Molekuláris dokkolás és enzimgátlási kinetika alapján vizsgálja meg a Rhodiola rosea-ből kivont α - glükozidáz in vitro gátló aktivitását.A cukorbetegség gyakori betegség, amely két típusra osztható: 1-es típusú cukorbetegség (T1DM) és 2-es típusú cukorbetegség (T2DM). A T2DM a cukorbetegek több mint 90%-jét teszi ki, amelyet elsősorban az inzulinrezisztencia és az abnormális inzulinszekréció miatt megnövekedett posztprandiális vércukorszint okoz. Az alfa-glükozidáz az egyik fő enzim, amely a posztprandiális hiperglikémiát okozza, és az alfa-glükozidáz aktivitás gátlása vált a posztprandiális hiperglikémia szabályozásának és a T2DM kezelésének fő módjává. Jelenleg a klinikai gyakorlatban általánosan használt alfa-glükozidáz-gátlók az akarbóz, a miglitol stb. Bár nagy gátló aktivitással rendelkeznek, drágák és hajlamosak egy sor gasztrointesztinális reakcióra, például emésztési zavarra. A növényekből származó természetes termékek alacsony toxicitásuk és mellékhatásaik miatt a terápiás szerek kiváló minőségű forrásává váltak. Ezért a természetes hatóanyagokból származó biztonságos és alacsony mellékhatású alfa-glükozidáz inhibitorok keresése a kutatás egyik forró pontjává vált.

A Rhodiola sachalinensis, mint az élelmiszer- és gyógyászati homológiával rendelkező hagyományos kínai gyógyászati anyagok egyike, szalidrozidot, katechint, tirozolt és más hatóanyagokat tartalmaz. Jelenleg a hazai és külföldi kutatások elsősorban a hipoxia elleni, az apoptózis elleni, a tumorellenes, a stressz okozta károk enyhítésére stb. összpontosítanak. Egyes tanulmányok azt is mutatják, hogy bizonyos szerepe van a cukorbetegség rágcsálómodellekben, és enyhítheti a cukorbeteg egerek hiperglikémiáját, hiperlipidémiáját és vizeletcukor tüneteit az 5 '- adenozin-monofoszfát függő fehérje kináz (AMPK) kapcsolódó jelátviteli útvonalak aktiválásával. A közelmúltban a kutatók megállapították, hogy a Rhodiola kivonat jelentősen csökkentheti a posztprandiális vércukorszintet egerekben, és hatóanyagai bizonyos fokú gátló hatást mutatnak in vitro, de a specifikus gátlási mechanizmus nem egyértelmű. Csoportunk előzetes kutatásai azt találták, hogy a Rhodiola rosea polifenolos anyagai bizonyos in vitro alfa-glükozidáz gátló hatással rendelkeznek. A fenti kutatási háttér alapján ez a tanulmány az enzimgátlási kinetikát, az UHPLC-QE-MS-t és a molekuláris dokkolási technológiát kombinálja, hogy vizualizált módon vizsgálja a Rhodiola rosea kivonat gátló hatását az alfa-glükozidázra. A kutatás célja, hogy elméleti referenciát nyújtson a hipoglikémiás gyógyszerek és az egészséges élelmiszerek fejlesztéséhez, a Rhodiola rosea további fejlesztésének és felhasználásának elősegítése érdekében.

 

 

Az alfa-glükozidáz a szervezetben a vékonybél nyálkahártyájának ecsetszegélyében található, amely képes az oligoszacharidokat vagy diszacharidokat monoszacharidokká bontani. Aktivitásának gátlása lelassíthatja a szénhidrát-hidrolízis és a glükóztermelés sebességét, ezáltal csökkentve a glükóz vékonybélben történő felszívódását és a posztprandiális vércukorszintet. A kutatások azt mutatják, hogy a különböző növények, például a csillagalma, az elefántláb banán, a fekete farkasbogyó, a Schisandra chinensis, a lila yam és a Guizhou pitypang kivonata mind gátló hatással rendelkezik az alfa-glükozidázzal szemben. Az inhibitorok enzimekre gyakorolt gátló hatásának értékelésére a félmaximális gátló koncentráció (IC50) használható. Minél kisebb az IC50, annál nagyobb a gátló hatás. A csoport korábbi kutatásai kimutatták, hogy a Rhodiola polifenolok jó gátló hatással vannak az alfa-glükozidázra, az IC50 értéke 2,83 mg/ml. Az ebben a kísérletben kapott RCE IC50 1,538mg/ml, ami nemcsak az akarbóznál, hanem a Rhodiola polifenoloknál is alacsonyabb. Ez a flavonoidok, szerves savak és egyéb anyagok jelenlétének köszönhető az RCE-ben. Az inhibitorok által okozott enzimgátlás típusai reverzibilis gátlásra és irreverzibilis gátlásra oszthatók. Az ebben a vizsgálatban kapott RCE és α - glükozidáz reverzibilis gátlás, amelyet az inhibitor és az enzim közötti nem kovalens kötődés jellemez, amely fizikai módszerekkel helyreállíthatja az enzimaktivitást. A reverzibilis gátlástípusok négy kategóriába sorolhatók: kompetitív gátlás, nem kompetitív gátlás, antikompetitív gátlás és vegyes gátlás. A kevert gátlási típusok közé tartozik a kompetitív és a nem kompetitív kevert gátlás. E típus jellemzője, hogy az inhibitor koncentrációjának növekedése csökkenti az enzimatikus reakció maximális reakciósebességét (Vmax) és növeli a Michaelis állandóját (Km). Ez a vizsgálat azt mutatja, hogy az RCE koncentrációjának növekedése a Vmax csökkenéséhez vezet A Km növekedése összhangban van a fenti jellemzőkkel, ezért az RCE α - glükozidázra gyakorolt gátlási típusát a kompetitív és nem kompetitív gátlás vegyes típusának határoztuk meg, ami azt jelzi, hogy a Rhodiola kivonat hatékony természetes α - glükozidáz inhibitor. Az RCE összhangban van a Rhodiola rosea polifenolok, a Schisandra chinensis poliszacharidjai és a Scenedesmus macrophylla poliszacharidjai által az α - glükozidáz gátlásának típusával. Tisztázni kell azonban, hogy mely vegyületek tartoznak a kompetitív gátláshoz és melyek a nem kompetitív gátláshoz, és további vizsgálatokra van szükség. Az RCE jó α - glükozidáz gátló hatással rendelkezik, de további állatmodellekre van szükség annak ellenőrzésére, hogy a hatás in vivo is jelentős-e. Jelenleg az alfa-glükozidáznak számos forrása van, elsősorban a sörélesztő, az Aspergillus niger, a termofil Bacillus subtilis és a Leuconostoc enterica. A különböző forrásokból származó α - glükozidáz tulajdonságai nagymértékben eltérnek, és az ebben a tanulmányban használt α - glükozidáz sörélesztőből származik. Ezért további vizsgálatokra van szükség annak megállapítására, hogy az RCE ugyanolyan gátló hatással van-e más forrásokból származó enzimekre.
Az UHPLC-QE-MS a gyorsaság és a pontosság jellemzőivel rendelkezik, és használható a komplex kínai gyógyászati anyagokban lévő vegyületek nem célzott elemzésére. Ez a tanulmány elemezte az RCE-t, és az adatbázissal való összehasonlítás révén 1245 vegyületet azonosított, köztük 263 vegyületet negatív ionmódban és 982 vegyületet pozitív ionmódban. A Rhodiola rosea hatóanyagainak kivonására szolgáló fő oldószerek az etanol és a víz. A tiszta vízzel összehasonlítva a szerves oldószerek vizes oldatai több vegyületet képesek kivonni. A vizes kivonatban a galluszsav tartalma magasabb, mint az alkoholos kivonaté, míg a tirozol, a klorogénsav és a tanninok tartalma alacsonyabb, mint a vizes alkoholos kivonaté. Ezért a több vegyület kivonása érdekében ez a kísérlet 50% etanolt használt oldószerként az RCE extrakció előkészítéséhez. Az egyetlen extrakciós oldószer miatt azonban a kimutatott vegyületek nem feltétlenül a Rhodiola rosea összes vegyülete, és még mindig vannak olyan vegyületek, amelyeket nem lehet kivonni vagy azonosítani. Ezért további összehasonlító kísérletekre van szükség különböző extrakciós oldószerekkel. Zakharenko kutatásai szerint a Rhodiola rosea fő hatóanyagai a szalidrozid, a luteolin, a katechin, a kvercetin, a gyógynövénykivonat és a katechin. Ez összhangban van a jelen tanulmány eredményeivel, mivel az RCE magas luteolin- és kvercetin-tartalommal rendelkezik. A molekuláris dokkolással megjósolható, hogy a kis molekulájú ligandumok képesek-e kötődni a receptorfehérjékhez, valamint a kötőerők. Ebben a tanulmányban 20, UHPLC-QE-MS-sel nyert magas tartalmú vegyületet dokkoltunk α - glükozidázzal. Az eredmények azt mutatták, hogy 11 vegyület képes kötődni az α - glükozidázhoz, köztük a luteolin, szalidrozid, kaempferol, (-) - epikatekin 3-O-gallát, kávésav, L-almasav, (+) - epikatekin, kvercetin, (-) - eritrotro-anetol-glikol 1-glükozid, 3-hidroxi-4,6-heptin-1-il 1-glükozid és tirozol. Közülük a legtöbb hidrogénkötést a kávésav képezte. A His-515, Arg-437, Glu-432 és His-348 maradékokhoz képes kötődni. (+) - Az epikatekin az Asn-443 és a His-515-hez kötődik a legjobban, a legalacsonyabb kötési energiával (-17,08 kJ/mol); a PNPG dokkolása az α - glükozidázzal kimutatta, hogy az Arg-437 és a Glu-432 a két kötőhelye. A kávésavnak ugyanazok a kötőhelyei a PNPG-vel, Arg-437 és Glu-432, míg az L-almasavnak, a kvercetin és a tirozolnak ugyanaz a kötőhelye a PNPG-vel, Arg-437. Ezért arra lehet következtetni, hogy a kávésav, az L-almasav, a kvercetin és a tirozol α - glükozidáz gátlási típusa kompetitív gátlás lehet, míg a többi hat vegyületé nem kompetitív gátlás. A vegyületek további tisztítása és a Lineweaver-Burk reciprok ábrák készítése szükséges azonban a gátlási típusok meghatározásához.
Összefoglalva, ez a tanulmány az RCE α - glükozidázra gyakorolt gátló hatását vizsgálta vizualizált módon, enzimgátlási kinetika, UHPLCQE-MS és molekuláris dokkolási technikák segítségével. A gátlás típusa a kompetitív és nem kompetitív gátlás vegyes típusa volt, és a (+) - epikatekin és az α - glükozidáz közötti kötődési aktivitás az RCE-ben volt a legjobb. Ez a cikk alapkutatást nyújt az RCE mint természetes alfa-glükozidáz inhibitor fejlesztéséhez és a Rhodiola erőforrások felhasználásához.