TEIL 1 DNA-Microarray-basiertes Screening und Charakterisierung der Traditionellen Chinesischen Medizin

Ryoichi Kiyama

Biomedizinisches Forschungsinstitut, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8566, Ibaraki, Japan; kiyama.r@aist.go.jp; Tel.: plus 81-29-861-6189

Akademischer Herausgeber: Christophe A. Marquette

Eingegangen: 16. Dezember 2016; Angenommen: 23. Januar 2017; Veröffentlicht: 30. Januar 2017

Zusammenfassung: Die Anwendung des DNA-Microarray-Assays (DMA) ist aufgrund der jüngsten Innovationen in den Omics-Technologien in eine neue Ära eingetreten. Dieser Übersichtsartikel fasst die jüngsten Anwendungen der DMA-basierten Genexpressionsprofilierung zusammen, indem er sich auf das Screening und die Charakterisierung von konzentriertTraditionelle Chinesische Medizin. Zunächst werden Kräuter, Pilze und Nahrungspflanzen, die von DMA analysiert wurden, zusammen mit ihren wirksamen Bestandteilen und ihren biologischen/physiologischen Wirkungen zusammengefasst und diskutiert, indem ihre umfassende Liste und eine Liste repräsentativer wirksamer Chemikalien untersucht werden. Zweitens, die Wirkmechanismen vonTraditionelle Chinesische Medizinwerden zusammengefasst, indem die für die Wirkung verantwortlichen Gene und Signalwege, die an der Wirkung beteiligten Zellfunktionen und die von DMA (stillen Östrogenen) gefundenen Aktivitäten untersucht werden. Drittens Anwendungen von DMA für traditionelleChinesische Medizinwerden diskutiert, indem gemeldete Beispiele und neue Protokolle auf ihre Verwendung in der Qualitätskontrolle untersucht werden. Weitere Innovationen in der Signalweg-basierten Nutzenbewertung und Risikobewertung der Traditionellen Chinesischen Medizin sind zu erwarten, ebenso wie in anderen eng verwandten Bereichen, wie dem therapeutischen, ökologischen, ernährungsphysiologischen und pharmakologischen Bereich.

Schlüsselwörter:DNA-Mikroarray;Traditionelle Chinesische Medizin; Signalweg; Östrogen; Lebensmittelchemikalien

Für mehr Informationen, kontaktieren sie bitte:Joanna.jia@wecistanche.com

CistancheDeserticola hat viele Wirkungen, klicken Sie hier, um mehr zu erfahren

1. Einleitung

Die Kräuterheilkunde ist ein wichtiger Bestandteil der traditionellen HeilpraktikenChinesische Medizin(TCM) und besteht aus einer Vielzahl von Pflanzenarten [1,2]. Während die Wirksamkeit vonPflanzenheilkundemanchmal als zweifelhaft angesehen wurde [3,4], könnte dies teilweise auf die Schwierigkeit zurückzuführen sein, die Qualität von Kräutern und die Mengen ihrer wirksamen Bestandteile zu kontrollieren. Daher wurden verschiedene Methoden verwendet, um ihre Wirksamkeit zu bestätigen und die wirksamen Komponenten zu identifizieren [5]. Moderne Technologien wie die Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) und die quantitative reverse Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) wurden kontinuierlich weiterentwickelt und eingesetzt, um herkömmliche Technologien für die umfassende und kostengünstige Qualitätskontrolle von Kräutermedizin zu ersetzen [ 6]. Obwohl jüngste Fortschritte bei Human- und anderen Genomprojekten und die Entwicklung einer Vielzahl von Omics-Technologien – wie Genomik und Transkriptomik – zur Identifizierung und Nutzung wirksamer Komponenten und zur Qualitätskontrolle/Authentifizierung von Heilpflanzen beigetragen haben [7-11 ] suchen wir immer noch nach der besten Strategie für die maximale Nutzung vonPflanzenheilkunde. Dieser Aufsatz konzentriert sich auf DNA-Microarray-basiertes Genexpressionsprofiling, eine Schlüsseltechnologie in der Transkriptomik, und zeigt, wie Forscher diese Technologie für das Screening und die Charakterisierung von TCM verwendet haben. Insbesondere die Kreuzprüfung der Daten zu TCM und ihren Bestandteilen von Kräutern, Pilzen und Nahrungspflanzen ist sehr wichtig geworden, um das angesammelte Wissen zu bewerten und die Vor- und Nachteile der TCM und ihrer effektiven Anwendungen zu bewerten.

TCM umfasst Praktiken wie Akupunktur, Moxibustion,Chinesische Kräutermedizin, Tui Na, Ernährungstherapie, Tai Chi und Qi Gong, das in der alten Philosophie des Taoismus verwurzelt ist und mehr Microarrays 2017, 6,4; doi:10.3390/microarrays6010004 als 2500 Jahre alt [12]. Die ursprüngliche TCM wurde weiterentwickelt und modifiziert, um sie auf der Grundlage von Variationen an Menschen verschiedener Nationalitäten und genetischer Hintergründe anzupassen (was zu unterschiedlichen Arten von Gesundheitsproblemen, Ernährungsgewohnheiten / -praktiken und Denkweisen und Überzeugungen über Medizin führt). in den Arten von Kräutern und ihren Inhaltsstoffen in Ländern wie Japan und Korea, wo Kampo bzw. die traditionelle koreanische Medizin (TKM) entwickelt wurden. Daher umfasst die Kräutermedizin eine Reihe von Pflanzenarten und Methoden zu ihrer Verarbeitung. Außerdem,Pflanzenheilkundewird oft mit anderen Bestandteilen wie Pilzen und Nahrungspflanzen verwendet, und daher werden hier auch ihre Extrakte und wirksamen Chemikalien diskutiert.

DNA-Mikroarrays sind eine Art biotechnologischer Vorrichtung, die zum Nachweis von Veränderungen in genomischer DNA und mRNA und zur Überwachung von Genen und ihrer mit verschiedenen Funktionen verbundenen Expression verwendet wird; daher wurden sie in der Grundlagenforschung und in der industriellen Forschung/Entwicklung weit verbreitet verwendet (überprüft von Kiyama & Zhu [13]). DNA-Mikroarray-Assays (DMA) wurden verwendet, um nützliche Materialien unter Gemischen von Chemikalien und Extrakten natürlicher Ressourcen, einschließlich Pflanzen, zu screenen und zu charakterisieren. DMA hat gegenüber anderen Technologien Vor- und Nachteile. Es wurde als diagnostisches Gerät verwendet, z. B. für die Genotypisierung von Medikamenten metabolisierenden Genen und die Vorhersage des Metastasierungsrisikos von Brustkrebs, was auf seine einzigartige Eigenschaft zurückzuführen ist, ausreichend Komplexität bereitzustellen, um die für die Diagnose erforderlichen Variationen und die erforderliche Zuverlässigkeit zu unterscheiden um Genotypen/Genexpressionsprofile genau vorherzusagen.

ActeosidinZistanchegute Wirkung haben aufNiere

2. Kräutermedizin, wirksame Chemikalien und ihre Wirkung

2.1. Durch DNA-Microarray-Assays analysierte Kräuter, Pilze und diätetische Pflanzen

Eine Reihe von Kräutern, Pilzen und Nahrungspflanzen, darunter solche, die in China, Korea (TKM) und Japan (Kampo) als TCM verwendet werden, wurden von DMA analysiert (Tabelle 1).

Extrakte aus Kräutern wurden von DMA analysiert, einschließlich der folgenden: Extrakte des Ganzen oder Teile wie Blüten und Blätter von Alkanetwurzeln, amerikanischem Ginseng, Stachelhelm, Strand-Schelbe, Beth-Wurzel, Traubensilberkerze, Krebsstrauch, chinesischer Braunwurz , Knochenset, Dong Quai, Ackerschachtelhalm, Schöllkraut, Kava, Leigongteng, Moutan, Mama, Orchidee, rosa Lapacho, Purpur-Sonnenhut, Salai, Johanniskraut, Kurkuma und wilde Yamswurzel. In der Zwischenzeit wurden die Extrakte aus Wurzel, Wurzel oder Rhizom aus chinesischem Goldfaden, chinesischer Pfingstrose,Zistanche, Danshen, Goldfaden, Huang-qi, Kudzu und Sheng-di-Huang; die Extrakte aus Samen stammten aus Lotus oder die mit ätherischem Öl angereicherten Extrakte aus Liebstöckel und Kurkuma.

Die Extrakte aus Pilzen wurden auch nach der Extraktion des Ganzen oder des Fruchtkörpers analysiert, wie z. B. der aus Buna-Shimeji, Raupenpilz, gemeinem Pilz, Himematsutake, Hiratake, Lingzhi, Lumpy Bracket, Maitake und Truthahnschwanz; nach Extraktion des Myzels, wie dem aus Raupenpilz, Himematsutake, Lingzhi, Lumpy Bracket, Maitake, Shiitake und Truthahnschwanz; oder nach Extraktion von Polysacchariden aus Lingzhi oder Triterpenen aus Hiratake, Hoelen und Lingzhi.

Extrakte wurden aus TCM-Mischungen wie den folgenden hergestellt: Danggui Buxue Tang, Guanxin Nr. 2 Dekokt, Huang-Lian-Jie-Du Dekokt, ISF-1, Kangxianling, PC-SPES, Pulsatillae Dekokt, Qingfei Xiaoyan Wan, Qinggan Huoxuefang, S/B-Heilmittel, Si-Wu-Tang, VI-28, Xiaoqinglong-Abkochung, Xuefu Zhuyu-Abkochung und Zeng Sheng Ping (TCM); Chunggan, SH21B und Youkongdan (TKM); oder Boiogito, Bofutsushosan, Orengedokuto, Hochu-ekki-to, Inchin-ko-to, Juzen-taiho-to, Kososan, Saireito, Toki-shakuyaku-san und Toki-to (Kampo).

Extrakte wurden aus anderen Nahrungspflanzen (einschließlich Gemüse, Obst und Getreide) wie Heidelbeere, bitterer Kürbis, Buchweizen, Johannisbrot, chinesisches Mahagoni, Chungkookjang (fermentierte Sojabohne), Ingwer, Gromwell, Kothala Himbutu, Marie-Menard-Apfel und Estragon hergestellt , oder häufigere Lebensmittelmaterialien wie Apfel, schwarze Himbeere, Blaubeere, Brokkoli, Zitrusfrüchte, Nelke, Knoblauch, Ginkgo, Traube, Grapefruit, grüner Tee, Kiwi, Litschi, Nektarine, Ölpalme, Olive, Pfirsich, Kaki, Pistazien, Sojabohnen und Zuckermais.

2.2. Effektive Chemikalien, charakterisiert durch DNA-Microarray-Assays

Nach der Charakterisierung der Extrakte von Kräutern, Pilzen oder Nahrungspflanzen wurden wirksame Chemikalien angereichert oder in einigen Fällen gereinigt. Sie wurden dann durch DMA analysiert, um die interessierenden Funktionen oder die beteiligten Signalwege zu identifizieren (Tabelle 2).

Abkürzungen für Assays sind Tierversuch (A), Zellproliferationsassay (C), Proteinassay (wie Western Blotting und Immunoassay) (P), Reportergen-Assay (R) und Transkriptionsassay (wie RT-PCR und DNA-Microarray-Assay) (T). ARE: antioxidatives Reaktionselement; ERK: extrazelluläre signalregulierte Kinase; HSP70: 70 Kilodalton Hitzeschockprotein; IGF-1R: insulinähnlicher Wachstumsfaktor-1-Rezeptor; NF-kB: Kernfaktor K-Leichtketten-Enhancer von aktivierten B-Zellen; PGG: 1,2,3,4,6-Penta-O-galloyl-pD-glucose; PI3K: Phosphatidylinositol-3-kinase; PPAR: Peroxisom-Proliferator-aktivierter Rezeptor; PUFA: mehrfach ungesättigte Fettsäure; ROCK: Rho-assoziierte Proteinkinase; ROS: reaktive Sauerstoffspezies; TCM: traditionelle chinesische Medizin; TNFR1: Tumornekrosefaktor-Rezeptor 1

Reine Chemikalien, die von DMA analysiert werden, sind wie folgt: Actein (ein Triterpenglykosid), Aculeatin (ein Cumarin), Baicalin (ein Flavonglykosid), Berberin (ein Isochinolinalkaloid), Biochanin A, Boswelliasäure (ein Triterpen), Brefeldin A (a Lacton-Antibiotikum), Celastrol (ein Chininmethid-Triterpen), Chelidonin (ein tertiäres Alkaloid), Curcumin (ein Diarylheptanoid), Desoxycholsäure (eine Steroidsäure), 3,3Z-Diindolylmethan (ein Indol-3--Carbinol-Derivat), Emodin (ein Anthrachinonderivat), Ergosterolperoxid (ein Steroidderivat), Genistein (ein Isoflavon), Ginsenoside Fl/Rbl/Re/Rgl/Rg3/Rhl (Steroidglykoside/Triterpensaponine), Glycyrrhizin (ein pentazyklisches Triterpenoid), Grifolin ( ein Farnesylphenol/Sesquiterpenoid), (-)-Hydroxyzitronensäure (ein Derivat der Zitronensäure), p-Hydroxyisovalerylshikonin (ein Naphthochinonderivat), Jasminoidin (ein Geniposid), Ligustrazin (ein Tetrapyrazin), Lycopin (ein Carotin), Myricetin (a Flavonol), Obovatol (ein Biphenol), Paeoniflorin (ein Monoterpen). E-Glycosid), Paeonol (ein Acetophenon-Derivat), 1,2,3,4,6-Penta-O-galloyl-pD-Glucose (PGG), Plumbagin (ein Naphthochinon-Derivat), Polysaccharid-K (Krestin) (ein proteingebundenes Polysaccharid), Quercetin (ein Flavonol), Resveratrol (ein Stilbenoid), Safran (ein Carotinoid), Salvianolsäure B (ein Tanshinol/Kaffeesäure), Sesamin/Episesamin/Sesamolin (Lignane), Siallyltrisulfid (An Organoschwefelverbindung), Sparstolonin B (ein Xanthon/Isocumarin), Sulforaphan (ein Isothiocyanat), Tanshinon IIA (ein Phenanthren-Chinon-Derivat), 2,4,3',5'-Tetramethoxystilben (ein Phenylpropanoid) und Triptolid (ein Diterpenoid). Epoxid).

Auf der anderen Seite sind die von DMA analysierten Chemikalienmischungen antioxidative Ballaststoffe aus Trauben (Ballaststoffe/Ballaststoffe), Ölpalmenphenole, Phytosterolmischungen (Mischungen von Steroidverbindungen), pflanzliche Phospholipid/Lipid-Konjugate, Polysaccharide und mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs). ).

2.3. Durch DNA-Microarray-Assays identifizierte biologische/physiologische Wirkungen

Biologische/physiologische Wirkungen und medizinische Wirksamkeit wurden von DMA untersucht. Um dies zu erreichen, wurde eine Vielzahl von Assay-Systemen verwendet (Tabelle 1), z. B. mit verschiedenen Arten (Menschen; Tiere wie Huhn, Hund, Meerschweinchen, Maus und Ratte; oder Mikroben wie Hefe und Bakterien). , Gewebe (Gehirn, Darm, Niere, Leber, Lunge, Muskel, peripheres Blut oder Milz) und Zellen (Adenokarzinomzellen, Alveolarepithelzellen, Brustkarzinomzellen, Kolonkarzinomzellen, Darmkrebszellen, dendritische Zellen, dermale Fibroblasten, Endothelzellen). Zellen, gingivale Fibroblasten, Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinomzellen (HNSCC), Hepatomzellen, humane Nabelvenen-Endothelzellen (HUVECs), Keratinozyten, Linsentumorzellen, Leukämiezellen, Makrophagen, Neurogliazellen, orale Plattenepithelkarzinomzellen, Osteosarkomzellen B. Bauchspeicheldrüsenkrebszellen, periphere mononukleäre Blutzellen (PBMCs), Präadipozyten, Prostatakrebszellen, intestinale mikrovaskuläre Endothelzellen der Ratte (RIMECs), Netzhautzellen oder Hautfibroblasten); die Assays, die den Status in vitro untersuchen (unter Verwendung von kultivierten normalen oder Krebszellen oder Hefe- oder Bakterienzellen, wie A549, BxPc-3, Caco-2, colo 205, DU145, ECV304, H9c2, HaCaT, HepG2, HCT-116, H4IIE, HL-60, Hs27, HT-29, J774.1,LT97, MCF-7, MDA-MB-231, MG -63, MonoMac6, NG108-15, PC-3, RAW 264.7, THP-1, 3T3-L1, UM1, UMSCC1 und YPK{{33} }/4-Zellen) oder in vivo (unter Verwendung von Geweben oder Zellen von Tieren oder von gesunden oder kranken Individuen); und DNA-Microarray-Plattformen und Assay-Protokolle, wie die von ABioscience, Affymetrix, Agilent Technologies, Applied Biosystems, Clontech, GE Healthcare, Illumina, Mitsubishi Rayon, SuperArray und Takara, oder kundenspezifische (siehe Abschnitt 3).

Die analysierten biologischen/physiologischen Wirkungen sind wie folgt: Die untersuchten Funktionen/Wirkungen sind Angiogenese-Modulation, Anti-Adipogenese, Anti-Atherosklerose/Anti-Arteriosklerose, Antibiotikum-Wirkung, Anti-Karzinogenese/Anti-Metastasierung, Antidepressivum-Wirkung, Anti-Diabetes/Anti -Adipositas-Wirkung, Anti-Endotoxin-Wirkung, antifibrotische Wirkung, entzündungshemmend/anti-Remodeling, antimitotische Wirkung, Apoptose, Kardioprotektion, Zellproliferation/-differenzierung, Chemoprävention, Zytotoxizität, Prävention von DNA-Schäden, Hepatotoxizität, Immunantwort, entzündlich Reaktion, Leukozytenfunktion, Neuromodulation/Neuroprotektion, Hautalterungsprävention, Stressreaktion und Wundheilung. Die Assays zeigten die rezeptorbezogene Signalübertragung, wie z. B. durch Arylhydrocarbonrezeptor (AhR), Insulinrezeptor, Peroxisom-Proliferator-aktivierter Rezeptor (PPAR) und Toll-like-Rezeptor (TLR) oder Hormon-/Wachstumsfaktor-bezogene Signalübertragung. wie Östrogensignalisierung, IFa/IFp-Signalisierung,

Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor 1 (IGF-1)-Signalweg und Tumornekrosefaktor-a (TNF-a)/Tumorwachstumsfaktor |31 (TGF-p1)-Signalweg oder signalvermittlerbezogene Signalwege, wie z Caspase-3, extrazelluläre Signal-regulierte Kinase (ERK), Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK), Kernfaktor K-Leichtketten-Enhancer von aktivierten B-Zellen (NF-kB), p53 und Wnt, oder Erkrankungen/Erkrankungen, wie Alzheimer, Durchblutungsstörungen, gynäkologische Erkrankungen, Fettstoffwechselstörungen, obstruktive Lungenerkrankungen und Morbus Parkinson.

Unterdessen sind die durch die Analyse reiner Chemikalien identifizierten Funktionen/Wirkungen (zusammengefasst in Tabelle 2) wie folgt: Antikarzinogenese (Aktin, Berberin, Biochanin A, Celastrol, Chelidonin, Genistein, Ginsenosid Rg3, Antioxidans-Nahrungsfaser aus Trauben, Grifolin, Lycopin, Paeoniflorin, PGG, pflanzliches Phospholipid/Lipid-Konjugat, Plumbagin, Polysaccharid-K (Krestin), Polysaccharide, PUFAs, Quercetin und Salvianolsäure B); Antiatherosklerose (Mischung aus Brefeldin A und Phytosterin); Entzündungshemmer (Ergosterolperoxid, Glycyrrhizin und Phenol/Paeoniflorin/Albiflorin); Immunantwort (Celastrol, Obovat und Triptolid);

antidiabetische/Anti-Adipositas-Reaktion ((—)-Hydroxyzitronensäure und Ginsenosid Re); antiinfektiös (Berberin); Apoptose (Curcumin, Emodin, p-Hydroxy-Isovaleryl-Shikonin, Tanshinon IIA und 2,4,3Z,5Z-Tetramethoxystilben); antioxidative Reaktion (Curcumin); Adipogenese/Angiogenese (akuliert und Sparstolonin B); Kardio-, Neuro- oder Vasoprotektion (Ligustrazin, Ölpalmenphenole, Resveratrol und Safran); Zellproliferation (PUFAs); Chemoprävention (Boswelliasäure, Myricetin und Sulforaphan); Östrogensignalisierung (3,3'-Diindolylmethan, Ginsenoside F1/Rb1/Rg1/Rh1 und Glycyrrhizin); ischämischer Schlaganfall (Baicalin/Desoxycholsäure/Jasminoidin); Hypoxie (Phenol); Verlängerung der Lebensdauer (Curcumin und Diallyltrisulfid); Fettstoffwechsel (Sesamin/Episesamin/Sesamolin); und Rho/ROCK (Rho-assoziierte Proteinkinase)-Signalisierung (Tanshinon IIA).

Nierenverletzung und Krankheit mitZistanche

3. Wirkmechanismen der Traditionellen Chinesischen Medizin

DNA-Microarrays für die Genexpressionsanalyse können basierend auf ihrer Anwendung in zwei Typen eingeteilt werden, globale und fokussierte DNA-Microarrays [13,182]. Globale DNA-Mikroarrays enthalten Tausende bis Hunderttausende von Sonden, die einen Teil oder die gesamte cDNA, exprimierte Sequenz-Tags (ESTs) und verschiedene Arten von Expressionsmarkern darstellen, wie z. B. solche für die Schätzung der mRNA-Kopienzahl in Zellen. Inzwischen enthalten fokussierte DNA-Mikroarrays einige Dutzend bis Tausende von Sonden, die für bestimmte Zwecke entwickelt wurden, wie z. B. die Untersuchung der Gewebe-/Zelltypspezifität, der funktionellen Spezifität und der Erstellung von Expressionsprofilen. Fokussierte DNA-Mikroarrays sind manchmal besser geeignet für die Untersuchung der Wirkungsmechanismen, wenn die Wirkung bekannt ist, wie z. B. im Fall einer vergleichenden Risikobewertung von Chemikalien und der Vorhersage von Risiken für Krebsmetastasen.

Die Gene, die in maßgeschneiderten oder fokussierten DNA-Mikroarrays für die Grundlagenforschung und die Entwicklung von Anwendungen der TCM verwendet werden, sind wie folgt: Sätze menschlicher Apoptosegene [38], 96 krebsbezogene Gene [24], 225 Gene im Zusammenhang mit Chemotaxis/Antigenprozessierung/ Zellsignalisierung/Apoptose/immunbezogene Funktionen [28], Mausimmunologie-bezogene Gene [31] und 100 Gene im Zusammenhang mit Herzerkrankungen, Apoptose, Zellzyklus/Proliferation, Zytokin/Entzündung und Antioxidation [43], für die Studie von Kräutern; Gene im Zusammenhang mit Wachstumsfaktoren/Rezeptoren, Komponenten der extrazellulären Matrix, Proteasen/Inhibitoren und Onkogenen/Tumorsuppressoren [65], zellzyklusbezogenen Genen [62,63], 172 humanen Östrogen-responsiven Genen [53] und humanem Pankreas-Adenokarzinom Gene [64] für das Studium von Pilzen; Sätze von 3000 aus der Prostata stammenden Genen [78] und 1536 Gehirngenen [72] für die Untersuchung von TCM/TKM/Kampo; Sätze von 172 humanen, auf Östrogen ansprechenden Genen [127], humanen Genen im Zusammenhang mit dem Arzneimittelstoffwechsel [116], 209 entzündungs-/immunreaktiven Genen [109], 2304 Genen, die in Caco-2-Zellen exprimiert werden [115], 204 verwandten Genen auf die Immunantwort [121] und menschliche Apoptose-bezogene Gene [130] für die Untersuchung von Nahrungspflanzen.

3.1. Gene und Pathways, die für die Aktion verantwortlich sind

Die durch DMA analysierten Signalwege sind wie folgt (siehe Kiyama & Zhu [13]; Kiyama et al. [183]): MAPK (wie G-Protein-gekoppelter Rezeptor (GPCR)/MAPK, MAPK/c-Jun N-terminal Kinase (JNK) und NF-kB/MAPK/ERK) und andere (wie Angiogenese, ErbB/humaner epidermaler Wachstumsfaktorrezeptor (HER), Kernrezeptor und Ubiquitin/Proteasom) Signalwege oder Apoptosewege (wie jene für Todesrezeptor, Infektionsreaktion und p53--abhängige Apoptose), Autophagiewege (wie die für Phosphatidylinositol-3--kinase (PI3K)/Akt/mTOR-Signalisierung und Hungerstressreaktion), Zellzyklus/DNA Schadenswege (wie G1/S-Checkpoint- und G2/M-DNA-Schadens-Checkpoint-Signalwege), Zellstoffwechselwege (wie AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) und Insulinrezeptor-Signalwege), Chromatin/epigenetische Regulationswege (wie jene für DNA-Methylierung, Heterochromatin und Histonmodifikation), Zytoskelettregulation und Adhäsionswege (wie tho se im Zusammenhang mit Aktin, Adherens Junction und Mikrotubuli-Dynamik), Entwicklungs- und Differenzierungswege (wie Hedgehog-, Notch-, TGF-p- und Wnt/p-Catenin-Signalwege), Immunologie und Entzündungswege (wie die für B-Zell Rezeptorsignalisierung, Zytokinrezeptorsignalisierung, Entzündungsreaktion, rheumatoide Arthritis, T-Zell-Aktivierung und TLR-induzierte Immunantwort), neurowissenschaftliche Signalwege (wie Alzheimer- und Parkinson-bezogene Signalwege) und translationale Kontrollwege (wie eIF2 , eIF4/P70S6K und mTOR-Signalwege).

Da Gene und Signalwege, die für die Wirkung von TCM verantwortlich sind, mit verschiedenen Zellfunktionen zusammenhängen, ist es fast unmöglich, die Wirkungsmechanismen zu verstehen, indem man einfach die Mischung von Chemikalien untersucht. Es gibt Fälle, in denen wirksame Chemikalien (wie die in Tabelle 2 gezeigten) analysiert wurden, um spezifische Mechanismen zu verstehen, wie Bax-Signalisierung/Apoptose (2,4,3',5'-Tetramethoxystilben), ERK-Signalisierung/Anti- Atherosklerose (Brefeldin A), ERK-Signalweg/Antikarzinogenese (Grifolin), Östrogen-Signalweg (Ginsenoside F1/Rb1/Rg1/Rh1 und Glycyrrhizin), Östrogen-Signalweg/Karzinogenese (3,3'-Diindolylmethan), HSP70 (ein 70 Kilodalton Hitze Schockprotein) Signalisierung/Antikarzinogenese (Paeoniflorin), NF-kB-Signalisierung/Antikarzinogenese (Quercetin), NF-kB-Signalisierung/Antientzündung (Ergosterolperoxid), NF-kB-Signalisierung/Apoptose (Tanshinon IIA), NF- kB-Signalisierung/Hypoxie (Paeonol), Nrf2-Antioxidans-Response-Element (ARE)-Signalisierung/Chemoprävention (Myricetin), PI3K-Akt-Signalisierung/Chemoprävention (Sulforaphan), PPAR-y-Signalisierung/Adipogenese (Aculeatin), reaktive Sauerstoffspezies (ROS)-Signalisierung/Apoptose (p-Hydroxyisovalerylshikonin), Rho/ROCK-Signalisierung/Zellmigration (Tanshinon e IIA), skn-1-Signalisierung/Verlängerung der Lebensdauer (Diallyltrisulfid) und Tumornekrosefaktorrezeptor 1 (TNFR1)-IGF-1R-Signalisierung/Apoptose (Emodin). Diese Signalwege sind in Abbildung 1 zusammengefasst.

3.2. An der Aktion beteiligte Zellfunktionen

Die wichtigsten Zellfunktionen, die von DMA für TCM analysiert wurden, umfassen Adipogenese, Anti-Atherosklerose, Anti-Karzinogenese, Anti-Entzündung, Apoptose, Karzinogenese, Chemoprävention, Hypoxie und Verlängerung der Lebensdauer (Tabelle 2; Abbildung 1).

Adipogenese ist ein zellulärer Differenzierungsprozess, bei dem Präadipozyten in differenzierte Adipozytenzellen umgewandelt werden und Merkmale wie morphologische Veränderung, Wachstumsstillstand, lipogene Genexpression und die Produktion von Hormonen und Wachstumsfaktoren (wie Leptin und TNF-a) umfassen. Unter den im Extrakt von Toddalia Asiatica gefundenen Komponenten wurde festgestellt, dass Aculeate die Differenzierung von Maus-3T3-L1-Präadipozyten in Adipozyten fördert [132]. DMA zeigte die Beteiligung von PPAR-y-Zielgenen am Prozess der Aktivierung durch Aculeatin, das kein Ligand von PPAR-y ist, was auf das Vorhandensein zusätzlicher Signalmechanismen hindeutet.

Atherosklerose ist eine chronische Entzündungsreaktion weißer Blutkörperchen in arteriellen Blutgefäßen, die durch Low-Density-Lipoproteine ​​(LDLs), Träger von Cholesterin und Triglyceriden, gefördert wird und zur Bildung von atherosklerotischen Plaques führt, die reich an Makrophagen und Schaumzellen sind . Östrogene Aktivität wurde durch DMA-basiertes Genexpressionsprofiling im Extrakt von Agaricus blazei nachgewiesen, die auf Brefeldin A zurückzuführen war [138]. Der Extrakt hat keine Östrogenrezeptor-abhängige Zellproliferationsaktivität, zeigt aber eine Aktivierung der Östrogensignalisierung (wie die Aktivierung von ERK, Akt und P70S6K) und positive Wirkungen für Patienten mit hohen Konzentrationen an oxidierten LDLs (siehe Abschnitt 3.3).

Abbildung 1. Zusammenfassung der Wirkungen und ihrer Mechanismen durch Chemikalien im Zusammenhang mit der traditionellen chinesischen Medizin. Wirkungsmechanismen der Chemikalien, die ursprünglich aus Heilkräutern, Pilzen und Nahrungspflanzen identifiziert oder isoliert wurden (Aculeatin, Brefeldin A, Ergosterolperoxid, Grifolin, p-Hydroxy-Isovaleryl-Shikonin, Paeonol, Quercetin und Tanshinon IIA) im Cytosol (blauer Bereich) oder der Zellkern (gelber Bereich) zusammengefasst. APP: Amyloid-Vorläuferprotein; CCL2: Chemokin (CC-Motiv) Ligand 2; ERK: extrazelluläre Signal-regulierte Kinase; p-HIV S: p-Hydroxy-Isovaleryl-Shikonin; MAPK: Mitogen-aktivierte Proteinkinase; PPAR-&agr;: Peroxisom-Proliferator-aktivierter Rezeptor y; PXR: Pregnan-X-Rezeptor; Rb: Retinoblastomprotein; TNFR: Tumor-Nekrose-Faktor-Rezeptor; und TRAP1: Tumor-Nekrose-Faktor-Rezeptor-assoziiertes Protein 1.

Karzinogenese, alternativ als Onkogenese oder Tumorgenese bezeichnet, ist ein Prozess, durch den normale Zellen in Krebszellen umgewandelt werden, die durch unkontrollierte Zellteilung gekennzeichnet sind; es beinhaltet ein Fortschreiten von Veränderungen auf zellulärer, genetischer und epigenetischer Ebene. Mehrere Chemikalien mit antikarzinogener Wirkung wurden aus Naturprodukten isoliert oder identifiziert, wie 3,3Z-Diindolylmethan aus Kreuzblütlern [145], Grifolin aus Albatrellus confluence [153], Paeoniflorin aus Paeonia lactiflora [161] und Quercetin aus verschiedenen Nahrungsprodukten Pflanzen [161] und weiter durch DMA analysiert. 3,3Z-Diindolylmethan ist östrogen und zeigt Genexpressionsprofile, die die Tumorpromotion begünstigen [145]. Grifolin wirkt sich negativ auf den Zellzyklus und das Zellwachstum aus, indem es die ERK- und Rb-Wege hemmt, die Expression von Cyclin D1, Cyclin E und CDK4 (ein Gen für eine Cyclin-abhängige Kinase) herunterreguliert und die Expression von CKI (einem CDK-Inhibitor) hochreguliert Gen) [153]. Paeoniflorin verstärkt die Expression von HSP70, das hilft, die Zellen vor Stress zu schützen, und moduliert die Expression von CDC2, FOSL1 und EGR1, Regulatoren des Zellwachstums und der Zellproliferation [161]. Quercetin hingegen induziert eine p53--unabhängige Apoptose, indem es die Expression von Todesrezeptor- oder TNFR-Signalisierungsgenen, wie den Genen für Caspase-10, DFF45, FAS, IKBa, IL1R (Interleukin -1-Rezeptor), TNFR1 und TRAILER [171].

Entzündungen sind eine Schutzreaktion auf Zellverletzungen und betreffen das lokale Gefäßsystem, das Immunsystem und verschiedene Zellen innerhalb des verletzten Gewebes. Ergosterolperoxid, das vom Sarcodon-Apparat produziert wird, unterdrückt die Entzündungsreaktion in Makrophagen, indem es die TNF-a-Sekretion hemmt und die Expression von Interleukin1 a/p (IL-1 a/p) über Signalwege wie C/EBPp, ERK herunterreguliert. JNK, MAPK und NF-kB [147].

Apoptose ist der Prozess des programmierten Zelltods, der in mehrzelligen Organismen als Reaktion auf verschiedene Belastungen wie Hitze, Hypoxie, erhöhte intrazelluläre Calciumkonzentration, Nährstoffentzug, Rezeptor-Liganden-Bindung, Bestrahlung und Virusinfektion auftreten kann. Mehrere Chemikalien stehen im Zusammenhang mit der Förderung der Apoptose und wurden daher als wirksame Komponenten in der Kräutermedizin verwendet. Emodin, das aus den Rhizomen von Rheum palmatum extrahiert wurde, zeigte testikuläre Toxizität, einschließlich der Induktion von Apoptose, höchstwahrscheinlich durch Signalwege wie IGF-1, TGF/Wnt und TNFR1-Signalisierung [146]. Aus Lithospermum erythrorhizon extrahiertes p-Hydroxyisovalerylshikonin ist ein Inhibitor von Protein-Tyrosin-Kinasen und induziert Apoptose durch Unterdrückung von TRAP1, einem TNF-assoziierten Protein und Mitglied der HSPs, sowie der Produktion von ROS [155]. Das in der Wurzel von Salvia miltiorrhiza gefundene Tanshinon IIA induziert eine Peroxisom-Proliferator-aktivierte Rezeptor (PXR)/NF-KB/CCL2--vermittelte Apoptose in Leukämiezellen [180]. 2,4,3',5'-Tetramethoxystilben, das aus Früchten, Beeren und Trauben extrahiert wird, ist ein Derivat von Resveratrol und ein starker Induktor der Apoptose, indem es die Expression von Tubulin, Stressreaktion und pro-apoptotischen Genen erhöht [178].

Chemoprävention bezieht sich auf die Verabreichung eines Medikaments, wie z. B. Medikamente und Vitamine, zum Zwecke der Vorbeugung von Krankheiten oder Infektionen, und verschiedene Chemikalien wurden speziell für die Chemoprävention von Krebs entwickelt. Aus Nahrungspflanzen isoliertes Myricetin [158] und Sulforaphan [177] zeigen eine chemopräventive Aktivität gegen Krebs, indem sie die Nrf2--vermittelte antioxidative Reaktion bzw. PI3K/Akt-Signalwege aktivieren.

Hypoxie ist ein Zustand, bei dem einer Zelle die ausreichende Sauerstoffversorgung entzogen wird, und es wurde gezeigt, dass sie verschiedene biologische und physiologische Reaktionen stimuliert. Aus Paeonia suffruticosa isoliertes Paeonol induziert die Expression von Hypoxie-induzierbaren Genen, einschließlich Hypoxie-induzierbarer Faktor 1 (HIF-1)-Zielgene, indem es den NF-kB-Signalweg unterdrückt und die Aktivität des Amyloid-Vorläuferproteins (APP) hemmt [ 162].

Die Lebensverlängerung wurde im Hinblick auf die Verlangsamung oder Umkehrung der Alterungsprozesse untersucht, um sowohl die maximale als auch die durchschnittliche Lebensdauer zu verlängern, sowie die Auswirkungen von Anti-Aging-Produkten, Ernährung, körperlicher Fitness, Hautpflege, Hormonersatz, Vitaminen und Nahrungsergänzungsmitteln , und Kräuter wurden untersucht. Aus Knoblauch isoliertes Diallyltrisulfid erhöht die Langlebigkeit von Nematoden durch Aktivierung des Pro-Langlebigkeit-Transkriptionsfaktor-Gens skin-1 und der Produkte seiner Zielgene [144].

Erkrankungen wie chronische (Arthritis, Asthma, Krebs, Diabetes und Viruserkrankungen) und neurodegenerative (Parkinson- und Alzheimer-Krankheit) Erkrankungen wurden mit TCM behandelt [1],

von denen einige von DMA untersucht und durch Tierversuche und/oder klinische Studien erforscht wurden, um schließlich klinische Anwendungen zu erreichen. Neben den oben diskutierten Zellfunktionen wurden auch Krankheiten mit weitreichenden Auswirkungen untersucht. Mittels DMA wurden beispielsweise antidepressive, antidiabetische, Anti-Adipositas-, Neuromodulations- und Neuroprotektionswirkungen sowie die Behandlung von neurologischen, Parkinson- und Alzheimer-Erkrankungen im Zusammenhang mit TMC und/oder Bestandteilen von Kräutern/Pilzen/Nahrungspflanzen untersucht (Tabelle 1 ) oder ihre wirksamen Bestandteile, wie Ginsenoside (gegen Diabetes), (—)-Hydroxyzitronensäure (gegen Fettleibigkeit), Obovat (gegen Neuroinflammation) und Salvianolsäure B (gegen Neuroprotektion), wurden mittels DMA untersucht (Tabelle 2 ).

3.3. Durch DNA-Microarray-Assays gefundene Aktivitäten (stille Östrogene)

Von DMA gefundene Aktivitäten werden häufig als Zellsignale in spezifischen Signalwegen wie Angiogenese, ErbB/HER, MAPK, Kernrezeptor und Ubiquitin/Proteasom-Signalwegen und/oder in Zellfunktionen wie Apoptose, Autophagie, Zellzyklus/ DNA-Schädigung/Zytoskelettbildung, Zellstoffwechsel, Chromatin/Epigenese-Regulation, Entwicklung/Differenzierung, Immunologie/Entzündungsreaktion, neurologische Erkrankungen und Translationskontrolle [183]. Während die meisten dieser Zellsignalwege und Zellfunktionen durch andere Technologien nachgewiesen werden können, gibt es möglicherweise einige Aktivitäten, die ausschließlich durch DMA nachgewiesen werden können. Eine solche Aktivität kommt von einer Gruppe von Östrogenen, stillen Östrogenen, die östrogene Genexpressionsprofile zeigen, ohne positive Auswirkungen auf die Zellproliferation zu zeigen [13].

Östrogen ist ein weibliches Hormon, das für verschiedene biologische und physiologische Aktivitäten verantwortlich ist, einschließlich der Rezeptor-vermittelten Stimulierung der Proliferation von Zellen in Geweben wie der Brust und den Eierstöcken. Mehrere Chemikalien und Mischungen von Chemikalien, wie Brefeldin A [138], Süßholzextrakte [150] und Ölabbauprodukte [184], zeigten ähnliche Genexpressionsprofile wie Östrogen, obwohl sie die Proliferation von Östrogen nicht stimulierten Östrogenrezeptor-positive Brustkrebs-MCF-7-Zellen. Obwohl der Signalweg für die Zellproliferation theoretisch von denen für andere Zellfunktionen getrennt werden könnte, war diese Trennung nicht möglich, da die meisten der auf östrogene Aktivität untersuchten Zellen Östrogenrezeptoren enthalten und die verwendeten Technologien für einen solchen Zweck nicht geeignet waren. Neuere Erkenntnisse über kompliziertere Signalwege/Netzwerke, wie autokrine/parakrine/homöostatische Netzwerke und Übersprechen/Umgehung von Zellsignalen, schließen Wege ein, die nicht notwendigerweise an der Zellproliferation oder den Östrogenrezeptoren enthaltenden Zellen beteiligt sind [185,186]. Somit kann die östrogene Aktivität sogar für stille Östrogene nachgewiesen werden, da DMA verschiedene Signalwege trennen kann und die Ähnlichkeit von Chemikalien auf den Ebenen der Genexpression und der Zellsignalisierung analysiert werden kann.

CistancheDeserticola hat viele Wirkungen