歯周炎に対する複数の漢方薬の免疫調節効果：マルチオミックスシークエンスとネットワーク薬理学

Immunomodulatory effects of multiple traditional Chinese medicines on periodontitis: Multi-omics sequencing and network pharmacology.

抄録

背景:

口腔内に蔓延する炎症性疾患である歯周炎は、基本的に歯周病細菌叢と宿主免疫との間の恒常性の破綻から生じている。本研究の目的は、歯周炎管理のための漢方薬（TCM）の基礎となる免疫調節メカニズムを解明することである。

BACKGROUND: Periodontitis, a prevalent oral inflammatory disorder, fundamentally arises from disrupted homeostasis between periodontal microbiota and host immunity. Our study aims to elucidate the immunoregulatory mechanisms underlying traditional Chinese medicines (TCMs) for periodontitis management.

方法:

複数の単一細胞トランスクリプトームデータセットを統合することにより、細胞組成、パスウェイ活性、細胞発生軌跡、細胞間コミュニケーションネットワークを複合的に調査し、歯周炎における免疫微小環境を探索した。次に、バルク組織のトランスクリプトームデータを加え、ssGSEA、濃縮解析、WGCNA、PPI解析を行い、歯周炎における免疫調節異常を媒介するハブ遺伝子を同定した。ネットワーク薬理学と分子ドッキングを利用して、歯周炎治療における中医薬の包括的な薬効成分-標的細胞-経路-疾患ネットワークを構築した。候補となる治療標的および生理活性成分は、in vitroモデル、臨床検体および質量分析を用いて検証した。

METHODS: By integrating multiple single-cell transcriptomic datasets, a combined investigation of cellular composition, pathway activities, cell development trajectories and intercellular communication network was employed to explore the immune microenvironment in periodontitis. Then bulk-tissue transcriptomic data was included and ssGSEA, enrichment analysis, WGCNA and PPI analysis were performed to identify the hub genes that mediated immune dysregulation in periodontitis. Network pharmacology and molecular docking were utilized to construct a comprehensive medicine-ingredient-target-cell-pathway-disease network of TCMs in the treatment of periodontitis. The candidate therapeutic targets and bioactive ingredients were validated using in vitro models, clinical specimens and mass spectrometry.

結果:

歯周炎における免疫異常は、活性化した免疫細胞と機能不全に陥った非免疫性間質細胞の両方から生じており、これらは114のハブ遺伝子によって制御されていた。これらのハブ遺伝子に基づき、59の生理活性化合物と22の歯周炎に対する中医薬のターゲット候補を同定した。実験的検証から、KDR、CASP3、LYNは炎症性サイトカインの発現と分泌を有意に促進し、ケンプフェロール、ケルセチン、サルビアノール酸Gによって抑制されることが示された。

RESULTS: Immune dysregulation in periodontitis arises from both hyperactivated immune cells and dysfunctional non-immune stromal cells, which was regulated by 114 hub genes. Based on these hub genes, we identified 59 bioactive compounds and 22 candidate targets of TCMs against periodontitis, all of which showed stable bindings. Experimental validation showed KDR, CASP3 and LYN significantly promoted pro-inflammatory cytokines expression and secretion, which was inhibited by kaempferol, quercetin and salvianolic acid G.

結論:

従来のネットワーク薬理学とマルチオミックスシークエンシングを統合することで、中医薬は特定の細胞集団内で複数の成分-標的相互作用を介して歯周炎に対する免疫調節作用を発揮する可能性があることを見出した。

CONCLUSIONS: By integrating conventional network pharmacology with multi-omics sequencing, we found that TCMs may exert immunomodulatory effects on periodontitis through multiple ingredient-target interactions within specific cell populations.