Analyse différentielle des métabolites secondaires entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum comestible et étude des principes actifs et des mécanismes d'action pour l'amélioration de la résistance à l'insuline
La résistance à l'insuline (RI) désigne généralement une diminution de la sensibilité des cellules cibles de l'insuline à des concentrations quantitatives d'insuline à des concentrations normales, ce qui entraîne une altération de la promotion par l'insuline de l'absorption et de l'utilisation du glucose, une augmentation compensatoire de la sécrétion d'insuline, une diminution de la sensibilité à l'insuline et une altération de l'utilisation du glucose dans des tissus tels que les muscles squelettiques, le foie et le tissu adipeux. L'IR est l'un des principaux facteurs pathogènes du diabète de type 2, qui traverse l'ensemble du processus du diabète de type 2. À l'heure actuelle, les principaux médicaments utilisés pour traiter l'IR sont des sensibilisateurs à l'insuline, mais ils présentent des effets secondaires tels que des fractures, des œdèmes et des lésions hépatiques.

Polygonatum sibiricum Red. est une plante appartenant à la famille des Liliaceae et au genre Polygonatum. C'est l'un des trois types de Polygonatum inclus dans l'édition 2020 de la pharmacopée chinoise. Il est utilisé comme médicament avec des tubercules séchés et constitue un produit médicinal et comestible courant. En raison de sa forme cylindrique nodulaire et incurvée ressemblant à une tête de poulet, il est communément appelé Polygonatum sibiricum. Il est largement répandu dans le Sichuan, le Hunan, le Jiangxi et d'autres régions. Il a un goût doux et sucré, n'est pas toxique et a pour effet de nourrir le qi et le yin, de renforcer la rate, d'humidifier les poumons et de favoriser les reins. Il est utilisé pour traiter les déficiences du qi de la rate et de l'estomac, la fatigue et la faiblesse, la chaleur interne et la soif. Il contient principalement des polysaccharides, des saponines, des flavonoïdes, des alcaloïdes, des anthraquinones et d'autres ingrédients. En pratique clinique, le composé Huangjing est largement utilisé dans le traitement du diabète de type 2. Pour le diabète de type 2 avec déficience du qi et du yin, il peut soulager les syndromes MTC des patients, réduire la glycémie et les lipides, et améliorer la fonction des îlots pancréatiques. Selon les rapports de la littérature, le mécanisme par lequel le composé Huangjing améliore la fonction pancréatique suggère que ses ingrédients actifs agissent sur des cibles telles que PI3K et STAT3, affectant davantage l'activité des protéines sérine/thréonine, les voies de signalisation PI3K-AKT, et exerçant leurs effets ; Le mécanisme de l'amélioration de la fonction des îlots pancréatiques par la monothérapie de Huangjing suggère que les flavonoïdes agissent sur la membrane postsynaptique, modifiant les processus biologiques tels que la sensibilité des cellules aux médicaments, l'activité des récepteurs de neurotransmetteurs et la régulation des voies de signalisation telles que l'ion calcium et la résistance aux hormones afin d'améliorer la résistance à l'insuline.

Actuellement, la CLHP, la LC-MS/MS, l'UPLC-Q-TOF-MS et d'autres techniques sont couramment utilisées pour la recherche qualitative et quantitative des composants chimiques de Polygonatum sibiricum. Il a été signalé que Polygonatum sibiricum contient des flavonoïdes, des alcaloïdes et d'autres composants chimiques, mais il est généralement difficile de refléter tous les produits métaboliques contenus dans Polygonatum sibiricum en raison du petit nombre de composants détectés. Ces dernières années, avec le développement de la technologie métabolomique, la technologie métabolomique largement ciblée basée sur l'UPLC-ESI-MS/MS a été largement utilisée pour l'étude des métabolites de la médecine traditionnelle chinoise. Par rapport aux techniques chromatographiques traditionnelles courantes, elle présente les avantages d'une grande sensibilité, d'un faible coût et d'un débit élevé. En raison du manque de rapports sur l'analyse différentielle des métabolites secondaires entre le Polygonatum sibiricum médicinal et comestible, cette étude se concentre sur le Polygonatum sibiricum Red médicinal et le Polygonatum alternatirrhosum Hand. - Mzt. (communément appelé Polygonatum fruit) comme objets de recherche. Pour la première fois, la technologie métabolomique UHPLC-ESI-MS/MS largement ciblée a été utilisée pour détecter de manière exhaustive leurs métabolites secondaires, et l'analyse en composantes principales (PCA), l'analyse de regroupement HCA et l'analyse discriminante orthogonale des moindres carrés partiels (OPLS-DA) ont été utilisées pour l'analyse comparative des métabolites afin d'identifier les métabolites différentiels ; deuxièmement, une analyse pharmacologique en réseau a été menée sur les dix principaux composés présentant des changements relatifs régulés dans les métabolites entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum comestible pour améliorer la résistance à l'insuline. Le docking moléculaire a été réalisé sur les ingrédients actifs et les cibles clés, et les cellules HepG2 ont été sélectionnées pour la validation de l'expérience cellulaire. D'une part, nous visons à comprendre de manière exhaustive les métabolites différentiels entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum sibiricum comestible, jetant ainsi les bases de l'évaluation de sa qualité. D'autre part, nous prévoyons de cribler les ingrédients actifs potentiels pour le traitement de l'IR, en fournissant une base pour élucider le mécanisme d'action du Polygonatum sibiricum dans le traitement de l'IR.

 

Cet article analyse les métabolites secondaires du Polygonatum sibiricum médicinal et comestible à l'aide de la métabolomique basée sur la technologie UHPLC-ESI-MS/MS. Au total, 319 métabolites secondaires ont été identifiés, dont 86 acides phénoliques, 96 flavonoïdes, 5 anthraquinones, 25 lignanes et coumarines, 3 tanins, 51 alcaloïdes, 11 terpènes, 21 stéroïdes et 21 autres métabolites. Il existe une différence significative dans les métabolites secondaires entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum sibiricum comestible, l'ACP et l'ACS montrant des différences significatives. Au total, 106 métabolites différentiels ont été examinés dans le groupe de comparaison entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum sibiricum comestible, dont 85 composés régulés à la hausse et 21 composés régulés à la baisse. Le Polygonatum sibiricum médicinal présente des avantages significatifs en termes de quantité et de teneur relative en métabolites secondaires. Pour mieux comparer les changements dans les métabolites secondaires entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum sibiricum comestible, les métabolites différentiels ont été annotés par la base de données KEGG. La classification KEGG et les résultats d'enrichissement ont montré que le Polygonatum sibiricum médicinal était significativement enrichi dans les voies métaboliques des flavonoïdes, des flavonols, des isoflavones et des alcaloïdes, ce qui peut être lié à la formation de la qualité du Polygonatum sibiricum médicinal. D'après la littérature, les plantes produisent une grande variété de métabolites secondaires au cours de leur processus de croissance en raison d'un stress environnemental ou d'une adversité. Ces métabolites ont souvent des fonctions biologiques spécifiques telles que la résistance à la sécheresse, la résistance aux maladies et la lutte contre les parasites. Parallèlement, l'accumulation de ces métabolites secondaires est également bénéfique pour améliorer la qualité médicinale des parties de la plante. Par exemple, l'accumulation de flavonoïdes est bénéfique pour améliorer les effets antioxydants, anti-inflammatoires et antitumoraux ; l'accumulation d'alcaloïdes présente des effets anticancéreux élevés et inhibe l'activité de l'alpha glucosidase ; les saponines stéroïdiennes ont divers composants bioactifs, tels que des effets anti-inflammatoires et antitumoraux. Par conséquent, l'analyse approfondie de ces flavonoïdes, alcaloïdes et composés stéroïdiens accumulés de manière différentielle est bénéfique pour le dépistage des marqueurs de qualité liés à la qualité du Polygonatum sibiricum médicinal.

À l'heure actuelle, la section Huangjing de l'édition 2020 de la pharmacopée chinoise ne fixe aucune limite de teneur pour les métabolites secondaires tels que les flavonoïdes et les alcaloïdes. Cette étude a comparé les dix principaux composés en termes de changements relatifs de la teneur en métabolites entre le Polygonatum sibiricum médicinal et le Polygonatum comestible, et a constaté que 50% des métabolites appartenaient aux flavonoïdes, ce qui est cohérent avec la classification KEGG et les résultats de l'enrichissement des métabolites différentiels. Parmi eux, les métabolites à forte activité pharmacologique, tels que l'isorhamnétine, ont de bons effets antitumoraux, contre l'hypoxie myocardique et l'ischémie, soulagent l'angine de poitrine, luttent contre l'arythmie, traitent les maladies coronariennes et l'hypertension, éliminent les radicaux libres de l'oxygène, réduisent le cholestérol sérique, protègent le système cardiovasculaire, favorisent la circulation sanguine et ont d'autres effets biologiques, et sont largement utilisés dans la pratique clinique ; Les saponines de l'igname ont également certaines activités physiologiques anti-tumorales, antibactériennes, anti-parasitaires, hémolytiques, hypolipidémiantes, anti-ostéoporose, anti-mutation et autres. L'augmentation différentielle du resvératrol et de la dioscine n'a été observée que dans le Polygonatum sibiricum Red, une espèce dérivée du Polygonatum sibiricum. Sur cette base, la prochaine étape consiste à utiliser le Polygonatum sibiricum (fruit Polygonatum sibiricum) comme contrôle pour explorer le Polygonatum sibiricum de la pharmacopée et Hemsl.、 Polygonatum cyrtonema Hua et les variétés médicinales locales de Polygonatum sibiricum (telles que le Polygonatum sibiricum largement planté à Nanchong, Sichuan, Xiushan, Chongqing, Xinhua, Hunan, etc.) ont été utilisées comme groupes expérimentaux pour analyser les changements dans les métabolites secondaires dans chaque groupe comparatif sur la base d'une métabolomique ciblée étendue. Combinés à l'activité biologique de catégories spécifiques de métabolites, les métabolites liés à la qualité de la médecine traditionnelle chinoise Polygonatum sibiricum ont été criblés, fournissant une base pour l'évaluation et le contrôle de la qualité de l'authentique Polygonatum sibiricum.

Afin de valider davantage l'activité des composés différentiellement régulés par la métabolomique, cette étude a combiné l'efficacité traditionnelle du Huangjing dans le renforcement de la rate et le traitement de la chaleur interne et du syndrome de la soif. En utilisant l'IR comme modèle de maladie, une analyse pharmacologique en réseau a été réalisée. Les résultats de l'analyse des voies KEGG ont montré que trois composés différentiellement régulés, à savoir l'isorhamnétine, la naringine et l'isonaringine, étaient impliqués dans la voie de signalisation PI3K Akt, la voie de signalisation mTOR, la voie de signalisation VEGF et la voie de signalisation des œstrogènes. L'examen et l'analyse de la littérature antérieure ont permis de constater que la voie de signalisation PI3K/AKT est impliquée dans le cycle cellulaire, l'apoptose, la prolifération et le métabolisme du glucose, tandis que l'insuline agit principalement sur les muscles, le foie et le tissu adipeux. Elle active la voie de signalisation PI3K/AKT en se liant aux récepteurs de l'insuline, régulant ainsi les processus du métabolisme du glucose et des graisses ; la voie de signalisation mTOR participe à la régulation de la consommation de glucose du muscle squelettique et de la résistance à l'insuline. L'activation de la voie peut augmenter la sensibilité à l'insuline, mais une activation excessive peut inhiber la sensibilité à l'insuline ; VEGFA, en tant que protéine cible importante de la voie de signalisation VEGF, améliore la résistance à l'insuline en augmentant la sensibilité à l'insuline dans les graisses et les muscles, contrôlant ainsi la glycémie ; la protéine kinase activée par l'adénosine (AMPK) est une substance importante qui régule le métabolisme énergétique dans l'organisme. Des études ont montré que divers composés naturels peuvent activer l'AMPK, améliorer la sensibilité à l'insuline et constituer des cibles potentielles pour améliorer la résistance à l'insuline. En outre, la cible du Huangjing dans l'amélioration de la résistance à l'insuline peut également agir sur des voies connexes telles que la voie de signalisation des œstrogènes, réguler l'axe hypophyse-surrénale et d'autres tissus et organes, et améliorer directement ou indirectement la résistance à l'insuline. Les résultats des recherches ci-dessus sont cohérents avec les résultats rapportés de l'isorhamnétine monomère dans le traitement du diabète. En outre, la technologie d'amarrage moléculaire a été utilisée pour mieux révéler le mécanisme d'action du Polygonatum sibiricum dans l'amélioration de l'IR. Les résultats ont montré que les cibles clés de la voie de signalisation PI3KAkt, de la voie de signalisation mTOR, de la voie de signalisation VEGF, de la voie de signalisation œstrogène, de la voie de signalisation AMPK, etc. avaient de bons effets d'ancrage avec l'isorhamnétine, le glycoside de kaempférol et le glycoside d'isokaempférol, avec des énergies de liaison toutes ≤ -20,9 kJ/mol. Par conséquent, on suppose que la liaison des ingrédients actifs du Polygonatum sibiricum à des cibles clés peut être la clé de l'effet thérapeutique du Polygonatum sibiricum sur l'IR. D'autres expériences cellulaires ont confirmé que l'isorhamnétine, un métabolite différentiel, peut effectivement améliorer le statut IR des cellules HepG2, principalement en affectant l'expression des protéines PI3K, AKT1, VEGF et liées à la voie de signalisation mTOR. Les résultats ont montré que l'isorhamnétine peut augmenter les niveaux d'expression des protéines PI3K et AKT1 et diminuer les niveaux d'expression des protéines VEGF et mTOR dans les cellules HepG2 IR.

En résumé, cet article a identifié de manière précise et complète les métabolites secondaires du Polygonatum sibiricum médicinal et comestible à l'aide d'une technologie métabolomique ciblée étendue. Par rapport au Polygonatum sibiricum comestible, les composés régulés tels que l'isorhamnétine dans le Polygonatum sibiricum médicinal agissent sur les voies de signalisation PI3K, AKT1, VEGFA et mTOR par le biais de cibles principales telles que PI3K, AKT1, VEGF et mTOR pour améliorer l'IR, ce qui reflète pleinement les caractéristiques pharmacologiques de la médecine traditionnelle chinoise avec de multiples composants, cibles et voies de signalisation. Les résultats de la recherche jettent les bases du criblage et de l'évaluation de la qualité des ingrédients actifs du Polygonatum sibiricum, et fournissent une base pour élucider le mécanisme d'action du Polygonatum sibiricum dans le traitement de l'IR.