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Le traitement par électroacupuncture atténue avec succès les symptômes de la BPCO dans des modèles expérimentaux de rats

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qui présente un potentiel en tant que traitement d'appoint de la BPCO à l'avenir

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La bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est la troisième cause de décès dans le monde, et les traitements pharmacologiques actuels sont associés à des effets secondaires. Récemment, les chercheurs Lu Liu, Zili Tang et leurs collègues ont publié une étude intitulée "Transcriptomic Insights into Different Stimulation Intensity of Electroacupuncture in Treating COPD in Rat Models" (Aperçu transcriptomique des différentes intensités de stimulation de l'électroacupuncture dans le traitement de la BPCO chez les modèles de rats) dans le Journal of Inflammation Research.

Cette étude visait à étudier les effets thérapeutiques et les mécanismes moléculaires de l'électroacupuncture à des intensités de 1mA et 3mA sur la BPCO dans des modèles de rats. Grâce à l'établissement d'un modèle, au regroupement des traitements, à la détection multiparamétrique et à l'analyse omique, les chercheurs ont constaté que les deux intensités amélioraient la fonction pulmonaire, mais que les profils d'expression génique variaient. Ils ont identifié huit gènes candidats et des voies connexes, fournissant ainsi de nouvelles cibles et de nouvelles perspectives pour le traitement de la BPCO par électroacupuncture.

1. Contexte de la recherche

La bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) se caractérise par une inflammation chronique, la destruction des alvéoles et l'obstruction des petites voies respiratoires, ce qui en fait la troisième cause de décès dans le monde. Les traitements pharmacologiques actuels sont associés à des effets secondaires, tandis que l'électroacupuncture (EA) a démontré une certaine efficacité dans le traitement clinique. Toutefois, l'intensité de la stimulation n'est pas normalisée. Cette étude visait à comparer les effets thérapeutiques et les mécanismes de l'électroacupuncture 1mA et 3mA sur la BPCO dans des modèles de rats et à révéler les mécanismes de régulation moléculaire grâce à l'analyse transcriptomique.

2. Méthodes expérimentales

2.1 Animaux et groupes expérimentaux

Sélection des animaux : Rats mâles Sprague-Dawley âgés de 12 à 14 semaines.

Groupement des animaux : Les rats ont été répartis au hasard en quatre groupes, chacun composé de six animaux : groupe témoin normal (NC), groupe BPCO, groupe BPCO+1mA-EA (EA-1mA) et groupe BPCO+3mA-EA (EA-3mA).

2.2 Établissement d'un modèle de BPCO et traitement par électroacupuncture

Création du modèle : Le modèle de BPCO a été induit en combinant le tabagisme passif (CS) et l'injection intratrachéale de lipopolysaccharide (LPS). Les rats ont été exposés à la fumée de cigarette dans un système d'exposition du corps entier pendant 2 heures par jour pendant 12 semaines, avec des injections de LPS aux jours 1, 31 et 61.

Traitement par électroacupuncture : À partir du 77e jour, des rats des groupes EA-1mA et EA-3mA ont été traités par électroacupuncture pendant 20 minutes par jour pendant deux semaines. Les acupoints BL13 (Feishu) et ST36 (Zusanli) ont été sélectionnés, avec des profondeurs d'insertion d'aiguille de 6 mm et 7 mm, respectivement. Des ondes éparses-denses d'une fréquence de 4/20Hz et d'une intensité de 1mA et 3mA ont été appliquées. Les rats des groupes NC et BPCO ont subi une anesthésie sans EA.

2.3 Indicateurs d'évaluation

Évaluation de la fonction pulmonaire : Les paramètres de la fonction pulmonaire, notamment le volume expiratoire forcé (VEM), la capacité vitale forcée (CVF) et le rapport VEM/CVF, ont été mesurés à l'aide d'un système de test de la fonction pulmonaire pour animaux de laboratoire.

Examen histopathologique : La morphologie des tissus pulmonaires a été évaluée par coloration à l'hématoxyline et à l'éosine (HE), et l'infiltration inflammatoire a été détectée par coloration immunohistochimique (IHC). Le rapport entre la surface alvéolaire et la surface interstitielle (A/S) et la densité optique moyenne (IOD/surface) des macrophages et des lymphocytes T ont été calculés.

Indicateurs de stress inflammatoire et oxydatif : Les taux sériques d'interleukine-6 (IL-6), d'interleukine-1β (IL-1β), d'interleukine-10 (IL-10) et de facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α) ont été mesurés à l'aide d'un test immuno-enzymatique (ELISA). Des kits biochimiques ont été utilisés pour mesurer les niveaux de superoxyde dismutase (SOD), de malondialdéhyde (MDA) et de glutathion peroxydase (GSH-Px) dans le sérum et le tissu pulmonaire.

Séquençage transcriptomique (RNA-Seq) et analyse : L'ARN total a été extrait du tissu pulmonaire pour l'analyse RNA-Seq afin d'identifier les gènes différentiellement exprimés (DEG). Des analyses d'enrichissement des voies de l'ontologie des gènes (GO) et de l'encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG) ont été réalisées. L'analyse des réseaux de coexpression génique pondérée (WGCNA) a été utilisée pour construire des réseaux de coexpression génique et déterminer la relation entre les modules et les caractères.

Validation par RT-qPCR et Western Blot (WB) : Les DEG sélectionnés ont été validés au niveau de l'ARNm et des protéines par RT-qPCR et WB, respectivement.

2.4 Analyse statistique

Les données ont été exprimées en moyenne ± écart-type (ET) et analysées à l'aide du logiciel Prism 9.0. Pour les données présentant une distribution normale et une homogénéité de la variance, une analyse de la variance (ANOVA) à sens unique a été utilisée, suivie de tests t de la plus petite différence significative (LSD) pour les comparaisons par paire. Pour les données non distribuées normalement, le test de Kruskal-Wallis a été appliqué. La signification statistique a été fixée à p < 0,05.

3. Résultats expérimentaux

3.1 Effets de l'électroacupuncture sur la fonction pulmonaire, l'inflammation et le stress oxydatif chez les rats atteints de BPCO

Amélioration de la fonction pulmonaire : Comparé au groupe NC, le rapport VEMS/CVF dans le groupe BPCO était significativement réduit, indiquant une limitation sévère du débit d'air. Les traitements EA-1mA et EA-3mA ont amélioré de manière significative le rapport, bien qu'aucune différence significative n'ait été observée entre les deux groupes EA.

Modifications histopathologiques :

La coloration HE a montré un épaississement des septa alvéolaires, la formation d'emphysème et l'infiltration de cellules inflammatoires dans le groupe BPCO. Le rapport A/S a été réduit et le nombre de cellules inflammatoires a augmenté. Le traitement par EA-3mA a augmenté de manière significative le rapport A/S, tandis que l'EA-1mA a également montré une tendance à l'augmentation, bien qu'elle n'ait pas atteint la signification statistique. Les deux traitements ont inhibé l'agrégation locale des cellules inflammatoires. Les résultats de la coloration IHC étaient cohérents et montraient une infiltration importante de cellules inflammatoires dans le groupe BPCO. Après le traitement à l'EA, le nombre de macrophages et de lymphocytes T a été réduit.

Modifications des facteurs inflammatoires et des indicateurs de stress oxydatif :

Dans le groupe BPCO, les taux sériques de cytokines pro-inflammatoires étaient élevés, l'activité des enzymes antioxydantes était réduite et les taux de MDA, produit de la peroxydation lipidique, étaient augmentés. Le traitement à l'EA-3mA a réduit de manière significative les niveaux d'IL-6, d'IL-1β et de TNF-α, tout en augmentant le niveau d'IL-10. Il a également renforcé l'activité de la SOD et de la GSH-Px dans le sérum et les tissus pulmonaires, et réduit les niveaux de MDA. Le traitement à l'EA-1mA a eu un effet moindre sur les niveaux de cytokines, et seule une légère amélioration a été observée au niveau des indicateurs antioxydants dans le sérum.

3.2 Résultats de l'analyse transcriptomique

Criblage des gènes différentiellement exprimés :

L'analyse RNA-Seq a permis d'identifier un total de 1 101 gènes différentiellement exprimés (DEG). Le regroupement hiérarchique a montré des profils d'expression génique distincts entre le groupe BPCO et le groupe NC, le groupe EA-3mA présentant une plus grande similitude avec le groupe NC, tandis que le groupe EA-1mA présentait une plus grande divergence. L'analyse du diagramme de Venn a révélé que, par rapport au groupe BPCO, le groupe EA-1mA a régulé 94 gènes à la hausse et le groupe EA-3mA 255 gènes à la hausse, 32 gènes se chevauchant. En outre, 63 gènes régulés dans le groupe BPCO par rapport au groupe NC ont été régulés de manière inverse après le traitement par EA. Des gènes spécifiques qui n'étaient exprimés que dans certains groupes d'EA ont également été identifiés, tels que Msr1 et Slc26a4, qui n'étaient régulés à la baisse que dans le groupe EA-1mA, et Pde3a et Bmp6, qui n'étaient régulés à la hausse que dans le groupe EA-3mA.

Analyse d'annotation fonctionnelle :

L'analyse de l'enrichissement des voies GO et KEGG a révélé que les DEG dans le groupe BPCO étaient principalement enrichis dans les cascades du complément et de la coagulation, le phagosome, le rythme circadien et d'autres voies. Le groupe EA-3mA a également montré un enrichissement dans ces voies, ainsi qu'un enrichissement spécifique dans les synapses cholinergiques, les synapses glutamatergiques et les voies de guidage des axones. Le groupe EA-1mA, comparé au groupe BPCO, a principalement enrichi les voies associées à l'inflammation et aux réponses immunitaires, telles que la formation de pièges extracellulaires pour les neutrophiles, le phagosome et les voies de signalisation du facteur 1 inductible à l'hypoxie (HIF-1).

3.3 Résultats de l'analyse WGCNA

L'analyse WGCNA a divisé les 1 101 DEG en 5 modules. Le module MEblue était en corrélation négative avec le rapport VEMS/CVF et les taux sériques de SOD, et en corrélation positive avec les taux sériques de MDA. Ce module contenait des gènes tels que Aqp9, Trem1, Mrc1 et Gpnmb, qui étaient régulés à la baisse dans les deux intensités d'EA. Les modules MEblue et MEbrown étaient négativement corrélés avec les niveaux sériques de SOD, avec Msr1 et Slc26a4 spécifiquement restaurés dans le groupe EA-1mA. Le module MEturquoise était négativement corrélé aux niveaux sériques d'IL-1β et contenait des gènes tels que Pde3a et Bmp6, qui étaient spécifiquement régulés à la hausse dans le groupe EA-3mA. Les résultats de la RT-qPCR et du WB ont confirmé que les tendances d'expression de ces gènes étaient cohérentes avec les résultats du séquençage.

3.4 Sélection et analyse des gènes cibles

Sur la base de l'analyse et de l'examen de la littérature, Mrc1, Gpnmb, Trem1 et Aqp9 ont été sélectionnés comme gènes cibles. Ces gènes étaient significativement régulés à la hausse dans le modèle de la BPCO et régulés à la baisse après le traitement par l'EA. Ils peuvent participer à la pathogenèse de la BPCO en modulant l'inflammation, le stress oxydatif et les processus de remodelage des tissus, ce qui en fait des cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement de la BPCO par l'EA.

4. Conclusions de la recherche

Les intensités de stimulation de l'électroacupuncture de 1mA et de 3mA ont induit des profils d'expression génique différents dans le modèle de rat BPCO, impliquant des voies d'enrichissement à la fois communes et spécifiques. Des gènes tels que Mrc1, Gpnmb, Trem1 et Aqp9 peuvent servir de cibles thérapeutiques potentielles, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer leurs rôles fonctionnels dans la BPCO. Cette étude fournit des preuves transcriptomiques permettant de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le traitement de la BPCO par électroacupuncture.

Plusieurs instruments scientifiques ont été utilisés au cours de l'étude.

1. Système d'exposition du corps entier de Tow-Int Tech (CSM-100C, Tow-Int Tech, Shanghai, Chine)

Il est utilisé pour exposer les rats à la fumée de cigarette afin d'établir le modèle de rat BPCO.

Processus d'établissement du modèle de BPCO :

Paramètres de l'équipement :

Pendant l'expérience, les rats sont placés dans une chambre d'exposition, où ils sont exposés à un environnement contrôlé de fumée de cigarette selon un programme spécifique.

Durée d'exposition et cycles :

L'expérience a duré 12 semaines, au cours desquelles les rats ont été exposés à la fumée de cigarette pendant 2 heures par jour (en deux sessions d'une heure). Au total, les rats ont été exposés à la fumée de 30 cigarettes. Chaque cigarette contenait 11 mg de goudron et 1,1 mg de nicotine.

Simulation de l'environnement pathologique de la BPCO :

En exposant les rats à la fumée de cigarette pendant une période prolongée, le modèle imite le processus pathologique de la BPCO causé par le tabagisme chronique chez l'homme. Les substances nocives de la fumée de cigarette ont induit une inflammation chronique et un stress oxydatif dans les poumons des rats, entraînant des changements pathologiques pulmonaires similaires à ceux observés chez les patients atteints de BPCO, tels que des lésions alvéolaires, une inflammation des petites voies respiratoires et une obstruction.

Renforcement de la réponse inflammatoire par l'injection de LPS :

À des moments précis (jours 1, 31 et 61), les rats ont reçu une injection intratrachéale de lipopolysaccharide (LPS). Le LPS, en tant que stimulant inflammatoire, a renforcé la réponse inflammatoire des poumons, rendant le modèle de rat plus proche des caractéristiques pathologiques de la BPCO humaine. Cette approche a permis d'établir un modèle animal de BPCO plus stable et plus fiable pour les recherches ultérieures sur les effets thérapeutiques et les mécanismes de l'électroacupuncture dans le traitement de la BPCO.

2. Système de test de la fonction pulmonaire chez l'animal :

Le système est utilisé pour évaluer la fonction pulmonaire des rats, y compris le volume expiratoire forcé (VEM), la capacité vitale forcée (CVF) et d'autres indicateurs, afin d'évaluer les effets de l'électroacupuncture (EA) sur la fonction pulmonaire des rats atteints de BPCO.

Processus d'évaluation de la fonction pulmonaire :

Les rats ont été anesthésiés et ont subi une trachéotomie. Le système est équipé d'un ventilateur qui peut contrôler automatiquement la respiration de l'animal, ce qui permet de réaliser différents tests de la fonction pulmonaire.

Paramètres contrôlés :

Les paramètres testés comprennent le volume expiratoire forcé à 0,1 seconde (VEMS0,1), le volume expiratoire forcé à 0,3 seconde (VEMS0,3) et la capacité vitale forcée (CVF). Le rapport VEMS/CVF (VEMS/CVF) est calculé pour évaluer la fonction pulmonaire.

Ces paramètres sont utilisés pour évaluer l'état de la fonction pulmonaire des rats, ce qui permet de comprendre les changements de la fonction pulmonaire dans le modèle de rat BPCO, ainsi que l'impact de différentes intensités de traitement par électroacupuncture sur la fonction pulmonaire.

Référence de l'étude

Liu, Lu, et al. "Transcriptomic Insights into Different Stimulation Intensity of Electroacupuncture in Treating COPD in Rat Models" Journal of Inflammation Research (2024) : 2873-2887.

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