Tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasındaki ikincil metabolitlerin diferansiyel analizi ve insülin direncini iyileştirmek için aktif bileşenler ve etki mekanizmaları üzerine çalışma
İnsülin direnci (İD) genel olarak, insülin hedef hücrelerinin normal konsantrasyonlardaki insülinin kantitatif konsantrasyonlarına karşı duyarlılığının azalması anlamına gelir; bu da glikoz alımı ve kullanımında bozulmuş insülin teşviki, insülin sekresyonunda telafi edici artış ve iskelet kasları, karaciğer ve yağ dokusu gibi dokularda azalmış insülin duyarlılığı ve bozulmuş glikoz kullanımı ile sonuçlanır. Bunlar arasında IR, tip 2 diyabetin tüm süreci boyunca devam eden tip 2 diyabetin önemli patogenezlerinden biridir. Günümüzde İR'yi tedavi etmek için kullanılan başlıca ilaçlar insülin duyarlılaştırıcılardır, ancak kırıklar, ödem ve karaciğer hasarı gibi yan etkileri vardır.

Polygonatum sibiricum Red. Liliaceae familyasına ve Polygonatum cinsine ait bir bitkidir. Çin Farmakopesi'nin 2020 baskısında yer alan üç Polygonatum türünden biridir. Kurutulmuş yumruları ile ilaç olarak kullanılır ve yaygın bir tıbbi ve yenilebilir üründür. Tavuk kafasına benzeyen nodüler ve kavisli silindirik şekli nedeniyle, genellikle tavuk kafası Polygonatum sibiricum olarak bilinir. Sichuan, Hunan, Jiangxi ve diğer bölgelerde yaygın olarak dağıtılır. Tatlı ve hafif bir tadı vardır, toksik değildir ve qi ve yin'i besleyici, dalağı güçlendirici, akciğerleri nemlendirici ve böbreklere fayda sağlayıcı etkilere sahiptir. Dalak ve mide qi eksikliği, yorgunluk ve halsizlik, iç ısı ve susuzluk tedavisinde kullanılır. Esas olarak polisakkaritler, saponinler, flavonoidler, alkaloidler, antrakinon ve diğer bileşenleri içerir. Klinik uygulamada, Huangjing bileşiği tip 2 diyabet tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Hem qi hem de yin eksikliği olan tip 2 diyabet için, hastaların TCM sendromlarını hafifletebilir, kan şekerini ve lipitleri azaltabilir ve pankreas adacıklarının işlevini iyileştirebilir. Literatür raporlarına göre, Huangjing bileşiğinin pankreas fonksiyonunu iyileştirme mekanizması, aktif bileşenlerinin PI3K ve STAT3 gibi hedefler üzerinde etkili olduğunu, protein serin / treonin aktivitesini, PI3K-AKT sinyal yollarını daha fazla etkilediğini ve etkilerini gösterdiğini göstermektedir; Huangjing monoterapisinin pankreatik adacık fonksiyonunu iyileştirme mekanizması, flavonoidlerin postsinaptik membran üzerinde etkili olduğunu, ilaçlara karşı hücre duyarlılığı, nörotransmitter reseptör aktivitesi gibi biyolojik süreçleri değiştirdiğini ve insülin direncini iyileştirmek için kalsiyum iyonu ve hormon direnci gibi sinyal yollarını düzenlediğini göstermektedir.

Günümüzde HPLC, LC-MS/MS, UPLC-Q-TOF-MS ve diğer teknikler Polygonatum sibiricum'un kimyasal bileşenleri üzerine kalitatif ve kantitatif araştırmalar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Polygonatum sibiricum'un flavonoidler, alkaloidler ve diğer kimyasal bileşenleri içerdiği bildirilmiştir, ancak tespit edilen bileşenlerin sayısının az olması nedeniyle Polygonatum sibiricum'un içerdiği tüm metabolik ürünleri yansıtmak genellikle zordur. Son yıllarda, metabolomik teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, UPLC-ESI-MS/MS'ye dayalı yaygın olarak hedeflenen metabolomik teknolojisi, geleneksel Çin tıbbı metabolitlerinin incelenmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel yaygın kromatografik tekniklerle karşılaştırıldığında, yüksek hassasiyet, düşük maliyet ve yüksek verim avantajlarına sahiptir. Tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasındaki ikincil metabolitlerin diferansiyel analizi üzerine rapor eksikliği nedeniyle, bu çalışma tıbbi Polygonatum sibiricum Red ve yenilebilir Polygonatum alternatirrhosum Hand. - Mzt. (yaygın olarak meyve Polygonatum olarak bilinir) araştırma nesneleri olarak ele alınmıştır. İlk kez, ikincil metabolitlerini kapsamlı bir şekilde tespit etmek için UHPLC-ESI-MS/MS yaygın olarak hedeflenen metabolomik teknolojisi kullanıldı ve temel bileşen analizi (PCA), HCA kümeleme analizi ve ortogonal kısmi en küçük kareler diskriminant analizi (OPLS-DA), diferansiyel metabolitleri taramak için metabolitlerin karşılaştırmalı analizi için kullanıldı; İkinci olarak, insülin direncini iyileştirmek için tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasındaki metabolitlerde yukarı regüle edilmiş göreceli değişikliklere sahip ilk on bileşik üzerinde ağ farmakolojisi analizi yapıldı. Aktif bileşenler ve temel hedefler üzerinde moleküler yerleştirme yapıldı ve hücre deneyi doğrulaması için HepG2 hücreleri seçildi. Bir yandan, tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasındaki farklı metabolitleri kapsamlı bir şekilde anlamayı ve kalite değerlendirmesi için temel oluşturmayı amaçlıyoruz. Diğer yandan, IR tedavisinde Polygonatum sibiricum'un etki mekanizmasını aydınlatmak için bir temel sağlayarak IR tedavisi için potansiyel aktif bileşenleri taramayı planlıyoruz.

 

Bu makale, UHPLC-ESI-MS/MS teknolojisine dayalı metabolomik kullanarak tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum'un ikincil metabolitlerini analiz etmektedir. 86 fenolik asit, 96 flavonoid, 5 antrakinon, 25 lignan ve kumarin, 3 tanen, 51 alkaloid, 11 terpen, 21 steroid ve 21 diğer metabolit olmak üzere toplam 319 sekonder metabolit tanımlanmıştır. Tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasında sekonder metabolitler açısından önemli bir fark vardır ve PCA ve HCA önemli farklılıklar göstermektedir. Karşılaştırma grubunda tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasında 85'i yukarı regüle edilen bileşik ve 21'i aşağı regüle edilen bileşik olmak üzere toplam 106 diferansiyel metabolit taranmıştır. Tıbbi Polygonatum sibiricum, sekonder metabolitlerin miktarı ve göreceli içeriği bakımından önemli avantajlara sahiptir. Tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasındaki ikincil metabolitlerdeki değişiklikleri daha fazla karşılaştırmak için, diferansiyel metabolitler KEGG veri tabanı tarafından açıklanmıştır. KEGG sınıflandırması ve zenginleştirme sonuçları, tıbbi Polygonatum sibiricum'un flavonoidler, flavonoller, izoflavonlar ve alkaloidlerin metabolik yollarında önemli ölçüde zenginleştiğini ve bunun tıbbi Polygonatum sibiricum kalitesinin oluşumuyla ilgili olabileceğini göstermiştir. Literatür raporlarına göre, bitkiler büyüme süreçleri boyunca çevresel stres veya olumsuzluklara bağlı olarak çok çeşitli ikincil metabolitler üretirler. Bu metabolitler genellikle kuraklığa dayanıklılık, hastalık direnci ve haşere kontrolü gibi spesifik biyolojik işlevlere sahiptir. Aynı zamanda, bu ikincil metabolitlerin birikimi, bitki kısımlarının tıbbi kalitesini artırmak için de faydalıdır. Örneğin, flavonoidlerin birikimi antioksidan, anti-enflamatuar ve anti-tümör etkilerini geliştirmek için faydalıdır; Alkaloidlerin birikimi yüksek anti karaciğer kanseri etkileri ve alfa glukozidaz aktivitesinin inhibisyonunu sergiler; Steroid saponinler, anti-enflamatuar ve anti-tümör etkileri gibi çeşitli biyoaktif bileşenlere sahiptir. Bu nedenle, bu farklı şekilde biriken flavonoidlerin, alkaloidlerin ve steroidal bileşiklerin derinlemesine analizi, tıbbi Polygonatum sibiricum'un kalitesiyle ilgili kalite belirteçlerinin taranması için faydalıdır.

Şu anda, Çin Farmakopesi'nin 2020 baskısının Huangjing bölümünde flavonoidler ve alkaloidler gibi ikincil metabolitler için herhangi bir içerik sınırı bulunmamaktadır. Bu çalışma, tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum arasındaki metabolitlerin göreceli içerik değişiklikleri açısından ilk on bileşiği karşılaştırmış ve metabolitlerin 50%'sinin flavonoidlere ait olduğunu bulmuştur ki bu da KEGG sınıflandırması ve diferansiyel metabolitlerin zenginleştirme sonuçları ile tutarlıdır. Bunlar arasında, isorhamnetin gibi yüksek farmakolojik aktiviteye sahip metabolitler, iyi anti-tümör, anti miyokardiyal hipoksi, iskemi, anjina pektorisi hafifletme, anti aritmi, koroner kalp hastalığı ve hipertansiyonu tedavi etme, oksijensiz radikalleri temizleme, serum kolesterolünü düşürme, kardiyovasküler sistemi koruma, kan dolaşımını teşvik etme ve diğer biyolojik etkilere sahiptir ve klinik uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır; İnce yer elması saponinleri ayrıca anti-tümör, antibakteriyel, parazit öldürme, hemoliz, lipid düşürücü, anti osteoporoz, anti mutasyon ve diğer yönlerden belirli fizyolojik aktivitelere sahiptir. Resveratrol ve dioscin'in diferansiyel yukarı regülasyonu sadece Polygonatum sibiricum'dan türetilen bir tür olan Polygonatum sibiricum Red'de gözlenmiştir. Buna dayanarak, bir sonraki adım Polygonatum sibiricum'u (meyve Polygonatum sibiricum) farmakope ve Hemsl'den Polygonatum sibiricum'u araştırmak için kontrol olarak kullanmaktır.Polygonatum cyrtonema Hua ve yerel olarak tıbbi Polygonatum sibiricum çeşitleri (Nanchong, Sichuan, Xiushan, Chongqing, Xinhua, Hunan vb. yerlerde yaygın olarak ekilen Polygonatum sibiricum gibi), kapsamlı hedefli metabolomiklere dayalı olarak her bir karşılaştırmalı gruptaki ikincil metabolitlerdeki değişiklikleri analiz etmek için deney grupları olarak kullanılmıştır. Belirli metabolit kategorilerinin biyolojik aktivitesi ile birlikte, geleneksel Çin tıbbı Polygonatum sibiricum'un kalitesiyle ilgili metabolitler taranarak otantik Polygonatum sibiricum'un kalite değerlendirmesi ve kalite kontrolü için bir temel sağlanmıştır.

Metabolomiklerle taranan farklı şekilde yukarı regüle edilen bileşiklerin aktivitesini daha da doğrulamak için, bu çalışma Huangjing'in dalağı güçlendirmedeki ve iç ısı ve susuzluk sendromunu tedavi etmedeki geleneksel etkinliğini birleştirmiştir. Hastalık modeli olarak IR kullanılarak ağ farmakolojisi analizi yapılmıştır. KEGG yol analizinin sonuçları, isorhamnetin, naringin ve isonaringin olmak üzere üç farklı şekilde yukarı regüle edilen bileşiğin PI3K Akt sinyal yolu, mTOR sinyal yolu, VEGF sinyal yolu ve östrojen sinyal yolunda yer aldığını göstermiştir AMPK ve diğer sinyal yollarının zenginleşmesi oldukça önemlidir. Önceki literatürün gözden geçirilmesi ve analiz edilmesiyle, PI3K/AKT sinyal yolağının hücre döngüsü, apoptoz, proliferasyon ve glikoz metabolizmasına dahil olduğu, insülinin ise esas olarak kas, karaciğer ve yağ dokusu üzerinde etkili olduğu bulunabilir. İnsülin reseptörlerine bağlanarak PI3K/AKT sinyal yolunu aktive eder, böylece glikoz ve yağ metabolizması süreçlerini düzenler; mTOR sinyal yolu iskelet kası glikoz alımının ve insülin direncinin düzenlenmesine katılır. Yolun aktivasyonu insülin duyarlılığını artırabilir, ancak aşırı aktivasyon insülin duyarlılığını engelleyebilir; VEGF sinyal yolunun önemli bir hedef proteini olan VEGFA, yağ ve kastaki insülin duyarlılığını artırarak insülin direncini iyileştirir, böylece kan şekerini kontrol eder; Adenozinle aktive olan protein kinaz (AMPK) vücuttaki enerji metabolizmasını düzenleyen önemli bir maddedir. Çalışmalar, çeşitli doğal bileşiklerin AMPK'yı aktive edebildiğini, insülin duyarlılığını artırabildiğini ve insülin direncini iyileştirmek için potansiyel hedefler olduğunu göstermiştir. Buna ek olarak, Huangjing'in IR'yi iyileştirmedeki hedefi, östrojen sinyal yolu gibi ilgili yollar üzerinde de etkili olabilir, hipofiz adrenal eksenini ve diğer doku ve organları düzenleyebilir ve doğrudan veya dolaylı olarak IR'yi iyileştirebilir. Yukarıdaki araştırma sonuçları, monomer isorhamnetin'in diyabet tedavisinde bildirilen sonuçlarıyla tutarlıdır. Ayrıca, Polygonatum sibiricum'un IR'yi iyileştirmedeki etki mekanizmasını daha fazla ortaya çıkarmak için moleküler yerleştirme teknolojisi kullanılmıştır. Sonuçlar PI3KAkt sinyal yolağı, mTOR sinyal yolağı, VEGF sinyal yolağı, östrojen sinyal yolağı, AMPK sinyal yolağı vb. temel hedeflerin isorhamnetin, kaempferol glikozit ve isokaempferol glikozit ile iyi kenetlenme etkilerine sahip olduğunu ve bağlanma enerjilerinin hepsinin ≤ -20,9 kJ/mol olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, Polygonatum sibiricum'un aktif bileşenlerinin kilit hedeflere bağlanmasının, Polygonatum sibiricum'un IR üzerindeki terapötik etkisinin anahtarı olabileceği tahmin edilmektedir. Diğer hücre deneyleri, diferansiyel bir metabolit olan isorhamnetin'in, esas olarak PI3K, AKT1, VEGF ve mTOR sinyal yolu ile ilgili proteinlerin ekspresyonunu etkileyerek HepG2 hücrelerinin IR durumunu etkili bir şekilde iyileştirebileceğini doğrulamıştır. Sonuçlar, isorhamnetin'in IR HepG2 hücrelerinde PI3K ve AKT1 proteinlerinin ekspresyon seviyelerini artırabildiğini ve VEGF ve mTOR proteinlerinin ekspresyon seviyelerini azaltabildiğini göstermiştir.

Özetle, bu makale, kapsamlı hedefli metabolomik teknolojisi aracılığıyla tıbbi ve yenilebilir Polygonatum sibiricum'daki ikincil metabolitleri doğru ve kapsamlı bir şekilde tanımlamıştır. Yenilebilir Polygonatum sibiricum ile karşılaştırıldığında, tıbbi Polygonatum sibiricum'daki isorhamnetin gibi yukarı regüle edilmiş bileşikler, IR'yi iyileştirmek için PI3K, AKT1, VEGF ve mTOR gibi çekirdek hedefler aracılığıyla PI3K, AKT1, VEGFA ve mTOR sinyal yolakları üzerinde etkili olup, birden fazla bileşen, hedef ve yolak içeren geleneksel Çin tıbbının farmakolojik özelliklerini tam olarak yansıtmaktadır. Araştırma sonuçları, Polygonatum sibiricum'daki aktif bileşenlerin taranması ve kalite değerlendirmesi için temel oluşturmakta ve Polygonatum sibiricum'un IR tedavisindeki etki mekanizmasının aydınlatılması için bir temel sağlamaktadır.