Az amerikai ginseng hipoxiaellenes hatásának és potenciális célpontjainak feltárása zebrahal modell és dinamikus molekuláris dokkolási technológia alapján
A hipoxia egy összetett, több tényező által okozott kóros folyamat, amely a szervezet különböző mértékű légzési nehézségeire utal. A légutakon keresztül történő elegendő oxigén bevitelének képtelensége kóros elváltozásokhoz vezet a szervezetben, például a bőr, az ujjak, az ajkak cianózisához, sőt olyan tünetekhez is, mint a zihálás, a légszomj és a mellkasi szorítás. A hipoxia visszafordíthatatlan károsodást okozhat több szervben, például a szívben, az agyban és a tüdőben, ami olyan halálos kimenetelű betegségekhez vezethet, mint a tüdőödéma vagy az agyi ödéma. A hagyományos kínai gyógyászat nyilvánvaló előnyökkel rendelkezik a hipoxia elleni kutatás és klinikai alkalmazás terén, mint például a hó lótusz és a pálma ginzeng, amelyek bizonyítottan jó hipoxiaellenes hatással rendelkeznek. Hazánk egyedülálló gyógynövénykincseinek mélyebb feltárása és hatékonyabb és alacsony toxicitású gyógyszerek felfedezése még mindig nagy jelentőséggel bír a magaslati környezet vagy patológia által okozott hipoxia megelőzése és kezelése szempontjából.

Jelenleg az antihipoxiás betegségek kutatására használt fő modellek a patkány- és egérmodellek. A fő módszerek közé tartoznak a súlyzós úszási kísérletek, a normobarikus hipoxia-tolerancia kísérletek, a nátrium-nitrit mérgezéssel végzett túlélési kísérletek és az akut agyi iszkémiás hipoxia kísérletek, amelyeknek korlátai és magas költségei vannak a nagyszabású gyógyszerszűrés során. A kutatások megállapították, hogy a zebrahalak nátrium-szulfit segítségével hipoxia modelleket hozhatnak létre, és a zebrahalak magas tojástermeléssel, rövid kísérleti ciklusokkal és alacsony költségekkel rendelkeznek, ami nagy áteresztőképességű szűrést tesz lehetővé. Ezért az amerikai ginseng hipoxiaellenes hatásának vizsgálatára a zebrahal modellállatot használtuk, és bioinformatikai technikákat és módszereket alkalmaztunk az amerikai ginseng hatóanyagainak és potenciális célpontjainak szűrésére és előrejelzésére, hogy az amerikai ginseng hipoxiaellenes hatásának potenciális célpontjait keressük, és referenciát nyújtsunk a hipoxiaellenes mechanizmusának tanulmányozásához.

 

Ez a cikk egy új zebrahal fiatalkori antihipoxia modelljét építi fel, amely új módszert biztosít a hagyományos kínai orvoslás antihipoxia vizsgálatához. Ez a kísérlet nátrium-szulfitot használt az alacsony oxigénszintű környezet kialakítására, a nitrogénfeltöltés általános módszerének helyettesítésére a hipoxia modell létrehozásához, és az amerikai ginseng antihipoxiás hatását egyszerűbb és közvetlenebb művelettel tanulmányozta. A zebrafish modellállatként való használata csökkentheti a kísérleti időszakot, nagy áteresztőképességű szűrést érhet el, és a hipoxia egészét jellemezheti. Az oxigén megvonása után a zebrahalak lebegő fejjel jelenséget tapasztalnak, és úszási testtartásuk kiegyensúlyozatlan lesz. Testük nem lesz párhuzamos a vízszintessel, és szabálytalanul úsznak minden irányba, bizonyos időn belül növelve úszási sebességüket. Ez a tanulmány értékelte a zebrahalak túlélési idejét különböző csoportokban hipoxiás körülmények között, valamint neurológiai viselkedésüket (lebegő fej, úszási sebesség és távolság) a hipoxia után. Megállapították, hogy az amerikai ginseng kivonat jelentősen javítja a zebrahalak túlélési idejét hipoxiás körülmények között. A gyógyszerkoncentráció növelésével a zebrahalak egyes csoportjainak lebegő fejsebessége is jelentősen csökkent. A hipoxiát követő mozgási távolság és sebesség is jelentősen különbözött a modellcsoporttól. A nagy dózisú gyógyszercsoport neurológiai viselkedése közel állt az üres normoxikus csoportéhoz, ami azt jelzi, hogy az amerikai ginseng kivonat jelentős antihipoxia hatással rendelkezik, ami megalapozza a következő lépésben a potenciális antihipoxia célpontok megtalálását.

Az amerikai ginzeng az Araliaceae családba tartozó Panax nemzetségbe tartozó, Kanadában őshonos, és Kína Jilin és Shandong tartományaiban széles körben termesztett növény. Már a Qing-dinasztia konfuciánus orvosa, Wang Ang összeállította a "Bu Tu Ben Cao Bei Yao" című könyvet, amely feljegyezte, hogy az amerikai ginzeng hűvös természetű, édes ízű, enyhén kesernyés, és olyan hagyományos hatásokkal rendelkezik, mint a qi tonizálása és a jin táplálása, a hő eltávolítása és a folyadékok előállítása. A modern farmakológia azt mutatja, hogy az amerikai ginsengnek különböző farmakológiai hatásai vannak, beleértve a daganatellenes, szív- és érrendszeri védelmet, immunszabályozást, valamint a szívizom iszkémia elleni, szívizom oxidáció elleni és egyéb hatásokat. Eddig azonban az emberek megértése az amerikai ginseng antihipoxiás hatásáról és a specifikus anyagösszetétel célpontjairól még mindig nagyon korlátozott. Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a ginsenozid Rg3 gátolni tudja az Eca-109 és 786-0 sejtek proliferációját hipoxiás körülmények között, és jelentős csökkenést idéz elő a vaszkuláris endoteliális növekedési faktor (VEGF) mRNS expressziójában. Gátolhatja továbbá a hipoxia által indukálható hipoxia-1 α (HIF-1 α), a ciklooxigenáz-2 (COX-2) és a nukleáris kappa B faktor (NF - κ B) hipoxiás körülmények között indukált expresszióját; A ginzenozid Rb3 stabilizálhatja a sejtmembránt, gátolhatja a NOS expresszióját és aktivitását, és jelentős védőhatással bír a hipoxiás-ischaemiás neuronális károsodásra. Ezért az amerikai ginsengben lévő kulcsfontosságú hipoxiaellenes hatóanyagok mélyreható feltárása nagy jelentőséggel bír a minőségértékelés és az új gyógyszerek fejlesztése szempontjából.

A PPI-hálózat topológiai elemzése azt sugallja, hogy az AKT1, STAT3, HSP90AA1, JUN és TNF lehetnek az amerikai ginseng alapvető célgénjei a hipoxia elleni küzdelemben. Az AKT1, mint szerin/treonin fehérje kináz, a PI3K növekedési faktorokhoz való kötődésével aktiválódhat, és foszforilálódhat, hogy aktiválja vagy gátolja a downstream szubsztrátokat, például az apoptózissal kapcsolatos Bad fehérjéket, a kaszpáz9-et, az mTOR aktivitását, ezáltal részt vesz a biológiai folyamatok szabályozásában, mint például a sejtproliferáció, differenciálódás, apoptózis és migráció. A kutatások azt találták, hogy a rekombináns lentivírus közvetítette Akt1 gén transzfekció jelentősen fokozza a patkány BMSC-k hipoxia-toleranciáját az apoptózis gátlásával. A STAT3 a STAT család tagja, és döntő szerepet játszik a sejtproliferáció, a differenciálódás, az apoptózis és más folyamatok szabályozásában. A STAT3 fontos szerepet játszik a hipoxia által indukált tüdőartériás simaizomsejtekben, és a STAT3 jelátviteli útvonal blokkolása hatékonyan gátolhatja az érrendszeri simaizomsejtek proliferációját. A HSP90AA1 a hősokkfehérje család tagja és a nem stressz sejtek egyik legnagyobb mennyiségben előforduló citoplazmatikus fehérjéje. Kritikus szerepet játszik a sejtek homeosztázisának fenntartásában, és hypoxiás stresszkörülmények között fokozhatja a sejtek ellenálló képességét a külső stresszel szemben. A JUN az onkogén családba tartozik, és a MAPK szupercsalád tagja. Részt vehet olyan folyamatokban, mint a sejtproliferáció, a gyulladás, a migráció és az invázió. Hipoxiás körülmények között a foszforilált c-jun N-terminális kináz expressziós szintjének növekedése elősegítheti a patkány tüdőartéria simaizomsejtjeinek proliferációját. A TNF egy pro-inflammatorikus citokin, amelyet főként a monociták és a makrofágok választanak ki, és amely döntő szerepet játszik a gyulladásos hatások és a mikrobiális kórokozók elleni gazdaszervezeti védelem szabályozásában. Hipoxia stressz során a TNF szabályozza a HIF-1 α (hipoxia indukálható faktor-1 α) transzkripciós szintjét az NF - κ B útvonalon keresztül.

Ez a tanulmány dinamikus molekuláris dokkolással megállapította, hogy az amerikai ginzeng kulcsfontosságú vegyületei (mint a ginzenozid F11, papaverin, ginzenozid RO, ginzenozid Rb3, ginzenozid Rg1, ginzenozid Rg3) jól kötődnek a hipoxia központi célgénjeihez (AKT1, HSP90AA1, JUN, STAT3, TNF). Ez a molekuláris dokkolási vizsgálat megállapította, hogy a kristályszerkezetben az eredeti ligandum pozíciója az aktív dokkolási zseb, ami biztosítja, hogy az amerikai ginseng kulcsfontosságú vegyületei és a hipoxiás célfehérjék közötti kötőhely a kulcsfontosságú aktív régió. Minél alacsonyabb a kötési energia, annál erősebb a kötődési képesség a ligandum és a célfehérje között. A különböző vegyületek célponthoz való dokkolásán keresztül megállapították, hogy a pro-inflammatorikus TNF faktor és a HSP90AA1 hősokkfehérje erős kötődési képességgel rendelkezik a kulcsfontosságú hatóanyagokkal, ami az amerikai ginseng potenciális kulcsfontosságú célpontja lehet a hipoxia elleni küzdelemben. A molekuladinamikával történő további ellenőrzéssel megállapították, hogy a HSP90AA1 és a ginzenozid Rg1, a TNF és a ginzenozid Ro dinamikus szimulációja stabil konformációkat képes kialakítani, feltárva és igazolva a kötődés szorosságát és stabilitását a fő célpont és a vegyület komplexének. Ez megbízható elméleti alapot biztosít az amerikai ginseng hipoxiaellenes hatású potenciális hipoxia célpontjainak vizsgálatához.

Összefoglalva, ez a tanulmány az amerikai ginseng hipoxiaellenes hatását értékelte egy zebrahal modell segítségével, és feltárta a hatóanyagokat és az antihipoxiában részt vevő fő célpontokat hálózati farmakológiai technikák segítségével. Molekuláris dokkolási technológiát és molekuláris dinamikát alkalmaztunk a hatóanyagok és a fő célpontok kötődésének további ellenőrzésére, feltárva az amerikai ginseng potenciális célpontjait a hipoxia elleni küzdelemben. A hagyományos kínai gyógyászat összetevőinek összetettsége és az amerikai ginsengben lévő szaponinok molekuláris szerkezete miatt a hálózati farmakológián alapuló előzetes feltárás még mindig nem elegendő. Ami a kínai és a nyugati ginseng hipoxiaellenes hatásainak előre jelzett célpontjait illeti, a későbbi szakaszban további kísérleti ellenőrzésre kerül sor annak érdekében, hogy elméleti alapot és hivatkozási alapot biztosítsunk az amerikai ginseng hipoxiaellenes farmakológiai összetevőinek vizsgálatához, és hogy a későbbi szakaszban alapot biztosítsunk a kapcsolódó mechanizmusok kutatásához.