3.4 Pemetaan metabolit pembezaan yang berkaitan dengan laluan biosintesis phenylethanoid glycosides（PhGs）

Sebelum ini, kami telah menyepadukan analisis transkriptom dan metabolomik untuk meneroka laluan biosintetik PhG dalam batang berair C. deserticola.16 Untuk menemui mekanisme molekul yang membawa kepada perbezaan metabolisme antara perbungaan dan batang berair, kami membina semula laluan biosintetik PhGs. (Gamb. 4). Ia terutamanya mengandungi empat laluan KEGG: "biosintesis fenilpropanoid (Ko00940)", "biosintesis fenilalanin, tirosin dan triptofan (Ko00400)", "metabolisme tirosin (Ko00350)" dan "metabolisme fenilalanin (Ko00360)". Keputusan dalam Rajah 4 menunjukkan bahawa kandungan relatif sebatian dalam laluan biosintesis PhGs berbeza dengan tisu (perbungaan dan batang berair) dan ekotaip (tanah beralkali masin, padang rumput dan tanah berpasir) C. deserticola. Dalam ekotaip padang rumput, kandungan relatif tirosin dan asid sinamik telah dikawal selia dalam batang berair. Kedua-dua di tanah masin-alkali dan ekotaip padang rumput, kandungan relatif asid kafeik telah dikawal selia dalam perbungaan. Analisis metabolom mengesan tiga glikosida phenylethanoid (PhGs), iaitu isoacteoside, acteoside, dan 2'-acetylacteoside, dan kandungan relatifnya adalah yang tertinggi dalam kumpulan A2.

Menurut kajian yang berkaitan, cistanche adalah herba biasa yang dikenali sebagai "herba ajaib yang memanjangkan hayat". Komponen utamanya ialah cistanoside, yang mempunyai pelbagai kesan seperti antioksidan, anti-radang, dan promosi fungsi imun. Mekanisme antara cistanche dan pemutihan kulit terletak pada kesan antioksidan glikosida cistanche. Melanin dalam kulit manusia dihasilkan oleh pengoksidaan tirosin yang dimangkin oleh tyrosinase, dan tindak balas pengoksidaan memerlukan penyertaan oksigen, jadi radikal bebas oksigen dalam badan menjadi faktor penting yang mempengaruhi pengeluaran melanin. Cistanche mengandungi cistanoside, yang merupakan antioksidan dan boleh mengurangkan penjanaan radikal bebas dalam badan, sekali gus menghalang pengeluaran melanin.

Klik Pada Suplemen Cistanche Tubulosa untuk Pemutihan

【Untuk maklumat lanjut: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Selain itu, cistanche juga mempunyai fungsi menggalakkan penghasilan kolagen, yang dapat meningkatkan keanjalan dan kilauan kulit serta membantu membaiki sel kulit yang rosak. Cistanche Phenylethanol Glycosides mempunyai kesan pengawalan turun yang ketara terhadap aktiviti tyrosinase, dan kesan ke atas tyrosinase ditunjukkan sebagai perencatan yang kompetitif dan boleh diterbalikkan, yang boleh memberikan asas saintifik untuk membangunkan dan menggunakan bahan pemutih dalam Cistanche. Oleh itu, cistanche mempunyai peranan penting dalam pemutihan kulit. Ia boleh menghalang pengeluaran melanin untuk mengurangkan perubahan warna dan kekusaman; dan menggalakkan penghasilan kolagen untuk meningkatkan keanjalan dan keserian kulit. Disebabkan oleh pengiktirafan meluas kesan cistanche ini, banyak produk pemutih kulit telah mula menanam ramuan herba seperti Cistanche untuk memenuhi permintaan pengguna, sekali gus meningkatkan nilai komersial Cistanche dalam produk pemutihan kulit. Secara ringkasnya, peranan cistanche dalam pemutihan kulit adalah penting. Kesan antioksidan dan kesan penghasilan kolagennya boleh mengurangkan perubahan warna dan kekusaman, meningkatkan keanjalan dan kilauan kulit, dan seterusnya mencapai kesan pemutihan. Selain itu, penggunaan luas Cistanche dalam produk pemutihan kulit menunjukkan bahawa peranannya dalam nilai komersial tidak boleh dipandang remeh.

3.5 Analisis dok molekul bagi komponen aktif utama C. deserticola

45 sasaran penyakit berkaitan yang dikumpul telah disambungkan secara molekul dengan 127 sebatian C. deserticola. Berdasarkan hasil perbandingan literatur dan dok molekul, 15 markah dan 88 sebatian akhirnya disaring (Jadual S2 dan S3). Jadual S2 menunjukkan maklumat tentang sasaran, penyakit, dan gen yang diramalkan. Untuk memahami lebih lanjut hubungan komprehensif antara sebatian yang dipilih, gen ramalan terpilih dan penyakit, analisis rangkaian komprehensif telah dilakukan menggunakan Cytoscape versi 3.7.0 (Gamb. 5a). Rangkaian rumit telah dibentuk di antara sebatian terpilih dan sasaran berpotensi mereka mengenai osteoporosis, penyakit vaskular, aterosklerosis, kecederaan miokardium, penyakit Alzheimer, Parkinson, takikardia ventrikel, dan kanser rektum. Tahap rangkaian pada interaksi sasaran kompaun digambarkan dalam Jadual S2, yang menunjukkan bahawa gen yang diramalkan CTSK dan FDPS berkaitan dengan osteoporosis, dan gen sasaran ACE mengenai penyakit vaskular mempunyai nilai darjah yang lebih tinggi, menunjukkan bahawa lebih banyak sebatian dalam C. deserticola boleh bertindak ke atas gen sasaran ini.

Interaksi antara 12 gen dianalisis dan divisualisasikan menggunakan pangkalan data STRING. Rangkaian interaksi protein-protein (PPI) (Rajah 5b) telah dibina di bawah "keyakinan sederhana (0.4 secara lalai)". Menggunakan pangkalan data DAVID, 14 laluan KEGG daripada 12 gen yang diramalkan telah divisualisasikan dalam Rajah 5c. Laluan KEGG yang diperkaya oleh gen ini terutamanya termasuk sinaps serotonergik, hepatitis B, proteoglikan dalam kanser, dan karsinogenesis virus. Senarai 12 gen ramalan yang disaring telah dimuat naik ke pangkalan data DAVID untuk analisis pengayaan GO (Rajah 5d). Sasaran terlibat dalam banyak proses biologi (BP) termasuk "pengaktifan platelet", "regulasi positif proses apoptosis neuron", dan "perkembangan hippocampus". "Sitosol", "nukleoplasma", dan "mitokondria" menduduki tempat tertinggi dalam kategori komponen selular (CC). Pada masa yang sama "aktiviti kinase", "aktiviti kinase protein", dan "aktiviti kinase protein serin/treonin" adalah fungsi molekul utama (MF) yang terlibat.

Jadual S3 menunjukkan keputusan dok molekul komponen berkesan batang berair C. deserticola dan sasaran penyakit. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, 2'-acetylacteoside, acteoside dan isoacteoside dalam PhGs C. deserticola bertindak balas kepada tekanan garam-alkali. Rajah 6a dan S4a menunjukkan pandangan terperinci tentang dok molekul ketiga-tiga sebatian ini dengan sasaran markah tinggi. 2'-Acetylacteoside mempunyai dok yang sangat baik dengan sasaran yang berkaitan dengan aterosklerosis (3TL5) dan penyakit vaskular (4BZR). Isoacteoside mempunyai dok skor tinggi dengan sasaran yang berkaitan dengan osteoporosis (4X6H) dan penyakit vaskular (4BZR). Acteoside mempunyai dok yang lebih baik dengan sasaran yang berkaitan dengan penyakit vaskular (4BZR) dan takikardia ventrikel (4GQS). Rajah 6b dan S4b menunjukkan keputusan dok molekul antara empat flavonoid yang dikesan hanya dalam perbungaan dan sasaran keradangan yang dipilih. Jadual S4 menunjukkan bahawa chrysoeriol dan cynaroside mempunyai skor yang lebih tinggi dengan 2 sasaran.

4. Perbincangan

Kajian kami menunjukkan perbungaan C. deserticola bukan sahaja mengandungi bahan aktif utama PhGs tetapi juga mengandungi sejumlah besar flavonoid. Khususnya, kandungan relatif flavonoid adalah jauh lebih tinggi daripada batang berair. Flavonoid, kerana sifat antioksidan, anti-kanser, anti-radang dan anti-mutagenik, dan keupayaannya untuk mengawal fungsi enzim sel utama, kini dianggap sebagai bahan penting dalam pelbagai aplikasi makanan kesihatan, ubat-ubatan, ubat-ubatan dan kosmetik. .32 Flavonol ialah kelas flavonoid dengan 3-rangka flavonoid hidroksi (nama IUPAC: 3-hidroksi-2-fenilkromium-4-satu). Kepelbagaiannya berpunca daripada kedudukan berbeza kumpulan fenol-OH.33 Tautomerisme flavonol menyebabkan pendarfluor berganda (disebabkan oleh pemindahan proton intramolekul keadaan teruja atau ESIPT), yang boleh menggalakkan perlindungan UV dalam tumbuhan.34 Oleh itu, kami mengesyorkan penggunaan semula perbungaan C. deserticola yang kaya dengan flavonoid daripada membuangnya.

Menariknya, kami mendapati bahawa kebanyakan metabolit berbeza yang dikaitkan dengan tekanan garam-alkali dalam tiga ekotaip C. deserticola juga adalah flavonoid. Penyelidikan kami sebelum ini16 mendapati bahawa kandungan relatif glikosida phenylethanoid (PhGs) dalam batang berair C. deserticola (tanah garam-alkali) adalah lebih tinggi daripada dua ekotaip yang lain. Kemasinan boleh menyebabkan pelbagai kesan buruk pada tumbuhan, dan salah satu akibatnya yang tidak dapat dielakkan ialah pengeluaran spesies oksigen reaktif (ROS) yang berlebihan. Fini et al. percaya bahawa flavonoid adalah bahagian penting dalam sistem penghapusan ROS sekunder.35 Xu-mei Jia et al. membuat spekulasi bahawa isyarat sukrosa mengawal homeostasis ROS dengan mendorong laluan biosintesis fenilpropana dan sintesis flavonoid.36 Wang et al. percaya bahawa kerana flavonoid boleh membuang bahan tindak balas tekanan yang berbahaya (termasuk radikal bebas, molekul oksigen singlet, dan peroksida), ia boleh meningkatkan toleransi tumbuhan terhadap tegasan abiotik dan biotik.37 Zhang et al. menggunakan analisis transkriptom untuk mendedahkan tindak balas molekul daun Cynanchum auriculatum terhadap tekanan garam. Mereka mendapati bahawa laluan biosintetik flavonoid dan fenilpropanoid telah diaktifkan. Dalam laluan ini, asid trans-cinnamic 4-monooxygenase (C4H) dan isomer chalcone berkait secara langsung dengan sintesis flavonoid, di mana tahap ekspresi mereka semuanya dikawal selia. Keputusan ini menunjukkan bahawa lebih banyak flavonoid telah disintesis, yang mungkin menyumbang kepada jumlah kapasiti antioksidan sebagai tindak balas kepada tekanan air masin C. auriculatum. Begitu juga, Walia et al. melaporkan bahawa sejumlah besar gen dalam laluan biosintesis flavonoid dikawal selia di bawah tekanan garam, yang memainkan peranan perlindungan yang penting dalam menentang tekanan garam.38 Secara ringkasnya, kami percaya bahawa tekanan garam-alkali menggalakkan pengumpulan flavonoid dalam kedua-dua sukulen. batang dan perbungaan C. deserticola. Kami amat menganggap tanah masin sebagai jenis tanah terbaik untuk penanaman C. deserticola.

Di satu pihak, kami memperoleh flavonoid unik dalam perbungaan dengan menganalisis hasil metabolom. Memandangkan peranan flavonoid dalam anti-radang, kami menjalankan analisis dok molekul bagi lima sebatian ini dengan sasaran yang berkaitan dengan keradangan, untuk membimbing pembangunan sumber perbungaan bukan perubatan. Sebaliknya, kami menjalankan dok molekul komponen aktif batang berair C. deserticola untuk menebus jurang dalam hal ini. Ia menyediakan beberapa arahan untuk mekanisme terapeutik bahan aktif C. deserticola untuk rawatan penyakit penuaan. Zhang et al. mendapati bahawa ekstrak C. deserticola mempunyai potensi aktiviti anti-osteoporosis, dan kesan ini sekurang-kurangnya sebahagiannya terlibat dalam transduksi isyarat NF-κB dan PI3K/AKT yang dimediasi RANKL/RANK/TRAF6 dan pengawalan tahap c-Fos dan NFAT2.39 The data yang diterbitkan membuktikan bahawa beberapa sebatian terpencil C. deserticola, termasuk echinacoside, acteoside, dan cistanoside A, juga dilaporkan memproses aktiviti anti-osteoporosis.40–42 Sebatian yang dikaitkan dengan sasaran berkaitan aterosklerosis termasuk 2'-acetylacteoside, acteoside, echinacoside, daucosterol, isoacteoside, cistanoside A, arena dalam, cistanosinenside A, dsb. Walaupun lebih banyak pengesahan biologi diperlukan untuk mengesahkan lagi keputusan semasa, kerja ini mungkin menyediakan peluang rawatan baharu untuk penyakit penuaan seperti osteoporosis, aterosklerosis, dsb., dan mungkin membuka cara baru untuk penemuan gabungan ubat daripada produk semulajadi C. deserticola.

Kesimpulannya, kajian ini adalah yang pertama mendedahkan ciri variasi metabolik antara perbungaan dan batang berair bagi tiga ekotaip C. deserticola. Selain itu, dok molekul telah digunakan untuk menyaring sasaran terapeutik yang berpotensi dan sebatian C. deserticola. Kesimpulan berikut telah diperolehi: (1) bilangan metabolit dalam perbungaan adalah lebih banyak daripada batang berair, dan kebanyakan metabolit yang hanya dikesan dalam perbungaan adalah flavonoid, yang boleh digunakan sebagai bahan untuk pembangunan sumber perubatan baru. (2) Isorhamnetin O-hexoside dan rosinidin O-hexoside boleh digunakan sebagai penanda kimia untuk membezakan batang berair dan perbungaan dalam tiga ekotaip. (3) Tekanan saline-alkali membawa kepada pengumpulan besar flavonoid dalam C. deserticola. Kami mencadangkan bahawa tanah masin-alkali adalah pilihan yang baik untuk penanaman C. deserticola. (4) Bahan aktif C. deserticola mempunyai potensi kesan terapeutik yang baik terhadap penyakit penuaan seperti osteoporosis dan penyakit vaskular dan aterosklerosis. Sementara itu, flavonoid unik dalam perbungaan C. deserticola mempunyai skor dok yang tinggi dengan sasaran anti-radang, yang memberikan hala tuju baharu untuk pembangunan dan penggunaan perbungaan. Penyelidikan ini telah meletakkan asas teori untuk penanaman buatan dan pembangunan sumber berkesan C. deserticola. Kajian kami menyediakan kaedah baru dan panduan teori untuk pembangunan dan penggunaan sumber baru tumbuhan ubatan dan penemuan mekanisme terapeutik berpotensi produk semula jadi.

Pembiayaan

Kerja ini disokong oleh National Natural Science Foundation of China (81473315 dan U1812403-1), National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Programme of China (2018FY100701), Dana Penyelidikan Terbuka Universiti Chengdu Perubatan Tradisional Cina. Makmal Penyelidikan Sistematik Sumber Perubatan Cina Tersendiri di Barat Daya China (003109034001) dan Yayasan Saintifik Semula Jadi Beijing (7202135), yang amat dihargai.

Sumbangan pengarang

Semua pengarang menyumbang kepada semakan manuskrip, dan membaca serta meluluskan versi yang diserahkan. XS, LF-H, dan YZ menyumbangkan konsep dan reka bentuk kajian; XS, PJ, dan BA mengumpul sampel; XS dan YZ mengatur pangkalan data; XS melakukan analisis statistik; XS dan LF-H menulis draf pertama manuskrip; LF-H, YZ, JP, dan AB menulis bahagian manuskrip.

Konflik kepentingan

Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Ucapan terima kasih

Kami merakamkan ucapan terima kasih yang tidak terhingga kepada Xiang Zhang dari Institut Pembangunan Tumbuhan Ubat, Akademi Sains Perubatan China, Kolej Perubatan Kesatuan Peking, atas garis panduan untuk dok molekul.

Rujukan

1 T. Wang, X. Zhang dan W. Xie, Am. J. Chin. Med., 2012, 40, 1123–1141.

2 Y. Jiang dan PF Tu, J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 1970–1979.

3 L. Gu, W.-T. Xiong, C. Wang, H.-X. Matahari, G.-F. Li dan X. Liu, Asian J. Androl., 2013, 15, 838.

4 NA Stefanova, AZ Fursova, KN Sarsenbaev dan NG Kolosova, J. Ethnopharmacol., 2011, 138, 624–632.

5 C. Gu, X. Yang dan L. Huang, Depan. Pharmacol., 2016, 7, 289.

6 S. Zheng, X. Jiang, L. Wu, Z. Wang dan L. Huang, PLoS One, 2014, 9, e98061.

7 XJ Qin, W. Ni, CX Chen dan HY Liu, Nat. Prod. Bioprospect., 2018, 8, 265–278.

8 F. Yang, Y. Qi, W. Liu, J. Li, D. Wang, L. Fang and Y. Zhang, Molecules, 2019, 24(19), 3448.

9 HL Qiao, PF Lu, R. Xu, J. Chen, X. Wang, WS Ma dan TN Liu, Zhongyaocai, 2012, 35, 573–577.

10 X. Peng, Y. Luo, J. Wang, T. Ji, L. Yuan dan G. Kai, Food Res. Int., 2020, 138, 109799.

11 E. Gemperline, C. Keller dan L. Li, Dubur. Chem., 2016, 88, 3422–3434.

12 B. Worley dan R. Powers, Curr. Metabolomik, 2013, 1, 92–107.

13 S. Wei, X. Yang, G. Huo, G. Ge, H. Liu, L. Luo, J. Hu, D. Huang dan P. Long, Int. J. Mol. Sains, 2020, 21, 1481.

14 J. Xu, J. Yan, W. Li, Q. Wang, C. Wang, J. Guo, D. Geng, Q. Guan dan F. Ma, Int. J. Mol. Sains, 2020, 21, 4797.

15 W. Xin, L. Zhang, W. Zhang, J. Gao, J. Yi, X. Zhen, M. Du, Y. Zhao dan L. Chen, Int. J. Mol. Sains, 2019, 20, 5893.

16 X. Sun, L. Li, J. Pei, C. Liu dan L.-F. Huang, Plant Mol. Biol., 2020, 102, 253–269.

17 W. Liu, Q. Song, Y. Cao, N. Xie, Z. Li, Y. Jiang, J. Zheng, P. Tu, Y. Song dan J. Li, J. Pharm. Berbiomed. Dubur, 2019, 162, 16–27.

18 P. Zou, Y. Song, W. Lei, J. Li, P. Tu dan Y. Jiang, Acta Pharm. Dosa. B, 2017, 7, 647–656.

19 S. Li dan B. Zhang, Chin. J. Nat. Med., 2013, 11, 110–120.

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng dan L. Huang, Curr. Protein Pept. Sci., 2019, 20, 964–975.

21 W. Wu, Z. Zhang, F. Li, Y. Deng, M. Lei, H. Long, J. Hou dan W. Wu, Int. J. Mol. Sains, 2020, 21, 1766.

22 J. Liu, J. Zhu, J. Xue, Z. Qin, F. Shen, J. Liu, X. Chen, X. Li, Z. Wu, W. Xiao, C. Zheng dan Y. Wang, Sci . Rep., 2017, 7, 16364.

23 YQ Li, Y. Chen, JY Fang, SQ Jiang, P. Li dan F. Li, J. Ethnopharmacol., 2020, 254, 112764.

24 L. Gu, WT Xiong, C. Wang, HX Sun, GF Li dan X. Liu, Asian J. Androl., 2013, 15, 838–840.

25 Z. Li, H. Lin, L. Gu, J. Gao dan CM Tzeng, Depan. Pharmacol., 2016, 7, 41.

26 T. Wang, X. Zhang dan W. Xie, Am. J. Chin. Med., 2012, 40, 1123–1141.

27 J. Stamos, MX Sliwkowski dan C. Eigenbrot, J. Biol. Chem., 2002, 277, 46265–46272.

28 PA Harris, M. Cheung, RN Hunter, 3rd, ML Brown, JM Veal, RT Nolte, L. Wang, W. Liu, RM Crosby, JH Johnson, AH Epperly, R. Kumar, DK Luttrell dan JA Stafford, J Med. Chem., 2005, 48, 1610–1619.

29 J. Cheung, MJ Rudolph, F. Burshteyn, MS Cassidy, EN Gary, J. Love, MC Franklin dan JJ Height, J. Med. Chem., 2012, 55, 10282–10286.

30 M. Koˇz´ıˇsek, M. Lepˇs´ık, K. Grantz ˇSaˇskov´a, J. Brynda, J. Konvalinka dan P. Rez´aˇcov´a, FEBS J., 2014, 281, 1834–1847.

31 D. Szklarczyk, AL Gable, D. Lyon, A. Junge, S. Wyder, J. Huerta-Cepas, M. Simonovic, NT Doncheva, JH Morris, P. Bork, LJ Jensen dan CV Mering, Asid Nukleik Res. , 2019, 47, D607–D613.

32 A. Panche, A. Diwan and S. Chandra, J. Nutr. Sains, 2016, 5, e47. 33 JB Harborne dan CA Williams, The flavonoid, Springer, 1975, hlm. 376–441.

34 GJ Smith dan KR Markham, J. Photochem. Photobiol., A, 1998, 118, 99–105.

35 A. Fini, C. Brunetti, M. Di Ferdinando, F. Ferrini dan M. Tattini, Kelakuan Isyarat Tumbuhan, 2011, 6, 709–711.

36 XM Jia, YF Zhu, Y. Hu, R. Zhang, L. Cheng, ZL Zhu, T. Zhao, X. Zhang dan YX Wang, Hortic. P., 2019, 6, 91.

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li dan Q. Yao, Mol. Genet. Genomik, 2016, 291, 1545–1559.

38 H. Walia, C. Wilson, P. Condamine, X. Liu, AM Ismail, L. Zeng, SI Wanamaker, J. Mandal, J. Xu, X. Cui dan TJ Close, Plant Physiol., 2005, 139, 822–835.

39 B. Zhang, L.-L. Yang, S.-Q. Ding, J.-J. Liu, Y.-H. Dong, Y.-T. Li, N. Li, X.-J. Zhao, C.-L. Hu dan Y. Jiang, Front. Pharmacol., 2019, 10, 1412.

40 F. Li, X. Yang, Y. Yang, C. Guo, C. Zhang, Z. Yang and P. Li, Phytomedicine, 2013, 20, 549–557.

41 S.-Y. Lee, K.-S. Lee, SH Yi, S.-H. Kook dan J.-C. Lee, PLoS One, 2013, 8, e80873.

42 X. Xu, Z. Zhang, W. Wang, H. Yao dan X. Ma, Molecules, 2017, 22, 197.

【Untuk maklumat lanjut: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】