Studie über die chemischen Bestandteile mit HDAC-hemmender Wirkung in Epimedium sagittatum
In eukaryontischen Zellen stellen Histondeacetylasen (HDACs) die positive Ladung von Histonen wieder her, indem sie Acetylgruppen von Lysinresten im Kernhiston entfernen und sich dadurch eng mit negativ geladener DNA verbinden, um strukturell dichtes Chromatin zu bilden und die Transkription bestimmter Gene zu hemmen. Eine abnorme Aktivierung von HDACs steht in engem Zusammenhang mit Krankheiten wie Tumorentstehung und abnormer Gewebeentwicklung. Die entwickelten Histon-Deacetylase-Inhibitoren (HDACi) wurden in der klinischen Praxis eingesetzt. So sind beispielsweise SAHA und Romidpesion zu therapeutischen Arzneimitteln für Hauttumore und periphere lymphatische Tumore geworden. HDAC-Inhibitoren haben unterschiedliche Strukturen, darunter kurzkettige Fettsäuren wie Buttersäure und Trichostatin A, zyklische Peptide sowie Flavonoide wie Genistein und Kaempferol, was sie zu einem wichtigen Thema bei der Entdeckung neuer Arzneimittel macht. Epimedium ist ein traditionelles chinesisches Heilmittel, das die Nieren und Knochen tonisiert, Muskeln und Knochen stärkt, Rheuma vorbeugt und die Leber- und Nierenfunktion verbessert. Pharmakologische Studien haben gezeigt, dass das Epimedium-Kraut die Sexualfunktion verbessert, Hormone reguliert, die Immunität moduliert und Osteoporose vorbeugt und behandelt. Das Epimedium-Kraut enthält mehr als 140 verschiedene Arten von Flavonoiden, aber es gibt nur wenige Forschungsberichte über die osteoporosehemmenden Wirkstoffe von Epimedium, die auf dem Mechanismus der HDAC-Hemmung basieren. Dieser Artikel berichtet über die Ergebnisse unseres Screenings und der Identifizierung von HDAC-hemmenden Wirkstoffen in Epimedium sagittatum unter der Leitung von Activity Tracing.

In diesem Experiment wurde festgestellt, dass die Lösungsmittelstelle mit starker Hemmung der HDAC-Aktivität durch den 70%-Ethanolextrakt von Epimedium sagittatum die Ethylacetatstelle war, die mit dem makroporösen Adsorptionsharz D101 behandelt wurde. Die Elutionsprodukte von 40% und 60% Ethanol waren die aktiven HDAC-Hemmstellen (siehe Abbildung 1); elf Verbindungen wurden durch säulenchromatografische Trennung und Spektralanalyse anhand der Aktivität identifiziert. Unter ihnen zeigten nicht isopentensubstituierte Flavonoidglykoside (Verbindung 1) und Flavonoidglykoside (Verbindungen 2-10) alle eine stärkere HDAC-Hemmaktivität als Icariin, was darauf hindeutet, dass diese Komponenten die wichtigsten Wirkstoffe zur Hemmung der HDAC-Aktivität in dieser Pflanze sind. Von den 9 isolierten Flavonoidglykosiden waren 6 Kaempferol-3-O-Glucoside, einschließlich der Verbindung 5 mit hoher Ausbeute (Kaempferol-3-O-β-D-Glucopyranosid), was darauf hindeutet, dass Kaempferol-3-O-Glucosid eine relativ starke HDAC-hemmende Aktivität hat. Die Verbindungen mit geringerer Aktivität sind 7 und 8. Aufgrund der Veresterung von einer oder zwei Hydroxylgruppen an der Zuckergruppe mit Cumarsäure ist die HDAC-Hemmaktivität von 7 und 8 geringer als die von Isorhamnetin-3-O-glucosid (9 und 10), was darauf hindeutet, dass die Veresterung von Cumarsäure an der Zuckergruppe von Kaempferol-3-O-glucosid die HDAC-Hemmaktivität schwächen kann (siehe Tabelle 3). Da das HDAC-Inhibitor-Screening-Kit jedoch HDAC aus dem Zellkern von HeLa-Zellen enthält, der eine Mischung aus verschiedenen HDAC-Subtypen ist, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um festzustellen, welche oder welche HDAC-Aktivitäten (Funktionen) durch die in Epimedium sagittatum gefundenen Flavonoide gehemmt werden.

Wie bereits erwähnt, kann die Hemmung von HDAC auch durch die Regulierung seiner Expression in den Zellen erreicht werden. Unsere Studie mit HeLa-Zellen zeigte (wie in Abbildung 2 dargestellt), dass Kaempferol-3-O-alpha-L-Actanopyranosid (3), Kaempferol-3-O-beta-D-xylopyranosid (4) und Kaempferol-3-O-beta-D-Glucopyranosid (5) keine signifikante Wirkung auf die Expression von HDACs des Typs I hatten, aber HDAC6 in HDACs des Typs II (Verbindungen 3 und 4) signifikant hemmen konnten. 5) und HDAC10 (Verbindungen 4 und 5) sind neu entdeckte Flavonoid-HDAC-Proteinexpressionsinhibitoren; von ihnen hemmen 4 gleichzeitig die Proteinexpression anderer HDACs der Klasse II (HDAC4-7) und der Klasse IV (HDAC9-11), und ihre Wirkungen verdienen eine weitere Untersuchung.

HDAC spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Zelltranskription, dem Fortschreiten des Zellzyklus sowie bei Wachstums- und Entwicklungsaktivitäten, indem sie zentrale Histone deacetylieren, um die Transkription bestimmter Gene zu unterdrücken. Selektive HDACi können auf überexprimierte HDACs einwirken, so dass unterdrückte Gene normal exprimiert werden können, was eine Rolle bei der Behandlung von Krankheiten wie Tumoren, Arthritis und Gewebedysplasie spielt. Beispielsweise vermittelt HDAC1-2 (Typ I) die Reparatur von DNA-Schäden und ist in verschiedenen Krebsgeweben wie Lungen- und Magenkrebs stark ausgeprägt. Bei der Strahlentherapie von Tumoren kann der gleichzeitige Einsatz von HDAC1-2-Inhibitoren verhindern, dass die Tumorzellen eine DNA-Reparatur durchführen, und die Apoptose der Krebszellen fördern. Die abnorme Expression von HDAC8 (Typ I) und HDAC10 (Typ II) ist ein Kennzeichen für das Fortschreiten und die Bösartigkeit des Neuroblastoms. Der HDAC6-8-10-Inhibitor TH34 kann die Apoptose der Tumorzellen, die Unterbrechung der Mitose und den Stillstand des Zellzyklus herbeiführen, was zum Absterben der Tumorzellen führt; die Kombination von TH34 und Retinsäure kann eine synergistische Wirkung entfalten. Die Hochregulierung der Expression von HDAC4-6-7 (Typ II) führt während der Osteoblastendifferenzierung zu einer Herunterregulierung der Schlüsseltranskriptionsfaktoren Runx2 und Qstelix, was sich ungünstig auf die Osteoblastenbildung auswirkt. Die Hochregulierung der Gen- und Proteinexpression von HDAC6 kann auch eine Verformung und Verkürzung der primitiven Zilien in den Osteoblasten bewirken, was zu einer Verringerung der Anzahl der Zilienzellen führt, wodurch die ALP-Funktion der Osteoblasten gehemmt und die durch das morphogenetische Knochenprotein (BMP) induzierte osteogene Reifung wirksam verhindert wird. Die Hemmung der Expression oder Funktion von HDAC6 und HDAC4 erleichtert die Differenzierung der Osteoblasten und die Knochenbildung und schützt gleichzeitig die Knochendichte.

Die Daten dieser Studie zeigen zum ersten Mal, dass das Kaempferol-3-O-Glucosid (Verbindungen 3, 4 und 5) in Epimedium sagittatum klare HDAC-Inhibitor-ähnliche Wirkungen hat, und ihre hemmenden Wirkungen auf die HDAC6-Proteinexpression liefern experimentelle Beweise für die Identifizierung als potenzieller Osteoporose- und Anti-Tumor-Wirkstoff mit Kaempferol-3-O-Glucosid-Strukturmerkmalen im Epimedium-Kraut.