Potencial terapéutico y mecanismos moleculares de Cistanche Deserticola en el asma: apuntando a la vía PI3K-AKT y la inflamación mediada por INOS

Identificación de genes centrales asociados al asma mediante análisis WGCNA

Para investigar genes clave asociados con el asma, utilizamos el conjunto de datos GSE67472 de la base de datos Gene Expression Omnibus (GEO). Este conjunto de datos incluye muestras de62 personas diagnosticadas con asmaque no habían recibido tratamiento con corticosteroides inhalados, y ungrupo de control de 43 individuos sanos.

Los genes expresados ​​diferencialmente (DEG) se analizaron y visualizaron utilizandoparcelas de volcanesymapas de calor(Figuras 7A y 7B). A través deAnálisis de red de coexpresión de genes ponderados (WGCNA), nos identificamos27 módulos genéticosasociado significativamente con el desarrollo de asma en comparación con controles sanos (Figura 7C).

Entre estos, elmódulo "azul cielo"mostró elcorrelación positiva más fuertecon asma
(coeficiente de correlación:r = 0.62, p = 2e-12, Figura 7D).
La Figura 7E ilustra el mapa de calor de adyacencia que muestra las relaciones entre los módulos relacionados con rasgos y el módulo azul cielo.

Analizamos más a fondo la correlación entremembresía del módulo (MM)ysignificado genético (GS)para el asma dentro del módulo azul cielo (Figura 7F), revelando unfuerte correlación positiva(correlación =0.84, p = 1.1e-41), enfatizando la sólida asociación entre el módulo skyblue y el asma.

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Posterioranálisis de enriquecimiento funcionalde genes dentro del módulo skyblue confirmaron su participación en procesos y vías biológicas relacionadas con el asma, incluyendoUnión de IgE, asma, y elIL-17 vía de señalización(Figuras 7G-J).

 

Figura 7. Identificación de genes centrales relacionados con el asma mediante WGCNA

A–B.Visualización de DEG mediante diagrama de volcán y mapa de calor.
C.Dendrograma de agrupamiento de genes coexpresados ​​asociados con el asma.
D.Relaciones módulo-rasgo en el asma. Cada celda muestra el coeficiente de correlación y el valor p.
E.Mapa de calor que muestra las relaciones de adyacencia de los genes propios del módulo.
F.Correlación entre la pertenencia al módulo y la importancia genética para el asma en el módulo skyblue.
G–J.Análisis de enriquecimiento funcional de genes en el módulo skyblue.

 

 

 

iNOS como indicador terapéutico del tratamiento con Cistanche en el asma

Para explorar genes clave relacionados con el asma, compilamos 259 genes de múltiples bases de datos de enfermedades, incluidasTarjetas genéticas, Base de datos de objetivos terapéuticos, DisGeNET, yOMIM. Al cruzar estos genes con los delmódulo azul cieloyGenes dirigidos a PG, nos identificamosiNOS (óxido nítrico sintasa inducible)como ungen central(Figura 8A).

Un análisis más detallado de los datos de RNA-seq reveló queLa expresión de iNOS disminuyódespués del tratamiento con Cistanche (Figura 8B). Además,acoplamiento molecularse realizó para validar la afinidad de unión entre PG y la proteína iNOS (Figura 8C). En particular, se observaron interacciones favorables que involucran residuos de aminoácidos comoarginina, glutamato, ytriptófano. El medidoenergía de enlace de -8,97 kcal/molindicó una fuerte afinidad de unión entre PG e iNOS (Tabla complementaria 2).

Para confirmar el efecto funcional de PG en iNOS,ensayos in vitrose realizaron (Figura 8D). Los resultados demostraron quePG atenuó significativamente la actividad iNOS inducida por HDM, respaldando los hallazgos del acoplamiento molecular.

Luego examinamos el efecto de PG enexpresión de la proteína iNOS. Análisis de transferencia Westernmostró que el tratamiento con HDM aumentaba la expresión de iNOS en células MLE12, que se redujo con el tratamiento con PG (Figura 8E). Similarmente,análisis qPCRde ARN extraído del tejido pulmonar de ratón reveló un aumento significativo en la expresión de iNOS en ratones HDM, que se redujo después del tratamiento con Cistanche (Figura 8F).

Ensayos de inmunofluorescenciavalidó aún más estas observaciones, mostrando una expresión elevada de iNOS en ratones expuestos a HDM y una reducción después del tratamiento con Cistanche (Figura 8G y Figura complementaria 3). Paralelamente, evaluamos el nivel de expresión dePI3K(Figura complementaria 3). En comparación con el grupo de control, el grupo HDM exhibióregulación positiva de PI3K, lo que sugiere su implicación en la respuesta asmática.

Notablemente,Cistanche en dosis bajas (20 mg/kg)no mejoró significativamente la expresión de PI3K alterada por HDM. Sin embargo,concentraciones más altas de Cistanche regulaban efectivamente a la baja la expresión de PI3K. Este efecto regulador sobre la expresión de PI3K se correlacionó con mejoras en la hiperreactividad de las vías respiratorias (AHR) y cambios patológicos reducidos en ratones asmáticos, lo que indica laPotencial terapéutico de Cistanche mediante la modulación de la vía PI3K..

 

Figura 8. iNOS como objetivo terapéutico de Cistanche en el asma

A.Identificación de iNOS como objetivo potencial mediante la intersección de conjuntos de genes.
B.Valores de TPM de iNOS a partir de datos de RNA-seq.
C.El acoplamiento molecular confirma la interacción entre PG e iNOS.
D.Intensidad de fluorescencia que indica actividad iNOS.
E.Análisis de transferencia Western de los niveles de proteína iNOS en diferentes grupos experimentales.
F.Análisis qPCR de los niveles de transcripción de iNOS en todos los grupos.
G.Análisis de inmunofluorescencia que muestra patrones de expresión de iNOS en varios grupos de tratamiento.
Todos los datos experimentales representan al menos tres réplicas independientes y se expresan como media ± desviación estándar (DE).

Conclusión, aspectos destacados y aplicaciones potenciales

Cistanche deserticolaes una preciada hierba tradicional china, aclamada desde hace mucho tiempo por su eficacia para tratar diversas afecciones de salud. Las investigaciones científicas modernas han revelado sus bioactividades de amplio espectro, incluidos efectos antiinflamatorios, antioxidantes, antienvejecimiento y de mejora del sistema inmunológico (Li et al., 2016). En particular, los estudios han explorado su potencial terapéutico en enfermedades como la diabetes, donde se ha mostrado prometedor para regular los niveles de glucosa en sangre posprandial y mejorar la resistencia a la insulina (Xiong et al., 2013). Además, en contextos neurológicos,cistancheha demostrado potencial para aliviar el daño de la barrera hematoencefálica después de un accidente cerebrovascular isquémico mediante la modulación de la neuroinflamación (Liao et al., 2023). En oncología, los glucósidos feniletanoides decistanche tubulosahan mostrado efectos antitumorales, lo que sugiere potencial terapéutico en el carcinoma hepatocelular (Peng et al., 2021).

Aunque la investigación sobre los beneficios respiratorios decistancheAún se encuentra en sus primeras etapas, los hallazgos preliminares sugieren sus posibles ventajas. Por ejemplo, el equinacósido, un compuesto bioactivo que se encuentra encistanche, se ha mostrado prometedor para atenuar la muerte de células endoteliales inducida por el estrés oxidativo, aliviando así los síntomas de lesión pulmonar (Xie et al., 2023).

En el contexto del asma, nuestro estudio marca el primer intento de explorar el potencial terapéutico y los mecanismos subyacentes delcistanche. Utilizando un modelo de ratón con asma inducida por ácaros del polvo doméstico (HDM),cistancheSe administró como intervención terapéutica. Es alentador que nuestros resultados demuestran sus efectos significativos en el control del asma, incluida la reducción de la hiperreactividad de las vías respiratorias (AHR), la disminución de la infiltración de células inflamatorias y el alivio de la inflamación pulmonar y la producción de moco en el asma alérgica.

Citocinas comoIL-4yIL-5desempeñan papeles fundamentales en la patogénesis del asma (Michael, 2013; Giovanni, 2017; Patrick & Peter, 2007). IL-4 es crucial para estimular las células B para que produzcan anticuerpos IgE, lo que lleva a niveles elevados de IgE, una característica distintiva del asma alérgica y un predictor del riesgo de exacerbación. IL-5, por otro lado, es esencial para el crecimiento y activación de los eosinófilos, que liberan mediadores proinflamatorios que exacerban la inflamación de las vías respiratorias y la secreción de moco.

Nuestro análisis transcriptómico reveló quecistancheel tratamiento interrumpió las vías asociadas con IL-4, IL-5 y eosinófilos, un hallazgo respaldado aún más por los resultados de GSVA. GSEA destacó además la asociación entrecistanchetratamiento y respuestas de citoquinas inmunes tipo 2, lo que subraya su relevancia terapéutica en el asma. Los resultados experimentales también demostraron quecistancheredujo los niveles séricos de IgE, IL-5 y IL-13 en ratones asmáticos, lo que confirma aún más su eficacia para aliviar los síntomas del asma.

En particular, nuestros resultados de GSEA sugirieron quecistancheParticipa en procesos biológicos relacionados con los glucocorticoides. Dados los efectos adversos y la sensibilidad limitada observada en algunos pacientes durante la terapia con corticosteroides a largo plazo (Ip et al., 2018), este hallazgo abre vías para explorar terapias alternativas con glucocorticoides. Estudios recientes han revelado que los compuestos activos encistanche, comoacteosido, ejercen efectos significativos sobre la osteoporosis inducida por glucocorticoides (Li et al., 2023), lo que respalda aún más la viabilidad decistanchecomo terapia alternativa o complementaria para el asma.

ElVía de señalización PI3K-AKTjuega un papel crucial en la fisiopatología del asma. Estudios recientes han demostrado quemiR-200apromueve el desarrollo del asma a través del eje PI3K-AKT-FOXC1 (Lin et al., 2014). Esta vía también regulaciclina D1, que es fundamental en la remodelación del músculo liso de las vías respiratorias (Feng et al., 2014) y modula la expresión de moléculas relacionadas con el asma, comoIL-7, TNF-, yIgE(Winer et al., 2022; Jing et al., 2019; Dera et al., 2020).

En nuestro estudio, el principal compuesto bioactivo decistanchese identificó mediante LC-HRMS comopinoresinol 4-O- -D-glucopiranósido (PG), con fórmula molecularC₂₆H₃₂O₁₁. El PG pertenece a los lignanos, compuestos derivados de plantas conocidos por sus propiedades antiinflamatorias, antioxidantes e inmunosupresoras (Osmakov et al., 2022), y surgió como un candidato prometedor para el tratamiento del asma. El análisis de enriquecimiento objetivo para PG demostró fuertes asociaciones con la vía PI3K-AKT, lo que sugiere que sus efectos terapéuticos pueden estar mediados a través de este mecanismo.

Óxido nítrico (NO), un radical libre gaseoso (N=O), está presente en abundancia en los sistemas respiratorio y cardiovascular humanos (Antosova et al., 2017). En el asma, el NO sirve como biomarcador inflamatorio, frecuentemente medido comoóxido nítrico exhalado fraccional (FeNO)para evaluar la gravedad de la enfermedad y guiar la terapia con esteroides (Smith et al., 2005; Chiara et al., 2012). En nuestro modelo de asma también se observaron niveles elevados de FeNO, estrechamente relacionados con la inflamación de las vías respiratorias tipo 2 mediada por IL-13. El NO se sintetiza principalmente poróxido nítrico sintasas (NOS), particularmente la isoforma inducibleiNOS (NOS2), que se regula positivamente en condiciones proinflamatorias (Anavi & Tirosh, 2020). La sobreexpresión de iNOS conduce a una mayor producción de NO, lo que promueve la secreción de moco y el reclutamiento de eosinófilos, exacerbando así los síntomas del asma (Meurs et al., 2003). Los inhibidores de iNOS han demostrado potencial para controlar los niveles de FeNO en pacientes con asma (Islam et al., 2010; Hansel et al., 2003).

Mediante el análisis integrado de genes relacionados con el asma, módulos WGCNA y genes dirigidos a PG, identificamosiNOScomo gen central.cistancheEl tratamiento redujo los niveles de proteína iNOS en ratones modelo con asma, lo que sugiere una supresión de la producción de NO asociada a la inflamación. El acoplamiento molecular confirmó una fuerte afinidad de unión entre PG e iNOS, y el tratamiento con PG redujo tanto la actividad de NOS como los niveles de proteína iNOS.

Las investigaciones existentes también indican que la vía PI3K-AKT regula la expresión de iNOS en otros sistemas fisiológicos (Zafirovic et al., 2019; Lu et al., 2022). En nuestro modelo de ratón,cistancheEl tratamiento redujo la expresión de PI3K en las células epiteliales del pulmón. Si bien su papel en el asma requiere una mayor exploración, nuestros hallazgos sugieren un nuevo vínculo regulador entre la vía PI3K-AKT y la iNOS en el contexto decistanchetratamiento. Se necesitan estudios mecanicistas adicionales para validar estas vías.

 

Resumen esquemático: mecanismos de Cistanche en el tratamiento del asma

La exposición a HDM inicia una cascada de cambios patológicos en las vías respiratorias caracterizados por una mayor reactividad e infiltración de células inflamatorias.cistanche, una medicina herbaria tradicional, demuestra la capacidad de contrarrestar estos efectos inducidos por la HDM mediante mecanismos duales:

Modulación de la vía PI3K., influyendo en las respuestas celulares y reduciendo la inflamación relacionada con el asma;

Orientación directa de iNOSpor su componente bioactivo PG, lo que resulta en la supresión de la expresión y actividad de iNOS. La regulación negativa de iNOS mediada por PG ofrece una posible intervención molecular para aliviar los síntomas clave del asma.

 

Citación

Liu, J., Gao, J., Xiong, A., Li, G., Zhong, K., Bai, L., Li, X., Ran, Q., Xiong, Y. y He, X. (2025).Explorando el potencial terapéutico y los mecanismos moleculares de Cistanche en el tratamiento del asma. Fitomedicina: Revista Internacional de Fitoterapia y Fitofarmacología, 136, 156265.