數據驅動模式在生物醫學研究中的應用 : 以大腸癌肺癌膽管癌的研究為例

在當今的生物醫學研究領域，數據驅動的模式正成為揭示疾病機制和尋找新療法的關鍵方法。最近發表於Cancer Science的一項研究，展示了如何利用這種方法來探索和確定有效的大腸腺瘤預防化合物。本文將深入分析這項研究的方法和發現，並探討其對未來生物醫學研究的意義。

In the realm of contemporary biomedical research, data-driven methodologies are increasingly becoming pivotal in unraveling disease mechanisms and identifying new therapeutic avenues. A recent study published in Cancer Science exemplifies how this approach can be utilized to explore and determine effective compounds for the prevention of colorectal adenomas. This article delves into the methodology and findings of this study, discussing its implications for future biomedical research.

現代の生物医学研究において、データ駆動型の方法論は、疾患メカニズムの解明や新しい治療法の特定においてますます重要になっています。Cancer Science誌に掲載された最近の研究は、このアプローチが大腸腺腫の予防に効果的な化合物を探索し、特定するためにどのように利用されるかを示しています。この記事では、この研究の方法論とその発見、そして生物医学研究の未来への意義について詳しく説明します。

數據驅動模式在生物醫學研究中的應用：以癌症科學期刊的研究為例

在當今的生物醫學研究領域，數據驅動的模式正成為揭示疾病機制和尋找新療法的關鍵方法。最近發表於Cancer Science的一項研究，展示了如何利用這種方法來探索和確定有效的大腸腺瘤預防化合物。本文將深入分析這項研究的方法和發現，並探討其對未來生物醫學研究的意義。

Cancer Sci. 2022 Dec; 113(12): 4374–4384.

Published online 2022 Sep 20. doi: 10.1111/cas.15576

PMCID: PMC9746064

PMID: 36082704

Resveratrol inhibits development of colorectal adenoma via suppression of LEF1; comprehensive analysis with connectivity map

數據驅動研究的核心：連接性地圖分析

連接性地圖（CMAP）分析的原理

連接性地圖（CMAP）分析是一種利用已有的基因表達數據庫，尋找特定疾病或病理狀態與藥物之間潛在關聯的方法。研究者通過比較疾病特有的基因表達模式與藥物引起的基因表達變化，來預測可能的治療藥物。

研究中的CMAP應用

在這項研究中，研究者首先基於大腸腺瘤和正常上皮樣本的DNA微陣列分析，生成了大腸腺瘤特異性基因簽名。然後，他們將這些簽名應用於CMAP分析，篩選出1309種美國食品藥品監督管理局（FDA）批准的化合物，最終確定了121種可能抵消這些基因簽名的候選化合物。

從篩選到確認：發現白藜蘆醇的過程

篩選和評估候選化合物

研究者進一步將候選化合物篩選至15種，並在體外評估它們對大腸腺瘤患者衍生的器官體（PDOs）生長的抑制效果。

白藜蘆醇的發現與驗證

最終，研究者確定了白藜蘆醇作為對大腸腺瘤PDOs生長抑制效果最強的化合物。動物實驗進一步證實了白藜蘆醇在預防大腸腺瘤方面的有效性。

白藜蘆醇的作用機制：抑制LEF1表達

LEF1與Wnt信號通路

LEF1是Wnt信號通路中的關鍵分子，該研究發現白藜蘆醇治療的大鼠腺瘤樣本中LEF1表達顯著下調。

白藜蘆醇對Wnt目標基因的影響

進一步的分析顯示，白藜蘆醇顯著下調了大腸腺瘤PDOs中的Wnt目標基因（如MYC）。

結論與未來展望

這項研究不僅展示了數據驅動模式在生物醫學研究中的強大應用潛力，也為大腸腺瘤的化學預防提供了新的思路。未來的研究可以進一步

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Data-Driven Approaches in Biomedical Research: A Case Study from Cancer Science Journal

In the realm of contemporary biomedical research, data-driven methodologies are increasingly becoming pivotal in unraveling disease mechanisms and identifying new therapeutic avenues. A recent study published in Cancer Science exemplifies how this approach can be utilized to explore and determine effective compounds for the prevention of colorectal adenomas. This article delves into the methodology and findings of this study, discussing its implications for future biomedical research.

Core of Data-Driven Research: Connectivity Map Analysis

Principles of Connectivity Map (CMAP) Analysis

Connectivity Map (CMAP) analysis is a method that leverages existing gene expression databases to identify potential links between specific diseases or pathological states and drugs. Researchers predict potential therapeutic drugs by comparing the unique gene expression patterns of a disease with the gene expression changes caused by drugs.

Application of CMAP in the Study

In this study, researchers first generated colorectal adenoma-specific gene signatures based on DNA microarray analysis of colorectal adenomas and normal epithelial samples. They then applied these signatures to CMAP analysis, screening 1309 FDA-approved compounds, eventually identifying 121 candidate compounds that could negate these gene signatures.

From Screening to Confirmation: Discovering Resveratrol

Screening and Evaluating Candidate Compounds

The researchers further narrowed down the candidate compounds to 15 and evaluated their inhibitory effects on the growth of colorectal adenoma patient-derived organoids (PDOs) in vitro.

Discovery and Validation of Resveratrol

Ultimately, resveratrol was identified as the compound with the strongest inhibitory effect on the growth of colorectal adenoma PDOs compared to normal epithelial PDOs. Animal experiments further confirmed the efficacy of resveratrol in preventing colorectal adenomas.

Mechanism of Action of Resveratrol: Suppression of LEF1 Expression

LEF1 and the Wnt Signaling Pathway

LEF1 is a key molecule in the Wnt signaling pathway, and the study found a significant downregulation of LEF1 expression in adenoma samples from rats treated with resveratrol.

Impact of Resveratrol on Wnt Target Genes

Further analysis showed that resveratrol significantly downregulated Wnt target genes (such as MYC) in colorectal adenoma PDOs.

Conclusion and Future Perspectives

This study not only demonstrates the powerful application potential of data-driven models in biomedical research but also provides new insights into the chemoprevention of colorectal adenomas. Future research can further explore and validate these findings, potentially leading to novel preventive strategies against colorectal cancer.

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生物医学研究におけるデータ駆動型アプローチ：がん科学誌の事例研究

現代の生物医学研究において、データ駆動型の方法論は、疾患メカニズムの解明や新しい治療法の特定においてますます重要になっています。Cancer Science誌に掲載された最近の研究は、このアプローチが大腸腺腫の予防に効果的な化合物を探索し、特定するためにどのように利用されるかを示しています。この記事では、この研究の方法論とその発見、そして生物医学研究の未来への意義について詳しく説明します。

データ駆動型研究の核心：コネクティビティマップ分析

コネクティビティマップ（CMAP）分析の原則

コネクティビティマップ（CMAP）分析は、既存の遺伝子発現データベースを活用して、特定の疾患や病理状態と薬剤との間の潜在的なリンクを特定する方法です。研究者は、疾患のユニークな遺伝子発現パターンと薬剤による遺伝子発現変化を比較することで、潜在的な治療薬を予測します。

研究におけるCMAPの応用

この研究では、まず大腸腺腫と正常上皮標本のDNAマイクロアレイ分析に基づいて大腸腺腫特有の遺伝子シグネチャを生成しました。次に、これらのシグネチャをCMAP分析に適用し、1309種類のFDA承認薬剤をスクリーニングし、これらの遺伝子シグネチャを打ち消す可能性のある121種類の候補化合物を特定しました。

スクリーニングから確認へ：レスベラトロールの発見

候補化合物のスクリーニングと評価

研究者はさらに候補化合物を15種類に絞り込み、体外での大腸腺腫患者由来オルガノイド（PDO）の成長抑制効果を評価しました。

レスベラトロールの同定と検証

最終的に、レスベラトロールは正常上皮PDOに比べて大腸腺腫PDOの成長を最も強く抑制する化合物として同定されました。動物実験により、レスベラトロールが大腸腺腫の予防に有効であることがさらに確認されました。

レスベラトロールの作用機序：LEF1発現の抑制

LEF1とWntシグナル伝達経路

LEF1はWntシグナル伝達経路の重要な分子であり、研究ではレスベラトロールを投与したラットの腺腫サンプルでLEF1の発現が著しくダウンレギュレーションされていることが見出されました。

レスベラトロールによるWnt標的遺伝子への影響

さらなる分析により、レスベラトロールは大腸腺腫PDOのWnt標的遺伝子（例えばMYC）を有意にダウンレギュレートすることが示されました。

結論と今後の展望

この研究は、データ駆動型モデルが生物医学研究においてどのように強力な応用ポテンシャルを持つかを示すだけでなく、大腸腺腫の化学予防に関する新たな洞察を提供しています。今後の研究では、これらの発見をさらに探求し、検証することで、大腸がんに対する新しい予防戦略が開発される可能性があります。

繁體中文版

數據驅動模式在生物醫學研究中的應用：以牡丹根提取物抗癌機制為例

在當今的生物醫學研究中，數據驅動模式已成為揭示疾病機制和尋找新療法的關鍵方法。最近發表於Biomed Pharmacother的一項研究，展示了如何利用系統轉錄組分析來識別牡丹根提取物對抗肺癌的新機制。

牡丹根提取物的抗癌潛力

牡丹根（Paeoniae Radix，簡稱PR）在許多臨床應用中具有重要的治療價值。然而，由於其含有多種生物活性化合物，其對人體健康的影響及作用機制尚不明確。

研究方法與發現

本研究通過對人類肺癌細胞（A549）進行牡丹根水提取物（WPR）和醇提取物（EPR）的劑量依賴性處理，並對全基因組基因表達變化進行分析，從而在分子通路層面探討了PR的作用。研究發現，PR通過調節多條通路來對A549細胞產生抗癌效果。特別是，EPR及其兩種成分——山柰酚（HG）和油酸（OA）顯著下調Aurora B通路。

牡丹根提取物與Aurora B通路的交互作用

研究團隊建立了一個集成的PR提取物-化合物-靶基因網絡，以理解它們在Aurora B通路中的相互作用。這些發現強化了抑制Aurora激酶活性作為治療癌症的治療目標，為PR及其成分對抗肺癌的新作用機制提供了潛力。

結論與未來展望

這項研究不僅展示了數據驅動模式在生物醫學研究中的強大應用潛力，還為牡丹根及其成分對抗肺癌的新機制提供了有力的科學依據。未來的研究將進一步探索這些發現，為肺癌的治療開發新的策略。

English Version

Data-Driven Approaches in Biomedical Research: The Case of Paeoniae Radix Extracts in Cancer Treatment

In modern biomedical research, data-driven approaches have become key in unraveling disease mechanisms and finding new treatments. A recent study published in Biomed Pharmacother demonstrates how systematic transcriptome analysis can identify novel anticancer mechanisms of Paeoniae Radix (PR) extracts.

The Anticancer Potential of Paeoniae Radix Extracts

Paeoniae Radix, commonly known as PR, holds significant therapeutic value in various clinical applications. However, its complex effects on human health, due to the presence of various bioactive compounds, make its mechanisms of action unclear.

Methodology and Discoveries

This study investigated the effects of PR on molecular pathways by profiling genome-wide gene expression changes in human lung cancer cells (A549) treated with PR water extract (WPR) and ethanol extracts (EPR). It was found that PR exerts anticancer effects in A549 cells by regulating numerous pathways, notably downregulating the Aurora B pathway significantly through EPR and two of its compounds, hederagenin (HG) and oleanolic acid (OA).

Interaction of PR Extracts with the Aurora B Pathway

The research team created an integrated PR extracts-compounds-target genes network within the Aurora B pathway to understand their interactions. These findings reinforce the therapeutic target of inhibiting Aurora kinase activity in cancer treatment, providing potential novel mechanisms of action for PR and its components against lung cancer.

Conclusion and Future Perspectives

This study not only showcases the powerful application potential of data-driven models in biomedical research but also provides strong scientific evidence for new mechanisms of action of PR and its components against lung cancer. Future research will further explore these findings, developing new strategies for lung cancer treatment.

日本語版

生物医学研究におけるデータ駆動型アプローチ：牡丹根エキスの抗がんメカニズムの事例

現代の生物医学研究では、データ駆動型アプローチが病気のメカニズムを解明し、新しい治療法を見つけるための鍵となっています。Biomed Pharmacotherに掲載された最近の研究は、系統的なトランスクリプトーム分析を用いて、牡丹根（Paeoniae Radix、PR）エキスの新しい抗がんメカニズムを特定する方法を示しています。

牡丹根エキスの抗がんポテンシャル

牡丹根（PR）は、多くの臨床応用で重要な治療価値を持っています。しかし、様々な生物活性化合物の存在により、その人体への複雑な影響は、作用機序が不明確です。

研究方法と発見

この研究では、PR水エキス（WPR）およびエタノールエキス（EPR）で処理した人間の肺がん細胞（A549）における全ゲノム遺伝子発現の変化をプロファイリングし、分子パスウェイレベルでのPRの効果を調査しました。PRは、特にEPRおよびその成分であるヘデラゲニン（HG）とオレアノール酸（OA）を通じて、Aurora Bパスウェイを顕著にダウンレギュレートすることにより、A549細胞に抗がん効果を発揮することがわかりました。

PRエキスとAurora Bパスウェイの相互作用

研究チームは、Aurora Bパスウェイ内でのPRエキス-化合物-標的遺伝子のネットワークを作成し、その相互作用を理解しました。これらの発見は、がん治療におけるAuroraキナーゼ活性の抑制が治療標的であることを強化し、PR及びその成分が肺がんに対して新しい作用メカニズムを持つ可能性を提供しています。

結論と今後の展望

この研究は、生物医学研究におけるデータ駆動型モデルの強力な応用ポテンシャルを示すだけでなく、PR及びその成分が肺がんに対抗する新しいメカニズムについての強力な科学的根拠を提供しています。今後の研究では、これらの発見をさらに探求し、肺がん治療のための新しい戦略を開発することになります。

繁體中文版

數據驅動模式在生物醫學研究中的應用：以膽管癌治療為例

在生物醫學領域，數據驅動的研究方法正逐漸成為揭示疾病機制和開發新療法的重要工具。一項發表於Biomedicines的研究，展示了如何利用這種方法來探索膽管癌的新治療策略。

膽管癌的治療挑戰

膽管癌是膽管最常見的惡性腫瘤。目前，晚期或轉移性膽管癌的一線標準治療是使用吉西他濱和順鉑。然而，對於難治性膽管癌，有效的治療選擇非常有限，迫切需要新的治療藥物。

研究方法與發現

本研究發現，ALDH1A3蛋白的表達水平與三種膽管癌細胞株的細胞遷移能力呈正相關。研究團隊利用ALDH1A3高表達和低表達的膽管癌細胞株，評估了JAK2抑制劑魯索利替尼（ruxolitinib）的效果。結果顯示，魯索利替尼與吉西他濱聯合使用時，具有更高的細胞毒性效果。

魯索利替尼的作用機制

魯索利替尼治療顯著減少了STAT1和STAT3異二聚體的核內轉位，可能導致ALDH1A3活化的降低。值得注意的是，魯索利替尼單獨或與吉西他濱聯合使用，顯著減少了腫瘤的大小和重量。

結論與未來展望

這項研究表明，魯索利替尼可能通過JAK2/STAT1/3通路抑制膽管癌中的ALDH1A3活化。未來應進行臨床試驗，以評估其在臨床治療中的有效性。

English Version

Data-Driven Approaches in Biomedical Research: A Case Study in Cholangiocarcinoma Treatment

In the field of biomedical research, data-driven methodologies are increasingly becoming vital tools for uncovering disease mechanisms and developing new therapies. A study published in Biomedicines demonstrates how this approach can be used to explore new treatment strategies for cholangiocarcinoma.

The Challenge of Treating Cholangiocarcinoma

Cholangiocarcinoma is the most common primary malignant tumor of the bile duct. The current standard first-line treatment for advanced or metastatic cholangiocarcinoma involves gemcitabine and cisplatin. However, treatment options for refractory cholangiocarcinoma are limited, necessitating new therapeutic drugs.

Methodology and Discoveries

The study found a positive correlation between the expression levels of ALDH1A3 protein and the cell migration abilities of three cholangiocarcinoma cell lines. Using ALDH1A3-high and ALDH1A3-low populations of cholangiocarcinoma cell lines, the effects of ruxolitinib, a commercially available JAK2 inhibitor, were assessed. Ruxolitinib showed increased cytotoxicity when combined with gemcitabine.

The Mechanism of Ruxolitinib

Ruxolitinib treatment significantly reduced the nuclear translocation of STAT1 and STAT3 heterodimers, potentially leading to decreased activation of ALDH1A3. Notably, ruxolitinib, either alone or combined with gemcitabine, significantly reduced tumor size and weight.

Conclusion and Future Outlook

This study suggests that ruxolitinib might suppress ALDH1A3 activation through the JAK2/STAT1/3 pathway in cholangiocarcinoma. Clinical trials should be undertaken to evaluate its efficacy in therapy.

日本語版

生物医学研究におけるデータ駆動型アプローチ：胆管癌治療の事例研究

生物医学研究分野では、データ駆動型の方法論が病気のメカニズムを解明し、新しい治療法を開発するための重要なツールとなっています。Biomedicinesに掲載された研究は、このアプローチを使用して胆管癌の新しい治療戦略を探求する方法を示しています。

胆管癌治療の課題

胆管癌は、胆管の最も一般的な原発性悪性腫瘍です。進行性または転移性胆管癌の現在の標準的な一次治療は、ゲムシタビンとシスプラチンを使用します。しかし、難治性胆管癌の治療選択肢は限られており、新しい治療薬が急務です。

研究方法と発見

この研究では、3種類の胆管癌細胞株の細胞移動能力とALDH1A3タンパク質の発現レベルとの間に正の相関が見られました。市販されているJAK2阻害剤であるルクソリチニブの効果を、ALDH1A3高発現および低発現の胆管癌細胞株を使用して評価しました。ルクソリチニブは、ゲムシタビンと併用すると細胞毒性が増加しました。

ルクソリチニブの作用機序

ルクソリチニブ治療は、STAT1およびSTAT3ヘテロ二量体の核内移行を著しく減少させ、ALDH1A3の活性化の減少につながる可能性があります。特に、ルクソリチニブは単独またはゲムシタビンと併用することで、腫瘍のサイズと重量を顕著に減少させました。

結論と今後の展望

この研究は、ルクソリチニブが胆管癌においてJAK2/STAT1/3経路を介してALDH1A3の活性化を抑制する可能性があることを示唆しています。臨床試験を行い、その治療効果を評価する必要があります。