이 연구는 비타민 D3(VD3)와 결합된 고지방 식단(HFD)에 의해 유도된 혈관 석회화의 쥐 모델을 확립합니다. 이 모델은 혈관 석회화를 예방하고 치료하는 살리드사이드의 치료 효능을 평가하는 데 사용되었으며, 네트워크 약리학 및 생체 내 실험을 통해 잠재적인 작용 메커니즘에 대한 통찰력을 제공했습니다.
방법 논문
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이 연구는 비타민 D3(VD3)와 결합된 고지방 식단(HFD)에 의해 유도된 혈관 석회화의 쥐 모델을 확립합니다. 이 모델은 혈관 석회화를 예방하고 치료하는 살리드사이드의 치료 효능을 평가하는 데 사용되었으며, 네트워크 약리학 및 생체 내 실험을 통해 잠재적인 작용 메커니즘에 대한 통찰력을 제공했습니다.
혈관 석회화(VC)는 상당한 이환율 및 사망률과 관련된 중요한 병리학적 상태입니다. 이 연구는 네트워크 약리학과 분자 생물학의 하이브리드 접근 방식을 사용하여 VC에 대한 Rhodiola crenulata의 활성 화합물인 살리드로사이드(SAL)의 치료 메커니즘을 설명합니다. 데이터베이스 마이닝 및 네트워크 분석을 통해 2871개의 VC 관련 대상과 교차하는 388개의 SAL 대상을 식별하여 208개의 공통 대상을 도출했습니다. String 데이터베이스와 Cytoscape 3.9.1의 토폴로지 분석을 통해 구축된 단백질-단백질 상호 작용(PPI) 네트워크는 IL6, TNF, TP53, IL1B, HIF1A, CASP3 및 STAT3를 포함한 10개의 주요 표적을 정확히 찾아냈습니다. 확인된 유전자는 지질 및 죽상동맥경화 경로에 집중되어 있으며, 이는 SAL에 의한 VC의 개선이 지질 및 염증 인자의 비정상적인 발현 조절을 통해 이루어질 수 있음을 나타냅니다. 또한 SAL은 염증 인자의 비정상적인 발현을 억제하여 JAK2/STAT3 경로를 활성화하여 VC의 진행에 개입하는 것으로 밝혀졌습니다. JAK2/STAT3 경로는 SAL이 VC의 추가 악화를 방지하는 핵심 분자 메커니즘입니다. 기능적 농축 분석은 VC의 중추적 경로인 염증 반응 및 지질 대사에 이러한 표적이 관여하는 것을 밝혔습니다. 쥐를 대상으로 한 생체 내 연구에서는 이상지질혈증과 혈관 염증을 완화하는 SAL의 효능이 입증되었으며, 혈청 지질 프로필이 개선되고 혈관 칼슘 침착이 감소했습니다. 웨스턴 블롯 분석에 기반을 둔 기계론적 탐사는 JAK2/STAT3 신호 경로를 조절하는 살리드사이드의 능력을 입증했으며, 이 중요한 분자 메커니즘에서 조절제로서의 잠재력을 강조하고 VC에 대한 잠재적인 치료 표적을 제공했습니다. 이 연구의 강점은 컴퓨터 예측과 생체 내 검증을 통합하는 방법론적 엄격함에 있습니다. 이 포괄적인 접근 방식은 VC와 싸우는 데 있어 천연 화합물의 치료 메커니즘을 탐구하기 위한 강력한 프레임워크를 구축합니다.
혈관 석회화(VC)는 혈관 벽 내에 칼슘이 비정상적으로 침착되어 동맥이 굳어지고 탄력성이 감소하여 궁극적으로 혈관 기능을 손상시키는 것을 말합니다. 전통적으로 VC는 지질 축적과 관련된 내막 석회화(intimal calcification)와 내측 석회화(medial calcification)의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 전자는 염증성 침윤과 밀접한 관련이 있으며, 혈관 평활근 세포(VSMC)가 조골세포와 같은 세포로 이동, 증식 및 분화되는 것을 특징으로 하는 혈관 벽의 골형성 변형을 유발합니다1.
VSMC가 노화, 유전적 요인, 당뇨병 및 만성 신장 질환과 같은 환경 조건의 영향을 받는 골형성 분화를 겪는 능력은 노화 관련 VC의 주요 원인입니다. 이러한 조골세포와 같은 변형은 동맥 석회화와 퇴행을 악화시킵니다1.
VC는 퇴행성 변화, 대사 불균형 및 다양한 전신 상태에 의해 유발되는 다면적인 상태입니다. 혈관 손상의 약 80%와 관상 동맥 질환 사례의 90%가 VC를 나타내며, 이는 심각한 심혈관 질환의 위험을 현저히 증가시킵니다 1,2. 따라서 이 상태를 효과적으로 완화하거나 되돌릴 수 있는 약물 치료법을 발견해야 할 긴급한 필요성이 있습니다.
현재 VC의 치료 전략에는 다양한 약물 개입이 포함되지만 이러한 목적을 위해 특별히 고안된 약물은 없습니다. 경미한 석회화가 있는 환자의 경우, 플라크를 안정화하기 위해 스타틴이 처방되는 경우가 많습니다. 그러나 지질 수치를 낮춤으로써 관상동맥 협착증을 줄일 수 있지만, 석회화에 미치는 영향은 제한적이다2.
죽상동맥경화증의 복잡성을 감안할 때, 많은 환자들이 향상된 혈소판 활성화를 보이며, 혈소판 응집을 억제하고 혈전증의 위험을 줄이기 위해 아스피린이나 클로피도그렐과 같은 항혈소판제를 사용해야 합니다. 그러나 아스피린 요법은 관상동맥 칼슘 수치가 높고 출혈 위험이 낮은 사람에게만 효과적이다3.
또한 비타민 K와 같은 보충제에 대한 연구는 VC 진행을 예방할 수 있는 잠재력을 시사합니다4. 심한 경우 침습적 개입이 고려될 수 있지만 널리 퍼진 VC5에는 적합하지 않은 경우가 많습니다. 기존 VC가 없는 개인의 경우 혈압, 지질 프로필, 생활 방식 선택과 같은 위험 요인을 관리하는 것이 여전히 중요합니다6.
홍경천(Rhodiola crenulata)은 Crassulaceae과의 다년생 허브로, 전통적으로 중국 의학에서 사용되어 왔습니다. 주요 생리 활성 성분인 살리드로사이드(salidroside)는 주목할만한 생물학적 활성으로 인해 상당한 관심을 받고 있습니다. Salidroside는 세포사멸을 억제하고, 강력한 항산화 특성을 나타내며, 항염증 특성을 소유하는 능력으로 유명합니다 7,8. 이러한 특성은 혈관 기능을 향상시키고 혈관 노화를 지연시키며 혈관 내피를 보호할 수 있는 잠재력에 기여합니다. VC의 잠재적인 치료제로서 살리드로사이드는 연구에 상당한 가치를 지닙니다. 그러나, 살리드로사이드가 VC를 개선하는 정확한 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았으며, VC 치료에서 그 치료 잠재력을 활용하기 위한 추가 조사가 필요합니다.
이러한 메커니즘을 탐구하기 위해 본 연구는 약리학, 생물정보학 및 컴퓨터 과학을 결합하여 생물학적 시스템을 분석하고 약물 메커니즘을 밝히는 혁신적인 방법론인 네트워크 약리학을 활용합니다. 기존의 단일 표적 약물 연구와 비교했을 때, 네트워크 약리학은 여러 생물학적 표적 및 신호 경로에 대한 약물의 효과를 분석하여 보다 포괄적인 접근 방식을 제공합니다. 현대 약물 개발의 핵심 도구로서 약물, 표적 및 경로의 네트워크를 구축하여 약물 작용의 기본 메커니즘을 밝힙니다 9,10. 치료 메커니즘을 탐구하는 데 광범위하게 사용되었음에도 불구하고 생물정보학 및 네트워크 약리학의 관점에서 살리드로사이드와 VC 간의 상호 작용 메커니즘에 대한 연구는 제한적이었습니다.
이 연구는 광범위한 데이터베이스 마이닝을 통해 주요 표적을 식별하고 분석하여 VC에 대한 살리드로사이드의 잠재적 영향에 대한 분자 네트워크 맵을 구성합니다. 단백질-단백질 상호작용(PPI) 네트워크가 생성되고 토폴로지 분석이 적용되어 석회화 공정에서 중요한 노드를 강조 표시합니다.
컴퓨터 예측을 확인하기 위해 VC의 쥐 모델은 비타민 D3(VD3)가 함유된 고지방 식단을 투여하여 개발되었습니다. 이 모델은 인간 VC의 병리학적 특징을 복제합니다. 조직학적 기법을 통해 혈관 손상을 평가하고, 혈청 지질 프로필 및 염증 마커를 평가하여 살리드사이드의 전신 효과를 조사하고, SAL 항-VC 관련 단백질의 발현을 웨스턴 블로팅을 사용하여 측정하여 실험적으로 유도된 VC에 대한 살리드로사이드의 영향을 탐구하며, 이 연구는 VC와 싸우기 위한 치료 전략으로서 이 화합물의 잠재력에 대한 귀중한 통찰력을 제공하는 것을 목표로 합니다.
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이 프로토콜은 장춘중의과대학 실험동물위원회(Experimental Animals Committee)의 승인을 받았습니다(승인 번호 2023091). 이 연구는 유럽 공동체 지침(European Community Guidelines)과 1986년 EEC 지침(EEC Directive of 1986)을 포함한 국제 지침을 준수하여 연구 전반에 걸쳐 동물에 대한 윤리적 대우를 보장합니다. 수컷 Wistar 쥐(8-10주, 체중 200-220g)를 연구에 사용했습니다. 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 잠재적인 살리드로사이드-VC 표적의 네트워크 약리학 예측
참고: 네트워크 약리학은 계산 방법과 대규모 데이터 분석을 활용하여 유기체 내 경로, 유전자 및 단백질과 같은 약물 분자와 생물학적 표적 간의 복잡한 상호 작용을 조사합니다11,12. 이 접근 방식은 연구된 개체의 생물학적 기능과 관계를 해독하는 데 도움이 됩니다. 이 방법론은 데이터베이스 활용, 화학 정보 처리, 생체 활성 데이터 수집, 단백질 데이터 검색, 유전자 발현 프로파일 분석, 상호 작용 네트워크 구축 및 경로11의 농축 분석을 포함합니다. 그림 1은 살리드로사이드와 혈관 석회화 사이의 핵심 표적의 상호 작용 네트워크를 보여줍니다.
2. 동물 실험
3. HE, VK, EVG 염색을 이용한 혈관 조직 손상 평가
참고: 혈관 조직(복부 대동맥)을 4% 파라포름알데히드로 고정하고 48시간 후에 에탄올에서 탈수하고 파라핀에 묻습니다. Hematoxylin-Eosin(HE), Elastica van Gieson(EVG) 및 Von Kossa(VK) 염색을 위해 포함된 파라핀 블록을 5μm 슬라이스로 절단하고 광학 현미경으로 조직학적 형태를 관찰합니다. HE 염색은 조직 형태의 변화를 평가하는 데 사용됩니다. 혈관 조직에서는 평활근 세포 증식, 무질서한 세포 배열 및 염증을 포함한 혈관 벽의 구조적 변화를 강조합니다. EVG 염색은 탄성 섬유 손상 또는 혈관 조직의 리모델링을 평가하는 데 필수적이며 석회화가 혈관 탄성에 미치는 영향을 이해하는 데 도움이 되는 탄성 섬유와 콜라겐 섬유를 시각화합니다. VK 염색은 VC의 핵심 기능인 칼슘 침전물을 검출하여 혈관 조직에서 석회화의 정도와 분포를 평가하는 데 중요합니다22,23.
4. 알칼리성 인산가수분해효소(ALP) 분석
참고: ALP를 석회화 방지 치료의 효과를 평가하기 위한 핵심 지표로 사용하십시오.
5. 칼슘 함량 측정
참고: 칼슘 함량 측정은 생물학적 조직의 광물화 정도를 평가하는 데 중요합니다.
6. 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α, IL-1β)에 대한 효소 결합 면역흡착 분석법(ELISA)
참고: IL-6, IL-1β 및 TNF-α는 염증 반응의 존재 및 중증도를 나타내는 주요 전염증성 사이토카인입니다. 이러한 사이토카인을 측정하는 것은 염증 과정을 이해하고 항염증 치료의 효과를 평가하는 데 필수적입니다.
7. 지질 프로필 분석
참고: 지질 프로필 분석은 비정상적인 지질 수치를 감지하며, 지질 수치가 상승하거나 불균형하면 혈관 석회화의 위험을 가속화할 수 있습니다.
8. 웨스턴 블로팅
참고: 웨스턴 블롯(WB)은 주요 단백질의 발현 수준을 평가하는 데 중요한 역할을 하며, 총 형태와 인산화 형태를 모두 검출할 수 있습니다.
9. 통계 분석
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네트워크 약리학 분석
HERB, TCMSP, Pubmed, SwissTargetPrediction, CTD, PharmMapper, SEA 및 STITCH와 같은 데이터베이스를 사용하여 살리드로사이드에 대한 388개의 잠재적 표적 유전자를 확인했습니다. 또한 VC와 관련된 2871개의 잠재적 표적 유전자를 GeneCards, OMIM, PharmGkb 및 DrugBank와 같은 데이터베이스에서 검색했습니다. VENN 다이어그램을 통한 교차 분석은 VC에 대한 살리드로사이드의 개입을 위한 주요 타겟으로 간주되는 208개의 중첩 타겟을 보여주었습니다(그림 1A).
PPI 네트워크 분석
STRING 플랫폼을 사용하여 상위 100개의 노드를 선택한 208개의 ...
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VC는 혈관 세포와 조직의 퇴행성 변화를 특징으로 하며, 혈관 내 병리학적 미네랄 침전물이 혈관 벽을 굳게 하거나 죽상경화성 플라크를 형성하여 폐쇄성 혈관 질환을 유발할 수 있습니다25. 연구에 따르면 VC 플라크의 약 85%가 급성 심혈관 발작을 유발할 수 있는 혈전증으로 발전할 수 있습니다. 또한, VC는 잠재적인 급성 심혈관 질환, 뇌졸중 및 말초 혈관 질환의 중요한 지표이다26. 현재의 치료법은 주로 항응고제, 지질 저하제, 혈관 긴장 조절에 초점을 맞추고 있지만, 이러한 치료법은 특히 석회화가 진행된 단계에서 효과가 제한적이고 부작용이 있는 경우가 많습니다.
p-하이드록시페네틸-베타-D-글루코피라노사이드로 확인된 화합물인 살리드로사이드(SAL)는 신경계, 심혈관 및 면역 체계에 영향을 미치는 다양한 혈관 상태뿐만 아니라 만성 ...
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모든 저자가 모든 이해 상충을 공개했는지 확인합니다.
이 작업은 길림성 과학기술부 프로젝트(YDZJ202301ZYTS460)와 길림성 교육부 프로젝트(JJKH20230991KJ)의 재정 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 30%(29:1) 아크릴아미드/비스 솔루션 | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd, 중국 | A1010 | |
| 4% 파라포름알데히드 수정 용액 | Beyotime Biotech Inc(Beyotime), 중국 | P0099 | |
| 5*로딩 버퍼 | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd, 중국 | P1040 | |
| 알칼리성 인산가수분해효소 분석 키트 | Beyotime Biotech Inc(Beyotime), 중국 | P0321S | |
| AlphaView 소프트웨어 | Proteinsimple Inc.USA | AlphaView SA | |
| BCA 단백질 분석 키트 | Beyotime Biotech Inc(Beyotime), 중국 | P0012 | |
| 블루잉 솔루션 | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd, 중국 | G1866 | |
| 칼슘 비색 분석 키트 | Beyotime Biotech Inc (Beyotime), 중국 | S1063S | |
| 콜라겐 섬유 및 탄성 섬유 염색 키트(EVG-Verh eff 방법) | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd, 중국 | G1597 | |
| 탈수기 | Diapath Biosciences Ltd, 이탈리아 | Donatello | |
| 임베딩 기계 | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd, 중국 | JB-P5 | |
| 효소 라벨링 기기 | Biotek Co., Ltd, 미국 | Epoch | |
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| Phospho-STAT3(S727) 항체 | Abways 과학 & Technology Co., Ltd, 중국 | CY5291 | |
| 프로테아제 억제제 칵테일 | F. Hoffmann-La Roche, Ltd, 스위스 | 11873580001 | |
| PVDF 멤브레인 | F. Hoffmann-La Roche, Ltd, 스위스 | 3010040001 | |
| 쥐 IL-1β ELISA Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime), 중국 | PI303 | |
| 쥐 IL-6 ELISA 키트 | Beyotime Biotech Inc (Beyotime), 중국 | PI328 | |
| 쥐 TNF-&알파; ELISA Kit | Beyotime Biotech Inc (Beyotime), 중국 | PT516 | |
| RIPA 용해 완충액 | Beyotime Biotech Inc (Beyotime), 중국 | P0013B | |
| Salisoroside | Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd, 중국 | S25475 | |
| SDS | Guangzhou saiguo biotech Co., LTD, China | 3250KG001 | |
| 탄산나트륨 | China National Pharmaceutical Group Co., Ltd. , 중국 | 1001921933 | |
| 탄산수소 | China National Pharmaceutical Group Co., Ltd. , 중국 | 10018960 | |
| 티오황산나트륨 | China National Pharmaceutical Group Co., Ltd. , 중국 | 20042518 | |
| STAT3 항체 | Proteintech Group, Inc.A, 미국 | 10253-2-AP | |
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| 총 콜레스테롤 분석 키트 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Research Institute Co., Ltd, 중국 | A111 | |
| 트리글리세리드 분석 키트 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Research Institute Co., Ltd, 중국 | A110 | |
| Tris Base | Guangzhou saiguo biotech Co., LTD | 1115GR500 | |
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| Von Kossa 솔루션 | 무한 servicebio technology CO., LTD, 중국 | G1043 | |
| 웨스턴 블로팅 루미놀 시약 | Santa Cruz Biotechnology, Inc. , 미국 | SC-2048 | |
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