Diyabette mikrovasküler komplikasyonların anahtar genlerinin ve yolaklarının taranması ve geleneksel Çin tıbbının biyoinformatik yöntemlerle öngörülmesi
Son yıllarda, diyabetle ilgili epidemiyolojik araştırmalar, Çin'de 18 yaşın üzerindeki kişiler arasında hiperglisemi görülme sıklığının 11.2%'ye ulaştığını ve diyabet görülme sıklığının artmaya devam ettiğini göstermektedir. Diyabet, kan glikoz metabolizmasının karmaşık bir bozukluğudur. Hastalığın seyrinin belirli bir aşamasında, kronik hipergliseminin çeşitli akut ve kronik komplikasyonları olabilir. Kronik hiperglisemi ve genetik yatkınlık sonuçta mikrodamarları etkileyerek öncelikle böbrekler, gözler ve sinir sisteminde komplikasyonlara yol açar. Diyabetin klasik mikrovasküler komplikasyonları arasında diyabet nefropatisi (DKD), diyabet retinopatisi (DR) ve diyabet nöropatisi (DPN) yer alır. DKH, son dönem böbrek hastalığının (SDBH) önde gelen nedenidir ve çeşitli glomerülonefrit türlerinden sonra ikinci sıradadır. DR, görmeyi ve hatta körlüğü etkileyen yaygın bir faktörken, DPN ayak ülserleri ve ileri amputasyonlar için önemli bir yüksek risk faktörüdür. Bu üç mikrovasküler komplikasyon diyabetli hastaların sağlığını ciddi şekilde etkilemekte, hastalara ve topluma ciddi ekonomik yük getirmektedir. Bununla birlikte, modern tıp diyabet mikrovasküler komplikasyonlarının spesifik patogenezini tam olarak anlamamaktadır ve karmaşık mekanizmalara sahip diyabet mikrovasküler komplikasyonlarını tedavi etmek için basit batı tıbbı ile iyi sonuçlar elde etmek zordur. Geleneksel Çin tıbbı uzun bir geçmişe sahiptir ve özellikle bazı kronik hastalıkların tedavisinde klinik etkinliği uzun bir süre boyunca doğrulanmıştır. Geleneksel Çin tıbbı bütüncül bir konsepti ve cennet ile insanın birliğini vurgular. Klinik tedavi, sendrom farklılaşmasını ve tedavisini vurgular. Tek bileşenli Batı tıbbı ile karşılaştırıldığında, geleneksel Çin tıbbı karmaşık ve çeşitli insan hastalıklarını birden fazla bağlantı, seviye ve hedefin entegrasyonu ve düzenlenmesi yoluyla tedavi edebilir. Bununla birlikte, sistematik mekanizma açıklaması eksikliği vardır. Bu nedenle, hastalığın gelişimi ve ilerlemesiyle ilgili patofizyolojik mekanizmaları elde etmek ve potansiyel Çin tıbbı terapötik ilaçlarını keşfetmek için diyabetin mikrovasküler komplikasyonlarını daha fazla incelemek gerekir.

Biyoinformatiğin hızla gelişmesiyle birlikte, klinik örneklerin büyük veri madenciliği ve analizini yapmak için bol miktarda gen ekspresyon çipi ve yüksek verimli dizileme verilerini etkin bir şekilde kullanmak, hastalıkların patogenezini keşfetmeye yardımcı olabilir ve klinik uygulama için daha fazla referans sağlayabilir. Bu çalışmada, analiz için GEO veri tabanından diyabetin mikrovasküler komplikasyonlarına ilişkin gen ekspresyon profili çip verilerini indirmek için yüksek verimli dizileme kullandık, şiddetli mikrovasküler komplikasyonlarla uzun süreli kötü glisemik kontrol ile mikrovasküler komplikasyonlar olmadan uzun süreli kötü glisemik kontrol arasındaki DEG'leri taradık, DEG'lerin işlevini ve yol zenginleştirmesini analiz etti ve proteinler arasındaki etkileşimi analiz etti, diyabetin mikrovasküler komplikasyonlarının patogenezinde yer alan anahtar hedef molekülleri ve potansiyel Çin ilaçlarını daha fazla taradı ve klinik tanı, tedavi ve önleme için yeni ipuçları sağladı.

 

Diyabet, genetik, çevresel ve diğer faktörlerin neden olabildiği metabolik ve heterojen bir hastalık grubudur. Diyabetli hastaların çoğunda, hastalık seyrinin belirli bir aşamasında kronik hipergliseminin böbrek hastalığı, retinopati, nöropati ve kardiyovasküler hastalık gibi ciddi komplikasyonları ortaya çıkacaktır. Mikrovasküler komplikasyonların patogenezi konusunda şu anda bir fikir birliği yoktur ve bu da hemodinamik anormallikler, enzimatik olmayan protein glikozilasyonu, poliol kanallarının artmış aktivitesi, dokunun kendi kendine oksidasyonu ve glikozilasyon gibi hipotezlere yol açmaktadır. Klinik uygulamada, kan şekerinin uzun süre iyi kontrol edilememesine rağmen, bazı diyabet hastalarında mikrovasküler komplikasyonların görülmediğini tespit ettik. Diyabette mikrovasküler komplikasyonların patogenezini araştırmak ve klinik önleme ve tedavi için yeni ipuçları sağlamak amacıyla, ciddi mikrovasküler komplikasyonlarla uzun süreli kötü glisemik kontrol ile mikrovasküler komplikasyonsuz uzun süreli kötü glisemik kontrol arasındaki farkı analiz ederek ilgili geleneksel Çin tıbbını tahmin etmek.

GSE43950 veri setini analiz etmek ve işlemek için GEO2R kullanılarak, 121 yukarı regüle edilmiş gen ve 571 aşağı regüle edilmiş gen dahil olmak üzere 692 DEG elde edilmiştir. DAVID veri tabanı kullanılarak DGE'lerde GO fonksiyonu ve KEGG sinyal yolunun zenginleştirme analizi yoluyla, yukarı regüle edilmiş farklı şekilde ifade edilen genlerin esas olarak kan hemostazı ve pıhtılaşmasının düzenlenmesinde yer aldığı ve çekirdek promotör dizilerine spesifik DNA bağlanması ve NF - κ B sinyal yolu, AGE-RAGE sinyal yolu, MAPK sinyal yolu vb. ile ilişkili olduğu bulunmuştur. Diferansiyel olarak ifade edilen genlerin aşağı regülasyonu esas olarak nötrofil aktivasyonu immün yanıtı, NOD benzeri reseptör sinyal yolu, toll benzeri reseptör sinyal yolu, endositoz ve diğer ilgili süreçlerde yer almaktadır. Araştırma sayesinde, diferansiyel genlerin bazı zenginleştirme işlevlerinin ve sinyal kanallarının diyabetteki mikrovasküler komplikasyonların hastalık süreciyle ilişkili olduğunu bulduk. Örneğin, DEG'leri yukarı doğru düzenleyen KEGG sinyal yolu zenginleştirme analizindeki MAPK sinyal yolu ve AGE-RAGE sinyal yolu, diyabet ve mikrovasküler komplikasyonlarının hastalık süreciyle yakından ilişkilidir. MAPK yolağı dört ana dallanma yolağına sahiptir: ERK, JNK, p38/MAPK ve ERK5. Diyabet ve geç komplikasyonlarında, vücuttaki MAPK aktivitesi artmıştır ve bunun metabolik kontrolle hiçbir ilgisi yoktur. Yüksek kan şekeri MAPK yolunu aktive edebilir ve geç evre komplikasyonlara aracılık etmede önemli bir rol oynayabilir. MAPK yolu, DR hastalığının ilerlemesiyle yakından ilgilidir. P38 ve ERK sinyal yolaklarını inhibe ederek oksidatif stresin neden olduğu hasar hafifletilir ve DR'nin daha da gelişmesi etkili bir şekilde geciktirilir. P38/MAPK, reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretimini teşvik edebilen, enflamatuar aracıların salınmasına aracılık eden, RAS sistemini aktive eden, glomerüler iç basıncı artıran ve DKD hastalığının ilerlemesini hızlandıran diyabet nefropatisinin oluşumuna aracılık eder. İleri glikasyon son ürünleri (AGE) - AGE reseptörü (RAGE) sinyal yolunun rolü son zamanlarda inflamasyon, malign tümörler, diyabet ve diyabet komplikasyonları ve nörodejenerasyon gibi çeşitli süreçlerin patogenezinde tanımlanmıştır. Son çalışmalar, AGE ve RAGE reseptörlerinin etkileşiminin çeşitli hücre tiplerinde oksidatif ve pro apoptotik reaksiyonlara neden olduğunu ve diyabette vasküler komplikasyonların patogenezine katıldığını göstermiştir. AGE, iki mekanizma aracılığıyla diyabet komplikasyonlarına yol açmaktadır: Birincisi, biyolojik yapılarını ve işlevlerini değiştirmek için biyomoleküllere çapraz bağlanması; diğeri ise oksidatif stres bozulmasına yol açan sinyal yolunu uyarmak için hücre yüzeyindeki RAGE gibi ilgili reseptörlere bağlanmasıdır. Sağlıklı bireylerle karşılaştırıldığında, diyabetli hastalarda daha yüksek konsantrasyonlarda AGE ve glikoz oksidasyon ürünleri bulunur ve bunların reseptörleriyle (RAGE) etkileşime girerek oksidatif stresi artırdığına ve böylece vasküler komplikasyonları teşvik ettiğine inanılır.

DEG'ler temel olarak kan hemostazı, koagülasyon regülasyonu, nötrofil aktivasyonu immün yanıtı ve hücre apoptozu ile ilgili alanlarda zenginleşmiştir. DEG'leri analiz etmek için protein etkileşim veritabanı STRING ve Cytoscape yazılımındaki cytoHubba kullanılmış ve Top10 anahtar gen elde edilmiştir. IL1B, TLR2, TLR4 ve CYBB gibi anahtar genler, vücudun bağışıklık düzenlemesine birçok seviyeden aracılık ederek, bağışıklık düzenleme sürecinin diyabette mikrovasküler komplikasyonların ortaya çıkması ve gelişmesinde önemli bir bağlantı olduğunu ve vücudun bağışıklık fonksiyonunun düzenlenmesinin diyabette mikrovasküler komplikasyonları önlemek ve tedavi etmek için önemli bir hedef olabileceğini düşündürmektedir.

IL-1B, interlökin-1 sitokin ailesinde önemli bir pro-inflamatuar faktör olarak, inflamatuar yanıtın ana düzenleyicisidir ve proliferasyon, farklılaşma ve apoptoz gibi bir dizi hücresel aktiviteye katılır. Ayrıca vücuttaki ağrı ve otoimmün reaksiyonlarla da ilişkilidir. Araştırmalar IL-1B'nin T2DM gelişimi sırasında pankreatik enflamasyonu başlatan anahtar bir yukarı akış molekülü olduğunu göstermiştir. Çok sayıda deneysel çalışma, enflamatuar organların aktivasyonunun ve IL-1B salgılanmasının ateroskleroz oluşumunu yönlendiren anahtar süreçler olduğunu göstermiştir. Pro-inflamatuar sitokinler IL-1B, interlökin-6 (IL-6) ve interlökin-8 (IL-8), tipik olarak oksidatif stresin indüksiyonu ile ilişkili akut faz yanıtının aracılarıdır. Oksidatif stres, diyabetin komplikasyonlarına aracılık eden ortak bir yol olarak, mikrovasküler komplikasyonlar ve diyabetin makroanjiyopatisi de dahil olmak üzere diyabetin birçok geç komplikasyonuna aracılık eder.
TLR'ler örüntü tanıma reseptör ailesine aittir ve diyabet gelişimi ile yakından ilişkilidir. TLR'ler doğuştan gelen bağışıklık sistemini aktive edebilir ve insülin direnci, diyabet ve ateroskleroz patogeneziyle, özellikle de TLR2 ve TLR4'ün ekspresyonuyla ilişkilidir. TLR2 esas olarak dendritik hücreler, monositler ve bazı endotel hücreleri gibi bağışıklık ile ilgili işlevleri olan hücrelerde ifade edilir. Vücuttaki sitokin sinyal yolunu düzenleyerek DN patogenezine katılır. Shao ve arkadaşları paeoniflorinin tip 1 diyabet farelerinin böbreği üzerindeki etkisini TLR2 nakavt fareler ve vahşi tip yavru fareler kullanarak incelemişlerdir. TLR2 sinyal yolunun inhibe edilmesiyle diyabet farelerinde albüminürinin önemli ölçüde azaldığı ve böbrek histopatolojisinin zayıfladığı tespit edilmiş, bu da TLR2'nin DN ile yakından ilişkili olduğunu doğrulamıştır. Bu arada, TLR2 oksidatif strese yanıt olarak retinal dejenerasyonun bir aracısıdır, oksidatif hasar ve kompleman aracılı retinal lezyonlar arasında bir köprü görevi görür, bu da TLR2 ile diyabetik retinopati oluşumu arasında yakın bir ilişki olduğunu gösterebilir. TLR ailesinde, bir transmembran protein reseptörü olarak TLR4, birçok sinyal iletim yolunun aktivasyonundan sorumludur. Diyabetteki kronik enflamasyonun TLR4'ün aktivasyonu ile ilişkili olduğu düşünülmektedir. Aly ve diğer çalışmalar, TLR2 ve TLR4'ün artmış ekspresyonunun tip 2 diyabet hastalarında DN ilerlemesinde ve insülin direncinin bozulmasında önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir. Bu nedenle, TLR ailesindeki TLR2 ve TLR4, tip 2 diyabet ve komplikasyonlarını önlemek veya geciktirmek için umut verici bir terapötik hedef olabilir.
CYBB, fagositik hücrelerde NADPH oksidazın önemli bir bileşeni ve böbreklerde önemli bir oksidatif stres kaynağı olan gp91phox'u kodlar. CYBB, ROS üretimine aracılık eder ve farklılaşma, hücre döngüsü ve apoptoz ile ilgili hücre sinyalizasyonunda rol oynar. Hem diyabet hastaları hem de hayvan modelleri, DM patogenezine vücudun oksidatif stresindeki (OS) ROS üretiminin aracılık edebileceğini doğrulamıştır. ROS fazlalığı diyabet komplikasyonlarının ana mekanizması olarak kabul edilmektedir. Mitokondriyal ROS üretiminin artması diyabet komplikasyonlarında (retinopati dahil) önemli bir rol oynamaktadır.
Temel genlerin çekirdek tıbbi veri tabanıyla eşleştirilmesi ve bir ilaç etken maddesi hedef ağı oluşturulmasıyla, en sık rastlanan dört geleneksel Çin ilacının (scutellaria baicalensis, salvia miltiorrhiza, achyranthes bidentata ve yujin) ve bunların etken maddelerinin diyabetin mikrovasküler komplikasyonlarını etkileyen temel genleri hedefleyebileceği bulunmuştur. Dört geleneksel Çin ilacının da kan dolaşımını teşvik etme ve kan stazını giderme gibi belirli bir etkisi vardır. Salvia miltiorrhiza ve yujin, klinik uygulamada kan dolaşımını teşvik etmek ve kan stazını gidermek için daha yaygın olarak kullanılan ilaçlardır ve "diyabet uzun bir hastalıktan sonra kollaterallere girer ve uzun bir hastalıktan sonra kan stazı oluşur" patogenezine mükemmel şekilde uyarlar. Diyabetin TCM'deki adı Xiaoke'dir. Patogenezi yin eksikliğine dayanır ve kuruluk ve ısı ile belirgindir. Uzun süreli susuzluk birden fazla organı kolayca etkileyebilir, qi ve kanın normal çalışmasını etkileyebilir, yin eksikliğine, kuruluğa ve ısıya neden olabilir ve vücut sıvılarını tüketerek zayıf kan dolaşımına ve kan stazına yol açabilir. Kan stazı, çeşitli kronik komplikasyonların ilerlemesiyle ilişkili olan diyabetin önemli bir patogenezidir. Klinik uygulamada, kan dolaşımını teşvik eden ve kan stazını gideren Çin bitkisel ilaçları genellikle diyabetle ilgili komplikasyonları tedavi etmek için kullanılır. Modern farmakoloji de yukarıda bahsedilen geleneksel Çin ilaçlarının bazı bileşenlerinin diyabet ve mikrovasküler komplikasyonların tedavisinde önemli bir rol oynadığını kanıtlamıştır. Scutellaria baicalensis kökünden elde edilen baicalein ve baicalin gibi çok sayıda biyoaktif ilacın glikoz tüketimini artırdığı ve vücuttaki kan şekeri seviyelerini düşürdüğü bulunmuştur. Tanshinone IIA, Danshen'in anti-enflamatuar, antioksidan ve anti fibrotik etkilere sahip klasik bir aktif bileşenidir. Tanshinone IIA, sıçanların dorsal kök gangliyonlarındaki voltaj tipi sodyum kanallarının ekspresyonunu ve aktivitesini inhibe ederek ağrılı diyabet nöropatisini iyileştirebilir, bu da Tanshinone IIA'nın DPN tedavisi için umut verici bir ilaç olabileceğini düşündürmektedir. Yuan ve arkadaşları, tanshinone IIA'nın NF - κ B tarafından indüklenen AMPK sinyal yolu aracılığıyla tip 2 diyabet sıçanlarında lipid metabolizmasını, glikoz metabolizmasını ve insülin direncini iyileştirebileceğini bulmuşlardır. Sistematik bir inceleme analizi, kurkuminin vücuttaki oksidatif stresi ve enflamatuar süreci inhibe etme yeteneğine sahip olduğunu göstermiştir. Nanoteknolojiye dayalı nano kurkumin, diyabet hastalarının ilaç tedavisi ve yönetimi için potansiyel bir ilaç olarak kabul edilmektedir. β - ekdisteron esas olarak Achyranthes chuanxiong'daki aktif bileşenlerden biri olarak sorumludur, bu da kan şekerini düşürebilir, vücuttaki NO metabolitlerinin seviyesini stabilize edebilir ve böylece böbrekleri koruyabilir.

Biyoinformatiğe dayalı bilgi madenciliği teknolojisi aracılığıyla, şiddetli mikrovasküler komplikasyonlara sahip uzun süreli kötü glisemik kontrol ile mikrovasküler komplikasyonların olmadığı uzun süreli kötü glisemik kontrol arasında gen farkı analizi yapılmış ve en büyük farka sahip 10 gen taranmıştır. Daha ileri analizler IL1B, TLR2, TLR4 ve CYBB gibi genlerin diyabette mikrovasküler komplikasyonların gelişiminde önemli bir rol oynadığını ortaya koyarken, salvia miltiorrhiza, scutellaria baicalensis, zerdeçal ve achyranthes bidentata gibi geleneksel Çin ilaçları ve bunların aktif bileşenlerinin diyabette mikrovasküler komplikasyonların tedavisi için yeni ilaçlar olabileceğini, diyabette mikrovasküler komplikasyonların moleküler mekanizmasını daha fazla araştırmak ve yeni terapötik ilaçlar aramak için yeni fikirler sağlayabileceğini ortaya koymuştur. Bununla birlikte, bu çalışma yine de aşağıdaki eksikliklere sahiptir. İlk olarak, bu araştırma veri tabanındaki örneklem büyüklüğü küçüktür ve diyabet türleri farklılaştırılmamıştır, bu nedenle örneklem büyüklüğünü daha da genişletmemiz ve diyabet sınıflandırmasını iyileştirmemiz gerekir; İkinci olarak, kesin deneysel araştırma ve doğrulama eksikliği vardır. Bu nedenle, diyabetin mikrovasküler komplikasyonlarında bu anahtar hedef moleküllerin ve potansiyel ilaçların işlevini daha fazla araştırmak gerekir.