A cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek kulcsfontosságú génjeinek és útvonalainak szűrése és a hagyományos kínai orvoslás előrejelzése bioinformatikai módszerekkel
Az elmúlt években a cukorbetegséggel kapcsolatos epidemiológiai kutatások azt mutatják, hogy a 18 évnél idősebbek körében a hiperglikémia előfordulása Kínában elérte a 11,2%-t, és a cukorbetegség előfordulása tovább növekszik. A cukorbetegség a vércukor-anyagcsere összetett zavara. a betegség lefolyásának egy bizonyos szakaszában a krónikus hiperglikémia különböző akut és krónikus szövődményei lehetnek. A krónikus hiperglikémia és a genetikai hajlam végső soron a mikroérrendszerre hat, ami elsősorban a vesék, a szem és az idegrendszer szövődményeihez vezet. A cukorbetegség klasszikus mikrovaszkuláris szövődményei közé tartozik a diabetes nephropathia (DKD), a diabetes retinopathia (DR) és a diabetes neuropathia (DPN). A DKD a végstádiumú vesebetegség (ESRD) vezető oka, a glomerulonefritisz különböző típusai után a második helyen áll. A DR a látást, sőt a vakságot is érintő gyakori tényező, míg a DPN a lábfekélyek és a további amputációk fontos kockázati tényezője. Ez a három mikrovaszkuláris szövődmény súlyosan befolyásolja a cukorbetegek egészségét, és komoly gazdasági terhet ró a betegekre és a társadalomra. A modern orvostudomány azonban nem érti teljesen a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek specifikus patogenezisét, és nehéz jó eredményeket elérni az egyszerű nyugati orvoslással a komplex mechanizmusú cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek kezelésére. A hagyományos kínai orvoslás hosszú múltra tekint vissza, és klinikai hatékonyságát hosszú időn keresztül igazolták, különösen egyes krónikus betegségek kezelésében. A hagyományos kínai orvoslás a holisztikus koncepciót, valamint az ég és az ember egységét hangsúlyozza. A klinikai kezelés a szindrómák megkülönböztetésére és kezelésére helyezi a hangsúlyt. Az egykomponensű nyugati orvoslással összehasonlítva a hagyományos kínai orvoslás több kapcsolat, szint és célpont integrálásával és szabályozásával képes kezelni az összetett és változatos emberi betegségeket. Hiányzik azonban a szisztematikus mechanizmus-magyarázat. Ezért tovább kell tanulmányozni a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeit, hogy a betegség kialakulásával és előrehaladásával kapcsolatos patofiziológiai mechanizmusokat megkapjuk, és feltárjuk a potenciális kínai gyógyászati terápiás gyógyszereket.

A bioinformatika gyors fejlődésével a bőséges génexpressziós chipek és a nagy áteresztőképességű szekvenálási adatok hatékony felhasználása a klinikai minták nagy adatbányászatának és elemzésének elvégzésére segíthet a betegségek patogenezisének feltárásában és több hivatkozást biztosíthat a klinikai gyakorlat számára. Ebben a tanulmányban nagy áteresztőképességű szekvenálást használtunk a GEO adatbázisból a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeire vonatkozó génexpressziós profilchip-adatok letöltésére elemzés céljából, a DEG-ket szűrve a hosszú távú rossz glikémiás kontroll és a súlyos mikrovaszkuláris szövődményekkel járó hosszú távú rossz glikémiás kontroll között mikrovaszkuláris szövődmények nélkül, elemezte a DEG-k funkcióját és útvonal-gazdagodását, és elemezte a fehérjék közötti kölcsönhatást, tovább szűrte a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek patogenezisében részt vevő kulcsfontosságú célmolekulákat és potenciális kínai gyógyszereket, és új nyomokat szolgáltatott a klinikai diagnózishoz, kezeléshez és megelőzéshez.

 

A cukorbetegség az anyagcsere- és heterogén betegségek csoportja, amelyet genetikai, környezeti és egyéb tényezők okozhatnak. A legtöbb cukorbetegségben szenvedő beteget a betegség lefolyásának egy bizonyos szakaszában a krónikus hiperglikémia súlyos szövődményei kísérik, beleértve a vesebetegséget, a retinopátiát, a neuropátiát és a kardiovaszkuláris betegségeket. Jelenleg nincs konszenzus a mikrovaszkuláris szövődmények patogenezisét illetően, ami olyan hipotézisekhez vezet, mint a hemodinamikai rendellenességek, a nem enzimatikus fehérje glikoziláció, a poliolcsatornák fokozott aktivitása, a szöveti önoxidáció és a glikoziláció. A klinikai gyakorlatban azt tapasztaltuk, hogy bár a vércukorszint hosszú ideig nem volt jól kontrollálva, a cukorbetegek egy része mégis mentes volt a mikrovaszkuláris szövődményektől. A cukorbetegségben fellépő mikrovaszkuláris szövődmények patogenezisének feltárása és a kapcsolódó hagyományos kínai orvoslás előrejelzése a hosszú távú rossz glikémiás kontroll és a súlyos mikrovaszkuláris szövődményekkel járó hosszú távú rossz glikémiás kontroll és a mikrovaszkuláris szövődmények nélküli hosszú távú rossz glikémiás kontroll közötti különbség elemzésével, hogy új támpontokat nyújtson a klinikai megelőzéshez és kezeléshez.

A GEO2R segítségével a GSE43950 adatkészlet elemzésére és feldolgozására 692 DEG-t kaptunk, köztük 121 felfelé szabályozott gént és 571 lefelé szabályozott gént. A DAVID adatbázis segítségével a GO funkció és a KEGG jelátviteli útvonal gazdagodási elemzése révén a DGE-kben azt találtuk, hogy a felszabályozott differenciálisan expresszált gének főként a vér hemosztázisának és alvadásának szabályozásában vesznek részt, és a specifikus DNS-kötődéssel kapcsolatosak a központi promóter szekvenciákhoz és az NF - κ B jelátviteli útvonalhoz, az AGE-RAGE jelátviteli útvonalhoz, a MAPK jelátviteli útvonalhoz stb. A differenciálisan expresszálódó gének downregulációja elsősorban a neutrofil aktivációs immunválaszban, a NOD like receptor jelátviteli útvonalban, a toll like receptor jelátviteli útvonalban, az endocitózisban és más kapcsolódó folyamatokban vesz részt. A kutatás során megállapítottuk, hogy a differenciális gének egyes gazdagodási funkciói és jelcsatornái kapcsolatban állnak a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek betegségfolyamatával. Például a MAPK jelátviteli útvonal és az AGE-RAGE jelátviteli útvonal a KEGG jelátviteli útvonalak gazdagodási elemzésében, amelyek felregulálják a DEG-ket, szorosan kapcsolódnak a cukorbetegség és annak mikrovaszkuláris szövődményeinek betegségfolyamatához. A MAPK útvonalnak négy fő elágazó útvonala van: ERK, JNK, p38/MAPK és ERK5. A cukorbetegségben és annak késői szövődményeiben a MAPK aktivitása a szervezetben megnövekedett, aminek semmi köze az anyagcsere-szabályozáshoz. A magas vércukorszint aktiválhatja a MAPK útvonalat, és fontos szerepet játszhat a késői szövődmények közvetítésében. A MAPK útvonal szorosan részt vesz a DR betegség progressziójában. A p38 és ERK jelátviteli útvonalak gátlásával az oxidatív stressz által okozott károsodások enyhülnek, ami hatékonyan késlelteti a DR további fejlődését. A P38/MAPK közvetíti a cukorbetegség nefropátia kialakulását, ami elősegítheti a reaktív oxigénfajok (ROS) termelését, közvetíti a gyulladásos mediátorok felszabadulását, aktiválja a RAS rendszert, növeli a glomeruláris belső nyomást és felgyorsítja a DKD betegség progresszióját. A fejlett glikációs végtermékek (AGE) - AGE-receptor (RAGE) jelátviteli útvonal szerepét a közelmúltban számos folyamat patogenezisében azonosították, mint például a gyulladás, a rosszindulatú daganatok, a cukorbetegség és a cukorbetegség szövődményei és a neurodegeneráció. A legújabb vizsgálatok kimutatták, hogy az AGE és a RAGE receptorok kölcsönhatása oxidatív és proapoptotikus reakciókat okoz különböző típusú sejtekben, és részt vesz a cukorbetegségben fellépő érszövődmények patogenezisében. Az AGE két mechanizmuson keresztül vezet a cukorbetegség szövődményeihez: az egyik az, hogy keresztkötéseket hoz létre a biomolekulákban, hogy megváltoztassa azok biológiai szerkezetét és funkcióját; a másik az, hogy a sejtfelszínen lévő kapcsolódó receptorokhoz, például a RAGE-hez kötődik, hogy stimulálja az oxidatív stressz romlásához vezető jelátviteli utat. Az egészséges egyénekhez képest a cukorbetegeknél magasabb az AGE és a glükóz oxidációs termékeinek koncentrációja, és feltételezhetően a receptoraikkal (RAGE) való kölcsönhatás révén fokozzák az oxidatív stresszt, ezáltal elősegítve az érrendszeri szövődményeket.

A DEG-k főként a vér vérzéscsillapítással, a véralvadás szabályozásával, a neutrofil aktivációval, az immunválaszsal és a sejtek apoptózisával kapcsolatos területeken gazdagodnak. A DEG-k elemzésére a STRING fehérjeinterakciós adatbázist és a Cytoscape szoftverben található cytoHubba-t használtuk, és a Top10 kulcsgént kaptuk. Az olyan kulcsgének, mint az IL1B, a TLR2, a TLR4 és a CYBB több szintről közvetítették a szervezet immunszabályozását, ami arra utal, hogy az immunszabályozási folyamat fontos láncszem a cukorbetegségben fellépő mikrovaszkuláris szövődmények kialakulásában és fejlődésében, és a szervezet immunfunkciójának szabályozása fontos célpont lehet a cukorbetegségben fellépő mikrovaszkuláris szövődmények megelőzésében és kezelésében.

Az IL-1B, mint az interleukin-1 citokin család egyik legfontosabb pro-inflammatorikus faktora, a gyulladásos válasz fő szabályozója, és részt vesz egy sor sejtaktivitásban, például a proliferációban, differenciálódásban és apoptózisban. A szervezetben fellépő fájdalommal és autoimmun reakciókkal is összefüggésbe hozható. A kutatások kimutatták, hogy az IL-1B kulcsfontosságú upstream molekula, amely a T2DM kialakulása során a hasnyálmirigy gyulladást indítja el. Számos kísérletes vizsgálat kimutatta, hogy a gyulladásos testek aktiválása és az IL-1B szekréciója az ateroszklerózis kialakulásának kulcsfolyamatai. Az IL-1B, az interleukin-6 (IL-6) és az interleukin-8 (IL-8) pro-inflammatorikus citokinek az akut fázisválasz mediátorai, amelyek jellemzően az oxidatív stressz indukciójával járnak együtt. Az oxidatív stressz, mint a cukorbetegség szövődményeinek közös közvetítő útvonala, a cukorbetegség számos késői szövődményét közvetíti, beleértve a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeit és makroangiopátiáját.
A TLR-ek a mintafelismerő receptorok családjába tartoznak, és szoros kapcsolatban állnak a cukorbetegség kialakulásával. A TLR-ek aktiválhatják a veleszületett immunrendszert, és kapcsolatban állnak az inzulinrezisztencia, a cukorbetegség és az ateroszklerózis patogenezisével, különösen a TLR2 és a TLR4 expressziójával. A TLR2 főként az immunrendszerrel kapcsolatos funkciókkal rendelkező sejtekben fejeződik ki, mint például a dendritikus sejtek, a monociták és egyes endotélsejtek. Részt vesz a DN patogenezisében azáltal, hogy szabályozza a citokin jelátviteli útvonalat a szervezetben. Shao és munkatársai a paeoniflorin hatását vizsgálták az 1-es típusú cukorbeteg egerek veséjére TLR2 knockout egerek és vad típusú alomtestvérek segítségével. Azt találták, hogy a TLR2 jelátviteli útvonal gátlásával a cukorbeteg egerek albuminuriája jelentősen csökkent, és a vese szövettani állapota gyengült, ami megerősítette, hogy a TLR2 szorosan kapcsolódik a DN-hez. Eközben a TLR2 az oxidatív stresszre adott válaszként a retina degenerációjának közvetítője, amely hídként szolgál az oxidatív károsodás és a komplement által közvetített retinális elváltozások között, ami szoros kapcsolatra utalhat a TLR2 és a diabéteszes retinopátia előfordulása között. A TLR-ek családjában a TLR4, mint transzmembrán fehérje receptor, számos jelátviteli útvonal aktiválásáért felelős. A cukorbetegségben jelentkező krónikus gyulladás feltehetően a TLR4 aktivációjával függ össze. Aly és más tanulmányok arra utalnak, hogy a TLR2 és a TLR4 fokozott expressziója fontos szerepet játszhat a DN progressziójában és az inzulinrezisztencia romlásában a 2-es típusú cukorbetegeknél. Ezért a TLR2 és a TLR4 a TLR-családban ígéretes terápiás célpont lehet a 2. típusú cukorbetegség és szövődményeinek megelőzésére vagy késleltetésére.
A CYBB kódolja a gp91phoxot, amely a fagocitikus sejtek NADPH-oxidázának fontos összetevője, és a vesékben az oxidatív stressz egyik fő forrása. A CYBB közvetíti a ROS-termelést, és részt vesz a differenciálódással, a sejtciklussal és az apoptózissal kapcsolatos sejtszignálokban. Mind a cukorbetegek, mind az állatmodellek megerősítették, hogy a DM patogenezisét a szervezet oxidatív stressz (OS) ROS-termelése közvetítheti. A ROS feleslegét tartják a cukorbetegség szövődményeinek fő mechanizmusának. A mitokondriális ROS-termelés fokozódása fontos szerepet játszik a cukorbetegség szövődményeiben (beleértve a retinopátiát is).
A kulcsfontosságú géneknek az alapvető orvosi adatbázisban való feltérképezésével és egy gyógyszerhatóanyag-célhálózat létrehozásával megállapították, hogy a négy leggyakrabban előforduló hagyományos kínai gyógyszer (scutellaria baicalensis, salvia miltiorrhiza, achyranthes bidentata és yujin) és hatóanyagaik olyan kulcsfontosságú géneket célozhatnak meg, amelyek befolyásolják a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeit. Mind a négy hagyományos kínai gyógyszer bizonyos mértékben elősegíti a vérkeringést és megszünteti a vér pangását. A Salvia miltiorrhiza és a yujin a klinikai gyakorlatban gyakrabban használt gyógyszerek a vérkeringés elősegítésére és a vér pangásának megszüntetésére, és tökéletesen megfelelnek a "cukorbetegség hosszú betegség után a kollaterálisokba kerül, és a vér pangása hosszú betegség után következik be" patogenezisének. A cukorbetegség TCM elnevezése Xiaoke. Patogenezise a yin hiányán alapul, és szárazság és hő jellemzi. A szomjúság hosszú távú csillapítása könnyen több szervet is érinthet, befolyásolva a qi és a vér normális működését, yin hiányt, szárazságot és hőt okozva, valamint testnedveket fogyasztva, ami rossz vérkeringéshez és vér pangáshoz vezet. A vér pangása a cukorbetegség fontos patogenezise, amely összefügg a különböző krónikus szövődmények kialakulásával. A klinikai gyakorlatban a vérkeringést elősegítő és a vér pangását megszüntető kínai növényi gyógyszereket gyakran alkalmazzák a cukorbetegséggel kapcsolatos szövődmények kezelésére. A modern farmakológia azt is bebizonyította, hogy a fent említett hagyományos kínai gyógyszerek egyes összetevői fontos szerepet játszanak a cukorbetegség és a mikrovaszkuláris szövődmények kezelésében. A Scutellaria baicalensis gyökeréből kivont több bioaktív hatóanyagról, például a baicaleinről és a baicalinról megállapították, hogy növelik a glükózfelvételt és csökkentik a szervezet vércukorszintjét. A Tanshinone IIA a Danshen klasszikus hatóanyaga, amely gyulladáscsökkentő, antioxidáns és fibrózisellenes hatással rendelkezik. A Tanshinone IIA javíthatja a fájdalmas diabetes neuropathiát a feszültség típusú nátriumcsatornák expressziójának és aktivitásának gátlásával patkányok dorzális gyökérganglionjaiban, ami arra utal, hogy a Tanshinone IIA ígéretes gyógyszer lehet a DPN kezelésére. Yuan és munkatársai megállapították, hogy a tanshinone IIA javíthatja a lipidanyagcserét, a glükóz anyagcserét és az inzulinrezisztenciát 2-es típusú cukorbeteg patkányokban az NF - κ B által indukált AMPK jelátviteli útvonalon keresztül. A kurkumin a kurkuma fő hatóanyaga. Egy szisztematikus áttekintő elemzés kimutatta, hogy a kurkumin képes gátolni az oxidatív stresszt és a gyulladásos folyamatokat a szervezetben. A nanotechnológián alapuló nanokurkumint potenciális gyógyszernek tekintik a cukorbetegek gyógyszeres kezelésében és kezelésében. A β - ecdysteron elsősorban az Achyranthes chuanxiong egyik hatóanyagaként felelős, amely képes csökkenteni a vércukorszintet, stabilizálni a NO metabolitok szintjét a szervezetben, és ezáltal védeni a veséket.

A bioinformatikán alapuló információbányászati technológia segítségével génkülönbség-elemzést végeztek a hosszú távú rossz glikémiás kontroll és a súlyos mikrovaszkuláris szövődményekkel járó hosszú távú rossz glikémiás kontroll és a mikrovaszkuláris szövődmények nélküli hosszú távú rossz glikémiás kontroll között, és a legnagyobb különbséggel rendelkező 10 gént szűrték ki. A további elemzés feltárta, hogy az olyan gének, mint az IL1B, TLR2, TLR4 és CYBB fontos szerepet játszanak a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek kialakulásában, míg a hagyományos kínai gyógyszerek, mint a salvia miltiorrhiza, scutellaria baicalensis, kurkuma és achyranthes bidentata, valamint ezek hatóanyagai új gyógyszerek lehetnek a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek kezelésére, új ötleteket adva a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeinek további feltárásához és új terápiás gyógyszerek kereséséhez. Ennek a tanulmánynak azonban még mindig megvannak a következő hiányosságai. Először is, a minta mérete ebben a kutatási adatbázisban kicsi, és a cukorbetegség típusai nem differenciáltak, ezért tovább kell bővítenünk a minta méretét és finomítani kell a cukorbetegség osztályozását; Másodszor, hiányzik a pontos kísérleti kutatás és ellenőrzés. Ezért tovább kell vizsgálni ezeknek a kulcsfontosságú célmolekuláknak és potenciális gyógyszereknek a funkcióját a cukorbetegség mikrovaszkuláris szövődményeiben.