Phytomedicine | 西安交大等基于AI分析确定小檗碱抑制实验性腹主动脉瘤的功效

摘要

腹主动脉瘤 （AAA） 的临床治疗尚无药物治疗。主动脉炎症是AAA的重要致病机制之一，中草药中的活性成分小檗碱具有抗炎生物学作用。本研究首先发现小檗碱治疗可以显着抑制猪胰腺弹性蛋白酶（PPE）输注诱导的主动脉炎症、平滑肌细胞（SMC）耗竭和弹性蛋白降解，并最终改善小鼠实验性AAA。结合生物信息学、机器学习和分子对接技术，筛选出Runx2、Vcam-1和Ccl2作为小檗碱抑制AAA的可能枢纽基因。Runx2 的 SMC 特异性敲除也显着减弱了 PPE 诱导的 AAA。因此，小檗碱具有抗AAA作用，可能与其保护内侧SMCs和弹性蛋白有关，与阳性血管重塑和抑制主动脉炎症相关，因此小檗碱可能是改善AAAs的潜在药物之一。

图文简介

图1.小檗碱的化学结构。

图2.小檗碱治疗抑制了小鼠实验性AAA的进展。（A）实验设计：三组小鼠通过灌胃接受不同剂量的小檗碱：载体组（等体积的生理盐水）、低剂量小檗碱组（150 mg/kg/天）和高剂量小檗碱组（150 mg/kg/天）。（B） PPE 输注后第 0、7 和 14 天肾下主动脉的代表性超声图像。（C）三组小鼠PPE输注后第0、7、14天肾下主动脉直径的变化和比较。进行参数双向方差分析，然后进行多组比较。（D）接受H&E，EVG和SMC染色的主动脉的代表性组织学图像。（E、F）弹性蛋白降解和 SMC 耗竭的半定量评分（中位数以及第 25 和第 75 个四分位数）。在进行非参数 Kruskal\u2012Wallis 检验后，进行 Dunn 多重比较检验。N = 10只小鼠/组;NS，不显着;* 表示 p < 0.05;**表示p<0.01。

图3.小檗碱抑制了PPE诱导的小鼠主动脉炎症和异常血管生成。（A）代表性免疫组织化学图像显示，小檗碱治疗改善了PPE诱导的腹主动脉壁炎症细胞浸润。（B）主动脉壁巨噬细胞积累的半定量分析，根据巨噬细胞浸润程度评分为I-IV级。在载体组中，巨噬细胞评分数据过于集中，无法显示四分位距条;我们在这里显示中位数和范围。（C-E）定量分析浸润腹主动脉壁的 T 细胞和 B 细胞以及每个 ACS 中阳性染色细胞的数量。（F）每个小檗碱治疗组MMP-2和MMP-9免疫染色和主动脉壁异常新生血管形成的代表性组织学图像。（G、H）MMP-2和MMP-9的表达水平以及每个ACS中新血管密度的定量。对巨噬细胞分级（B）进行了非参数Kruskal-Wallis检验和Dunn多重比较检验，而对其他白细胞亚群（C、D、E、G、H）进行了参数单因素方差分析，然后进行了多重比较检验。N = 10只小鼠/组;NS，不显着;* 表示 p < 0.05;**表示p<0.01。

图4.初步筛选揭示了小檗碱与 AAA 小鼠氧化应激和炎症相关的潜在靶点。（A-B）GSE232911 DEGs的火山图和热力图。（C）DEGs和OS的维恩图，鉴定出112个与OS相关的DEG。（DEGs，GSE232911中差异表达的基因;OS，从 GeneCards 数据库中提取的氧化应激基因集）。（D）正常主动脉对照和GSE232911 AAA样本中22种免疫细胞亚型的相对丰度。（E）最佳软阈值功率确定为8（无刻度R2=0.9）。（F）WGCNA聚类树状图产生13个模块。（G）13个模块与不同免疫细胞的相关结果。（H）DEGs-OS、WGCNA鉴定的强相关模块基因和预测小檗碱靶点的交集分析，产生19个核心基因。（I）使用条形图可视化了19个核心基因的GO富集分析结果。（J）使用气泡图可视化了19个核心基因的KEGG通路分析结果。

图5.筛选 RUNX2 作为小檗碱影响 AAA 的枢纽基因。（A） BBR和AAA目标的PPI网络。（B）使用cytoHubba插件筛选前10个枢纽基因。直方图代表MCC方法的cytoHubba评分，折线图代表度数。（C-D）LASSO 回归模型。（E-F）随机森林模型。（G-H）SVM-RFE 模型。（I）利用3种机器学习算法通过维恩图的交集来识别核心基因。（J-K）评估了GSE232911和GSE183464数据集中核心基因的ROC曲线，曲线下面积作为评估诊断测试性能的指标。（l）RUNX2基因在GSE232911和GSE183464数据集中的表达水平。GSE232911，来自 76 名 AAA 患者和 13 名器官捐献者对照的样本。GSE183464，来自 7 名 AAA 患者和 7 名对照个体的主动脉样本。使用学生 t 检验。NAC，正常主动脉控制;** 表示 p < 0.01。（M）GSE232911中RUNX2的基因集富集分析（GSEA）。（N）小檗碱与RUNX2的分子对接。

图6.SMC 中的 Runx2 缺乏改善了小鼠的实验性 AAA。（A）实验方案：野生型小鼠和Runx2∆SMC小鼠都输注PPE以诱导AAA形成。（B） PPE 输注后第 0 天和第 14 天肾下主动脉的代表性超声图像。（C） PPE 输注后第 0 天和第 14 天肾下主动脉直径的比较。（D）与基线相比，PPE输注后两组小鼠主动脉直径增加的百分比。（E）H&E，EVG和SMC染色的代表性组织学图像。（F-G）弹性蛋白降解和 SMC 损失的半定量评分（中位数和第 25 和第 75 个四分位数）。进行双向方差分析 （C）、学生 t 检验 （D） 或非参数 Mann\u2012Whitney 检验 （F， G）。N = 10 只小鼠/组，** 表示 p < 0.01。

图7.SMCs中Runx2缺乏对AAA免疫病理特征的影响。（A）主动脉炎症细胞浸润的代表性图像。（B）AAA病灶巨噬细胞积累的半定量分析。（C-E）分析 AAA 病变每个横截面中阳性染色的白细胞亚群数量。（F）AAA病变中MMP-2和MMP-9免疫染色和CD31阳性新生血管的代表性图像。（G-H）比较 MMP-2 和 MMP-9 的表达水平并分析 AAA 病灶中异常血管生成。通过非参数 Mann\u2012Whitney 检验 （B） 或学生 t 检验 （C、D、E、G、H） 分析数据。N = 10 只小鼠/组，** 表示 p < 0.01。

图8.小檗碱对实验性 AAA 的治疗效果。

结论

综上所述，本研究首次报道小檗碱治疗抑制了PPE诱导的主动脉炎症，内侧SMC耗竭和弹性蛋白降解，并最终改善了小鼠的实验性AAA。Runx2 被确定为一种可能的枢纽基因，小檗碱通过该基因结合生物信息学、机器学习和分子对接技术来抑制 AAA。Runx2 的 SMC 特异性敲除也显着减弱了 PPE 诱导的 AAA。因此，小檗碱具有抗动脉瘤作用，可能与其对内侧SMCs和弹性蛋白的保护有关，这与有益的血管重塑和抑制主动脉炎症有关。

DOI: 10.1016/j.phymed.2025.157176

注：文章内容仅代表小编观点，如有侵权请联系小编修改或删除！