Bahagian1: Kesan Isorhamnetin Pada Diabetes Dan Komplikasi Berkaitannya: Kajian Kajian In Vitro Dan In Vivo Serta Analisis Transkriptom Post Hoc Bagi Laluan Molekul Terlibat

Untuk maklumat lanjut. kenalantina.xiang@wecistanche.com

Abstrak: kencing manismellitus, terutamanya jenis2 (T2DM), adalah masalah kesihatan awam utama di seluruh dunia. DM dicirikan oleh tahap glikemia dan insulinemia yang tinggi disebabkan oleh rembesan insulin terjejas dan kepekaan insulin sel, yang dikenali sebagai rintangan insulin. T2DM menyebabkan komplikasi berbilang dan teruk seperti nefropati, neuropati, dan retinopati menyebabkan kerosakan oksidatif sel dalam tisu dalaman yang berbeza, terutamanya pankreas, jantung, tisu adiposa, hati dan buah pinggang. Ekstrak tumbuhan dan fitokimia bioaktifnya semakin menarik sebagai alternatif terapeutik dan pencegahan baharu untuk T2DM dan komplikasi yang berkaitan dengannya. Dalam hal ini, isorhamnetin, tumbuhanflavonoid, telah lama dikaji untuk kesan anti-diabetes yang berpotensi. Kajian ini menerangkan kesannya terhadap mengurangkan gangguan berkaitan diabetes dengan mengurangkan tahap glukosa, memperbaiki status oksidatif, mengurangkan keradangan, dan memodulasi metabolisme lipid dan pembezaan adiposit dengan mengawal selia laluan isyarat yang terlibat yang dilaporkan dalam kajian in vitro dan in vivo. Selain itu, kami menyertakan analisis transkriptom keseluruhan genom post hoc bagi aktiviti biologi isorhamnetin menggunakan alat berasaskan sel stem.

Kata kunci: isorhamnetin; quercetin; aktiviti biologi; kencing manis; laluan molekul; susunan mikro

Klik di sini untuk mengetahui lebih banyak kenalan

1. Pengenalan

Tumbuhan telah digunakan sebagai ubat tradisional di hampir semua benua dunia sejak zaman dahulu. Penyelidikan saintifik tentang sebab penggunaan ubat-ubatan mereka telah membawa kepada penerokaan molekul bioaktif. Tumbuhan ekstremofil yang tumbuh dalam keadaan persekitaran yang melampau dianggap sebagai sumber berpotensi baik bagi molekul bioaktif yang menarik. Sebenarnya, kekangan alam sekitar ini adalah punca metabolisme oksigen yang tidak berfungsi, yang membawa kepada tekanan oksidatif dengan meningkatkan spesies oksigen reaktif (ROS) [1,2]. Sesetengah tumbuhan, seperti halophytes, mempunyai kuatantioksidansistem untuk menghapuskan sebatian berbahaya ini. Antara molekul bioaktif yang menarik, terdapat sebatian fenolik. Beberapa kajian telah menilai tumbuhan yang kaya dengan polifenol dengan atau tanpa keadaan sekatan di makmal [3-10]. Beberapa kesan biologi dikaitkan dengan ekstrak yang kaya dengan polifenol, seperti aktiviti anti-radang dan antikanser [11-13]. Kajian lain menunjukkan kesan antioksidan, antimikrob [8,14-16] serta anti-obesiti, anti-diabetes dan anti-hepatik steatotik [17-19] isorhamnetin. Di antara polifenol ini,flavonoiddibezakan. Kumpulan ini termasuk beberapa subkumpulan, seperti flavonol. Isorhamnetin adalah salah satu sebatian utama flavonol. Isorhamnetin ialah flavon monometoksi atau flavonol O-metilasi daripada kelas flavonoid. Ia adalahquercetindi mana kumpulan metoksi menggantikan kumpulan hidroksi pada kedudukan 3'. Sesetengah terbitan isorhamnetin wujud dalam alam semula jadi, seperti isorhamnetin 3-O- -d-glucopyranoside, isorhamnetin 3-O-neohesperidoside, dan isorhamnetin 3-O-rutinoside daripada Calendula officinalis L [20]. Isorhamnetin membentangkan sifat biologi yang ketara seperti antioksidan [21], antikanser [22], antimikrob [23], antivirus [24], kesan anti-radang dan anti-diabetes [21,25-33].

Dalam ulasan ini, tumpuan pertama adalah pada asal, struktur kimia, pengasingan, dan kaedah pengekstrakan, serta aspek fitokimia isorhamnetin. Kemudian, dalam bahagian kedua, kami menumpukan pada menerangkan potensi kesan anti-diabetes flavonol ini melalui mengurangkan gangguan berkaitan diabetes dengan mengurangkan tahap glukosa, memperbaiki status oksidatif, mengurangkan keradangan, dan memodulasi metabolisme lipid dan pembezaan adiposit. Akhirnya, kami melakukan analisis sekunder terhadap data microarray genom keseluruhan kami yang diterbitkan sebelum ini untuk meneroka bioaktiviti berkaitan diabetes isorhamnetin dalam alat berasaskan sel stem. Kami juga berhasrat untuk menyerlahkan kesan molekul ini terhadap peraturan laluan isyarat yang terlibat dengan melaporkan kajian in vitro dan in vivo yang digunakan dalam bidang penyelidikan ini. Dalam kajian ini, kami mendedahkan ciri-ciri aktiviti anti-diabetes isorhamnetin berbanding denganquercetinyang dianggap sebagai metabolit isorhamnetin dan rujukan penting dalam rawatan semula jadi diabetes.

2. Tinjauan Umum Molekul Bioaktif dalam Polifenol dan Flavonoid Tertentu

2.1. Tekanan Oksidatif sebagai Asal Molekul Bioaktif dalam Tumbuhan

Beberapa tumbuhan boleh tertakluk kepada pelbagai keadaan persekitaran (kemasinan, kemarau, sinaran UV, logam berat, suhu yang melampau, kekurangan nutrien, pencemaran udara, dan serangan patogen). Kekangan ini adalah punca disfungsi metabolisme oksigen, yang menjana tekanan oksidatif dengan meningkatkan spesies oksigen reaktif (ROS). Molekul oksigen (O2) memainkan peranan penting dalam organisma fotosintesis. Pada asalnya, dalam tumbuhan dan alga yang lebih tinggi, pertukaran gas yang melibatkan elektron berlaku dalam kloroplas dengan menangkap karbon dioksida pada siang hari dan menghasilkan oksigen. Pertukaran gas ini melibatkan elektron. Malah, dalam kes kekangan alam sekitar yang teruk, sebahagian besar oksigen tidak berkurangan dan dengan itu boleh menjana ROS dalam beberapa organel daripada sel tumbuhan [1,2] disebabkan oleh ketidakseimbangan dalam fungsi kloroplas yang betul dan pemindahan elektron [1,2]. 1]. Selain itu, di bawah kekangan alam sekitar yang dinyatakan di atas, banyak ROS dihasilkan, seperti radikal hidroksil (OH), radikal anion superoksida (O,-), radikal alkoksil dan peroksil (RO: dan RO2, masing-masing), hidrogen peroksida (H2O2, ), radikal hipoklorit (-OCl), oksigen singlet (O2), radikal oksida nitrik (NO) dan peroksida lipid lain (seperti malondialdehid dan 4-hidroksinonenal)[2,34,35]. Kadangkala, ROS mungkin mempunyai peranan dalam isyarat sel dalam tingkah laku fisiologi tumbuhan, contohnya dalam proses pertumbuhan dan perkembangan benih, perkembangan tisu, dan peralihan daripada percambahan selular kepada pemanjangan sel semasa peringkat awal pembezaan [36] . Pada tahap yang tinggi, molekul ini menyebabkan kerosakan molekul seperti peroksidasi lipid membran, perubahan protein dan DNA, dan kematian sel [1,35,37]. Sesetengah tumbuhan, seperti halofit, mempunyai kapasiti untuk menyesuaikan diri dengan baik dengan keadaan ini melalui sistem antioksidan yang kuat. Halofit diketahui sebagai sumber metabolit sekunder seperti polifenol [3-10]. Pengarang ini menunjukkan bahawa dalam keadaan yang teruk, polifenol disintesis untuk memainkan peranan penting dalam melindungi daripada kerosakan oksidatif yang disebabkan oleh tekanan. Biosintesis, kandungan, dan aktiviti sebatian fenolik ini adalah fungsi beberapa parameter ekstrinsik (cahaya, suhu, kemasinan, dan kekeringan) dan intrinsik (genotip, organ, dan peringkat perkembangan) yang mempengaruhi kandungan dan pengedarannya dalam tumbuhan. 8,38,39]. Sebagai contoh, dalam Pyracantha coccinea, beberapa flavonoid seperti flavanones, flavon, dan flavonol terdapat dalam pucuk semasa fasa vegetatif dan dalam akar secara eksklusif semasa pembiakan 40]. Sebaliknya, beberapa pengarang telah menunjukkan bahawa sebatian fenolik ini mempunyai sifat biologi lain seperti aktiviti anti-radang dan antikanser [11-13]. Kajian lain menunjukkan kesan antioksidan, antimikrob [8,14-16] serta anti-diabetes [18,41,42] daripada ekstrak fenolik.

2.2. Klasifikasi Antioksidan Semulajadi

Sistem antioksidan boleh dikelaskan mengikut sifat komponen ini kepada sebatian enzim atau bukan enzim. Yang pertama termasuk superoxide dismutase (SOD), katalase (CAT), ascorbate peroxidase dan glutation reductase [1,3542-44]. Gen yang berkaitan dengan enzim ini mendedahkan kepentingannya semasa kemerosotan fisiologi selepas tuaian akar simpanan dan sebagai tindak balas kepada tekanan osmotik dan asid absisik serta jangkitan Xanthomonas axonopodis [44]. Kumpulan kedua mengandungi terutamanya sebatian fenolik, karotenoid, vitamin, dan osmolit [1]. Sebatian fenolik dicirikan oleh kehadiran satu atau lebih cincin benzena dan berbeza dalam kerumitan molekul asas, bilangan dan lokasi hidroksil, dan tahap pempolimeran. Sebatian ini adalah metabolit sekunder yang terbahagi kepada tiga kumpulan luas: asid fenolik (derivatif asid benzoik dan sinamat), flavonoid (flavonol, flavonol, flavanon, flavon, anthocyanin), dan tanin (tannin dan proanthocyanidin yang boleh dihidrolisis). Sebagai tambahan kepada molekul ini, stilbenes, lignan, dan kumarin juga dibezakan [45].

2.3. Asal-usul dan Struktur Biokimia Flavonoid, Khususnya, Isorhamnetin

Sebatian fenolik adalah metabolit sekunder yang lazim dalam tumbuhan. Sebatian ini mempunyai cincin aromatik dengan satu atau lebih kumpulan hidroksil(OH) dan mengandungi molekul daripada asid fenolik ringkas kepada sebatian terpolimer seperti tanin. Sintesis sebatian fenolik adalah proses kompleks yang melalui beberapa peringkat. Sebatian fenolik ialah molekul bioaktif dengan dua laluan asal: pada satu sisi asid shikimic dan di sisi lain, molekul fenilpropanoid. Biosintesis flavonoid seperti isorhamnetin adalah berdasarkan laluan ini. Malah, dalam satu pihak, shikimate memberikan rangka asas polifenol yang mempunyai satu atau lebih gelang benzena (C6) yang membawa satu atau lebih fungsi hidroksil. Sebaliknya, terdapat sintesis bes C6-C3 yang dibentuk oleh pemeluwapan fenilalanin kepada asid sinamik (Rajah 1)[46].

Lebih tepat lagi, asid shikimic berada pada asas beberapa tindak balas, mewakili rangka asid amino aromatik, yang merupakan pemula sebatian fenolik. Langkah pertama terdiri daripada gabungan dua molekul: fosfoenolpiruvat dan erythrose 4-fosfat, yang selepas empat tindak balas, membawa kepada pembentukan rangka pertama fenolik: asid shikimat atau shikimic (CHoOs). Ini kemudiannya membentangkan cincin pertama, yang mencirikan fenolik dengan dua kumpulan hidroksil. Shikimate mengalami enam tindak balas yang berakhir dengan asid amino pertama: fenilalanin. Terima kasih kepada dua enzim utama, fenilalanin ammonia-lyase (PAL) dan sinamat-4-hidroksilase(C4H), fenilalanin berturut-turut membentuk sinamat dan p-kuumarat..Dalam langkah ini, tahap aktiviti PAL secara kuantitatif boleh mengawal pengumpulan sebatian fenolik. Molekul p-kuumarat berada pada asal derivatif kumarin. Laluan untuk sintesis molekul fenilpropanoid dicirikan oleh kehadiran enzim utama yang dipanggil 4-coumarate CoA ligase (4CL), yang memangkinkan dengan kehadiran fungsi tiol koenzim A(CoA) p-kuumarik. asid ke dalam 4-coumaroyl CoA(C30Ha2N-O18P, S). Cincin A aromatik flavonoid menyediakan daripada pemeluwapan tiga molekul malonyl-CoA (-C6).

Selepas itu, 4-coumaroyl CoA menghasilkan naringenin chalcone, menerangkan hubungan antara aromatik B-cincin dan 3C chalcone(C6-C3-). Chalcone ialah elemen utama dalam topik ini kerana ia adalah pendahulu semua flavonoid berdasarkan rangka lima belas karbon yang terdiri daripada dua cincin benzena. Selepas itu, chalcone ditukar kepada naringenin (juga dipanggil flavanone atau trihydroxy flavone) melalui tindakan chalcone isomerase (CHI). Di satu pihak, flavon seperti apigenin, acacetin, chrysin, atau luteolin disintesis daripada naringenin dengan kehadiran flavon. synthase(FNS).Sebaliknya, sebatian flavonol dan asid suksinik yang berbeza dihasilkan daripada naringenin dengan kehadiran dua enzim; flavanone 3-dioxygenase (F3D) dan flavonol synthase (FS). Selain daripada derivatif flavonol, sebatian lain, seperti kaempferol, miricetin, dan kuersetin, juga dihasilkan. Dengan pemindahan kumpulan metil daripada S-adenosyl-L-metionine, isorhamnetin dihasilkan dengan kehadiran flavon 3'-O-methyltransferase (FMT)[47,48]. Kemudian, isorhamnetin ialah flavon monometoksi atau flavonol O-metilasi daripada kelas flavonoid. Ia adalah kuersetin (prekursor) di mana kumpulan hidroksi pada kedudukan 3' digantikan oleh kumpulan metoksi. Sesetengah terbitan isorhamnetin wujud dalam alam semula jadi, seperti isorhamnetin 3-O- -d-glucopyranoside, isorhamnetin 3-O-neohesperidoside, dan isorhamnetin 3-O-rutinoside daripada Calendula officinalis L .[20].

Malah, flavonoid dianggap sebagai salah satu kumpulan terpenting dalam keluarga polifenol. Mereka mempunyai struktur berdasarkan jenis difenil propana dengan dua gelang benzena (gelang A dan B, lihat Rajah 2) yang dihubungkan oleh rantai tiga karbon yang membentuk gelang piran tertutup (gelang C). Oleh itu, strukturnya dirujuk sebagai C6-C3-C6. Kedudukan O-glikosilasi ialah C7 dalam flavon, isoflavon, flavanon, dan flavonol, dan C3 dalam flavonol dan antosianin. Kedudukan C-glikosilasi ialah C6 dan C8 dalam flavon [49]. Di samping itu, kepentingan peranan antioksidan sebatian fenolik adalah berkaitan dengan tahap hidroksilasi molekul. Flavonoid termasuk isoflavon, flavon, flavanon, dan glikosida dan flavonolnya sebagai isorhamnetin, yang juga dinamakan 3'-methoxy quercetin dan 3-methyl quercetin [50]. Dalam tumbuhan, enzim, glycosyltransferases yang bergantung kepada UDP, bertanggungjawab untuk bentuk glikosida isorhamnetin (isorhamnetin 3-O-glucoside). Enzim ini menggunakan gula nukleotida difosfat, biasanya gula uridin difosfat (UDP), untuk memindahkan kumpulan metil kepada kitaran dan mengaitkan fungsi glikosida dengan isorhamnetin [51].

2.4. Pengasingan dan Analisis Ilsorhamnetin Berasal daripada Tumbuhan Ubat

Taburan isorhamnetin dalam tumbuhan ubatan adalah sangat luas dan kaedah pengekstrakan dan analisis adalah pelbagai. Derivatif Isorhamnetin amat dikehendaki. Kumpulan hidroksil dan metil membantu dalam pencirian mereka. Beberapa kaedah digunakan untuk mengekstrak isorhamnetin, antaranya berdasarkan pecahan, menggunakan pendekatan kemometrik, enzim, dan pengekstrakan cecair superkritikal (SFE-CO2). Pertama, pecahan boleh digunakan untuk memudahkan pengekstrakan dengan mengeluarkan semua pigmen minyak dan lipofilik daripada sampel yang mengandungi lipid. Sampel yang telah dinyahlemak juga disonikasi sebelum pemekatan dalam campuran metanol dan air. Kromatografi kemudiannya boleh digunakan untuk analisis sebatian fenolik, terutamanya flavonoid [49]. Untuk sebatian terakhir ini, LC-MS digunakan dan kedua-dua pengionan elektrospray (ESI) dan pengionan kimia tekanan atmosfera kerap digunakan, dan kepekaan terbaik untuk flavonoid biasanya dicapai dalam mod ion negatif [49]. Sebagai contoh, fitokimia pecahan tumbuhan Calligonum Azel Maire, yang dikumpul dari padang pasir Tunisia, telah dinilai dan kromatografi cecair prestasi ultra tinggi yang digabungkan dengan masa empat kali ganda spektrometri jisim penerbangan UHPLC-ESI-QTOF digunakan untuk mengenal pasti fenolik antaranya flavon. dan flavanol, yang merupakan sebatian fenolik yang paling banyak dikenal pasti [52]. Lebih khusus lagi, kehadiran isorhamnetin glucoside dan isorhamnetin glucosyl-rhamnoside telah disahkan sebagai sebatian utama dalam daun halophyte Mesembryanthemum edule yang boleh dimakan menggunakan teknologi LC/ESI-MS/MS [3]. Kerja ini diikuti oleh orang lain yang telah menggunakan LC-ESI-TOF-MS untuk mencirikan banyak polifenol; antaranya, flavonoid dikenal pasti daripada bahagian udara peringkat berbunga penuh halofit seperti Arthrocnemum indicum [5], Tamarix gallica [16], Glaucium flavum[13], dan Salsola kali[8]. Sama seperti kerja-kerja terakhir, pemprofilan LC-ESI-TOF-MS dan GC-MS herba Artemisia telah dilakukan untuk mengenal pasti fenolik, seperti flavon, flavonol, dan alkaloid flavonoid[7]. Satu lagi kerja telah dijalankan pada Pancratium maritimum dan analisis oleh HPLC-DAD-ESI/MS mendedahkan kehadiran flavonoid termasuk flavonol sebagai isorhamnetin dengan konjugat pentoksida dan hexoside mereka seperti isorhamnetin di-hexoside [53].

Sebagai sebatian bukan lemak, flavonol boleh diasingkan oleh heksana. Kemudian, pelarut polar seperti etanol boleh digunakan. Kajian mengenai Limoniastrum guyonianum menggunakan HPLC menunjukkan kehadiran banyak fenolik, antaranya isorhamnetin-3-O-rutinoside [54].

Jauh daripada ekstrak fenolik, sebatian fenolik juga terdapat dalam minyak seperti minyak zaitun [55]. Sebatian ini mempunyai keupayaan untuk melindungi minyak daripada pengoksidaan dan meningkatkan nilai pemakanan minyak. Isorhamnetin, sebagai sebatian fenolik, juga telah dikesan dalam ekstrak minyak daripada biji jintan hitam Tunisia (Nigella sativa L.) yang diperoleh dengan pelarut hijau seperti 2-methyl tetrahydrofuran (MeTHF) sebagai alternatif kepada petroleum atau heksana -pelarut berasaskan untuk mengekstrak sebatian fenolik yang diperkaya dengan minyak [10]. Kehadiran isorhamnetin telah diluluskan oleh analisis HPLC. Analisis menggunakan Kromatografi Cecair dengan Pengesan Tatasusunan Diod(LC-DAD)mendedahkan jumlah isorhamnetin yang tinggi antara 6.3 dan 6.6（ug/g minyak） selepas pengekstrakan minyak daripada jintan hitam oleh MeTHF dan heksana, masing-masing. Selain itu, menggunakan resonans magnetik nuklear H(HNMR) dan resonans magnetik nuklear C(CNMR), beberapa glikosida flavonol seperti kaempferol-3-O-rutinoside (nicotiflorin) dan isorhamnetin-3-O-rutinoside (narsisisme) telah dicirikan daripada bahagian udara Peucedanum aucheri Boiss yang dikumpulkan di bandar Marivan, wilayah Kurdistan, Iran [56]. Kaedah NMR mengesan sifat bahawa nukleus atom tertentu bagi sebatian berinteraksi dengan medan magnet. Sifat ini, iaitu menghasilkan resonans magnetik pada frekuensi tertentu, memberikan maklumat tentang struktur molekul. Kedua, model matematik dipilih untuk menilai kecekapan pengekstrakan flavonol, terutamanya untuk memahami cara terbaik untuk mendapatkan isorhamnetin-3-O-rutinoside [20]. Analisis faktorial multivariate telah dijalankan menggunakan bunga Calendula officinalis. Model linear, kuadratik, kubik penuh dan kubik khas telah dianalisis. Kubik penuh terakhir adalah yang paling sesuai, membolehkan kecekapan yang lebih tinggi dalam pengekstrakan isorhamnetin-3-O-rutinoside sebanyak 60 peratus . Untuk kajian ini, enzim, Rapides Maxi Fruit dan Viscozyme telah digunakan di bawah beberapa faktor penting yang mempengaruhi aktiviti enzim di bawah keadaan superkritikal CO2 seperti tekanan, suhu, pH, masa, dan larutan etanol akueus. Akhir sekali, kaedah pengekstrakan cecair superkritikal digunakan untuk mengekstrak sebatian fenolik seperti flavonol. Bertahun-tahun yang lalu, prosedur pengekstrakan cecair superkritikal telah digunakan pada kulit kayu Eucalyptus globulus buat kali pertama, menggunakan CO2 tulen dan diubah suai dengan air, etil asetat, dan etanol [57]. Pengarang menunjukkan bahawa CO2 superkritikal yang digabungkan dengan etanol boleh mengekstrak sejumlah besar sebatian fenolik, termasuk isorhamnetin. Kuantifikasi HPLC-MS menentukan beberapa flavonol, seperti isorhamnetin-hexoside (0.26 gg-I ex-tract) dan isorhamnetin ringkas (14.29 mg:gI ekstrak). Etanol digunakan sebagai pelarut bersama. Kuantifikasi telah dijalankan dengan kromatografi cecair tekanan tinggi yang dilengkapi dengan pengesan tatasusunan fotodiod. Isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnosyl-rhamnoside, isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnosyl-pentoxide, isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnoside, and isorhamnetin 3-O-glucosyl -pentoksida ialah flavonol yang paling banyak diekstrak daripada ekstrak superkritikal O. ficus-indica. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, kromatografi cecair tekanan tinggi atau HPLC ialah kaedah yang biasa digunakan untuk menganalisis sebatian fenolik. Dalam jus epal dan jus pir, isorhamnetin 3-O-glukosida telah dikesan. Malah, pemisahan flavonol glikosida dalam ekstrak epal "Brettacher" oleh HPLC dan spektrometri jisim mendedahkan kehadiran dua bentuk glikosida seperti isorhamnetin 3-O-glukosa dan isorhamnetin 3-O-galactoside [ 58].