1 dalis: Izorhamnetino poveikis diabetui ir su juo susijusioms komplikacijoms: In vitro ir in vivo tyrimų apžvalga ir įtraukto molekulinio kelio post hoc transkripto analizė

Norėdami gauti daugiau informacijos. kontaktastina.xiang@wecistanche.com

Abstraktus: Diabetascukrinis diabetas, ypač 2 tipo (T2DM), yra pagrindinė visuomenės sveikatos problema visame pasaulyje. DM būdingas didelis glikemijos ir insulinemijos lygis dėl sutrikusios insulino sekrecijos ir ląstelių jautrumo insulinui, vadinamo atsparumu insulinui. T2DM sukelia daugybines ir sunkias komplikacijas, tokias kaip nefropatija, neuropatija ir retinopatija, sukelianti ląstelių oksidacinį pažeidimą įvairiuose vidaus audiniuose, ypač kasoje, širdyje, riebaliniame audinyje, kepenyse ir inkstuose. Augalų ekstraktai ir jų bioaktyvūs fitochemikalai sulaukia susidomėjimo kaip naujos terapinės ir prevencinės T2DM ir su juo susijusių komplikacijų alternatyvos. Šiuo atžvilgiu izorhamnetinas, augalasflavonoidas, ilgą laiką buvo tiriamas dėl galimo antidiabetinio poveikio. Šioje apžvalgoje aprašomas jo poveikis su diabetu susijusių sutrikimų mažinimui mažinant gliukozės kiekį, gerinant oksidacinę būseną, malšinant uždegimą ir moduliuojant lipidų metabolizmą bei adipocitų diferenciaciją reguliuojant susijusius signalizacijos kelius, apie kuriuos pranešta in vitro ir in vivo tyrimuose. Be to, mes įtraukiame post hoc viso genomo transkripto analizę apie izorhamnetino biologinį aktyvumą, naudojant kamieninių ląstelių įrankį.

Raktažodžiai: izorhamnetinas; kvercetinas; biologinė veikla; diabetas; molekuliniai keliai; mikromasyvas

Spauskite čia norėdami sužinoti daugiau kontaktų

1. Įvadas

Nuo seniausių laikų augalai buvo naudojami kaip tradicinė medicina beveik visuose pasaulio žemynuose. Moksliniai tyrimai dėl jų naudojimo medicinoje paskatino ištirti biologiškai aktyvias molekules. Ekstremofiliniai augalai, augantys ekstremaliomis aplinkos sąlygomis, laikomi geru potencialiu dominančių bioaktyvių molekulių šaltiniu. Tiesą sakant, šie aplinkos apribojimai yra disfunkcinio deguonies apykaitos priežastis, dėl kurios atsiranda oksidacinis stresas, nes didėja reaktyviosios deguonies rūšys (ROS) [1, 2]. Kai kurie augalai, pavyzdžiui, halofitai, turi galingąantioksidantassistema, skirta pašalinti šiuos kenksmingus junginius. Tarp dominančių bioaktyvių molekulių yra fenolinių junginių. Keletas tyrimų laboratorijoje vertino augalus, kuriuose gausu polifenolių su ribojančiomis sąlygomis arba be jų [3-10]. Ekstraktams, kuriuose gausu polifenolių, priskiriami keli biologiniai poveikiai, pvz., priešuždegiminis ir priešvėžinis poveikis [11-13]. Kiti tyrimai parodė izorhamnetino antioksidacinį, antimikrobinį [8,14-16], taip pat prieš nutukimą, diabetą ir steatotinį [17-19] poveikį kepenims. Tarp šių polifenoliųflavonoidųyra išskiriami. Šiai grupei priklauso keli pogrupiai, pavyzdžiui, flavonoliai. Izorhamnetinas yra vienas iš pagrindinių flavonolių junginių. Izorhamnetinas yra monometoksi flavonas arba O-metilintas flavonolis iš flavonoidų klasės. tai yrakvercetinaskurioje metoksi grupė pakeičia hidroksi grupę 3' padėtyje. Kai kurių izorhamnetino darinių yra gamtoje, pvz., izorhamnetino 3-O- -d-gliukopiranozidas, izorhamnetino 3-O-neohesperidozidas ir izorhamnetino 3-O-rutinozidas iš Calendula officinalis L. [20]. Izorhamnetinas pasižymi reikšmingomis biologinėmis savybėmis, tokiomis kaip antioksidacinis [21], priešvėžinis [22], antimikrobinis [23], antivirusinis [24], priešuždegiminis ir antidiabetinis poveikis [21,25-33].

Šioje apžvalgoje pagrindinis dėmesys skiriamas izorhamnetino kilmei, cheminei struktūrai, išskyrimo ir ekstrahavimo būdams, taip pat fitocheminiam aspektui. Tada antroje dalyje mes sutelkiame dėmesį į galimo šio flavonolio antidiabetinio poveikio apibūdinimą, sumažinant su diabetu susijusius sutrikimus mažinant gliukozės kiekį, gerinant oksidacinę būklę, malšinant uždegimą ir moduliuojant lipidų apykaitą bei adipocitų diferenciaciją. Galiausiai atlikome antrinę anksčiau paskelbtų viso genomo mikromasyvo duomenų analizę, kad ištirtume su diabetu susijusį izorhamnetino biologinį aktyvumą kamieninių ląstelių pagrindu. Taip pat siekiame pabrėžti šios molekulės poveikį dalyvaujančių signalizacijos kelių reguliavimui, pranešdami apie in vitro ir in vivo tyrimus, naudojamus šioje tyrimų srityje. Šioje apžvalgoje mes atskleidėme izorhamnetino antidiabetinio aktyvumo ypatybes, palyginti sukvercetinaskuris laikomas izorhamnetino metabolitu ir svarbia natūralaus diabeto gydymo nuoroda.

2. Bendra bioaktyvių molekulių konkrečiuose polifenoliuose ir flavonoiduose apžvalga

2.1. Oksidacinis stresas kaip bioaktyvių molekulių augaluose kilmė

Keletą augalų gali paveikti įvairios aplinkos sąlygos (druskumas, sausra, UV spinduliai, sunkieji metalai, ekstremalios temperatūros, maistinių medžiagų trūkumas, oro tarša ir patogenų atakos). Šie suvaržymai yra deguonies apykaitos sutrikimų, kurie sukelia oksidacinį stresą, didindami reaktyviąsias deguonies rūšis (ROS), priežastis. Deguonies molekulė (O2) vaidina svarbų vaidmenį fotosintetiniuose organizmuose. Iš pradžių aukštesniuosiuose augaluose ir dumbliuose dujų mainai, kuriuose dalyvauja elektronai, vyksta chloroplastuose, per dieną sulaikant anglies dioksidą ir gaminant deguonį. Šiame dujų mainuose dalyvauja elektronai. Iš tiesų, esant dideliems aplinkos suvaržymams, didelė deguonies dalis nesumažėja, todėl kai kuriose augalų ląstelių organelėse gali susidaryti ROS [1,2] dėl tinkamo chloroplastų funkcionavimo ir elektronų perdavimo disbalanso. 1]. Be to, atsižvelgiant į pirmiau minėtus aplinkos apribojimus, susidaro daug ROS, tokių kaip hidroksilo radikalas (OH), superoksido anijonų radikalas (O,-), alkoksilo ir peroksilo radikalai (atitinkamai RO: ir RO2), vandenilio peroksidas (H2O2, ), hipochlorito radikalas (-OCl), vienkartinis deguonis (O2), azoto oksido radikalas (NO) ir kiti lipidų peroksidai (pvz., malondialdehidas ir 4-hidroksinonenalis)[2,34,35]. Kartais ROS gali turėti įtakos ląstelių signalizavimui fiziologiniame augalų elgesyje, pavyzdžiui, sėklų augimo ir vystymosi procese, audinių vystymesi ir perėjimui nuo ląstelių proliferacijos prie ląstelių pailgėjimo ankstesniais diferenciacijos etapais [36]. . Dideliu lygiu šios molekulės sukelia molekulinius pažeidimus, tokius kaip membranų lipidų peroksidacija, baltymų ir DNR pakitimai bei ląstelių mirtis [1,35,37]. Kai kurie augalai, pavyzdžiui, halofitai, gali gerai prisitaikyti prie šių sąlygų pasitelkdami galingą antioksidacinę sistemą. Žinoma, kad halofitai yra antrinių metabolitų, tokių kaip polifenoliai [3-10], šaltinis. Šie autoriai rodo, kad esant sunkioms sąlygoms, polifenoliai yra sintetinami ir atlieka svarbų vaidmenį apsaugant nuo streso sukeltos oksidacinės žalos. Šių fenolinių junginių biosintezė, kiekis ir aktyvumas priklauso nuo kelių išorinių (šviesa, temperatūra, druskingumas ir sausumas) ir vidinių (genotipas, organas ir vystymosi stadija) parametrų, turinčių įtakos jų kiekiui ir pasiskirstymui augaluose. 8,38,39]. Pavyzdžiui, Pyracantha coccinea kai kurių flavonoidų, tokių kaip flavanonai, flavonai ir flavonoliai, yra ūgliuose vegetacinės fazės metu, o šaknyse – tik reprodukcinės fazės metu 40]. Kita vertus, keli autoriai įrodė, kad šie fenoliniai junginiai turi kitų biologinių savybių, pvz., priešuždegiminį ir priešvėžinį poveikį [11-13]. Kiti tyrimai parodė antioksidacinį, antimikrobinį [8,14-16] ir antidiabetinį [18,41,42] fenolio ekstraktų poveikį.

2.2. Natūralių antioksidantų klasifikacija

Antioksidacinė sistema gali būti klasifikuojama pagal šių komponentų pobūdį į fermentinius arba nefermentinius junginius. Pirmieji apima superoksido dismutazę (SOD), katalazę (CAT), askorbato peroksidazę ir glutationo reduktazę [1,3542-44]. Su šiais fermentais susiję genai atskleidė jų svarbą po derliaus nuėmimo fiziologinio saugojimo šaknies pablogėjimo metu ir reaguojant į osmosinį stresą ir abscizino rūgštį bei Xanthomonas axonopodis infekciją [44]. Antroje grupėje daugiausia yra fenolio junginių, karotinoidų, vitaminų ir osmolitų [1]. Fenoliniams junginiams būdingas vienas ar daugiau benzeno žiedų ir jie skiriasi bazinės molekulės sudėtingumu, hidroksilo skaičiumi ir vieta bei polimerizacijos laipsniu. Šie junginiai yra antriniai metabolitai, skirstomi į tris dideles grupes: fenolio rūgštys (benzenkarboksirūgšties ir cinamono rūgščių dariniai), flavonoidai (flavonoliai, flavonoliai, flavanonai, flavonai, antocianinai) ir taninai (hidrolizuojami taninai ir proantocianidinai). Be šių molekulių dar išskiriami stilbenai, lignanai ir kumarinai [45].

2.3. Flavonoidų kilmė ir biocheminė struktūra, ypač izorhamnetinas

Fenoliniai junginiai yra antriniai metabolitai, vyraujantys augaluose. Šie junginiai yra su aromatiniu žiedu, turinčiu vieną ar daugiau hidroksilo grupių (OH), ir juose yra molekulių nuo paprastų fenolio rūgščių iki polimerizuotų junginių, tokių kaip taninai. Fenolinių junginių sintezė yra sudėtingas procesas, kuris vyksta keliais etapais. Fenoliniai junginiai yra biologiškai aktyvios molekulės, turinčios du kilmės kelius: vienoje pusėje yra šikimo rūgštis, o kitoje - fenilpropanoido molekulės. Flavonoidų, tokių kaip izorhamnetinas, biosintezė yra pagrįsta šiais būdais. Iš tikrųjų, viena vertus, šikimatas sudaro pagrindinį polifenolių, turinčių vieną ar daugiau benzeno žiedų (C6), turinčių vieną ar daugiau hidroksilo funkcijų, karkasą. Kita vertus, vyksta C6-C3 bazės, susidarančios kondensuojantis fenilalaninui į cinamono rūgštį, sintezė (1 pav.)[46].

Tiksliau sakant, šikimo rūgštis yra kelių reakcijų pagrindas, atstovaujanti aromatinių aminorūgščių, kurios yra fenolinių junginių iniciatoriai, skeletą. Pirmąjį žingsnį sudaro dviejų molekulių derinys: fosfoenolpiruvatas ir eritrozės 4-fosfatas, kuris po keturių reakcijų sudaro pirmąjį fenolių skeletą: šikimato arba šikimo rūgštį (CHoOs). Vėliau pateikiamas pirmasis žiedas, apibūdinantis fenolius su dviem hidroksilo grupėmis. Šikimatas patiria šešias reakcijas, kurios baigiasi pirmąja aminorūgštimi: fenilalaninu. Dviejų pagrindinių fermentų, fenilalanino amoniako-liazės (PAL) ir cinamato-4-hidroksilazės (C4H), dėka fenilalaninas paeiliui sudaro cinamatą ir p-kumaratą. Šiame etape PAL aktyvumo lygis gali kiekybiškai reguliuoti fenoliniai junginiai. P-kumarato molekulė yra kumarino darinių kilmė. Fenilpropanoido molekulių sintezės būdui būdingas pagrindinis fermentas, vadinamas 4-kumarato CoA ligaze (4CL), kuris katalizuoja esant kofermento A (CoA) p-kumaro tiolio funkcijai. rūgšties į 4-kumaroil CoA (C30Ha2N-O18P, S). Aromatinis flavonoidų A žiedas susidaro kondensuojantis trims malonil-CoA (-C6) molekulėms.

Vėliau 4-kumaroilo CoA gamino naringenino chalkoną, paaiškinantį ryšį tarp aromatinio B žiedo ir chalkono 3C žiedo (C6-C3-). Chalkonas yra pagrindinis šios temos elementas, nes jis yra visų flavonoidų pirmtakas, pagrįstas penkiolikos anglies skeletu, kurį sudaro du benzeno žiedai. Vėliau chalkonas paverčiamas naringeninu (dar vadinamu flavanonu arba trihidroksiflavonu), veikiant chalkono izomerazei (CHI). Viena vertus, flavonai, tokie kaip apigeninas, acetinas, chrizinas arba liuteolinas, yra sintetinami iš naringenino, dalyvaujant flavonui. sintazė(FNS). Kita vertus, iš naringenino, dalyvaujant dviem fermentams, gaminami skirtingi flavonoliai ir gintaro rūgšties junginiai; flavanono 3-dioksigenazė (F3D) ir flavonolio sintazė (FS). Be flavonolio darinių, taip pat gaminami kiti junginiai, tokie kaip kempferolis, miricetinas ir kvercetinas. Perkeliant metilo grupę iš S-adenozil-L-metionino, izorhamnetinas susidaro dalyvaujant flavono 3'-O-metiltransferazei (FMT)[47,48]. Tada izorhamnetinas yra monometoksi flavonas arba O-metilintas flavonolis iš flavonoidų klasės. Tai kvercetinas (pirmtakas), kuriame hidroksi grupė 3' padėtyje yra pakeista metoksi grupe. Kai kurių izorhamnetino darinių yra gamtoje, pvz., izorhamnetino 3-O- -d-gliukopiranozidas, izorhamnetino 3-O-neohesperidozidas ir izorhamnetino 3-O-rutinozidas iš Calendula officinalis L. [20].

Tiesą sakant, flavonoidai laikomi viena iš svarbiausių polifenolių šeimos grupių. Jų struktūra pagrįsta difenilpropano tipu su dviem benzeno žiedais (žiedai A ir B, žr. 2 pav.), sujungti trijų anglies grandine, kuri sudaro uždarą pirano žiedą (C žiedą). Todėl jų struktūra vadinama C6-C3-C6. O-glikozilinimo padėtys yra C7 flavonuose, izoflavonuose, flavanonuose ir flavonoliuose, o C3 – flavonoliuose ir antocianidinuose. C-glikozilinimo padėtys yra C6 ir C8 flavonuose [49]. Be to, fenolinių junginių antioksidacinio vaidmens svarba yra susijusi su molekulės hidroksilinimo laipsniu. Flavonoidai apima izoflavonus, flavonus, flavanonus ir jų glikozidus bei flavonolius kaip izorhamnetiną, kuris taip pat vadinamas 3'-metoksi kvercetinu ir 3-metilkvercetinu [50]. Augaluose fermentas, nuo UDP priklausomos glikoziltransferazės, yra atsakingas už izorhamnetino glikozidinę formą (isorhamnetino 3-O-gliukozidas). Šis fermentas naudoja nukleotidų difosfato cukrų, dažniausiai uridino difosfato (UDP) cukrų, kad perkeltų metilo grupę į ciklą ir susietų glikozido funkciją su izorhamnetinu [51].

2.4.Ilsorhamnetino, kilusio iš vaistinių augalų, išskyrimas ir analizės

Izorhamnetino pasiskirstymas vaistiniuose augaluose yra labai platus, o ekstrahavimo ir analizės metodai yra įvairūs. Ypač pageidaujami izorhamnetino dariniai. Hidroksilo ir metilo grupės padeda jas apibūdinti. Kai kurie metodai yra naudojami izorhamnetinui ekstrahuoti, tarp jų – pagrįsti frakcionavimu, naudojant chemometrinius metodus, fermentą ir superkritinio skysčio ekstrakciją (SFE-CO2). Pirma, norint supaprastinti ekstrahavimą, galima naudoti frakcionavimą, pašalinant iš lipidų turinčių mėginių visus aliejus ir lipofilinius pigmentus. Mėginys, iš kurio pašalinti riebalai, taip pat apdorojamas ultragarsu prieš maceravimą metanolio ir vandens mišinyje. Tada chromatografija gali būti naudojama fenolinių junginių, ypač flavonoidų, analizei [49]. Šiems paskutiniams junginiams naudojama LC-MS ir dažnai taikoma tiek elektropurškimo jonizacija (ESI), tiek atmosferos slėgio cheminė jonizacija, o geriausias flavonoidų jautrumas paprastai pasiekiamas neigiamų jonų režimu [49]. Pavyzdžiui, buvo įvertinta Calligonum Azel Maire augalų frakcijų, surinktų iš Tuniso dykumos, fitochemija, o fenolių, tarp kurių yra flavonai, identifikavimui buvo panaudota itin didelio efektyvumo skysčių chromatografija, sujungta su keturių skrydžio laiko masės spektrometrija UHPLC-ESI-QTOF. ir flavanoliai, kurie buvo gausiausi nustatyti fenoliniai junginiai [52]. Tiksliau, izorhamnetino gliukozido ir izorhamnetino gliukozilramnozido buvimas buvo patvirtintas kaip pagrindiniai valgomojo halofito Mesembryanthemum edule lapuose esantys junginiai, naudojant LC/ESI-MS/MS technologiją [3]. Šį darbą sekė kiti, kurie naudojo LC-ESI-TOF-MS daugeliui polifenolių apibūdinti; tarp jų flavonoidai buvo identifikuoti iš oro dalių, kurios buvo visiškai žydinčios halofitų, tokių kaip Arthrocnemum indicum [5], Tamarix gallica [16], Glaucium flavum[13] ir Salsola kali[8], dalių. Panašiai kaip ir paskutiniuose darbuose, buvo atliktas Artemisia herbal profiliavimas LC-ESI-TOF-MS ir GC-MS, siekiant nustatyti fenolius, tokius kaip flavonai, flavonoliai ir flavonoidiniai alkaloidai[7]. Kitas darbas buvo atliktas su Pancratium maritimum ir HPLC-DAD-ESI/MS analizė atskleidė flavonoidų, įskaitant flavonolį kaip izorhamnetiną, buvimą su jų pentoksido ir heksozido konjugatais, tokiais kaip izorhamnetino di-heksozidas [53].

Kadangi flavonoliai yra neriebūs junginiai, juos galima išskirti heksanu. Tada galima naudoti polinį tirpiklį, pvz., etanolį. Limoniastrum guyonianum tyrimas naudojant HPLC parodė, kad yra daug fenolių, tarp kurių yra izorhamnetino -3-O-rutinosidas [54].

Toli gražu ne fenoliniai ekstraktai, fenoliniai junginiai taip pat randami tokiuose aliejuose kaip alyvuogių aliejus [55]. Šie junginiai turi savybę apsaugoti aliejus nuo oksidacijos ir pagerinti aliejaus maistinę vertę. Izorhamnetinas, kaip fenolio junginys, taip pat buvo aptiktas Tuniso juodųjų kmynų (Nigella sativa L.) sėklų aliejaus ekstrakte, gautame naudojant žalią tirpiklį, pvz., 2-metiltetrahidrofuraną (MeTHF), kaip alternatyvą naftai arba heksanui. tirpiklis aliejaus praturtintiems fenolio junginiams ekstrahuoti [10]. Izorhamnetino buvimas buvo patvirtintas HPLC analize. Analizės naudojant skysčių chromatografiją su diodų matricos detektoriumi (LC-DAD) atskleidė didelį izorhamnetino kiekį, kuris svyruoja nuo 6,3 iki 6,6 (ug/g aliejaus), po aliejaus ekstrahavimo iš juodųjų kmynų atitinkamai MeTHF ir heksanu. Be to, naudojant H branduolinio magnetinio rezonanso (HNMR) ir C branduolinio magnetinio rezonanso (CNMR), kai kurie flavonolio glikozidai, pvz., kempferolio{10}}O-rutinosidas (nikoflorinas) ir izorhamnetino-3-O-rutinosidas (narcisizmas) buvo apibūdintos iš oro Peucedanum aucheri Boiss dalių, surinktų Marivan mieste, Kurdistano provincijoje, Irane [56]. BMR metodas nustato savybę, kad tam tikri junginio atominiai branduoliai sąveikauja su magnetiniu lauku. Ši savybė, kuri yra sukurti tam tikru dažniu magnetinį rezonansą, suteikia informacijos apie molekulės struktūrą. Antra, matematiniai modeliai pasirenkami siekiant įvertinti flavonolio ekstrahavimo efektyvumą, ypač siekiant suprasti geriausią izorhamnetino -3-O-rutinosido gavimo būdą [20]. Daugiamatė faktorinė analizė buvo atlikta naudojant Calendula officinalis gėles. Buvo analizuojami tiesiniai, kvadratiniai, pilno kubinio ir specialieji kubiniai modeliai. Galutinis pilnas kubas buvo tinkamiausias, todėl izorhamnetino-3-O-rutinozido ekstrahavimas buvo efektyvesnis 60 proc. Šiam tyrimui fermentai, Rapides Maxi Fruit ir Viscozyme, buvo naudojami esant kai kuriems svarbiems veiksniams, turintiems įtakos fermento aktyvumui esant superkritinėms CO2 sąlygoms, pvz., slėgiui, temperatūrai, pH, laikui ir vandeniniam etanolio tirpalui. Galiausiai, superkritinio skysčio ekstrahavimo metodas buvo naudojamas fenoliniams junginiams, tokiems kaip flavonoliai, ekstrahuoti. Prieš daugelį metų pirmą kartą Eucalyptus globulus žievei buvo panaudota superkritinio skysčio ekstrahavimo procedūra, naudojant gryną ir modifikuotą CO2 su vandeniu, etilo acetatu ir etanoliu [57]. Autoriai parodė, kad superkritinis CO2 kartu su etanoliu gali išgauti didelį kiekį fenolinių junginių, įskaitant izorhamnetiną. HPLC-MS kiekybinis nustatymas nustatė kai kuriuos flavonolius, tokius kaip izorhamnetinas-heksozidas (0,26 gg-I ekstrakto) ir paprastas izorhamnetinas (14,29 mg:gI ekstrakto). Etanolis buvo naudojamas kaip bendras tirpiklis. Kiekybinis įvertinimas buvo atliktas naudojant aukšto slėgio skysčių chromatografiją su fotodiodų matricos detektoriumi. Izorhamnetino 3-O-gliukozilramnozil-ramnozidas, izorhamnetino 3-O-gliukozilramnozil-pentoksidas, izorhamnetino 3-O-gliukozilramnozidas ir izorhamnetino 3-O-gliukozilas -pentoksidas buvo daugiausiai flavonolių, išgautų iš O. ficus-indica superkritinių ekstraktų. Kaip minėta anksčiau, aukšto slėgio skysčių chromatografija arba HPLC yra dažniausiai naudojamas fenolio junginių analizės metodas. Obuolių ir kriaušių sultyse aptikta izorhamnetino 3-O-gliukozido. Tiesą sakant, flavonolio glikozidų atskyrimas "Brettacher" obuolių ekstrakte HPLC ir masių spektrometrija atskleidė dviejų glikozidų formų, tokių kaip izorhamnetino 3-O-gliukozę ir izorhamnetino 3-O-galaktozidą [ 58].