neutrófilos y la apoptosis celular. Para analizar los DEG se utilizó la base de datos de interacción de proteínas STRING y la cytoHubba del software Cytoscape, y se obtuvieron los 10 genes clave más importantes. Genes clave como IL1B, TLR2, TLR4 y CYBB mediaron la regulación inmune del cuerpo desde múltiples niveles, lo que sugiere que el proceso de regulación inmune es un eslabón importante en la aparición y el desarrollo de complicaciones microvasculares en la diabetes, y la regulación de la función inmune del cuerpo puede ser un objetivo importante para prevenir y tratar las complicaciones microvasculares en la diabetes.

La IL-1B, como factor proinflamatorio clave de la familia de citocinas de la interleucina 1, es el principal regulador de la respuesta inflamatoria y participa en una serie de actividades celulares como la proliferación, la diferenciación y la apoptosis. También se asocia con el dolor y las reacciones autoinmunes en el organismo. Las investigaciones han demostrado que la IL-1B es una molécula ascendente clave que inicia la inflamación pancreática durante el desarrollo de la DMT2. Un gran número de estudios experimentales han demostrado que la activación de los cuerpos inflamatorios y la secreción de IL-1B son los procesos clave que impulsan la formación de la aterosclerosis. Las citocinas proinflamatorias IL-1B, interleucina-6 (IL-6) e interleucina-8 (IL-8) son mediadores de la respuesta de fase aguda, típicamente asociada a la inducción de estrés oxidativo. El estrés oxidativo, como vía común para mediar en las complicaciones de la diabetes, media en muchas complicaciones tardías de la diabetes, incluidas las complicaciones microvasculares y la macroangiopatía de la diabetes.
Los TLR pertenecen a la familia de receptores de reconocimiento de patrones y están estrechamente relacionados con el desarrollo de la diabetes. Los TLR pueden activar el sistema inmunitario innato y están relacionados con la patogénesis de la resistencia a la insulina, la diabetes y la aterosclerosis, especialmente la expresión de TLR2 y TLR4. El TLR2 se expresa principalmente en células con funciones relacionadas con el sistema inmunitario, como las células dendríticas, los monocitos y algunas células endoteliales. Participa en la patogénesis de la DN regulando la vía de señalización de citoquinas en el organismo. Shao et al. estudiaron el efecto de la paeoniflorina en el riñón de ratones con diabetes de tipo 1 utilizando ratones TLR2 knockout y ratones silvestres. Se encontró que mediante la inhibición de la vía de señal TLR2, la albuminuria en ratones con diabetes se redujo significativamente, y la histopatología renal se debilitó, lo que confirmó que TLR2 estaba estrechamente relacionado con la DN. Mientras tanto, TLR2 es un mediador de la degeneración retiniana en respuesta al estrés oxidativo, sirviendo de puente entre el daño oxidativo y las lesiones retinianas mediadas por el complemento, lo que puede sugerir una estrecha relación entre TLR2 y la aparición de retinopatía diabética. En la familia de los TLR, el TLR4, como receptor de proteínas transmembrana, es responsable de la activación de muchas vías de transducción de señales. Se cree que la inflamación crónica en la diabetes está relacionada con la activación de TLR4. Aly y otros estudios sugieren que el aumento de la expresión de TLR2 y TLR4 puede desempeñar un papel importante en la progresión de la DN y el deterioro de la resistencia a la insulina en pacientes con diabetes de tipo 2. Por lo tanto, los TLR2 y TLR4 de la familia de los TLR pueden ser una prometedora diana terapéutica para prevenir o retrasar la diabetes de tipo 2 y sus complicaciones.
CYBB codifica la gp91phox, que es un componente importante de la NADPH oxidasa en las células fagocíticas y una fuente importante de estrés oxidativo en los riñones. CYBB media en la producción de ROS y participa en la señalización celular relacionada con la diferenciación, el ciclo celular y la apoptosis. Tanto los pacientes diabéticos como los modelos animales han confirmado que la patogénesis de la DM puede estar mediada por la producción de ROS en el estrés oxidativo (SO) del organismo. El exceso de ROS se considera el principal mecanismo de las complicaciones de la diabetes. El aumento de la producción de ROS mitocondriales desempeña un papel importante en las complicaciones de la diabetes (incluida la retinopatía).
Mediante la asignación de genes clave a la base de datos médicos básicos y la creación de una red de dianas de principios activos de fármacos, se descubrió que las cuatro medicinas tradicionales chinas más frecuentes (scutellaria baicalensis, salvia miltiorrhiza, achyranthes bidentata y yujin) y sus principios activos pueden dirigirse a genes clave que afectan a las complicaciones microvasculares de la diabetes. Las cuatro medicinas tradicionales chinas tienen un cierto efecto de promoción de la circulación sanguínea y eliminación de la estasis sanguínea. La Salvia miltiorrhiza y el yujin son los fármacos más utilizados para promover la circulación sanguínea y eliminar la estasis sanguínea en la práctica clínica, y se ajustan perfectamente a la patogénesis de "la diabetes entra en las colaterales tras una larga enfermedad, y la estasis sanguínea se produce tras una larga enfermedad". El nombre MTC de la diabetes es Xiaoke. Su patogénesis se basa en la deficiencia de yin y está marcada por la sequedad y el calor. La sed prolongada puede afectar fácilmente a múltiples órganos, afectando al funcionamiento normal del qi y la sangre, provocando deficiencia de yin, sequedad y calor, y consumiendo fluidos corporales, lo que conduce a una circulación sanguínea deficiente y a la estasis sanguínea. La estasis sanguínea es una importante patogénesis de la diabetes, que está relacionada con la progresión de diversas complicaciones crónicas. En la práctica clínica, las hierbas medicinales chinas que favorecen la circulación sanguínea y eliminan la estasis sanguínea se utilizan a menudo para tratar las complicaciones relacionadas con la diabetes. La farmacología moderna también ha demostrado que algunos componentes de las medicinas tradicionales chinas mencionadas desempeñan un papel importante en el tratamiento de la diabetes y las complicaciones microvasculares. Se ha descubierto que múltiples fármacos bioactivos extraídos de la raíz de Scutellaria baicalensis, como la baicaleína y la baicalina, aumentan el consumo de glucosa y reducen los niveles de azúcar en sangre del organismo. La Tanshinona IIA es un ingrediente activo clásico del Danshen, que tiene efectos antiinflamatorios, antioxidantes y antifibróticos. La tanshinona IIA puede mejorar la neuropatía diabética dolorosa al inhibir la expresión y la actividad de los canales de sodio de tipo voltaje en los ganglios de la raíz dorsal de las ratas, lo que sugiere que la tanshinona IIA puede ser un fármaco prometedor para el tratamiento de la DPN. Yuan et al. descubrieron que la tanshinona IIA puede mejorar el metabolismo lipídico, el metabolismo de la glucosa y la resistencia a la insulina en ratas con diabetes tipo 2 a través de la vía de señalización AMPK inducida por NF - κ B. La curcumina es el principal ingrediente activo de la cúrcuma. Un análisis de revisión sistemática mostró que la curcumina tiene la capacidad de inhibir el estrés oxidativo y el proceso inflamatorio en el cuerpo. Nano curcumina basada en la nanotecnología se considera como un fármaco potencial para el tratamiento farmacológico y la gestión de los pacientes con diabetes. β - ecdysterone es principalmente responsable como uno de los ingredientes activos en Achyranthes chuanxiong, que puede reducir el azúcar en la sangre, estabilizar el nivel de metabolitos de NO en el cuerpo, y así proteger los riñones.

Mediante la tecnología de extracción de información basada en la bioinformática, se llevó a cabo un análisis de diferencias génicas entre el mal control glucémico a largo plazo con complicaciones microvasculares graves y el mal control glucémico a largo plazo sin complicaciones microvasculares, y se seleccionaron 10 genes con la mayor diferencia. Otros análisis revelaron que genes como IL1B, TLR2, TLR4 y CYBB desempeñaban un papel importante en el desarrollo de complicaciones microvasculares en la diabetes, mientras que medicinas tradicionales chinas como salvia miltiorrhiza, scutellaria baicalensis, cúrcuma y achyranthes bidentata y sus ingredientes activos podrían convertirse en nuevos fármacos para el tratamiento de las complicaciones microvasculares en la diabetes, proporcionando nuevas ideas para seguir explorando el mecanismo molecular de las complicaciones microvasculares en la diabetes y buscando nuevos fármacos terapéuticos. Sin embargo, este estudio presenta las siguientes deficiencias. En primer lugar, el tamaño de la muestra en esta base de datos de investigación es pequeño, y los tipos de diabetes no están diferenciados, por lo que necesitamos ampliar aún más el tamaño de la muestra y refinar la clasificación de la diabetes; En segundo lugar, hay una falta de investigación experimental precisa y verificación. Por lo tanto, es necesario seguir explorando la función de estas moléculas diana clave y los fármacos potenciales en las complicaciones microvasculares de la diabetes.