Phytomedicine | 西安交大等基于AI分析確定小檗堿抑制實驗性腹主動脈瘤的功效

摘要

腹主動脈瘤 （AAA） 的臨床治療尚無藥物治療。主動脈炎癥是AAA的重要致病機制之一，中草藥中的活性成分小檗堿具有抗炎生物學作用。本研究首先發現小檗堿治療可以顯著抑制豬胰腺彈性蛋白酶（PPE）輸注誘導的主動脈炎癥、平滑肌細胞（SMC）耗竭和彈性蛋白降解，并最終改善小鼠實驗性AAA。結合生物信息學、機器學習和分子對接技術，篩選出Runx2、Vcam-1和Ccl2作為小檗堿抑制AAA的可能樞紐基因。Runx2 的 SMC 特異性敲除也顯著減弱了 PPE 誘導的 AAA。因此，小檗堿具有抗AAA作用，可能與其保護內側SMCs和彈性蛋白有關，與陽性血管重塑和抑制主動脈炎癥相關，因此小檗堿可能是改善AAAs的潛在藥物之一。

圖文簡介

圖1.小檗堿的化學結構。

圖2.小檗堿治療抑制了小鼠實驗性AAA的進展。（A）實驗設計：三組小鼠通過灌胃接受不同劑量的小檗堿：載體組（等體積的生理鹽水）、低劑量小檗堿組（150 mg/kg/天）和高劑量小檗堿組（150 mg/kg/天）。（B） PPE 輸注后第 0、7 和 14 天腎下主動脈的代表性超聲圖像。（C）三組小鼠PPE輸注后第0、7、14天腎下主動脈直徑的變化和比較。進行參數雙向方差分析，然后進行多組比較。（D）接受H&E，EVG和SMC染色的主動脈的代表性組織學圖像。（E、F）彈性蛋白降解和 SMC 耗竭的半定量評分（中位數以及第 25 和第 75 個四分位數）。在進行非參數 Kruskal\u2012Wallis 檢驗后，進行 Dunn 多重比較檢驗。N = 10只小鼠/組;NS，不顯著;* 表示 p < 0.05;**表示p<0.01。

圖3.小檗堿抑制了PPE誘導的小鼠主動脈炎癥和異常血管生成。（A）代表性免疫組織化學圖像顯示，小檗堿治療改善了PPE誘導的腹主動脈壁炎癥細胞浸潤。（B）主動脈壁巨噬細胞積累的半定量分析，根據巨噬細胞浸潤程度評分為I-IV級。在載體組中，巨噬細胞評分數據過于集中，無法顯示四分位距條;我們在這里顯示中位數和范圍。（C-E）定量分析浸潤腹主動脈壁的 T 細胞和 B 細胞以及每個 ACS 中陽性染色細胞的數量。（F）每個小檗堿治療組MMP-2和MMP-9免疫染色和主動脈壁異常新生血管形成的代表性組織學圖像。（G、H）MMP-2和MMP-9的表達水平以及每個ACS中新血管密度的定量。對巨噬細胞分級（B）進行了非參數Kruskal-Wallis檢驗和Dunn多重比較檢驗，而對其他白細胞亞群（C、D、E、G、H）進行了參數單因素方差分析，然后進行了多重比較檢驗。N = 10只小鼠/組;NS，不顯著;* 表示 p < 0.05;**表示p<0.01。

圖4.初步篩選揭示了小檗堿與 AAA 小鼠氧化應激和炎癥相關的潛在靶點。（A-B）GSE232911 DEGs的火山圖和熱力圖。（C）DEGs和OS的維恩圖，鑒定出112個與OS相關的DEG。（DEGs，GSE232911中差異表達的基因;OS，從 GeneCards 數據庫中提取的氧化應激基因集）。（D）正常主動脈對照和GSE232911 AAA樣本中22種免疫細胞亞型的相對豐度。（E）最佳軟閾值功率確定為8（無刻度R2=0.9）。（F）WGCNA聚類樹狀圖產生13個模塊。（G）13個模塊與不同免疫細胞的相關結果。（H）DEGs-OS、WGCNA鑒定的強相關模塊基因和預測小檗堿靶點的交集分析，產生19個核心基因。（I）使用條形圖可視化了19個核心基因的GO富集分析結果。（J）使用氣泡圖可視化了19個核心基因的KEGG通路分析結果。

圖5.篩選 RUNX2 作為小檗堿影響 AAA 的樞紐基因。（A） BBR和AAA目標的PPI網絡。（B）使用cytoHubba插件篩選前10個樞紐基因。直方圖代表MCC方法的cytoHubba評分，折線圖代表度數。（C-D）LASSO 回歸模型。（E-F）隨機森林模型。（G-H）SVM-RFE 模型。（I）利用3種機器學習算法通過維恩圖的交集來識別核心基因。（J-K）評估了GSE232911和GSE183464數據集中核心基因的ROC曲線，曲線下面積作為評估診斷測試性能的指標。（l）RUNX2基因在GSE232911和GSE183464數據集中的表達水平。GSE232911，來自 76 名 AAA 患者和 13 名器官捐獻者對照的樣本。GSE183464，來自 7 名 AAA 患者和 7 名對照個體的主動脈樣本。使用學生 t 檢驗。NAC，正常主動脈控制;** 表示 p < 0.01。（M）GSE232911中RUNX2的基因集富集分析（GSEA）。（N）小檗堿與RUNX2的分子對接。

圖6.SMC 中的 Runx2 缺乏改善了小鼠的實驗性 AAA。（A）實驗方案：野生型小鼠和Runx2?SMC小鼠都輸注PPE以誘導AAA形成。（B） PPE 輸注后第 0 天和第 14 天腎下主動脈的代表性超聲圖像。（C） PPE 輸注后第 0 天和第 14 天腎下主動脈直徑的比較。（D）與基線相比，PPE輸注后兩組小鼠主動脈直徑增加的百分比。（E）H&E，EVG和SMC染色的代表性組織學圖像。（F-G）彈性蛋白降解和 SMC 損失的半定量評分（中位數和第 25 和第 75 個四分位數）。進行雙向方差分析 （C）、學生 t 檢驗 （D） 或非參數 Mann\u2012Whitney 檢驗 （F， G）。N = 10 只小鼠/組，** 表示 p < 0.01。

圖7.SMCs中Runx2缺乏對AAA免疫病理特征的影響。（A）主動脈炎癥細胞浸潤的代表性圖像。（B）AAA病灶巨噬細胞積累的半定量分析。（C-E）分析 AAA 病變每個橫截面中陽性染色的白細胞亞群數量。（F）AAA病變中MMP-2和MMP-9免疫染色和CD31陽性新生血管的代表性圖像。（G-H）比較 MMP-2 和 MMP-9 的表達水平并分析 AAA 病灶中異常血管生成。通過非參數 Mann\u2012Whitney 檢驗 （B） 或學生 t 檢驗 （C、D、E、G、H） 分析數據。N = 10 只小鼠/組，** 表示 p < 0.01。

圖8.小檗堿對實驗性 AAA 的治療效果。

結論

綜上所述，本研究首次報道小檗堿治療抑制了PPE誘導的主動脈炎癥，內側SMC耗竭和彈性蛋白降解，并最終改善了小鼠的實驗性AAA。Runx2 被確定為一種可能的樞紐基因，小檗堿通過該基因結合生物信息學、機器學習和分子對接技術來抑制 AAA。Runx2 的 SMC 特異性敲除也顯著減弱了 PPE 誘導的 AAA。因此，小檗堿具有抗動脈瘤作用，可能與其對內側SMCs和彈性蛋白的保護有關，這與有益的血管重塑和抑制主動脈炎癥有關。

DOI: 10.1016/j.phymed.2025.157176

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