A másodlagos metabolitok differenciált elemzése a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között, valamint az inzulinrezisztencia javítására szolgáló hatóanyagok és hatásmechanizmusok vizsgálata
Az inzulinrezisztencia (IR) általában az inzulin célsejtek érzékenységének csökkenését jelenti a normális koncentrációjú inzulin mennyiségi koncentrációjával szemben, ami a glükózfelvétel és -hasznosítás inzulin általi elősegítésének károsodását, az inzulinszekréció kompenzáló növekedését, valamint csökkent inzulinérzékenységet és károsodott glükózhasznosítást eredményez olyan szövetekben, mint a vázizomzat, a máj és a zsírszövet. Ezek közül az IR a 2-es típusú cukorbetegség egyik fontos patogenezise, amely végigvonul a 2-es típusú cukorbetegség teljes folyamatán. Jelenleg az IR kezelésére használt fő gyógyszerek az inzulinérzékenyítők, de vannak mellékhatások, például törések, ödéma és májkárosodás.

A Polygonatum sibiricum Red. a Liliaceae családba és a Polygonatum nemzetségbe tartozó növény. A Kínai Gyógyszerkönyv 2020-as kiadásában szereplő három Polygonatum-fajta egyike. Gyógyszerként használják szárított gumójával, és gyakori gyógyászati és ehető termék. Csirkefejre emlékeztető gömbölyded és ívelt hengeres alakja miatt általában csirkefejes Polygonatum sibiricum néven ismert. Széles körben elterjedt Sichuan, Hunan, Jiangxi és más régiókban. Édes és enyhe íze van, nem mérgező, és a qi és a jin táplálására, a lép erősítésére, a tüdő nedvesítésére és a vesékre gyakorolt jótékony hatására. A lép és a gyomor qi-hiányának, fáradtságnak és gyengeségnek, belső hőségnek és szomjúságnak a kezelésére használják. Főleg poliszacharidokat, szaponinokat, flavonoidokat, alkaloidokat, antrakinont és egyéb összetevőket tartalmaz. A klinikai gyakorlatban a Huangjing vegyületet széles körben használják a 2-es típusú cukorbetegség kezelésében. A qi és a jin hiányával járó 2. típusú cukorbetegség esetén enyhítheti a betegek TCM-szindrómáit, csökkentheti a vércukorszintet és a lipideket, és javíthatja a hasnyálmirigy-szigetsejtek működését. Az irodalmi jelentések szerint a mechanizmus, amellyel a Huangjing vegyület javítja a hasnyálmirigy működését, azt sugallja, hogy hatóanyagai olyan célpontokra hatnak, mint a PI3K és a STAT3, tovább befolyásolják a fehérje szerin/treonin aktivitását, a PI3K-AKT jelátviteli útvonalakat, és kifejtik hatásukat; A Huangjing monoterápia mechanizmusa a hasnyálmirigy-szigetsejtek működésének javításában arra utal, hogy a flavonoidok a posztszinaptikus membránon hatnak, megváltoztatva az olyan biológiai folyamatokat, mint a sejtek gyógyszerekkel szembeni érzékenysége, a neurotranszmitter-receptorok aktivitása, és szabályozva az olyan jelátviteli utakat, mint a kalciumion és a hormonrezisztencia, az inzulinrezisztencia javítása érdekében.

Jelenleg a HPLC, LC-MS/MS, UPLC-Q-TOF-MS és más technikákat gyakran használnak a Polygonatum sibiricum kémiai összetevőinek minőségi és mennyiségi kutatására. Jelentették, hogy a Polygonatum sibiricum flavonoidokat, alkaloidokat és egyéb kémiai komponenseket tartalmaz, de a kimutatott komponensek kis száma miatt általában nehéz a Polygonatum sibiricumban található összes anyagcsere-terméket visszatükrözni. Az utóbbi években a metabolizmus-technológia fejlődésével az UPLC-ESI-MS/MS-en alapuló, széles körben célzott metabolizmus-technológiát széles körben használták a hagyományos kínai gyógyászat metabolitjainak vizsgálatára. A hagyományos, közös kromatográfiás technikákkal összehasonlítva előnye a nagy érzékenység, az alacsony költség és a nagy áteresztőképesség. Mivel a másodlagos metabolitok differenciált elemzéséről a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között nem készültek jelentések, ez a tanulmány a gyógyászati Polygonatum sibiricum Red és az ehető Polygonatum alternatirrhosum Hand-ra összpontosít. - Mzt. (közismert nevén gyümölcsös Polygonatum) mint kutatási tárgyakra. Első alkalommal az UHPLC-ESI-MS/MS széles körben célzott metabolomikai technológiát használtak másodlagos metabolitjaik átfogó kimutatására, és a metabolitok összehasonlító elemzéséhez a fő komponenselemzést (PCA), a HCA klaszterelemzést és az ortogonális részleges legkisebb négyzetek diszkrimináns elemzését (OPLS-DA) használták a metabolitok összehasonlító elemzéséhez a differenciális metabolitok szűrésére; Másodszor, hálózati farmakológiai elemzést végeztek a tíz legjobb vegyületre, amelyek felszabályozták a metabolitok relatív változásait a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között az inzulinrezisztencia javítása érdekében. Molekuláris dokkolást végeztünk a hatóanyagokon és a kulcsfontosságú célpontokon, és HepG2 sejteket választottunk a sejtkísérletek validálásához. Célunk egyrészt a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum közötti eltérő metabolitok átfogó megértése, megalapozva ezzel a minőségértékelését. Másrészt tervezzük, hogy az IR kezelésére szolgáló potenciális hatóanyagokat szűrjük, ami alapot nyújt a Polygonatum sibiricum IR kezelésében kifejtett hatásmechanizmusának tisztázásához.

 

Ez a cikk a gyógyászati és ehető Polygonatum sibiricum másodlagos metabolitjait elemzi az UHPLC-ESI-MS/MS technológián alapuló metabolizmus segítségével. Összesen 319 másodlagos metabolitot azonosítottak, köztük 86 fenolsavat, 96 flavonoidot, 5 antrakinont, 25 lignánt és kumarint, 3 tannint, 51 alkaloidot, 11 terpént, 21 szteroidot és 21 egyéb metabolitot. A másodlagos metabolitok tekintetében jelentős különbség van a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között, a PCA és a HCA jelentős különbségeket mutat. Az összehasonlító csoportban összesen 106 differenciális metabolitot vizsgáltak a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között, beleértve 85 felfelé szabályozott és 21 lefelé szabályozott vegyületet. A gyógyászati Polygonatum sibiricum jelentős előnyökkel rendelkezik a másodlagos metabolitok mennyisége és relatív tartalma tekintetében. A másodlagos anyagcseretermékek változásainak további összehasonlítása érdekében a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között a KEGG-adatbázisban a differenciális anyagcseretermékeket annotálták. A KEGG osztályozás és a dúsítási eredmények azt mutatták, hogy a gyógyászati Polygonatum sibiricum jelentősen gazdagodott a flavonoidok, flavonolok, izoflavonok és alkaloidok metabolikus útvonalaiban, amelyek kapcsolatban állhatnak a gyógyászati Polygonatum sibiricum minőségének kialakulásával. A szakirodalmi jelentések szerint a növények a környezeti stressz vagy a kedvezőtlen hatások hatására a növekedési folyamatuk során sokféle másodlagos anyagcsereterméket termelnek. Ezek az anyagcseretermékek gyakran specifikus biológiai funkciókkal rendelkeznek, mint például a szárazsággal szembeni ellenállás, a betegségekkel szembeni ellenállás és a kártevők elleni védekezés. Ugyanakkor ezeknek a másodlagos anyagcseretermékeknek a felhalmozódása a növényi részek gyógyászati minőségének javítása szempontjából is előnyös. Például a flavonoidok felhalmozódása előnyös az antioxidáns, gyulladáscsökkentő és daganatellenes hatások javításában; az alkaloidok felhalmozódása magas májrákellenes hatást és az alfa-glükozidáz aktivitás gátlását mutatja; a szteroid szaponinok különféle bioaktív komponensekkel rendelkeznek, például gyulladáscsökkentő és daganatellenes hatással. Ezért ezeknek a differenciáltan felhalmozódott flavonoidoknak, alkaloidoknak és szteroid vegyületeknek a mélyreható elemzése hasznos a Polygonatum sibiricum gyógynövény minőségével kapcsolatos minőségi markerek szűréséhez.

Jelenleg a Kínai Gyógyszerkönyv 2020-as kiadásának Huangjing szakasza szerint a másodlagos anyagcseretermékekre, például a flavonoidokra és alkaloidokra nincs tartalmi határérték. Ez a tanulmány összehasonlította az első tíz vegyületet a metabolitok relatív tartalmi változásai szempontjából a gyógyászati és az ehető Polygonatum sibiricum között, és megállapította, hogy a metabolitok 50%-je a flavonoidokhoz tartozott, ami összhangban van a KEGG osztályozással és a differenciált metabolitok dúsítási eredményeivel. Közülük a magas farmakológiai aktivitású metabolitok, mint például az izorhamnetin, jó daganatellenes, anti-myocardialis hypoxia, ischaemia, enyhíti az angina pectoris, anti aritmia, a szívkoszorúér-betegség és a magas vérnyomás kezelésére, az oxigén szabad gyökök tisztítására, a szérum koleszterinszintjének csökkentésére, a szív- és érrendszer védelmére, a vérkeringés és más biológiai hatások elősegítésére, és széles körben használják a klinikai gyakorlatban; A vékony yam szaponinok bizonyos fiziológiai aktivitásokkal is rendelkeznek a daganatellenes, antibakteriális, parazitaölő, hemolízis, lipidcsökkentő, csontritkulás elleni, mutációellenes és egyéb szempontból. A rezveratrol és a dioszcin differenciált felszabályozását csak a Polygonatum sibiricum Red, a Polygonatum sibiricumból származó fajban figyelték meg. Ennek alapján a következő lépés a Polygonatum sibiricum (gyümölcs Polygonatum sibiricum) kontrollként való felhasználása a Polygonatum sibiricum farmakopédiából való feltárására et Hemsl.、 Polygonatum cyrtonema Hua és a helyileg gyógyhatású Polygonatum sibiricum fajtákat (mint például a Nanchong, Sichuan, Xiushan, Chongqing, Xinhua, Hunan stb. területén széles körben ültetett Polygonatum sibiricum) használtuk kísérleti csoportként, hogy az egyes összehasonlító csoportokban a másodlagos metabolitok változását elemezzük az extenzív célzott metabolomika alapján. A metabolitok meghatározott kategóriáinak biológiai aktivitásával kombinálva a hagyományos kínai gyógyszer, a Polygonatum sibiricum minőségével kapcsolatos metabolitokat vizsgálták, ami alapot szolgáltat az autentikus Polygonatum sibiricum minőségértékeléséhez és minőségellenőrzéséhez.

A metabolizmus által átvizsgált, differenciálisan felszabályozott vegyületek aktivitásának további validálása érdekében ez a tanulmány kombinálta a Huangjing hagyományos hatékonyságát a lép erősítésében és a belső hő- és szomjúságszindróma kezelésében. Az IR-t betegségmodellként használva hálózati farmakológiai elemzést végeztünk. A KEGG útvonalelemzés eredményei azt mutatták, hogy három differenciálisan felszabályozott vegyület, nevezetesen az izorhamnetin, a naringin és az izonaringin, részt vesz a PI3K Akt jelátviteli útvonalban, az mTOR jelátviteli útvonalban, a VEGF jelátviteli útvonalban és az ösztrogén jelátviteli útvonalban Az AMPK és más jelátviteli útvonalak gazdagodása rendkívül jelentős. A korábbi irodalom áttekintése és elemzése révén megállapítható, hogy a PI3K/AKT jelátviteli útvonal részt vesz a sejtciklusban, az apoptózisban, a proliferációban és a glükóz anyagcserében, míg az inzulin elsősorban az izomra, a májra és a zsírszövetre hat. Az inzulinreceptorokhoz kötődve aktiválja a PI3K/AKT jelátviteli útvonalat, ezáltal szabályozza a glükóz- és zsíranyagcsere-folyamatokat; Az mTOR jelátviteli útvonal részt vesz a vázizomzat glükózfelvételének és az inzulinrezisztencia szabályozásában. Az útvonal aktiválása növelheti az inzulinérzékenységet, de a túlzott aktiválás gátolhatja az inzulinérzékenységet; A VEGFA, mint a VEGF jelátviteli útvonal fontos célfehérje, javítja az inzulinrezisztenciát azáltal, hogy növeli a zsír és az izom inzulinérzékenységét, ezáltal szabályozza a vércukorszintet; Az adenozin aktivált protein kináz (AMPK) fontos anyag, amely szabályozza a szervezet energiaanyagcseréjét. Tanulmányok kimutatták, hogy különböző természetes vegyületek képesek aktiválni az AMPK-t, fokozzák az inzulinérzékenységet, és potenciális célpontok az inzulinrezisztencia javítására. Ezenkívül a Huangjing célpontja az IR javításában olyan kapcsolódó útvonalakra is hathat, mint az ösztrogén jelátviteli útvonal, szabályozhatja az agyalapi mellékvese tengelyt és más szöveteket és szerveket, és közvetlenül vagy közvetve javíthatja az IR-t. A fenti kutatási eredmények összhangban vannak a monomer izorhamnetin jelentett eredményeivel a cukorbetegség kezelésében. Továbbá, a molekuláris dokkolási technológiát használták a Polygonatum sibiricum IR javítására irányuló hatásmechanizmusának további feltárására. Az eredmények azt mutatták, hogy a PI3KAkt jelátviteli útvonal, az mTOR jelátviteli útvonal, a VEGF jelátviteli útvonal, az ösztrogén jelátviteli útvonal, az AMPK jelátviteli útvonal stb. kulcsfontosságú célpontjai jó dokkolási hatást mutattak az isorhamnetinnel, a kaempferol-glikoziddal és az izokaempferol-glikoziddal, a kötési energiák mindegyike ≤ -20,9 kJ/mol. Ezért feltételezhető, hogy a Polygonatum sibiricum hatóanyagainak a kulcsfontosságú célpontokhoz való kötődése lehet a Polygonatum sibiricum IR-re gyakorolt terápiás hatásának kulcsa. További sejtkísérletek megerősítették, hogy az izorhamnetin, egy differenciális metabolit, hatékonyan javíthatja a HepG2 sejtek IR állapotát, elsősorban a PI3K, AKT1, VEGF és mTOR jelátviteli útvonallal kapcsolatos fehérjék expressziójának befolyásolásával. Az eredmények azt mutatták, hogy az izorhamnetin képes növelni a PI3K és az AKT1 fehérjék expressziós szintjét, és csökkenteni a VEGF és az mTOR fehérjék expressziós szintjét IR HepG2 sejtekben.

Összefoglalva, ez a cikk pontosan és átfogóan azonosította a másodlagos metabolitokat a gyógyászati és ehető Polygonatum sibiricumban a kiterjedt célzott metabolomikai technológia segítségével. Az ehető Polygonatum sibiricummal összehasonlítva a felszabályozott vegyületek, mint például az izorhamnetin a gyógyászati Polygonatum sibiricumban, a PI3K, AKT1, VEGFA és mTOR jelátviteli útvonalakon keresztül hatnak az alapvető célpontokon, mint például a PI3K, AKT1, VEGF és mTOR, az IR javítása érdekében, ami teljes mértékben tükrözi a hagyományos kínai orvoslás farmakológiai jellemzőit több összetevővel, célpontokkal és útvonalakkal. A kutatási eredmények megalapozzák a Polygonatum sibiricum hatóanyagainak szűrését és minőségi értékelését, és alapot nyújtanak a Polygonatum sibiricum hatásmechanizmusának megvilágításához az IR kezelésében.