Dépistage des gènes et voies clés des complications microvasculaires dans le diabète et prédiction de la médecine traditionnelle chinoise par des méthodes bioinformatiques
Ces dernières années, les recherches épidémiologiques sur le diabète montrent que l'incidence de l'hyperglycémie chez les personnes âgées de plus de 18 ans en Chine a atteint 11,2%, et que l'incidence du diabète continue d'augmenter. Le diabète est un trouble complexe du métabolisme du glucose sanguin. À un certain stade de l'évolution de la maladie, il peut y avoir diverses complications aiguës et chroniques de l'hyperglycémie chronique. L'hyperglycémie chronique et la susceptibilité génétique finissent par affecter les microvaisseaux, entraînant des complications principalement au niveau des reins, des yeux et du système nerveux. Les complications microvasculaires classiques du diabète comprennent la néphropathie diabétique (DKD), la rétinopathie diabétique (DR) et la neuropathie diabétique (DPN). La néphropathie diabétique est la principale cause d'insuffisance rénale terminale (IRT), après les différents types de glomérulonéphrite. La RD est un facteur courant qui affecte la vision, voire la cécité, tandis que la NDP est un facteur important de risque élevé d'ulcères du pied et d'amputations ultérieures. Ces trois complications microvasculaires affectent gravement la santé des patients atteints de diabète et représentent un lourd fardeau économique pour les patients et la société. Cependant, la médecine moderne ne comprend pas entièrement la pathogenèse spécifique des complications microvasculaires du diabète, et il est difficile d'obtenir de bons résultats avec la simple médecine occidentale pour traiter les complications microvasculaires du diabète dont les mécanismes sont complexes. La médecine traditionnelle chinoise a une longue histoire et son efficacité clinique a été vérifiée sur une longue période, en particulier dans le traitement de certaines maladies chroniques. La médecine traditionnelle chinoise met l'accent sur un concept holistique et sur l'unité du ciel et de l'homme. Le traitement clinique met l'accent sur la différenciation et le traitement des syndromes. Comparée à la médecine occidentale à composante unique, la médecine traditionnelle chinoise peut traiter des maladies humaines complexes et variées grâce à l'intégration et à la régulation de multiples liens, niveaux et cibles. Toutefois, il n'existe pas d'explication systématique des mécanismes. Il est donc nécessaire d'étudier plus avant les complications microvasculaires du diabète afin d'obtenir les mécanismes physiopathologiques liés au développement et à la progression de la maladie, et d'explorer les médicaments thérapeutiques potentiels de la médecine chinoise.

Avec le développement rapide de la bioinformatique, l'utilisation efficace des abondantes puces d'expression génique et des données de séquençage à haut débit pour effectuer l'exploration et l'analyse des échantillons cliniques peut aider à explorer la pathogenèse des maladies et fournir davantage de références pour la pratique clinique. Dans cette étude, nous avons utilisé le séquençage à haut débit pour télécharger les données des puces d'expression génique sur les complications microvasculaires du diabète à partir de la base de données GEO à des fins d'analyse, nous avons examiné les DEG entre un mauvais contrôle glycémique à long terme avec des complications microvasculaires graves et un mauvais contrôle glycémique à long terme sans complications microvasculaires, analysé la fonction et l'enrichissement des voies des DEG, et analysé l'interaction entre les protéines, criblé les molécules cibles clés et les médicaments chinois potentiels impliqués dans la pathogenèse des complications microvasculaires du diabète, et fourni de nouvelles pistes pour le diagnostic clinique, le traitement et la prévention.

 

Le diabète est un groupe de maladies métaboliques hétérogènes qui peuvent être causées par des facteurs génétiques, environnementaux et autres. La plupart des patients atteints de diabète présenteront, à un certain stade de l'évolution de la maladie, des complications graves liées à l'hyperglycémie chronique, notamment des maladies rénales, une rétinopathie, une neuropathie et des maladies cardiovasculaires. Il n'existe actuellement aucun consensus sur la pathogenèse des complications microvasculaires, ce qui conduit à des hypothèses telles que les anomalies hémodynamiques, la glycosylation non enzymatique des protéines, l'augmentation de l'activité des canaux polyoliques, l'auto-oxydation des tissus et la glycosylation. Dans la pratique clinique, nous avons constaté que même si la glycémie n'était pas bien contrôlée pendant une longue période, certains patients diabétiques ne souffraient pas de complications microvasculaires. Explorer la pathogenèse des complications microvasculaires dans le diabète et prédire la médecine traditionnelle chinoise associée en analysant la différence entre un mauvais contrôle glycémique à long terme avec des complications microvasculaires graves et un mauvais contrôle glycémique à long terme sans complications microvasculaires, afin de fournir de nouveaux indices pour la prévention et le traitement cliniques.

En utilisant GEO2R pour analyser et traiter l'ensemble de données GSE43950, 692 DEG ont été obtenus, dont 121 gènes régulés à la hausse et 571 gènes régulés à la baisse. L'analyse de l'enrichissement des fonctions GO et des voies de signalisation KEGG dans les DGE à l'aide de la base de données DAVID a révélé que les gènes à expression différentielle régulés sont principalement impliqués dans la régulation de l'hémostase et de la coagulation du sang, et sont associés à la liaison spécifique de l'ADN aux séquences promotrices centrales et à la voie de signalisation NF - κ B, à la voie de signalisation AGE-RAGE, à la voie de signalisation MAPK, etc. La régulation à la baisse des gènes différentiellement exprimés est principalement impliquée dans la réponse immunitaire d'activation des neutrophiles, la voie de signalisation des récepteurs NOD, la voie de signalisation des récepteurs Toll, l'endocytose et d'autres processus connexes. Grâce à nos recherches, nous avons découvert que certaines fonctions d'enrichissement et voies de signalisation des gènes différentiels sont liées au processus pathologique des complications microvasculaires dans le diabète. Par exemple, la voie de signalisation MAPK et la voie de signalisation AGE-RAGE dans l'analyse d'enrichissement de la voie de signalisation KEGG qui augmente les DEG sont étroitement liées au processus pathologique du diabète et à ses complications microvasculaires. La voie MAPK comporte quatre voies principales : ERK, JNK, p38/MAPK et ERK5. Dans le diabète et ses complications tardives, l'activité de la MAPK dans l'organisme a augmenté, ce qui n'a rien à voir avec le contrôle métabolique. L'hyperglycémie peut activer la voie MAPK et jouer un rôle important dans la médiation des complications tardives. La voie MAPK est étroitement impliquée dans la progression de la maladie de Crohn. En inhibant les voies de signalisation p38 et ERK, les dommages causés par le stress oxydatif sont atténués, ce qui retarde efficacement le développement de la RD. P38/MAPK intervient dans l'apparition de la néphropathie diabétique, ce qui peut favoriser la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), la libération de médiateurs inflammatoires, l'activation du système RAS, l'augmentation de la pression interne glomérulaire et l'accélération de la progression de la maladie de DKD. Le rôle de la voie de signalisation des produits finaux de glycation avancée (AGE) - récepteur AGE (RAGE) a récemment été identifié dans la pathogenèse d'une variété de processus, tels que l'inflammation, les tumeurs malignes, le diabète et les complications du diabète et la neurodégénérescence. Des études récentes ont montré que l'interaction entre les AGE et les récepteurs RAGE provoque des réactions oxydatives et pro apoptotiques dans divers types de cellules et participe à la pathogenèse des complications vasculaires du diabète. Les AGE entraînent des complications du diabète par deux mécanismes : d'une part, ils sont réticulés dans les biomolécules et modifient leur structure et leur fonction biologiques ; d'autre part, ils se lient à des récepteurs apparentés à la surface des cellules, tels que RAGE, pour stimuler la voie de signalisation menant à la détérioration par le stress oxydatif. Par rapport aux personnes en bonne santé, les patients diabétiques présentent des concentrations plus élevées d'AGE et de produits d'oxydation du glucose, et l'on pense qu'ils augmentent le stress oxydatif en interagissant avec leurs récepteurs (RAGE), favorisant ainsi les complications vasculaires.

Les DEG sont principalement enrichis dans les domaines liés à l'hémostase sanguine, à la régulation de la coagulation, à l'activation des neutrophiles, à la réponse immunitaire et à l'apoptose cellulaire. La base de données d'interactions protéiques STRING et le cytoHubba du logiciel Cytoscape ont été utilisés pour analyser les DEG, et les 10 gènes clés les plus importants ont été obtenus. Les gènes clés tels que IL1B, TLR2, TLR4 et CYBB assurent la médiation de la régulation immunitaire de l'organisme à plusieurs niveaux, ce qui suggère que le processus de régulation immunitaire est un lien important dans l'apparition et le développement des complications microvasculaires du diabète, et que la régulation de la fonction immunitaire de l'organisme peut être une cible importante pour prévenir et traiter les complications microvasculaires du diabète.

L'IL-1B, facteur pro-inflammatoire clé de la famille des cytokines interleukines-1, est le principal régulateur de la réponse inflammatoire et participe à une série d'activités cellulaires telles que la prolifération, la différenciation et l'apoptose. Elle est également associée à la douleur et aux réactions auto-immunes dans l'organisme. La recherche a montré que l'IL-1B est une molécule clé en amont qui déclenche l'inflammation du pancréas au cours du développement du DT2. Un grand nombre d'études expérimentales ont montré que l'activation des corps inflammatoires et la sécrétion d'IL-1B sont les processus clés de la formation de l'athérosclérose. Les cytokines pro-inflammatoires IL-1B, l'interleukine-6 (IL-6) et l'interleukine-8 (IL-8) sont des médiateurs de la réponse à la phase aiguë, généralement associée à l'induction d'un stress oxydatif. Le stress oxydatif, en tant que voie commune de médiation des complications du diabète, est le médiateur de nombreuses complications tardives du diabète, y compris les complications microvasculaires et la macroangiopathie du diabète.
Les TLR appartiennent à la famille des récepteurs de reconnaissance des formes et sont étroitement liés au développement du diabète. Les TLR peuvent activer le système immunitaire inné et sont liés à la pathogenèse de la résistance à l'insuline, du diabète et de l'athérosclérose, en particulier l'expression des TLR2 et TLR4. Le TLR2 est principalement exprimé dans les cellules ayant des fonctions liées à l'immunité, telles que les cellules dendritiques, les monocytes et certaines cellules endothéliales. Il participe à la pathogenèse de la DN en régulant la voie de signalisation des cytokines dans l'organisme. Shao et al. ont étudié l'effet de la paeoniflorine sur les reins de souris atteintes de diabète de type 1 en utilisant des souris knock-out TLR2 et des compagnons de lit de type sauvage. Il a été constaté qu'en inhibant la voie de signalisation TLR2, l'albuminurie chez les souris diabétiques était significativement réduite, et l'histopathologie rénale était affaiblie, ce qui a confirmé que TLR2 était étroitement lié à la DN. Par ailleurs, TLR2 est un médiateur de la dégénérescence rétinienne en réponse au stress oxydatif, servant de pont entre les dommages oxydatifs et les lésions rétiniennes médiées par le complément, ce qui peut suggérer une relation étroite entre TLR2 et l'apparition de la rétinopathie diabétique. Dans la famille des TLR, le TLR4, en tant que récepteur protéique transmembranaire, est responsable de l'activation de nombreuses voies de transduction du signal. L'inflammation chronique dans le diabète serait liée à l'activation du TLR4. Aly et d'autres études suggèrent que l'expression accrue de TLR2 et TLR4 pourrait jouer un rôle important dans la progression de la DN et la détérioration de la résistance à l'insuline chez les patients atteints de diabète de type 2. Par conséquent, les TLR2 et TLR4 de la famille des TLR pourraient constituer une cible thérapeutique prometteuse pour prévenir ou retarder le diabète de type 2 et ses complications.
CYBB code pour la gp91phox, qui est un composant important de la NADPH oxydase dans les cellules phagocytaires et une source majeure de stress oxydatif dans les reins. CYBB intervient dans la production de ROS et est impliqué dans la signalisation cellulaire liée à la différenciation, au cycle cellulaire et à l'apoptose. Des patients diabétiques et des modèles animaux ont confirmé que la pathogenèse du diabète peut être médiée par la production de ROS dans le stress oxydatif de l'organisme. L'excès de ROS est considéré comme le principal mécanisme des complications du diabète. L'augmentation de la production de ROS mitochondriaux joue un rôle important dans les complications du diabète (y compris la rétinopathie).
La mise en correspondance des gènes clés avec la base de données médicale de base et la création d'un réseau de cibles pour les ingrédients actifs des médicaments ont permis de découvrir que les quatre médicaments traditionnels chinois les plus fréquemment utilisés (scutellaria baicalensis, salvia miltiorrhiza, achyranthes bidentata et yujin) et leurs ingrédients actifs peuvent cibler les gènes clés qui influencent les complications microvasculaires du diabète. Les quatre médicaments traditionnels chinois ont pour effet de favoriser la circulation sanguine et d'éliminer la stase sanguine. Salvia miltiorrhiza et yujin sont les médicaments les plus couramment utilisés pour favoriser la circulation sanguine et éliminer la stase sanguine dans la pratique clinique, et ils correspondent parfaitement à la pathogenèse du "diabète qui entre dans les collatérales après une longue maladie, et la stase sanguine se produit après une longue maladie". Le nom du diabète dans la MTC est Xiaoke. Sa pathogénie est basée sur une déficience du yin et marquée par la sécheresse et la chaleur. L'étanchement de la soif à long terme peut facilement impliquer plusieurs organes, affecter le fonctionnement normal du qi et du sang, provoquer une carence en yin, de la sécheresse et de la chaleur, et consommer des fluides corporels, ce qui entraîne une mauvaise circulation sanguine et une stase sanguine. La stase sanguine est une pathogénie importante du diabète, qui est liée à la progression de diverses complications chroniques. Dans la pratique clinique, les plantes médicinales chinoises qui favorisent la circulation sanguine et éliminent la stase sanguine sont souvent utilisées pour traiter les complications liées au diabète. La pharmacologie moderne a également prouvé que certains composants des médicaments traditionnels chinois susmentionnés jouent un rôle important dans le traitement du diabète et des complications microvasculaires. On a constaté que plusieurs médicaments bioactifs extraits de la racine de Scutellaria baicalensis, tels que la baicaline et la baicaline, augmentent la consommation de glucose et abaissent le taux de glycémie dans l'organisme. La tanshinone IIA est un ingrédient actif classique du Danshen, qui a des effets anti-inflammatoires, antioxydants et anti-fibrotiques. La tanshinone IIA peut améliorer la neuropathie diabétique douloureuse en inhibant l'expression et l'activité des canaux sodiques de type voltage dans les ganglions de la racine dorsale des rats, ce qui suggère que la tanshinone IIA pourrait être un médicament prometteur pour le traitement de la NDP. Yuan et al. ont découvert que la tanshinone IIA peut améliorer le métabolisme des lipides, le métabolisme du glucose et la résistance à l'insuline chez les rats diabétiques de type 2 par le biais de la voie de signalisation AMPK induite par NF - κ B. La curcumine est le principal ingrédient actif du curcuma. Une analyse systématique a montré que la curcumine a la capacité d'inhiber le stress oxydatif et le processus inflammatoire dans le corps. La nano-curcumine basée sur la nanotechnologie est considérée comme un médicament potentiel pour le traitement médicamenteux et la gestion des patients diabétiques. La β - ecdystérone est principalement responsable de l'un des ingrédients actifs de l'Achyranthes chuanxiong, qui peut réduire la glycémie, stabiliser le niveau des métabolites NO dans le corps, et donc protéger les reins.

Grâce à la technologie d'extraction d'informations basée sur la bio-informatique, une analyse des différences entre les gènes a été effectuée entre un mauvais contrôle glycémique à long terme avec des complications microvasculaires graves et un mauvais contrôle glycémique à long terme sans complications microvasculaires, et 10 gènes présentant la plus grande différence ont été sélectionnés. Une analyse plus poussée a révélé que des gènes tels que IL1B, TLR2, TLR4 et CYBB jouaient un rôle important dans le développement des complications microvasculaires du diabète, tandis que les médicaments traditionnels chinois tels que salvia miltiorrhiza, scutellaria baicalensis, curcuma et achyranthes bidentata et leurs ingrédients actifs pourraient devenir de nouveaux médicaments pour le traitement des complications microvasculaires du diabète, fournissant de nouvelles idées pour explorer davantage le mécanisme moléculaire des complications microvasculaires du diabète et pour rechercher de nouveaux médicaments thérapeutiques. Toutefois, cette étude présente encore les lacunes suivantes. Premièrement, la taille de l'échantillon dans cette base de données de recherche est faible et les types de diabète ne sont pas différenciés ; nous devons donc élargir la taille de l'échantillon et affiner la classification des diabètes. Il est donc nécessaire d'explorer plus avant la fonction de ces molécules cibles clés et de ces médicaments potentiels dans les complications microvasculaires du diabète.