Baseret på molekylær docking og enzymhæmningskinetik undersøges den hæmmende aktivitet af α-glucosidase in vitro ekstraheret fra Rhodiola rosea. diabetes er en almindelig sygdom, som kan opdeles i to typer: diabetes type 1 (T1DM) og diabetes type 2 (T2DM). T2DM tegner sig for mere end 90% af diabetespatienterne, hovedsageligt forårsaget af øget postprandial blodsukker på grund af insulinresistens og unormal insulinudskillelse. Alfa-glukosidase er et af de vigtigste enzymer, der forårsager postprandial hyperglykæmi, og hæmning af alfa-glukosidaseaktivitet er blevet den vigtigste måde at kontrollere postprandial hyperglykæmi og behandle T2DM på. På nuværende tidspunkt er de alfa-glucosidasehæmmere, der almindeligvis anvendes i klinisk praksis, acarbose, miglitol osv. Selv om de har høj hæmmende aktivitet, er de dyre og tilbøjelige til en række gastrointestinale reaktioner såsom fordøjelsesbesvær. Naturlige produkter, der stammer fra planter, er blevet højkvalitetskilder til terapeutiske midler på grund af deres lave toksicitet og bivirkninger. Derfor er søgen efter sikre og bivirkningsfattige alfa-glukosidasehæmmere fra naturlige aktive stoffer blevet et hotspot for forskningen.

Rhodiola sachalinensis, som er et af de traditionelle kinesiske lægemidler med fødevare- og medicinhomologi, indeholder salidrosid, catechin, tyrosol og andre aktive ingredienser. På nuværende tidspunkt fokuserer forskning i ind- og udland hovedsageligt på antihypoxi, antiapoptose, antitumor, lindring af stressskader osv. Nogle undersøgelser viser også, at det har en vis rolle i diabetesgnavermodeller og kan lindre hyperglykæmi, hyperlipidæmi og urinsukkersymptomer hos diabetesmus ved at aktivere 5 '- adenosinmonofosfatafhængig proteinkinase (AMPK) relaterede signalveje. For nylig har forskere fundet ud af, at Rhodiola-ekstrakt kan reducere postprandiale blodsukkerniveauer i mus betydeligt, og dets aktive ingredienser udviser en vis grad af hæmmende effekt in vitro, men den specifikke hæmningsmekanisme er ikke klar. Vores teams foreløbige forskning viste, at polyfenoliske stoffer i Rhodiola rosea har en vis in vitro alfa-glukosidasehæmmende aktivitet. Baseret på ovenstående forskningsbaggrund kombinerer denne undersøgelse enzymhæmningskinetik, UHPLC-QE-MS og molekylær docking-teknologi for at udforske den hæmmende effekt af Rhodiola rosea-ekstrakt på alfa-glucosidase på en visualiseret måde. Forskningen har til formål at give en teoretisk reference til udviklingen af hypoglykæmiske lægemidler og helsekost for at fremme den videre udvikling og anvendelse af Rhodiola rosea.

 

 

Alfa-glukosidase findes i tyndtarmsslimhindens børstekant i kroppen, som kan nedbryde oligosakkarider eller disakkarider til monosakkarider. Hæmning af dens aktivitet kan sænke kulhydrathydrolysen og glukoseproduktionshastigheden og dermed reducere tyndtarmens optagelse af glukose og det postprandiale blodsukker. Forskning viser, at ekstrakter fra forskellige planter som stjerneæble, elefantbensbanan, sort ulvebær, Schisandra chinensis, lilla yam og Guizhou-mælkebøtte alle har en hæmmende aktivitet over for alfa-glukosidase. Den halve maksimale hæmmende koncentration (IC50) kan bruges til at evaluere den hæmmende effekt af hæmmere på enzymer. Jo mindre IC50 er, jo højere er den hæmmende aktivitet. Teamets tidligere forskning har vist, at rhodiola-polyphenoler har en god hæmmende effekt på alfa-glucosidase med en IC50 på 2,83 mg/ml. RCE IC50 opnået i dette eksperiment er 1,538 mg/ml, hvilket ikke kun er lavere end acarbose, men også lavere end rhodiola-polyphenoler. Det kan skyldes tilstedeværelsen af flavonoider, organiske syrer og andre stoffer i RCE. Typerne af enzymhæmning ved hjælp af inhibitorer kan opdeles i reversibel hæmning og irreversibel hæmning. RCE og α-glucosidase opnået i denne undersøgelse er reversibel hæmning, kendetegnet ved ikke-kovalent binding mellem inhibitoren og enzymet, som kan genoprette enzymaktiviteten ved hjælp af fysiske metoder. De reversible hæmningstyper kan yderligere opdeles i fire kategorier: kompetitiv hæmning, ikke-kompetitiv hæmning, anti-kompetitiv hæmning og blandet hæmning. De blandede hæmningstyper omfatter kompetitiv og ikke-kompetitiv blandet hæmning. Karakteristisk for denne type er, at en stigning i inhibitorens koncentration vil reducere den maksimale reaktionshastighed (Vmax) for den enzymatiske reaktion og øge Michaelis-konstanten (Km). Denne undersøgelse viser, at en stigning i RCE-koncentrationen fører til et fald i Vmax Stigningen i Km er i overensstemmelse med ovenstående egenskaber, og derfor er hæmningstypen af RCE på α-glucosidase bestemt til at være en blandet type af kompetitiv og ikke-kompetitiv hæmning, hvilket indikerer, at Rhodiola-ekstrakt er en effektiv naturlig α-glucosidasehæmmer. RCE er i overensstemmelse med hæmningstyperne for α-glucosidase af polyfenoler fra Rhodiola rosea, polysaccharider fra Schisandra chinensis og polysaccharider fra Scenedesmus macrophylla. Det er dog nødvendigt at afklare, hvilke forbindelser der hører til den kompetitive hæmning, og hvilke forbindelser der hører til den ikke-kompetitive hæmning, og der er behov for yderligere undersøgelser. RCE har en god α-glucosidasehæmmende aktivitet, men der er behov for yderligere dyremodeller for at verificere, om effekten er signifikant in vivo. På nuværende tidspunkt er der mange kilder til alfa-glucosidase, primært bryggegær, Aspergillus niger, termofil Bacillus subtilis og Leuconostoc enterica. Egenskaberne ved α-glucosidase fra forskellige kilder varierer meget, og den α-glucosidase, der er brugt i denne undersøgelse, er fra bryggegær. Derfor er det nødvendigt med yderligere undersøgelser for at afgøre, om RCE har den samme hæmmende effekt på enzymer fra andre kilder.
UHPLC-QE-MS har egenskaber som hastighed og nøjagtighed og kan bruges til ikke-målrettet analyse af forbindelser i komplekse kinesiske medicinske materialer. Denne undersøgelse analyserede RCE og identificerede 1245 forbindelser gennem sammenligning med databasen, herunder 263 forbindelser i negativ iontilstand og 982 forbindelser i positiv iontilstand. De vigtigste opløsningsmidler til udvinding af de aktive ingredienser i Rhodiola rosea er ethanol og vand. Sammenlignet med rent vand kan vandige opløsninger af organiske opløsningsmidler udtrække flere forbindelser. Indholdet af gallussyre i det vandige ekstrakt er højere end i alkoholekstraktet, mens indholdet af tyrosol, klorogensyre og tanniner er lavere end i vandalkoholekstraktet. For at udtrække flere forbindelser brugte dette eksperiment derfor 50% ethanol som opløsningsmiddel til fremstilling af RCE-ekstraktion. Men på grund af det enkelte ekstraktionsmiddel er de påviste forbindelser ikke nødvendigvis alle forbindelser i Rhodiola rosea, og der er stadig nogle forbindelser, der ikke kan ekstraheres eller identificeres. Derfor er der behov for yderligere sammenlignende eksperimenter med forskellige ekstraktionsmidler. Zakharenkos forskning viser, at de vigtigste aktive ingredienser i Rhodiola rosea er salidrosid, luteolin, catechin, quercetin, urteekstrakt og catechin. Det stemmer overens med resultaterne af denne undersøgelse, da RCE indeholder høje niveauer af luteolin og quercetin. Molekylær docking kan forudsige, om små molekylære ligander kan binde sig til receptorproteiner og de involverede bindingskræfter. I denne undersøgelse blev 20 forbindelser med højt indhold opnået fra UHPLC-QE-MS docket med α-glucosidase. Resultaterne viste, at 11 forbindelser kunne binde sig til α-glucosidase, herunder luteolin, salidrosid, kaempferol, (-) - epicatechin 3-O-gallat, koffeinsyre, L-æblesyre, (+) - epicatechin, quercetin, (-) - erythrothro-anethole glycol 1-glucoside, 3-hydroxy-4,6-heptyne-1-yl 1-glucoside og tyrosol. Blandt dem dannede koffeinsyre flest hydrogenbindinger. Den kan binde sig til resterne His-515, Arg-437, Glu-432 og His-348. (+) - Epicatechin har den bedste bindingsaktivitet med Asn-443 og His-515 med den laveste bindingsenergi (-17,08 kJ/mol); Docking af PNPG med α-glucosidase afslørede, at Arg-437 og Glu-432 er dens to bindingssteder. Koffeinsyre deler de samme bindingssteder med PNPG, Arg-437 og Glu-432, mens L-æblesyre, quercetin og tyrosol deler det samme bindingssted med PNPG, Arg-437. Derfor udledes det, at koffeinsyre, L-æblesyre, quercetin og tyrosols hæmningstyper på α-glucosidase kan være kompetitiv hæmning, mens de andre seks forbindelser er ikke-kompetitiv hæmning. Der er dog behov for yderligere oprensning af forbindelserne og Lineweaver Burk reciprokke plots for at bestemme deres hæmningstyper.
Sammenfattende undersøgte denne undersøgelse den hæmmende virkning af RCE på α-glucosidase på en visualiseret måde gennem enzymhæmningskinetik, UHPLCQE-MS og molekylære dockingteknikker. Hæmningstypen var en blandet type af kompetitiv og ikke-kompetitiv hæmning, og bindingsaktiviteten mellem (+) - epicatechin og α-glucosidase var den bedste i RCE. Denne artikel giver grundlæggende forskning til udvikling af RCE som en naturlig alfa-glucosidasehæmmer og udnyttelse af Rhodiola-ressourcer.