Exploration de l'effet antihypoxie et des cibles potentielles du ginseng américain sur la base d'un modèle de poisson-zèbre et d'une technologie d'amarrage moléculaire dynamique
L'hypoxie est un processus pathologique complexe causé par de multiples facteurs, qui se traduit par des difficultés respiratoires plus ou moins importantes dans l'organisme. L'incapacité à absorber suffisamment d'oxygène par les voies respiratoires entraîne des changements pathologiques dans l'organisme, tels que la cyanose de la peau, des doigts, des lèvres et même des symptômes tels que la respiration sifflante, l'essoufflement et l'oppression thoracique. L'hypoxie peut provoquer des dommages irréversibles à de multiples organes tels que le cœur, le cerveau et les poumons, qui peuvent évoluer vers des maladies mortelles telles que l'œdème pulmonaire ou l'œdème cérébral. La médecine traditionnelle chinoise possède des avantages évidents dans la recherche et l'application clinique de la lutte contre l'hypoxie, comme le lotus des neiges et le ginseng palmiste, dont les effets antihypoxiques ont été prouvés. L'approfondissement des ressources uniques en plantes médicinales de notre pays et la découverte de médicaments plus efficaces et à faible toxicité sont toujours d'une grande importance pour la prévention et le traitement de l'hypoxie causée par des environnements ou des pathologies de haute altitude.

Actuellement, les principaux modèles utilisés pour la recherche sur les maladies antihypoxiques sont les modèles de rat et de souris. Les principales méthodes comprennent les expériences de natation avec mise en charge, les expériences de tolérance à l'hypoxie normobare, les expériences de survie à l'empoisonnement au nitrite de sodium et les expériences d'hypoxie ischémique cérébrale aiguë, qui présentent des limites et des coûts élevés pour le criblage de médicaments à grande échelle. La recherche a montré que le poisson zèbre peut établir des modèles d'hypoxie grâce au sulfite de sodium, et que le poisson zèbre a une production d'œufs élevée, des cycles expérimentaux courts et des coûts faibles, ce qui permet de réaliser des criblages à haut débit. Par conséquent, nous avons utilisé l'animal modèle qu'est le poisson-zèbre pour étudier l'effet antihypoxie du ginseng américain, et nous avons utilisé des techniques et des méthodes bioinformatiques pour cribler et prédire les ingrédients actifs et les cibles potentielles du ginseng américain, afin de rechercher des cibles potentielles de l'effet antihypoxie du ginseng américain et de fournir des références pour l'étude de son mécanisme d'antihypoxie.

 

Cet article construit un nouveau modèle d'hypoxie juvénile du poisson zèbre, fournissant une nouvelle méthode pour l'étude de l'hypoxie de la médecine traditionnelle chinoise. Cette expérience a utilisé du sulfite de sodium pour construire un environnement à faible teneur en oxygène, remplaçant la méthode courante de remplissage d'azote pour créer un modèle d'hypoxie, et a étudié l'effet antihypoxie du ginseng américain avec une opération plus simple et plus directe. L'utilisation du poisson zèbre comme animal modèle permet de réduire la période expérimentale, de réaliser un criblage à haut débit et de caractériser l'hypoxie dans son ensemble. Après avoir été privé d'oxygène, le poisson-zèbre présente un phénomène de tête flottante et sa posture de nage est déséquilibrée. Leur corps n'est pas parallèle à l'horizontale et ils nagent irrégulièrement dans toutes les directions, augmentant leur vitesse de nage dans un certain laps de temps. Cette étude a évalué le temps de survie du poisson zèbre dans différents groupes dans des conditions d'hypoxie et son comportement neurologique (tête flottante, vitesse de nage et distance) après l'hypoxie. Il a été constaté que l'extrait de ginseng américain pouvait améliorer de manière significative le temps de survie du poisson-zèbre dans des conditions d'hypoxie. Avec l'augmentation de la concentration du médicament, le taux de tête flottante de chaque groupe de poisson-zèbre a également diminué de manière significative. La distance et la vitesse de déplacement après l'hypoxie étaient également significativement différentes de celles du groupe modèle. Le comportement neurologique du groupe ayant reçu une forte dose de médicament était proche de celui du groupe normoxique vierge, ce qui indique que l'extrait de ginseng américain a un effet antihypoxique significatif, jetant les bases de la recherche de cibles potentielles antihypoxiques dans l'étape suivante.

Le ginseng américain est une plante du genre Panax de la famille des Araliaceae, originaire du Canada et largement cultivée dans les provinces chinoises de Jilin et de Shandong. Dès la dynastie Qing, le médecin confucéen Wang Ang a compilé le livre "Bu Tu Ben Cao Bei Yao", qui indique que le ginseng américain a une nature fraîche, un goût sucré, une légère amertume et des effets traditionnels tels que la tonification du qi et la nutrition du yin, l'évacuation de la chaleur et la génération de fluides. La pharmacologie moderne montre que le ginseng américain a diverses activités pharmacologiques, notamment la lutte contre les tumeurs, la protection cardiovasculaire, la régulation immunitaire, ainsi que la lutte contre l'ischémie myocardique, l'oxydation myocardique et d'autres effets. Cependant, jusqu'à présent, la compréhension de l'effet antihypoxie et des cibles spécifiques de la composition du ginseng américain est encore très limitée. Des études antérieures ont montré que le ginsénoside Rg3 peut inhiber la prolifération des cellules Eca-109 et 786-0 dans des conditions hypoxiques et induire une diminution significative de l'expression de l'ARNm du facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF). Il peut également inhiber l'expression du facteur 1 α inductible par l'hypoxie (HIF-1 α), de la cyclooxygénase-2 (COX-2) et du facteur nucléaire kappa B (NF - κ B) induite par l'hypoxie dans des conditions hypoxiques ; le ginsénoside Rb3 peut stabiliser la membrane cellulaire, inhiber l'expression et l'activité de la NOS et a un effet protecteur significatif sur les lésions neuronales hypoxiques et ischémiques. Par conséquent, l'exploration approfondie des substances actives clés contre l'hypoxie dans le ginseng américain est d'une grande importance pour l'évaluation de la qualité et le développement de nouveaux médicaments.

L'analyse topologique du réseau PPI suggère que AKT1, STAT3, HSP90AA1, JUN et TNF pourraient être les principaux gènes cibles du ginseng américain pour lutter contre l'hypoxie. AKT1, en tant que protéine kinase sérine/thréonine, peut être activée par la liaison de PI3K aux facteurs de croissance et phosphorylée pour activer ou inhiber les substrats en aval tels que les protéines liées à l'apoptose Bad, Caspase9, l'activité mTOR, participant ainsi à la régulation des processus biologiques tels que la prolifération, la différenciation, l'apoptose et la migration des cellules. La recherche a montré que la transfection du gène Akt1 par un lentivirus recombinant peut améliorer de manière significative la tolérance à l'hypoxie des BMSC de rat en inhibant l'apoptose. STAT3 est un membre de la famille STAT et joue un rôle crucial dans la régulation de la prolifération cellulaire, de la différenciation, de l'apoptose et d'autres processus. STAT3 joue un rôle important dans les cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire induites par l'hypoxie, et le blocage de la voie de signalisation STAT3 peut inhiber efficacement la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires. HSP90AA1 est un membre de la famille des protéines de choc thermique et l'une des protéines cytoplasmiques les plus abondantes dans les cellules non stressées. Elle joue un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie cellulaire et peut renforcer la résistance des cellules au stress externe dans des conditions de stress hypoxique. JUN appartient à la famille des oncogènes et à la superfamille des MAPK. Il peut participer à des processus tels que la prolifération cellulaire, l'inflammation, la migration et l'invasion. Dans des conditions hypoxiques, une augmentation du niveau d'expression de la c-jun N-terminal kinase phosphorylée peut favoriser la prolifération des cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire de rat. Le TNF est une cytokine pro-inflammatoire principalement sécrétée par les monocytes et les macrophages, qui joue un rôle crucial dans la régulation des effets inflammatoires et la défense de l'hôte contre les pathogènes microbiens. Lors d'un stress hypoxique, le TNF régule le niveau de transcription de HIF-1 α (hypoxia inducible factor-1 α) par le biais de la voie NF - κ B.

Cette étude a permis de découvrir, grâce à l'amarrage moléculaire dynamique, que les composés clés du ginseng américain (tels que le ginsénoside F11, la papavérine, le ginsénoside RO, le ginsénoside Rb3, le ginsénoside Rg1, le ginsénoside Rg3) peuvent bien se lier aux gènes cibles principaux de l'hypoxie (AKT1, HSP90AA1, JUN, STAT3, TNF). Cette étude d'ancrage moléculaire a déterminé que la position originale du ligand dans la structure cristalline est la poche d'ancrage active, garantissant que le site de liaison entre les composés clés du ginseng américain et les protéines cibles de l'hypoxie est la région active clé. Plus l'énergie de liaison est faible, plus la capacité de liaison entre le ligand et la protéine cible est forte. L'amarrage de divers composés à la cible a permis de constater que le facteur pro-inflammatoire TNF et la protéine de choc thermique HSP90AA1 ont une forte capacité de liaison avec les ingrédients actifs clés, ce qui pourrait constituer une cible clé potentielle du ginseng américain pour la lutte contre l'hypoxie. Une vérification supplémentaire par dynamique moléculaire a permis de constater que la simulation dynamique de HSP90AA1 et du ginsénoside Rg1, du TNF et du ginsénoside Ro peut former des conformations stables, révélant et vérifiant l'étroitesse et la stabilité de la liaison entre la cible principale et le complexe composé. Cela fournit une base théorique fiable pour l'étude des cibles hypoxiques potentielles du ginseng américain pour les effets antihypoxiques.

En résumé, cette étude a évalué l'effet antihypoxique du ginseng américain à l'aide d'un modèle de poisson zèbre et a exploré les principes actifs et les cibles principales impliqués dans l'antihypoxie à l'aide de techniques de pharmacologie de réseau. La technologie d'amarrage moléculaire et la dynamique moléculaire ont été utilisées pour vérifier davantage la liaison entre les ingrédients actifs et les cibles principales, révélant ainsi les cibles potentielles du ginseng américain dans la lutte contre l'hypoxie. En raison de la complexité des ingrédients de la médecine traditionnelle chinoise et de la structure moléculaire des saponines du ginseng américain, l'exploration préliminaire basée sur la pharmacologie de réseau est encore insuffisante. En ce qui concerne les cibles prédites des effets antihypoxiques du ginseng chinois et du ginseng occidental, une vérification expérimentale plus poussée sera effectuée ultérieurement, afin de fournir une base théorique et une référence pour l'étude des composants pharmacologiques antihypoxiques du ginseng américain, et de fournir une base pour la recherche sur les mécanismes connexes à un stade ultérieur.