本研究建立了一种由高脂饮食(HFD)联合维生素D3(VD3)诱导的大鼠血管钙化模型。该模型用于评估红景天苷在预防和治疗血管钙化方面的治疗效果,并通过网络药理学和体内实验探讨其潜在的作用机制。
方法文章
* These authors contributed equally
本研究建立了一种由高脂饮食(HFD)联合维生素D3(VD3)诱导的大鼠血管钙化模型。该模型用于评估红景天苷在预防和治疗血管钙化方面的治疗效果,并通过网络药理学和体内实验探讨其潜在的作用机制。
血管钙化(VC)是一种与高发病率和高死亡率密切相关的重要病理状态。本研究采用网络药理学与分子生物学相结合的方法,阐明红景天苷(SAL)——一种源自植物的活性化合物——的治疗机制 红景天,与VC对比。通过数据库挖掘和网络分析,鉴定出388个SAL靶点与2871个VC相关靶点的交集,得到208个共同靶点。构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络 通过 String数据库结合Cytoscape 3.9.1的拓扑学分析确定了10个关键靶点,包括IL6、TNF、TP53、IL1B、HIF1A、CASP3和STAT3等。这些鉴定出的基因主要集中于脂质与动脉粥样硬化通路,提示SAL对VC的改善作用可能通过调控脂质及炎症因子的异常表达实现。研究还发现,SAL可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。功能富集分析显示,这些靶点参与了炎症反应和脂质代谢过程,而这两者正是VC中的核心通路。 在体 在大鼠中的研究表明,红景天苷(SAL)可有效缓解血脂异常和血管炎症,改善血清脂质谱,并减少血管钙沉积。基于Western blot分析的机制探索表明,红景天苷能够调控JAK2/STAT3信号通路,凸显其在此关键分子机制中的调节潜力,为血管钙化(VC)提供了潜在的治疗靶点。本研究的优势在于方法学的严谨性,将计算预测与实验验证相结合 体内 验证。这种综合方法为探索天然化合物在对抗血管钙化(VC)中的治疗机制建立了坚实的框架。
血管钙化(VC)是指钙盐在血管壁内的异常沉积,可导致动脉僵硬度增加和弹性降低,最终损害血管功能。传统上,血管钙化分为两种类型:与脂质积聚相关的内膜钙化和中膜钙化。前者与炎症细胞浸润密切相关,可触发血管壁的成骨样转化,其特征是血管平滑肌细胞(VSMCs)迁移、增殖并分化为成骨细胞样细胞1。
血管平滑肌细胞(VSMCs)发生成骨分化的潜能受衰老、遗传以及糖尿病和慢性肾病等环境因素的影响,是年龄相关性血管钙化(VC)的主要促成因素。这种成骨细胞样转化会加剧动脉钙化和退变1。
血管钙化(VC)是一种多因素疾病,由退行性改变、代谢失衡以及多种全身性疾病共同驱动。约80%的血管损伤和90%的冠状动脉疾病病例中均出现VC,显著增加了严重心血管事件的风险1,2。因此,迫切需要发现能够有效减轻或逆转该病症的药理学治疗方法。
目前,血管钙化(VC)的治疗策略涉及多种药理学干预措施,但尚无专门为此设计的药物。对于轻度钙化的患者,通常会处方他汀类药物以稳定斑块。然而,尽管他汀类药物可能通过降低脂质水平来减轻冠状动脉狭窄,但其对钙化的影响有限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,降低血栓形成风险。然而,阿司匹林治疗仅对冠状动脉钙化评分较高且出血风险较低的个体有益3。
此外,针对维生素K等补充剂的研究表明,其在预防血管钙化(VC)进展方面具有潜在作用4。在严重情况下,可考虑采取侵入性干预措施,但这些方法通常不适用于广泛存在的血管钙化5。对于尚未发生血管钙化的个体,控制血压、血脂水平及生活方式等危险因素仍然至关重要6。
Rhodiola crenulata 是景天科的一种多年生草本植物,传统上被用于中医药。其主要生物活性成分红景天苷因其显著的生物学活性而受到广泛关注。红景天苷以其抑制细胞凋亡、具有强效抗氧化作用以及抗炎特性而著称7,8。这些特性有助于改善血管功能、延缓血管老化,并保护血管内皮。作为一种治疗血管钙化(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的具体机制尚未完全阐明,仍需进一步研究以充分挖掘其在VC治疗中的治疗潜力。
为了探究这些机制,本研究采用了网络药理学这一创新性方法。网络药理学结合药理学、生物信息学和计算机科学,用于分析生物系统并阐明药物作用机制。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,提供了更为全面的研究视角。作为现代药物研发的关键工具,它构建药物、靶点和通路之间的网络关系,以揭示药物作用的内在机制9,10。尽管网络药理学已广泛应用于治疗机制的探索,但从生物信息学和网络药理学角度研究红景天苷与维生素C之间相互作用机制的研究仍较为有限。
本研究通过广泛挖掘数据库,鉴定并分析关键靶点,构建红景天苷对血管钙化(VC)潜在作用的分子网络图谱。生成蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并通过拓扑学分析揭示钙化过程中的关键节点。
为验证计算预测结果,通过给予大鼠高脂饮食联合维生素D3(VD3)建立血管钙化(VC)动物模型。该模型可复制人类血管钙化的病理特征。通过组织学技术评估血管损伤,检测血清脂质谱和炎症标志物以探讨红景天苷的全身作用,并采用蛋白质印迹法测定红景天苷抗血管钙化相关蛋白的表达水平,从而研究红景天苷对实验性诱导血管钙化的影响。本研究旨在为该化合物作为对抗血管钙化治疗策略的潜力提供有价值的科学依据。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
该方案已获长春中医药大学实验动物伦理委员会批准(批准号:2023091)。本研究遵循国际指南,包括欧洲共同体指南和1986年欧洲经济共同体指令,确保实验过程中对动物的伦理对待。实验选用雄性Wistar大鼠(8–10周龄,体重200–220 g)。所用试剂与设备的详细信息列于下文 材料表.
1. 基于网络药理学预测潜在 红景天苷-VC 靶点
注意:网络药理学利用计算方法和大规模数据分析,研究药物分子与生物靶点(如生物通路、基因和蛋白质)在生物体内复杂的相互作用11,12。该方法有助于解析所研究实体的生物学功能及其相互关系。该方法包括数据库的使用、化学信息的处理、生物活性数据的获取、蛋白质数据的检索、基因表达谱的分析、相互作用网络的构建以及通路富集分析11。图1展示了红景天苷与血管钙化核心靶点之间的相互作用网络。
2. 动物实验
3. 使用HE、VK、EVG染色评估血管组织损伤
注意:将血管组织(腹主动脉)在4%多聚甲醛中固定,在48小时后经乙醇脱水,并包埋于石蜡中。将包埋的石蜡块切成5 µm切片,用于苏木精-伊红(HE)、弹力纤维-范吉森(EVG)和冯科萨(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学变化。在血管组织中,该染色可突出显示血管壁的结构改变,包括平滑肌细胞增殖、细胞排列紊乱以及炎症反应。EVG染色用于显示弹力纤维和胶原纤维,对于评估血管组织中弹力纤维的损伤或重塑至关重要,有助于理解钙化对血管弹性的影响。VK染色可检测钙盐沉积,这是血管钙化(VC)的关键特征,因此在评估血管组织中钙化的程度与分布方面具有重要意义22,23。
4. 碱性磷酸酶(ALP)检测
注意:使用碱性磷酸酶(ALP)作为关键指标来评估抗钙化治疗的效果。
5. 钙含量测定
注意:钙含量测定对于评估生物组织中矿化程度至关重要。
6. 炎症细胞因子(IL-6、TNF-α、IL-1β)的酶联免疫吸附测定(ELISA)
注意:IL-6、IL-1β 和 TNF-α 是关键的促炎性细胞因子,可指示炎症反应的存在及其严重程度。检测这些细胞因子对于理解炎症过程以及评估抗炎治疗的效果至关重要。
7. 脂质谱分析
注意:血脂谱检测可发现异常的脂质水平,升高的或失衡的脂质水平可能加速血管钙化的风险。
8. 蛋白质印迹法
注意:蛋白质印迹(Western blot, WB)在评估关键蛋白质的表达水平方面具有重要作用,可用于检测总蛋白及其磷酸化形式。
9. 统计分析
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
网络药理学分析
利用 HERB、TCMSP、Pubmed、SwissTargetPrediction、CTD、PharmMapper、SEA 和 STITCH 等数据库,共鉴定出红景天苷的 388 个潜在靶基因。此外,从 GeneCards、OMIM、PharmGkb 和 DrugBank 等数据库中检索到与血管钙化(VC)相关的 2871 个潜在靶基因。随后进行交集分析 通过 维恩图显示有208个重叠靶点,被认为是红景天苷干预血管钙化(VC)的关键靶点图1A).
蛋白质相互作用网络分析
采用 STRING 平台分析 208 个关键靶点之间的相互作用,并从中筛选出前 100 个节点。随后将这些节点导入 Cytoscape 3.9.1 软件以构建详细的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络。通过使用 EC、BC、NC、LAC、CC ...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
血管钙化(VC)的特征是血管细胞和组织发生退行性改变,血管内出现病理性矿物质沉积,导致血管壁僵硬或形成动脉粥样硬化斑块,进而引发阻塞性血管疾病25。研究表明,约85%的VC斑块可能发展为血栓,从而诱发急性心血管事件。此外,VC是潜在急性心血管事件、脑卒中及外周血管疾病的重要指征26。目前的治疗方法主要集中在抗凝、降脂药物以及血管张力调节,但这些方法往往疗效有限且存在副作用,尤其是在钙化晚期阶段。
红景天苷(Salidroside,SAL)是一种被鉴定为对羟基苯乙基-β-D-吡喃葡萄糖苷的化合物,在影响神经系统、心血管系统和免疫系统的多种血管疾病以及慢性肾病中已显示出显著的治疗潜力27,28。现代研究已证实其具有抗氧化、抗衰老、免疫调节和抗炎作用29,30<...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
确保所有作者均已披露任何及所有利益冲突。
本工作得到吉林省科学技术厅项目(YDZJ202301ZYTS460)和吉林省教育厅项目(JJKH20230991KJ)的经费支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 30% (29:1) 丙烯酰胺/双丙烯酰胺溶液 | 北京索莱宝科技有限公司 &安普科技有限公司,中国 | A1010 | |
| 4% 多聚甲醛固定液 | 碧云天生物技术股份有限公司(碧云天),中国 | P0099 | |
| 5*上样缓冲液 | 北京索莱宝科技有限公司 &安普科技有限公司,中国 | P1040 | |
| 碱性磷酸酶检测试剂盒 | 碧云天生物技术股份有限公司(Beyotime),中国 | P0321S | |
| AlphaView 软件 | Proteinsimple 公司,美国 | AlphaView SA | |
| BCA 蛋白检测试剂盒 | 碧云天生物技术有限公司(Beyotime),中国 | P0012 | |
| 蓝染液 | 北京索莱宝科技有限公司 &安普科技有限公司,中国 | G1866 | |
| 钙比色法检测试剂盒 | 碧云天生物技术股份有限公司(Beyotime),中国 | S1063S | |
| 胶原纤维与弹性纤维染色试剂盒(EVG-Verhoeff 法) | 北京索莱宝科技有限公司 &安普科技有限公司,中国 | G1597 | |
| 脱水机 | 迪亚帕斯生物科学公司 有限公司,意大利 | Donatello | |
| 嵌入机 | 中国武汉俊杰电子有限公司 | JB-P5 | |
| 酶标仪 | Biotek Co., Ltd, USA | 时期 | |
| 无水乙醇 | GHTECH 有限公司,中国 | 64-17-5 | |
| 辣根过氧化物酶标记山羊抗小鼠IgG(H+L) | 中国博奥生物技术有限公司 | BS20242-Y | |
| GraphPad Prism 软件 | GraphPad Software,美国 | GraphPad Prism 9.0 | |
| 苏木精-伊红染色试剂盒 | 北京索莱宝科技有限公司 &安普科技有限公司,中国 | G1120 | |
| 高密度脂蛋白胆固醇检测试剂盒 | 中国南京建成生物工程研究院有限公司 | A112 | |
| HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L) | 广州赛国生物科技有限公司 | A0208 | |
| Image J 软件 | 美国国立卫生研究院(NIH) | Image J | |
| 我κB Alpha 多克隆抗体 | Proteintech Group, Inc.A,美国 | 10268-1-AP | |
| JAK2 抗体 | Affinity Biosciences Co., Ltd,中国 | AF6022 | |
| 低密度脂蛋白胆固醇检测试剂盒 | 中国南京建成生物工程研究院有限公司 | A113 | |
| NF-κB p65 抗体 | Proteintech Group, Inc.A,美国 | 10745-1-AP | |
| 病理切片机 | Leica Biosystems,美国 | RM2016 | |
| 磷酸酶抑制剂混合物配方表 | 瑞士罗氏制药有限公司 | 04906845001 | |
| 磷酸化-JAK2(Tyr931)抗体 | Affinity Biosciences Co., Ltd,中国 | AF3024 | |
| 磷酸化-NF-κB p65(Ser276) 抗体 | Affinity Biosciences Co., Ltd,中国 | AF2006 | |
| 磷酸化-STAT3(S727) 抗体 | Abways 科学 &安普科技有限公司,中国 | CY5291 | |
| 蛋白酶抑制剂混合物 | 瑞士罗氏制药有限公司 | 11873580001 | |
| PVDF膜 | 瑞士罗氏制药有限公司 | 3010040001 | |
| 大鼠IL-1β ELISA试剂盒 | 碧云天生物技术股份有限公司,中国 | PI303 | |
| 大鼠IL-6 ELISA试剂盒 | 碧云天生物技术有限公司(Beyotime),中国 | PI328 | |
| 大鼠 TNF-α ELISA试剂盒 | 碧云天生物技术股份有限公司,中国 | PT516 | |
| RIPA裂解缓冲液 | 碧云天生物技术有限公司(Beyotime),中国 | P0013B | |
| Salisoroside | 中国上海源叶生物科技有限公司 | S25475 | |
| SDS | 中国广州赛国生物科技有限公司 | 3250KG001 | |
| 碳酸钠 | 中国医药集团有限公司,中国 | 1001921933 | |
| 碳酸氢钠 | 中国医药集团有限公司,中国 | 10018960 | |
| 硫代硫酸钠 | 中国医药集团有限公司,中国 | 20042518 | |
| STAT3 抗体 | Proteintech Group, Inc.,美国 | 10253-2-AP | |
| TBST(10×) | 碧云天生物技术有限公司(Beyotime),中国 | ST673 | |
| 总胆固醇检测试剂盒 | 中国南京建成生物工程研究院有限公司 | A111 | |
| 甘油三酯检测试剂盒 | 中国南京建成生物工程研究院有限公司 | A110 | |
| Tris碱 | 广州赛国生物科技有限公司 | 1115GR500 | |
| 直立式光学显微镜 | 日本尼康公司 | Eclipse E100 | |
| 冯科萨溶液 | 中国武汉服务生物技术有限公司 | G1043 | |
| Western Blotting Luminol 试剂 | Santa Cruz Biotechnology, Inc.,美国 | SC-2048 | |
| β-肌动蛋白抗体 | Cell Signaling Technology, Inc., 美国 | E4967 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可