A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
מחקר זה מבסס מודל חולדה של הסתיידות כלי דם הנגרמת על ידי תזונה עתירת שומן (HFD) בשילוב עם ויטמין D3 (VD3). המודל שימש להערכת היעילות הטיפולית של סלידרוסיד במניעה וטיפול בהסתיידות כלי הדם, ומספק תובנות לגבי מנגנוני הפעולה הפוטנציאליים שלו באמצעות פרמקולוגיה ברשת וניסויים in vivo .
הסתיידות כלי דם (VC) היא מצב פתולוגי קריטי הקשור לתחלואה ותמותה משמעותית. מחקר זה משתמש בגישה היברידית של פרמקולוגיה של רשת וביולוגיה מולקולרית כדי לתאר את המנגנונים הטיפוליים של סלידרוסיד (SAL), תרכובת פעילה מרודיולה קרנולאטה, כנגד VC. באמצעות כריית מסדי נתונים וניתוח רשתות, זוהו 388 מטרות SAL המצטלבות עם 2871 מטרות הקשורות ל-VC, וכתוצאה מכך 208 מטרות משותפות. רשת אינטראקציה בין חלבון לחלבון (PPI) שנבנתה באמצעות מסד הנתונים של String וניתוח טופולוגי ב-Cytoscape 3.9.1 איתרה 10 מטרות מפתח, כולל IL6, TNF, TP53, IL1B, HIF1A, CASP3 ו-STAT3, בין היתר. הגנים שזוהו התרכזו במסלולי השומנים וטרשת העורקים, מה שמצביע על כך שהשיפור ב-VC על ידי SAL עשוי להתרחש באמצעות ויסות ביטוי חריג של גורמים ליפידים ודלקתיים. כמו כן, נמצא כי SAL מעכב את הביטוי החריג של גורמים דלקתיים, ובכך מפעיל את מסלול JAK2/STAT3 כדי להתערב בהתקדמות VC. מסלול JAK2/STAT3 הוא מנגנון מולקולרי מרכזי שבאמצעותו SAL מונע הידרדרות נוספת של VC. ניתוחי העשרה פונקציונליים חשפו את המעורבות של מטרות אלה בתגובות דלקתיות ובמטבוליזם של שומנים, מסלולים מרכזיים ב-VC. מחקרי in vivo בחולדות הראו את היעילות של SAL בהפחתת דיסליפידמיה ודלקת בכלי הדם, עם שיפור פרופילי השומנים בסרום ושקיעת סידן מופחתת בכלי הדם. המחקר המכניסטי, המבוסס על ניתוח כתמים מערביים, הדגים את יכולתו של סלידרוסיד לווסת את מסלול האיתות JAK2/STAT3, להדגיש את הפוטנציאל שלו כמודולטור במנגנון מולקולרי קריטי זה ולהציע מטרה טיפולית פוטנציאלית ל-VC. כוחו של מחקר זה טמון בקפדנות המתודולוגית שלו, המשלב תחזיות חישוביות עם אימות in vivo . גישה מקיפה זו מבססת מסגרת איתנה לחקר המנגנונים הטיפוליים של תרכובות טבעיות במאבק ב-VC.
הסתיידות כלי דם (VC) מתייחסת לשקיעה לא תקינה של סידן בתוך דפנות כלי הדם, מה שמוביל להתקשות העורקים ולירידה בגמישות, ובסופו של דבר פוגע בתפקוד כלי הדם. באופן מסורתי, VC חולק לשני סוגים: הסתיידות אינטימית, הקשורה להצטברות שומנים, והסתיידות מדיאלית. הראשון קשור קשר הדוק לחדירה דלקתית, המעוררת טרנספורמציה אוסטאוגנית בדופן כלי הדם, המאופיינת בהגירה, התפשטות והתמיינות של תאי שריר חלק בכלי הדם (VSMCs) לתאים דמויי אוסטאובלסטים1.
היכולת של VSMCs לעבור התמיינות אוסטאוגנית, המושפעת מגורמים כמו הזדקנות, גנטיקה ותנאים סביבתיים כמו סוכרת ומחלת כליות כרונית, היא תורמת מרכזית ל-VC הקשור לגיל. טרנספורמציה דמוית אוסטאובלסטים זו מחמירה הסתיידות וניוון עורקים1.
VC הוא מצב רב-פנים, המונע על ידי שינויים ניווניים, חוסר איזון מטבולי ומצבים מערכתיים שונים. כ-80% מהפגיעות בכלי הדם ו-90% ממקרי מחלת העורקים הכליליים מציגים VC, מה שמגדיל משמעותית את הסיכון לאירועים קרדיווסקולריים חמורים 1,2. לכן, יש צורך דחוף לגלות טיפולים תרופתיים המקלים או הופכים ביעילות מצב זה.
נכון לעכשיו, אסטרטגיות הטיפול ב-VC כוללות התערבויות פרמקולוגיות שונות, אם כי אין תרופות שתוכננו במיוחד למטרה זו. עבור חולים עם הסתיידות קלה, סטטינים נרשמים לעתים קרובות לייצוב פלאק. עם זאת, בעוד שהם עשויים להפחית את היצרות העורקים הכליליים על ידי הורדת רמות השומנים, השפעתם על ההסתיידות מוגבלת2.
בהתחשב במורכבות של טרשת עורקים, חולים רבים מציגים הפעלת טסיות מוגברת, מה שמחייב שימוש בתרופות נוגדות טסיות כמו אספירין או קלופידוגרל כדי לעכב הצטברות טסיות ולהפחית את הסיכון לפקקת. עם זאת, טיפול באספירין מועיל רק לאנשים עם ציון סידן גבוה בעורקים הכליליים וסיכון נמוך לדימום3.
בנוסף, מחקרים על תוספי מזון, כמו ויטמין K, מצביעים על פוטנציאל למניעת התקדמות VC4. במקרים חמורים, ניתן לשקול התערבויות פולשניות, אם כי לרוב הן אינן מתאימות ל-VC5 נרחב. עבור אנשים ללא VC קיים, ניהול גורמי סיכון, כגון לחץ דם, פרופילי שומנים ובחירות אורח חיים, נותר קריטי6.
ברפואה הסינית משתמשים ברודיולה קרנולטה (Rhodiola crenulata), צמח רב-שנתי ממשפחת הקרסוליים. המרכיב הביו-אקטיבי העיקרי שלו, סלידרוסיד, זוכה לתשומת לב משמעותית בשל פעילותו הביולוגית הבולטת. סלידרוזיד ידוע ביכולתו לעכב אפופטוזיס, להפגין תכונות נוגדות חמצון חזקות ובעל תכונות אנטי דלקתיות 7,8. תכונות אלו תורמות לפוטנציאל שלו לשפר את תפקוד כלי הדם, לעכב את הזדקנות כלי הדם ולהגן על האנדותל של כלי הדם. כסוכן טיפולי פוטנציאלי ל-VC, לסלידרוזיד יש ערך משמעותי למחקר. עם זאת, המנגנונים המדויקים שבאמצעותם סלידרוסיד משפר VC עדיין לא ברורים במלואם ומצדיקים חקירה נוספת כדי לרתום את הפוטנציאל הטיפולי שלו לטיפול ב-VC.
כדי לחקור מנגנונים אלה, מחקר זה ממנף פרמקולוגיה רשתית, מתודולוגיה חדשנית המשלבת פרמקולוגיה, ביואינפורמטיקה ומדעי המחשב כדי לנתח מערכות ביולוגיות ולהבהיר מנגנוני תרופות. בהשוואה למחקר מסורתי של תרופות למטרה אחת, פרמקולוגיה של רשת מציעה גישה מקיפה יותר על ידי ניתוח השפעות התרופה על מטרות ביולוגיות ומסלולי איתות מרובים. ככלי מרכזי בפיתוח תרופות מודרניות, הוא בונה רשתות של תרופות, מטרות ומסלולים כדי לחשוף את המנגנונים הבסיסיים של פעולת התרופות 9,10. למרות השימוש הנרחב בו בחקר מנגנונים טיפוליים, היה מחקר מוגבל על המנגנונים האינטראקטיביים בין סלידרוסיד ו-VC מנקודות מבט של ביואינפורמטיקה ופרמקולוגיה רשתית.
מחקר זה בונה מפת רשת מולקולרית של ההשפעה הפוטנציאלית של סלידרוסיד על VC על ידי זיהוי וניתוח מטרות מפתח באמצעות כריית מסדי נתונים נרחבים. נוצרת רשת אינטראקציה בין חלבון לחלבון (PPI), וניתוח טופולוגי מיושם כדי להדגיש צמתים קריטיים בתהליך ההסתיידות.
כדי לאשר את התחזיות החישוביות, פותח מודל חולדה של VC על ידי מתן תזונה עתירת שומן עם ויטמין D3 (VD3). מודל זה משכפל את המאפיינים הפתולוגיים של קרנות הון סיכון אנושיות. פגיעה בכלי הדם מוערכת באמצעות טכניקות היסטולוגיות, פרופילי שומנים בסרום וסמני דלקת מוערכים כדי לחקור את ההשפעות המערכתיות של סלידרוסיד, והביטוי של חלבונים הקשורים ל-SAL anti-VC נמדד באמצעות Western Blotting כדי לחקור את ההשפעה של סלידרוסיד על VC המושרה בניסוי, מחקר זה נועד לתרום תובנות חשובות לגבי הפוטנציאל של תרכובת זו כאסטרטגיה טיפולית למאבק ב-VC.
הפרוטוקול אושר על ידי ועדת חיות הניסוי של אוניברסיטת צ'אנגצ'ון לרפואה סינית (אישור מס' 2023091). מחקר זה מקפיד על הנחיות בינלאומיות, כולל הנחיות הקהילה האירופית והנחיית EEC משנת 1986, המבטיחות טיפול אתי בבעלי חיים לאורך כל המחקר. חולדות וויסטאר זכרות (8-10 שבועות, משקל 200-220 גרם) שימשו למחקר. פרטי הריאגנטים והציוד המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.
1. חיזוי פרמקולוגיה ברשת של מטרות פוטנציאליות של סלידרוסיד-VC
הערה: פרמקולוגיה של רשת משתמשת בשיטות חישוביות וניתוח נתונים בקנה מידה גדול כדי לחקור את האינטראקציות המורכבות בין מולקולות תרופות ומטרות ביולוגיות כגון מסלולים, גנים וחלבונים בתוך אורגניזם11,12. גישה זו מסייעת לפענח את הפונקציות הביולוגיות והיחסים של הישויות הנחקרות. המתודולוגיה כוללת שימוש במאגרי מידע, עיבוד מידע כימי, רכישת נתונים ביו-אקטיביים, אחזור נתוני חלבון, ניתוח פרופילי ביטוי גנים, בניית רשתות אינטראקציה וניתוח העשרה של מסלולים11. איור 1 מציג את רשת האינטראקציה של מטרות הליבה בין סלידרוסיד להסתיידות כלי הדם.
2. ניסויים בבעלי חיים
3. הערכת פגיעה ברקמות כלי הדם באמצעות צביעת HE, VK, EVG
הערה: תקן רקמת כלי דם (אבי העורקים הבטני) ב-4% פרפורמלדהיד, מיובש באתנול לאחר 48 שעות, ומוטבע בפרפין. חותכים את גושי הפרפין המוטבעים לפרוסות של 5 מיקרומטר לצביעה של המטוקסילין-אאוזין (HE), אלסטיקה ואן גיסון (EVG) ופון-קוסה (VK), ומתבוננים במורפולוגיה ההיסטולוגית תחת מיקרוסקופ אור. צביעת HE משמשת להערכת שינויים במורפולוגיה של הרקמות. ברקמת כלי הדם, הוא מדגיש שינויים מבניים בדופן כלי הדם, כולל התפשטות תאי שריר חלק, סידור תאים לא מאורגן ודלקת. צביעת EVG מדמיינת סיבים אלסטיים וקולגן, החיוניים להערכת נזק לסיבים אלסטיים או שיפוץ ברקמת כלי הדם ומסייעים בהבנת השפעת ההסתיידות על גמישות כלי הדם. צביעת VK מזהה משקעי סידן, תכונה מרכזית ב-VC, מה שהופך אותה לקריטית להערכת היקף והתפלגות ההסתיידות ברקמת כלי הדם22,23.
4. בדיקת פוספטאז אלקליין (ALP).
הערה: השתמש ב-ALP כאינדיקטור מרכזי להערכת היעילות של טיפולים נגד הסתיידות.
5. קביעת תכולת סידן
הערה: קביעת תכולת הסידן היא קריטית להערכת מידת המינרליזציה ברקמות ביולוגיות.
6. בדיקת אימונוסורבנט מקושרת לאנזים (ELISA) לציטוקינים דלקתיים (IL-6, TNF-α, IL-1β)
הערה: IL-6, IL-1β ו-TNF-α הם ציטוקינים מעודדי דלקת מרכזיים המעידים על נוכחות וחומרה של תגובה דלקתית. מדידת הציטוקינים הללו חיונית להבנת התהליך הדלקתי ולהערכת יעילותם של טיפולים אנטי דלקתיים.
7. בדיקת פרופיל שומנים
הערה: בדיקת פרופיל השומנים מזהה רמות שומנים חריגות, כאשר רמות שומנים גבוהות או לא מאוזנות עלולות להאיץ את הסיכון להסתיידות כלי הדם.
8. כתמים מערביים
הערה: כתם מערבי (WB) הוא חיוני בהערכת רמות הביטוי של חלבוני מפתח, ומאפשר זיהוי של צורות כוללות וזרחניות כאחד.
9. ניתוח סטטיסטי
ניתוח פרמקולוגיה ברשת
באמצעות מאגרי מידע כגון HERB, TCMSP, Pubmed, SwissTargetPrediction, CTD, PharmMapper, SEA ו-STITCH, זוהו 388 גני מטרה פוטנציאליים לסלידרוסיד. בנוסף, 2871 גנים פוטנציאליים הקשורים ל-VC אוחזרו ממאגרי מידע כמו GeneCards, OMIM, PharmGkb ו-DrugBank. ניתוח הצטלבות באמצעות דיאגר...
VC מאופיין בשינויים ניווניים בתאי כלי הדם וברקמות, עם משקעי מינרלים פתולוגיים בתוך כלי הדם המובילים להתקשות דפנות כלי הדם או להיווצרות פלאק טרשת עורקים, מה שעלול לגרום למחלות כלי דם חסימתיות25. מחקרים מראים שכ-85% מפלאק VC עלול להתפתח לפקקת, שעלולה לעורר אירועים...
ודא שכל המחברים חשפו כל ניגוד אינטרסים.
עבודה זו נתמכה כספית על ידי פרויקט המחלקה המחוזית למדע וטכנולוגיה של ג'ילין (YDZJ202301ZYTS460), ופרויקט מחלקת החינוך של מחוז ג'ילין (JJKH20230991KJ).
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved