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Enzymatische Herstellung und Aktivit\u00e4t von Chamagu-Isothiocyanat gegen Geb\u00e4rmutterhalskrebs<\/p>\n
In den letzten Jahren ist die Zahl der Krebserkrankungen in China stark angestiegen, und die Vorbeugung und Behandlung von Krebs ist dringend erforderlich. Die Forschung zeigt, dass ein erh\u00f6hter Verzehr von Kreuzbl\u00fctlern die Krebsinzidenz wirksam senken kann. Brassicaceae-Gem\u00fcse enth\u00e4lt reichlich Glucosinolate, auch bekannt als Glucosinolate (GLs). Wenn Pflanzen mechanisch besch\u00e4digt werden, k\u00f6nnen die GL durch ihre eigene Myrosinase hydrolysiert werden, um Isothiocyanate zu bilden. Isothiocyanate sind eine Klasse von Verbindungen mit konjugierten Doppelbindungen und der Molekularformel R-N=C=S (R steht f\u00fcr verschiedene Arten von Alkylgruppen). In den letzten Jahren haben sich Isothiocyanate aufgrund ihrer herausragenden biologischen Aktivit\u00e4t zu einem Forschungsschwerpunkt entwickelt. Die Forschung hat gezeigt, dass Isothiocyanate verschiedene biologische Aktivit\u00e4ten haben, wie z.B. Anti-Tumor, antibakteriell, freie Radikale fangend und resistent gegen Pathogene. Isothiocyanate wurden entwickelt und in vielen Bereichen wie Gesundheit, Lebensmittel und Landwirtschaft eingesetzt.<\/p>\n
Brassica rapa L., wissenschaftlicher Name \"R\u00fcbe\", ist eine zweij\u00e4hrige krautige Pflanze, die zur Familie der Brassicaceae geh\u00f6rt. Sie ist haupts\u00e4chlich im S\u00fcdwesten des Tianshan-Gebirges und im Nordwesten des Tarim-Gebirges in Xinjiang verbreitet und ist eine lokale Gem\u00fcsespezialit\u00e4t, die von Menschen aller ethnischen Gruppen in Xinjiang verzehrt wird. Untersuchungen haben ergeben, dass Chamagu-Wurzeln reichlich GL enthalten. Zhuang et al. analysierten mit Hilfe der Ultrahochgeschwindigkeitschromatographie die Arten und Gehalte von GL in verschiedenen Entwicklungsstadien und Wachstumsteilen (Wurzeln, St\u00e4ngel, Bl\u00e4tter) von Xinjiang-R\u00fcben w\u00e4hrend ihrer Ern\u00e4hrungsphase. Sie stellten fest, dass es gewisse Unterschiede in den Arten und Massenanteilen von Glucosinolaten w\u00e4hrend der verschiedenen Entwicklungsstadien des Ern\u00e4hrungswachstums gab. Die Unterschiede in den Arten und Gehalten von GLs in Pflanzen f\u00fchren zu Variationen in den Arten und Gehalten von Isothiocyanaten, was zu unterschiedlichen biologischen Aktivit\u00e4ten f\u00fchrt. Sun hat berichtet, dass Qiamagu-Samen vier Arten von Isothiocyanaten enthalten: Phenethylisothiocyanat, tert-Butylisothiocyanat, Isopropylisothiocyanat und Allylisothiocyanat.<\/p>\n
Zurzeit werden Isothiocyanate haupts\u00e4chlich durch chemische Synthese und enzymatische Hydrolyse hergestellt. Die chemische Synthesemethode hat komplizierte Schritte, viele Zwischenprodukte, ist nicht umweltfreundlich und hat eine niedrige Syntheserate. Die enzymatische Hydrolyse nutzt das Glucosinolat-Myrosinase-System in Kreuzbl\u00fctlern, um Isothiocyanate zu extrahieren, was den Vorteil hat, dass es einfach zu handhaben und relativ ergiebig ist. Bei der enzymatischen Hydrolyse unterscheidet man zwischen dem endogenen Myrosinase-Abbau und dem exogenen Myrosinase-Abbau. Bei der Verwendung der endogenen enzymatischen Hydrolyse zur Herstellung von Isothiocyanaten ist das Verfahren zwar einfach, aber die endogene Myrosinase in den Pflanzen kann nicht vollst\u00e4ndig freigesetzt werden, was zu einer langen enzymatischen Hydrolysezeit und geringer Effizienz f\u00fchrt. Ding verglich die Menge an Isothiocyanaten, die durch den Abbau von GL durch endogene und exogene Enzyme in Raps entstehen, und stellte fest, dass die Menge an Isothiocyanaten, die durch exogene Myrosinase erzeugt wurde, 7,6 Mal so hoch war wie die der endogenen Myrosinase. Die GC-MS-Identifizierung und -Analyse zeigte, dass die exogene Myrosinase eine Vielzahl von Abbauprodukten, einen relativ hohen Gehalt und weniger Verunreinigungen aufwies.<\/p>\n
In dieser Studie wurde die Chamagu-Wurzel als Rohmaterial verwendet und die Methode des exogenen Myrosinase-Abbaus zur Herstellung von Chamagu-Isothiocyanat (BRICe) eingesetzt. Auf der Grundlage eines Einzelfaktor-Screenings wurden die Enzym-Hydrolysezeit, die Temperatur, der pH-Wert und die Ascorbins\u00e4urekonzentration als wichtige Einflussfaktoren identifiziert. Zur Optimierung des Extraktionsprozesses wurde ein dreistufiges orthogonales Experiment mit vier Faktoren durchgef\u00fchrt. Schlie\u00dflich wurde die chemische Zusammensetzung durch Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) analysiert und die krebshemmende Wirkung von Isothiocyanat untersucht.<\/p>\n
Krebs ist eine der b\u00f6sartigen Krankheiten, die die Sicherheit des menschlichen Lebens bedrohen. Mehrere epidemiologische Studien haben ergeben, dass der Verzehr von mehr Kreuzbl\u00fctlern das Krebsrisiko wirksam senken kann. Isothiocyanat ist eines der Produkte der enzymatischen Selbsthydrolyse in Kreuzbl\u00fctlern. Die Forschung hat gezeigt, dass Isothiocyanate die Phase-II-Enzyme im menschlichen K\u00f6rper aktivieren k\u00f6nnen, so dass sich die Produkte der Phase-I-Reaktionen mit Glucurons\u00e4ure und Glutathion verbinden k\u00f6nnen, was die schnelle Ausscheidung von Karzinogenen aus dem K\u00f6rper f\u00f6rdert. Daher k\u00f6nnen Isothiocyanate in der Medizin als Krebshemmer eingesetzt werden. Qiamagu ist eine medizinische und essbare Pflanze in Xinjiang, die verschiedene Wirkstoffe wie Glucosinolate, Flavonoide, Isothiocyanate und Polysaccharide enth\u00e4lt. Die Entwicklung und Nutzung von Qiamagu-Isothiocyanaten ist jedoch derzeit unzureichend. Die enzymatische Hydrolyse ist derzeit eine umweltfreundliche Methode zur Gewinnung von Isothiocyanaten. Durch die Optimierung der Bedingungen f\u00fcr die enzymatische Hydrolyse kann nicht nur die Produktion anderer Sekund\u00e4rmetaboliten verringert, sondern auch die Produktionsrate des Zielprodukts beschleunigt und damit die Ausbeute erh\u00f6ht werden. Jang stellte Isothiocyanate mit Hilfe endogener Myrosinase in der Familie der Brassicaceae her. Obwohl die Methode mit endogenen Enzymen ein einfaches Verfahren ist, kann die Myrosinase in Pflanzen nicht vollst\u00e4ndig freigesetzt werden, was zu einer langen enzymatischen Hydrolysezeit und einer geringen Effizienz f\u00fchrt. Im Vergleich zu endogenen Enzymen ist es bei der Verwendung exogener Enzyme zur Herstellung von Isothiocyanaten einfacher, die Bedingungen f\u00fcr die enzymatische Hydrolyse zu kontrollieren, was sich positiv auf die Steuerung von Ver\u00e4nderungen in den Arten der enzymatischen Hydrolyseprodukte und die Erh\u00f6hung der Produktmenge auswirkt. Daher ist die Optimierung der externen enzymatischen Hydrolysebedingungen der Schl\u00fcssel zur Herstellung von Isothiocyanaten.<\/p>\n
Die Bildung von enzymatischen Hydrolyseprodukten h\u00e4ngt nicht nur von der Art des Glucosinolats ab, sondern auch von der Hydrolysezeit, der Hydrolysetemperatur, dem pH-Wert, dem Druck und der Anwesenheit von Fe2+. Latt \u00e9 fand heraus, dass bei einem neutralen pH-Wert der L\u00f6sung die Bildung von Isothiocyanaten durch Glucosinolate beg\u00fcnstigt wird. Ist der pH-Wert jedoch sauer\/alkalisch oder sind f\u00fcr zyklischen Schwefel charakteristische Proteine oder Fe2+ vorhanden, bilden die enzymatischen Hydrolyseprodukte eine gro\u00dfe Menge an Nitrilen. Yang analysierte die Faktoren pH-Wert, EDTA und Ascorbins\u00e4ure mit Hilfe der Response-Surface-Methode und stellte fest, dass diese drei Faktoren einen erheblichen Einfluss auf die Extraktionsmenge von Isothiocyanat haben. Burmeister fand heraus, dass Ascorbins\u00e4ure die Funktion der katalytischen Base im aktiven Zentrum der Myrosinase ersetzt und somit katalytische Eigenschaften der Myrosinase aufweist. Die Zugabe einer angemessenen Menge an Ascorbins\u00e4ure zu frischem Brokkoli kann die Aktivit\u00e4t der Myrosinase erheblich steigern und dadurch die Produktion von Isothiocyanaten erh\u00f6hen. In dieser Studie wurde zur Herstellung von BRIe die Methode des Abbaus exogener Myrosinase (aus wei\u00dfen Senfsamen) verwendet. Die Bedingungen f\u00fcr die enzymatische Hydrolyse wurden mit Hilfe von Einzelfaktor- und orthogonalen Experimenten optimiert, und es wurden vier Faktoren untersucht, die einen signifikanten Einfluss auf die Extraktion von BRIe hatten: Enzymatische Hydrolysezeit, enzymatische Hydrolysetemperatur, Ascorbins\u00e4urekonzentration und pH-Wert. Die optimalen Bedingungen f\u00fcr die enzymatische Hydrolyse von BRIe wurden wie folgt bestimmt: Zugabe von 20 \u03bc L Myrosinase, Reaktionstemperatur von 70 \u2103, Reaktionszeit von 3h, pH-Wert von 6,5, Ascorbins\u00e4urekonzentration von 0,1mg\/g und gefriergetrocknetes GL-Pulver von 2g. Interessant ist, dass die optimale enzymatische Hydrolysetemperatur f\u00fcr diese Studie 70 \u2103 betr\u00e4gt. Es gibt Forschungsberichte, wonach der Temperaturbereich f\u00fcr die enzymatische Hydrolyse von pflanzlichen Isothiocyanaten aus Brokkoli 20-60 \u2103 betr\u00e4gt, wobei die optimale enzymatische Hydrolysetemperatur bei 40 \u2103 liegt; der Temperaturbereich f\u00fcr die Extraktion von Isothiocyanaten aus Wasabi-Wurzeln liegt bei 30-90 \u2103, und die optimale enzymatische Hydrolysetemperatur betr\u00e4gt 70 \u2103. Daher variiert die optimale Temperatur f\u00fcr Myrosinase in Abh\u00e4ngigkeit von der Herkunftsart.<\/p>\n
Normalerweise variieren die Arten der gebildeten Isothiocyanate je nach den Bedingungen der enzymatischen Hydrolyse. Chen et al. verwendeten die endogene enzymatische Hydrolyse, um die enzymatischen Hydrolyseprodukte in Brokkoli als Allylisothiocyanat, Isobutylisothiocyanat, 1-Butenylisothiocyanat, 4-Methylthionitril, 5-Methylthiopentonitril, 3-(Methylthio)propylisothiocyanat, Butylisothiocyanat, Rettichthiocyanat und Rettichsulforaphan mittels GC-MS, wobei Rettichsulforaphan den h\u00f6chsten Gehalt aufwies. Yang verwendete exogene enzymatische Hydrolyse, um die enzymatischen Hydrolyseprodukte in Brokkoli als Allylisothiocyanat, Phenethylisothiocyanat, Cyclopentylisothiocyanat, Phenylpropanonitril, 2,1-Phenyloxazolidinon und schilddr\u00fcsenstimulierendes Hormon zu identifizieren. In dieser Studie wurde die Zusammensetzung der optimalen enzymatischen Hydrolysebedingungen f\u00fcr BRIe mithilfe von GC-MS analysiert, und es wurden sieben mit der enzymatischen Hydrolyse verbundene Produkte identifiziert, n\u00e4mlich 3-Amino-2-oxazolidinon, 2-Oxazolidinethion, 3-Buten-1-ylisothiocyanat (BITC), Phenylisothiocyanat (PEITC), 1-Isothiocyanat-Propylester, Isothiocyanat-Isopropylester und 2-Phenylisothiocyanat (2-PITC), von denen vier Isothiocyanat-Typen waren.<\/p>\n
Viele Studien haben gezeigt, dass Isothiocyanate das Auftreten von verschiedenen Krebsarten verhindern k\u00f6nnen. Die Forschung hat ergeben, dass PEITC dosisabh\u00e4ngig die Vermehrung der Osteosarkom-Zelllinie K7M2 der Maus hemmt und eine Verlangsamung des G2\/M-Zellzyklus sowie Apoptose bewirken kann; BITC kann die Lebensf\u00e4higkeit von Magen-Adenokarzinomzellen (AGS) erheblich verringern und Apoptose und Autophagie ausl\u00f6sen. Allerdings gibt es derzeit nur wenige Berichte \u00fcber die Wirkungen und Mechanismen von Isothiocyanaten bei Geb\u00e4rmutterhalskrebs. In dieser Studie wurde anhand eines In-vitro-Zellmodells festgestellt, dass BRIe die Proliferation der Geb\u00e4rmutterhalskrebszellen Hela, Siha und U14 in einer zeit- und dosisabh\u00e4ngigen Weise deutlich hemmt. Vergleicht man die 24-Stunden-IC50-Werte dieser drei Zelltypen, so kommt man zu dem Schluss, dass die Hela-Zellen am empfindlichsten auf BRIe reagieren. Unkontrollierte Zellproliferation ist die grundlegende Ursache von Krebs, die auf eine St\u00f6rung des Zellzyklus zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Die Analyse der Durchflusszytometrie ergab, dass BRIe den Zellzyklus von Hela in den Phasen S und G2\/M anhalten kann. Die Metastasierung von Krebszellen war schon immer ein Forschungsschwerpunkt und eine Herausforderung f\u00fcr die klinische Behandlung. Durch Scratch-Experimente wurde festgestellt, dass BRIe die Migration von Hela-Zellen wirksam hemmen kann. Die F\u00e4rbung mit Hochest 33258 zeigte, dass BRIe eine DNA-Kondensation in den Zellkernen von Hela-Zellen hervorrufen kann, und in den Zellkernen ist eine sichtbare k\u00f6rnige Fluoreszenz zu beobachten, was darauf hindeutet, dass es sich um einen apoptotischen K\u00f6rper handelt. Eine weitere Analyse mit Annexin V-FITC-Doppelf\u00e4rbung ergab, dass die Apoptoserate von Hela-Zellen, die mit BRIe behandelt wurden, mit steigender Konzentration nach 24 Stunden zunahm, was darauf hindeutet, dass BRIe die Apoptose in Hela-Zellen ausl\u00f6st. Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass BRIe eine signifikante Anti-Geb\u00e4rmutterhalskrebs-Aktivit\u00e4t aufweist. Auf der Grundlage von GC-MS-Daten wird spekuliert, dass BITC, PEITC, Isopropylisothiocyanat und 2-PITC seine Hauptwirkstoffe sein k\u00f6nnten, die durch In-vitro- und In-vivo-Versuche weiter validiert werden m\u00fcssen.<\/p>\n
Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass in dieser Studie zum ersten Mal das optimale Herstellungsverfahren f\u00fcr die exogene enzymatische Hydrolyse von Isothiocyanaten in Chamagu bestimmt wurde. Sieben mit der enzymatischen Hydrolyse verbundene Produkte wurden durch GC-MS-Analyse identifiziert, und das erhaltene enzymatische Hydrolyseprodukt BRIe hat die F\u00e4higkeit, die Proliferation von Geb\u00e4rmutterhalskrebszellen zu hemmen, die Zellmigration zu unterdr\u00fccken, einen Zellzyklusstillstand und Apoptose zu induzieren. Die Forschung liefert eine Referenzgrundlage f\u00fcr die weitere Entwicklung und Nutzung der Chamagu-Pflanzenressourcen. Die Forschungsergebnisse wurden in der 6. Ausgabe von Natural Product Research and Development im Jahr 2024 ver\u00f6ffentlicht.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Enzymatic preparation and anti cervical cancer activity of Chamagu isothiocyanate In recent years, the incidence rate of cancer is increasing rapidly in China, and the prevention and treatment of cancer is urgent. Research shows that increasing the intake of cruciferous vegetables can effectively reduce the incidence rate of cancer. Brassicaceae vegetables contain abundant glucosinolates, also […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"yoast_head":"\n