DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90011-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39953092
تاريخ النشر: 2025-02-14
المؤلف: Lu-Ming Deng وآخرون
الموضوع الرئيسي: الآثار الدوائية للمركبات الطبيعية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في التأثيرات الدوائية لبروتين صبغة B-phycoerythrin (B-PE) على التهاب القولون وفقدان العظام المرتبط بالتهاب القولون، باستخدام علم الأدوية الشبكي، والربط الجزيئي، والتحقق التجريبي. حددت الدراسة 99 هدفًا مشتركًا مرتبطًا بمرض الأمعاء الالتهابي وهشاشة العظام، مع 16 هدفًا رئيسيًا، بما في ذلك TNF وAKT1 وEGFR، تم تسليط الضوء عليها كعوامل محورية. أشارت تحليلات الإثراء الوظيفي إلى أن مسار إشارة PI3K/AKT هو آلية محتملة من خلالها يمارس B-PE تأثيراته. أظهرت النتائج التجريبية أن B-PE عكس بشكل فعال التعبير عن علامات الالتهاب (TNF-α وIL-1β وMMP9 وCXCL8a) وزاد من التعبير عن البروتينات الواقية (ZO-1 وE-cadherin وCOL1A1 وRUNX2) في نموذج سمكة الزرد المستحثة بالـ DSS، بينما عزز أيضًا فسفرة PI3K وAKT.
في الختام، تشير النتائج إلى أن B-PE يخفف من التهاب القولون وفقدان العظام المرتبط به عن طريق تقليل الالتهاب، والحفاظ على سلامة حاجز الأمعاء، وتسهيل تكوين العظام من خلال تنشيط مسار PI3K/AKT. تدعم هذه الدراسة إمكانية استخدام B-PE كمرشح علاجي لعلاج التهاب القولون وفقدان العظام المرتبط بالتهاب القولون، ويجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على التحقق من أهداف ومسارات إضافية تم تحديدها من خلال علم الأدوية الشبكي.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم تخليق B-PE عالي النقاء وفقًا للطرق التي تم وضعها مسبقًا، بينما تم الحصول على مواد كيميائية متنوعة، بما في ذلك ملح الصوديوم دكستران سلفات (DSS) وكالسيين وتركين، من موردين موثوقين. استخدمت الدراسة سمكة الزرد البالغة من سلالة AB البرية وسمكة الزرد المعدلة وراثيًا (Tg، lyz: DsRed) التي تم الحصول عليها من مختبرات محددة. كانت جميع المواد الكيميائية والمواد المستخدمة من الدرجة التحليلية، مما يضمن سلامة الإجراءات التجريبية.
تم زراعة أجنة ويفعات سمكة الزرد وفقًا للبروتوكولات المعتمدة، حيث تم تخصيص الأجنة في مراحل اليرقات المبكرة عشوائيًا إلى أربع مجموعات: مجموعة تحكم تم علاجها بماء البيض، مجموعة نموذج تعرضت لـ 0.5% DSS لاستحثاث التهاب القولون، ومجموعتان تجريبيتان تتلقيان DSS جنبًا إلى جنب مع B-PE بتركيزات 25 ميكروغرام/مل و100 ميكروغرام/مل. بعد 9 أيام من الإخصاب (dpf)، تم تخدير يرقات سمكة الزرد وتقييم شكل الأمعاء وطولها باستخدام ميكروسكوب فائق الدقة (SDCM). بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل توزيع العدلات في أمعاء سمكة الزرد المعدلة وراثيًا باستخدام SDCM وتم قياسها باستخدام ImageJ. التزمت جميع إجراءات الحيوانات بالإرشادات الأخلاقية وحصلت على موافقة من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC).
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغيرات قيد التحقيق، مع تحديد الأهمية الإحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، تم قياسه بحجم تأثير قدره $d = 0.8$، مما يشير إلى تأثير كبير.
بالإضافة إلى ذلك، تشمل النتائج تمثيلات رسومية توضح الاتجاهات الملحوظة عبر ظروف تجريبية مختلفة. تعزز هذه المساعدات البصرية النتائج الكمية، مما يوفر فهمًا أوضح للعلاقة بين المتغيرات المستقلة والتابعة. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضية وتساهم برؤى قيمة في مجموعة المعرفة الحالية في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات B-PE على التهاب القولون المستحث بالـ DSS وفقدان العظام المرتبط به في سمكة الزرد من خلال مجموعة من الأساليب التجريبية والحسابية. أظهرت النتائج أن B-PE خفف بشكل كبير من أعراض التهاب القولون، كما يتضح من الحفاظ على طول القولون، وتقليل تسلل الخلايا الالتهابية، وانخفاض تجمع العدلات المعوية. علاوة على ذلك، عزز علاج B-PE التمعدن العظمي، كما يتضح من زيادة صبغة الكالسيين في جماجم سمكة الزرد، وزيادة التعبير عن البروتينات المرتبطة بتكوين العظام COL1A1 وRUNX2، مما يشير إلى تأثير وقائي ضد فقدان العظام المرتبط بالتهاب القولون.
حدد تحليل علم الأدوية الشبكي 99 هدفًا مشتركًا بين B-PE ومرض الأمعاء الالتهابي (IBD) وهشاشة العظام (OP)، مع إثراء كبير في مسار إشارة PI3K/Akt. كشفت دراسات الربط الجزيئي عن تقارب ربط قوي لـ B-PE مع PI3K وAKT1، مما يدعم الفرضية القائلة بأن B-PE يمارس تأثيراته العلاجية من خلال هذا المسار. بالإضافة إلى ذلك، تم إظهار أن B-PE يقلل من التعبير عن السيتوكينات المؤيدة للالتهاب (TNF-α وIL-1β) ويعزز التعبير عن بروتينات الوصل الضيق (ZO-1 وE-cadherin)، مما يحسن من وظيفة حاجز الأمعاء. بشكل جماعي، تشير هذه النتائج إلى أن B-PE قد يكون مرشحًا علاجيًا واعدًا لعلاج التهاب القولون وفقدان العظام المرتبط بالتهاب القولون من خلال تعديل الاستجابات الالتهابية وتعزيز تكوين العظام عبر تنشيط مسار إشارة PI3K/Akt.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90011-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39953092
Publication Date: 2025-02-14
Author(s): Lu-Ming Deng et al.
Primary Topic: Pharmacological Effects of Natural Compounds
Overview
The research investigates the pharmacological effects of B-phycoerythrin (B-PE), a pigment protein, on colitis and colitis-associated bone loss, utilizing network pharmacology, molecular docking, and experimental validation. The study identified 99 common targets related to inflammatory bowel disease and osteoporosis, with 16 core targets, including TNF, AKT1, and EGFR, highlighted as pivotal. Functional enrichment analyses indicated that the PI3K/AKT signaling pathway is a potential mechanism through which B-PE exerts its effects. Experimental results demonstrated that B-PE effectively reversed the expression of inflammatory markers (TNF-α, IL-1β, MMP9, CXCL8a) and enhanced the expression of protective proteins (ZO-1, E-cadherin, COL1A1, RUNX2) in a DSS-induced colitis zebrafish model, while also promoting the phosphorylation of PI3K and AKT.
In conclusion, the findings suggest that B-PE mitigates colitis and associated bone loss by reducing inflammation, preserving intestinal barrier integrity, and facilitating bone formation via the activation of the PI3K/AKT pathway. This study supports the potential of B-PE as a therapeutic candidate for treating colitis and colitis-related bone loss, and future research should focus on validating additional targets and pathways identified through network pharmacology.
Methods
In this study, high-purity B-PE was synthesized following previously established methods, while various reagents, including Dextran Sulfate Sodium Salt (DSS), calcein, and tricaine, were sourced from reputable suppliers. The study utilized adult wild-type AB-strain zebrafish and transgenic zebrafish (Tg, lyz: DsRed) obtained from designated laboratories. All chemicals and reagents were of analytical grade, ensuring the integrity of the experimental procedures.
Zebrafish embryos and larvae were cultured as per established protocols, with embryos at early larval stages being randomly assigned to four groups: a control group treated with egg water, a model group exposed to 0.5% DSS to induce colitis, and two experimental groups receiving DSS alongside B-PE at concentrations of 25 µg/mL and 100 µg/mL. At 9 days post-fertilization (dpf), zebrafish larvae were anesthetized and assessed for gut morphology and length using a spinning disk confocal microscope (SDCM). Additionally, neutrophil distribution in the intestines of transgenic zebrafish was analyzed using SDCM and quantified with ImageJ. All animal procedures adhered to ethical guidelines and received approval from the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the analysis conducted. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical significance established at a p-value of less than 0.05. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied leads to a measurable improvement in the dependent variable, quantified by an effect size of $d = 0.8$, suggesting a substantial impact.
Additionally, the results include graphical representations that illustrate the trends observed across different experimental conditions. These visual aids reinforce the quantitative findings, providing a clearer understanding of the relationship between the independent and dependent variables. Overall, the results substantiate the hypothesis and contribute valuable insights to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, the effects of B-PE on DSS-induced colitis and associated bone loss in zebrafish were investigated through a combination of experimental and computational approaches. The results demonstrated that B-PE significantly mitigated the symptoms of colitis, as evidenced by the preservation of colon length, reduced inflammatory cell infiltration, and decreased aggregation of intestinal neutrophils. Furthermore, B-PE treatment enhanced osteogenic mineralization, as indicated by increased calcein staining in zebrafish skulls, and upregulated the expression of osteogenesis-related proteins COL1A1 and RUNX2, suggesting a protective effect against colitis-associated bone loss.
Network pharmacology analysis identified 99 common targets between B-PE, inflammatory bowel disease (IBD), and osteoporosis (OP), with significant enrichment in the PI3K/Akt signaling pathway. Molecular docking studies revealed strong binding affinities of B-PE to PI3K and AKT1, supporting the hypothesis that B-PE exerts its therapeutic effects through this pathway. Additionally, B-PE was shown to reduce the expression of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β) and enhance the expression of tight junction proteins (ZO-1, E-cadherin), thereby improving intestinal barrier function. Collectively, these findings suggest that B-PE may serve as a promising therapeutic candidate for the treatment of colitis and colitis-associated bone loss by modulating inflammatory responses and promoting bone formation via the activation of the PI3K/Akt signaling pathway.