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* 这些作者具有相同的贡献
本研究建立了高脂饮食 (HFD) 联合维生素 D3 (VD3) 诱导血管钙化的大鼠模型。该模型用于评价红景天苷在预防和治疗血管钙化方面的治疗效果,通过网络药理学和 体内 实验深入了解其潜在作用机制。
血管钙化 (VC) 是一种与高发病率和死亡率相关的危急病理状况。本研究采用网络药理学和分子生物学的混合方法来描述红景天苷 (SAL) 对 VC 的治疗机制,这是一种来自 红景天的活性化合物。通过数据库挖掘和网络分析,确定了 388 个 SAL 靶点与 2871 个 VC 相关靶点相交,得出 208 个共同靶点。 通过 String 数据库和 Cytoscape 3.9.1 中的拓扑分析构建的蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 网络确定了 10 个关键靶点,包括 IL6、TNF、TP53、IL1B、HIF1A、CASP3 和 STAT3 等。鉴定出的基因集中在脂质和动脉粥样硬化通路,表明 SAL 对 VC 的改善可能是通过调节脂质和炎症因子的异常表达来实现的。还发现 SAL 抑制炎症因子的异常表达,从而激活 JAK2/STAT3 通路干预 VC 的进展。JAK2/STAT3 通路是 SAL 防止 VC 进一步恶化的关键分子机制。功能富集分析揭示了这些靶点参与炎症反应和脂质代谢,这是 VC 的关键途径。大鼠 体内研究表明, SAL 在减轻血脂异常和血管炎症方面的有效性,改善了血脂水平,减少了血管钙沉积。基于蛋白质印迹分析的机制探索证明了红景天苷调节 JAK2/STAT3 信号通路的能力,突出了其作为这一关键分子机制中的调节剂的潜力,并为 VC 提供了潜在的治疗靶点。这项研究的优势在于其方法论的严谨性,将计算预测与 体内 验证相结合。这种全面的方法为探索天然化合物对抗 VC 的治疗机制建立了一个强大的框架。
血管钙化 (VC) 是指钙在血管壁内异常沉积,导致动脉硬化和弹性降低,最终损害血管功能。传统上,VC 分为两种类型:内膜钙化(与脂质积聚有关)和内层钙化。前者与炎性浸润密切相关,触发血管壁的成骨转化,其特征是血管平滑肌细胞 (VSMC) 迁移、增殖和分化为成骨细胞样细胞1。
VSMC 经历成骨分化的能力受衰老、遗传和环境条件(如糖尿病和慢性肾病)等因素的影响,是导致年龄相关性 VC 的主要因素。这种成骨细胞样转化加剧了动脉钙化和变性1。
VC 是一种多方面的疾病,由退行性变化、代谢失衡和各种全身性疾病驱动。大约 80% 的血管损伤和 90% 的冠状动脉疾病病例表现出 VC,显著增加了严重心血管事件的风险 1,2。因此,迫切需要找到有效缓解或逆转这种情况的药物治疗。
目前,VC 的治疗策略涉及各种药物干预,但没有专门为此目的设计的药物。对于轻度钙化患者,通常会开具他汀类药物来稳定斑块。然而,虽然它们可以通过降低血脂水平来减少冠状动脉狭窄,但它们对钙化的影响是有限的2。
鉴于动脉粥样硬化的复杂性,许多患者表现出血小板活化增强,因此需要使用阿司匹林或氯吡格雷等抗血小板药物来抑制血小板聚集并降低血栓形成的风险。然而,阿司匹林治疗仅对冠状动脉钙化评分高和出血风险低的个体有益3。
此外,对维生素 K 等补充剂的研究表明,维生素 K 有可能预防 VC 进展4。在严重的情况下,可以考虑侵入性干预,尽管它们通常不适用于广泛的 VC5。对于没有 VC 的个体,管理风险因素(例如血压、血脂水平和生活方式选择)仍然至关重要6。
红景天是 Crassulaceae 科的多年生草本植物,传统上用于中药。它的主要生物活性成分红景天苷因其显着的生物活性而受到广泛关注。红景天苷以其抑制细胞凋亡的能力而闻名,表现出强大的抗氧化特性,并具有抗炎特性 7,8。这些属性有助于其增强血管功能、延缓血管衰老和保护血管内皮的潜力。作为 VC 的潜在治疗剂,红景天苷具有重要的研究价值。然而,红景天苷改善 VC 的确切机制仍有待充分阐明,需要进一步研究以利用其治疗 VC 的潜力。
为了探索这些机制,本研究利用网络药理学,这是一种结合药理学、生物信息学和计算机科学的创新方法来分析生物系统并阐明药物机制。与传统的单靶点药物研究相比,网络药理学通过分析药物对多个生物靶点和信号通路的影响,提供了一种更全面的方法。作为现代药物开发的关键工具,它构建了药物、靶标和通路网络,以揭示药物作用的潜在机制 9,10。尽管红景天苷在探索治疗机制方面得到了广泛应用,但从生物信息学和网络药理学的角度来看,对红景天苷和 VC 之间的相互作用机制的研究有限。
本研究通过广泛的数据库挖掘识别和分析关键靶点,构建了红景天苷对 VC 潜在影响的分子网络图谱。生成蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 网络,并应用拓扑分析以突出钙化过程中的关键节点。
为了证实计算预测,通过施用维生素 D3 (VD3) 的高脂肪饮食来开发 VC 大鼠模型。该模型复制了人类 VC 的病理特征。通过组织学技术评估血管损伤,评估血脂谱和炎症标志物以研究红景天苷的全身效应,并使用 Western blotting 测量 SAL 抗 VC 相关蛋白的表达,以探索红景天苷对实验诱导的 VC 的影响,本研究旨在为该化合物作为对抗 VC 的治疗策略的潜力提供有价值的见解。
该方案得到了长春中医药大学实验动物委员会的批准(批准号2023091)。本研究遵守国际准则,包括欧洲共同体准则和 1986 年的 EEC 指令,确保在整个研究过程中对动物的道德对待。雄性 Wistar 大鼠 (8-10 周,体重 200-220 g) 用于研究。所用试剂和设备的详细信息列在 材料表中。
1. 潜在红景天苷-VC 靶点的网络药理学预测
注:网络药理学利用计算方法和大规模数据分析来研究生物体内药物分子与生物靶标(如通路、基因和蛋白质)之间的复杂相互作用11,12。这种方法有助于破译所研究实体的生物学功能和关系。该方法包括数据库利用、化学信息处理、生物活性数据的获取、蛋白质数据的检索、基因表达谱分析、相互作用网络的构建和途径的富集分析11。图 1 显示了红景天苷和血管钙化之间核心靶点的相互作用网络。
2. 动物实验
3. 使用 HE、VK、EVG 染色评估血管组织损伤
注:将血管组织(腹主动脉)固定在 4% 多聚甲醛中,48 小时后在乙醇中脱水,并包埋在石蜡中。将包埋的石蜡块切成 5 μm 切片,用于苏木精-伊红 (HE)、Elastica van Gieson (EVG) 和 Von Kossa (VK) 染色,并在光学显微镜下观察组织学形态。HE 染色用于评估组织形态的变化。在血管组织中,它突出了血管壁的结构改变,包括平滑肌细胞增殖、细胞排列紊乱和炎症。EVG 染色可视化弹性纤维和胶原纤维,这对于评估血管组织中的弹性纤维损伤或重塑至关重要,并有助于了解钙化对血管弹性的影响。VK 染色可检测钙沉积,这是 VC 的一个关键特征,因此对于评估血管组织中钙化的程度和分布至关重要22,23。
4. 碱性磷酸酶 (ALP) 测定
注意:使用 ALP 作为评估抗钙化治疗效果的关键指标。
5. 钙含量测定
注:钙含量测定对于评估生物组织中矿化程度至关重要。
6. 炎性细胞因子(IL-6、TNF-α、IL-1β)的酶联免疫吸附测定 (ELISA)
注:IL-6、IL-1β 和 TNF-α 是关键的促炎细胞因子,可指示炎症反应的存在和严重程度。测量这些细胞因子对于了解炎症过程和评估抗炎治疗的有效性至关重要。
7. 血脂分析
注:血脂谱测定可检测异常的脂质水平,其中脂质水平升高或不平衡会加速血管钙化的风险。
8. 蛋白质印迹
注:Western blot (WB) 有助于评估关键蛋白的表达水平,从而可以检测总蛋白和磷酸化形式。
9. 统计分析
网络药理分析
使用 HERB 、 TCMSP 、 Pubmed 、 SwissTargetPrediction 、 CTD 、 PharmMapper 、 SEA 和 STITCH 等数据库,确定了红景天苷的 388 个潜在靶基因。此外,从 GeneCards 、 OMIM 、 PharmGkb 和 DrugBank 等数据库中检索到 2871 个与 VC 相关的潜在靶基因。通过 VENN 图 进行的 交叉分析揭示了 208 个重叠的目标,被认为是红景天苷干预 VC 的关键目标(
VC 的特征是血管细胞和组织的退行性变化,血管内的病理矿物质沉积导致血管壁变硬或形成动脉粥样硬化斑块,这可能导致阻塞性血管疾病25。研究表明,大约 85% 的 VC 斑块可能会演变成血栓形成,从而引发急性心血管发作。此外,VC 是潜在急性心血管事件、中风和外周血管疾病的关键指标26。目前的治疗方法主要集中在抗凝、降脂药?...
确保所有作者都披露了所有利益冲突。
这项工作得到了吉林省科技厅项目 (YDZJ202301ZYTS460) 和吉林省教育厅项目 (JJKH20230991KJ) 的财政支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
30% (29:1) Acrylamide/Bis Solution | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd ,China | A1010 | |
4% Paraformaldehyde Fix Solution | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | P0099 | |
5*loading buffer | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd ,China | P1040 | |
Alkaline Phosphatase Assay Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | P0321S | |
AlphaView Software | Proteinsimple Inc.USA | AlphaView SA | |
BCA Protein Assay Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | P0012 | |
Bluing Solution | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd ,China | G1866 | |
Calcium Colorimetric Assay Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | S1063S | |
Collagen Fiber And Elastic Fiber Staining Kit(EVG-Verh eff Method) | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd ,China | G1597 | |
Dewatering machine | Diapath Biosciences Ltd, Italy | Donatello | |
Embedding machine | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd,China | JB-P5 | |
Enzyme-labeled instrument | Biotek Co., Ltd,USA | Epoch | |
Ethanol absolute | GHTECH Co., Ltd, China | 64-17-5 | |
Goat Anti-Mouse IgG (H+L) HRP | Bioworld technology, co, Ltd.,China | BS20242-Y | |
GraphPad Prism Software | GraphPad Software.,USA | GraphPad Prism 9.0 | |
Hematoxylin-Eosin Stain Kit | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd ,China | G1120 | |
High-density lipoprotein cholesterol assay kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Research Institute Co., Ltd,China | A112 | |
HRP-labeled Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Guangzhou saiguo biotech Co.,LTD | A0208 | |
Image J Software | National Institutes of Health(NIH),USA | Image J | |
IκB Alpha Polyclonal antibody | Proteintech Group, Inc.A,USA | 10268-1-AP | |
JAK2 Antibody | Affinity Biosciences Co., Ltd,China | AF6022 | |
Low-density lipoprotein cholesterol assay kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Research Institute Co., Ltd,China | A113 | |
NF-κB p65 Antibody | Proteintech Group, Inc.A,USA | 10745-1-AP | |
Pathological microtome | Leica Biosystems,USA | RM2016 | |
Phosphatase Inhibitor Cocktail Tables | F. Hoffmann-La Roche, Ltd,Switzerland | 04906845001 | |
Phospho-JAK2 (Tyr931) Antibody | Affinity Biosciences Co., Ltd,China | AF3024 | |
Phospho-NF-κB p65(Ser276) Antibody | Affinity Biosciences Co., Ltd,China | AF2006 | |
Phospho-STAT3(S727) Antibody | Abways Science & Technology Co., Ltd ,China | CY5291 | |
Protease Inhibitor Cocktail | F. Hoffmann-La Roche, Ltd,Switzerland | 11873580001 | |
PVDF membrane | F. Hoffmann-La Roche, Ltd,Switzerland | 3010040001 | |
Rat IL-1β ELISA Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | PI303 | |
Rat IL-6 ELISA Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | PI328 | |
Rat TNF-α ELISA Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | PT516 | |
RIPA Lysis Buffer | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | P0013B | |
Salisoroside | Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd,China | S25475 | |
SDS | Guangzhou saiguo biotech Co.,LTD,China | 3250KG001 | |
Sodium carbonate | China National Pharmaceutical Group Co., Ltd. , China | 1001921933 | |
Sodium hydrogen carbonate | China National Pharmaceutical Group Co., Ltd. , China | 10018960 | |
Sodium thiosulfate | China National Pharmaceutical Group Co., Ltd. , China | 20042518 | |
STAT3 Antibody | Proteintech Group, Inc.A,USA | 10253-2-AP | |
TBST (10×) | Beyotime Biotech Inc (Beyotime) , China | ST673 | |
Total cholesterol assay kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Research Institute Co., Ltd,China | A111 | |
Triglyceride assay kit | Nanjing Jiancheng Bioengineering Research Institute Co., Ltd,China | A110 | |
Tris Base | Guangzhou saiguo biotech Co.,LTD | 1115GR500 | |
Upright optical microscope | Nikon Corporation,Japan | Eclipse E100 | |
Von Kossa Solution | Wuhan servicebio technology CO.,LTD,China | G1043 | |
Western Blotting Luminol Reagent | Santa Cruz Biotechnology, Inc. ,USA | SC-2048 | |
β-Actin antibody | Cell Signaling Technology, Inc.,USA | E4967 |
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