3.4 A fenil-etanoid-glikozidok (PhG-k) bioszintézisútjával kapcsolatos differenciális metabolitok feltérképezése

Korábban integráltuk transzkriptomikai és metabolomikus analízist, hogy feltárjuk a PhG-k bioszintetikus útját a C. deserticola zamatos száraiban.16 A virágzat és a zamatos szár közötti metabolizmus különbségéhez vezető molekuláris mechanizmus feltárása érdekében rekonstruáltuk a PhG-k bioszintetikus útját. (4. ábra). Főleg négy KEGG útvonalat tartalmazott: "fenil-propanoid bioszintézis (Ko00940)", "fenilalanin, tirozin és triptofán bioszintézis (Ko00400)", "tirozin metabolizmus (Ko00350)" és "fenilalanin metabolizmus (Ko00360)". A 4. ábrán látható eredmények azt mutatták, hogy a PhGs bioszintézis útvonalában a vegyület relatív tartalma a C. deserticola szöveteitől (virágzatok és zamatos szárak) és ökotípusaitól (szikes-lúgos talaj, gyep és homokos talaj) változott. A gyepes ökotípusban a szukkulens szárban a tirozin és a fahéjsav relatív tartalma megemelkedett. Mind a szikes-lúgos talajban, mind a füves ökotípusban a relatív kávésav-tartalom a virágzatokban megemelkedett. A metabolomanalízis három fenil-etanol-glikozidot (PhG-t) mutatott ki, nevezetesen az izoakteozidot, az akteozidot és a 2′-acetil-lakteozidot, és ezek relatív tartalma az A2 csoportban volt a legmagasabb.

A vonatkozó tanulmányok szerint a cisztán egy közönséges gyógynövény, amelyet "az életet meghosszabbító csodanövényként" ismernek. Fő összetevője a cistanozid, amely különféle hatásokkal rendelkezik, mint például antioxidáns, gyulladáscsökkentő és immunfunkciót serkentő. A cistanche és a bőrfehérítés közötti mechanizmus a cistanche glikozidok antioxidáns hatásában rejlik. Az emberi bőrben a melanin a tirozin tirozináz által katalizált oxidációjával keletkezik, az oxidációs reakcióhoz pedig oxigén részvétele szükséges, így a szervezetben lévő oxigénmentes gyökök a melanintermelést befolyásoló fontos tényezővé válnak. A Cistanche cisztanozidot tartalmaz, amely antioxidáns, és csökkentheti a szabad gyökök képződését a szervezetben, így gátolja a melanintermelést.

Kattintson a Cistanche Tubulosa kiegészítőre a fehérítéshez

【További információ: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Ezen túlmenően, a cisztanche elősegíti a kollagéntermelést, ami növelheti a bőr rugalmasságát és csillogását, és segít helyreállítani a sérült bőrsejteket. A Cistanche Phenylethanol Glykozidok jelentősen csökkentik a tirozináz aktivitást, a tirozinázra gyakorolt ​​hatás pedig kompetitív és reverzibilis gátlás, ami tudományos alapot adhat a Cistanche fehérítő összetevőinek fejlesztéséhez és hasznosításához. Ezért a cistanche kulcsszerepet játszik a bőr fehérítésében. Gátolhatja a melanintermelést, hogy csökkentse az elszíneződést és a tompaságot; és elősegíti a kollagéntermelést a bőr rugalmasságának és ragyogásának javítása érdekében. A cistanche ezen hatásainak széles körben elterjedt felismerése miatt számos bőrfehérítő termék elkezdett gyógynövényi összetevőket, például a Cistanche-t bejuttatni a fogyasztói igények kielégítésére, így növelve a Cistanche kereskedelmi értékét a bőrfehérítő termékekben. Összefoglalva, a cistanche szerepe a bőr fehérítésében döntő fontosságú. Antioxidáns hatása és kollagéntermelő hatása csökkentheti az elszíneződést és a fakóságot, javítja a bőr rugalmasságát és fényét, ezáltal fehérítő hatást érhet el. A Cistanche bőrfehérítő termékekben való széles körű alkalmazása azt is mutatja, hogy kereskedelmi értékben betöltött szerepét nem lehet alábecsülni.

3.5 A C. deserticola fő aktív komponenseinek molekuláris dokkolási elemzése

Az összegyűjtött 45 rokon betegségcélpontot molekulárisan 127 C. deserticola vegyülettel rögzítettük. Az irodalmi összehasonlítás és a molekuláris dokkolás eredményei alapján végül 15 jelet és 88 vegyületet szűrtünk (S2 és S3 táblázat). Az S2 táblázat információkat tartalmazott a célpontokról, betegségekről és az előre jelzett génekről. A kiválasztott vegyületek, a kiválasztott előrejelzett gének és a betegségek közötti átfogó kapcsolat további megértése érdekében átfogó hálózati elemzést végeztünk a Cytoscape 3.7-es verziójával.0 (5a. ábra). A kiválasztott vegyületek és potenciális célpontjaik között bonyolult hálózat alakult ki a csontritkulás, az érbetegség, az érelmeszesedés, a szívizom sérülés, az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór, a kamrai tachycardia és a végbélrák tekintetében. A vegyület-cél kölcsönhatás hálózatának mértékét az S2 táblázatban mutattuk be, amely azt jelezte, hogy a csontritkulással kapcsolatos előrejelzett CTSK és FDPS gének, valamint az érrendszeri betegségekre vonatkozó ACE célgén magasabb fokú értékkel rendelkezik, ami azt jelzi, hogy több vegyület van a C-ben. A deserticola képes hatni ezekre a célgénekre.

A 12 gén közötti kölcsönhatást STRING adatbázisok segítségével elemeztük és vizualizáltuk. A fehérje-fehérje interakciós (PPI) hálózatot (5b. ábra) "közepes megbízhatósággal (alapértelmezés szerint 0.4") hoztuk létre. A DAVID adatbázis felhasználásával a 12 előrejelzett gén 14 KEGG útvonalát az 5c. Az ezekkel a génekkel dúsított KEGG-útvonalak elsősorban a szerotonerg szinapszisokat, a hepatitis B-t, a rák proteoglikánjait és a víruskarcinogenezist tartalmazzák. A 12 szűrt előrejelzett gén listáját feltöltöttük a DAVID adatbázisba GO dúsítási elemzés céljából (5d. ábra). A célpontok számos biológiai folyamatban (BP) vettek részt, beleértve a "thrombocyta aktivációt", "az idegsejtek apoptotikus folyamatának pozitív szabályozását" és a "hippocampus fejlődését". A celluláris komponens (CC) kategóriában a "citoszol", a "nukleoplazma" és a "mitokondrium" volt a legmagasabb. Ugyanakkor a „kináz-aktivitás”, „protein-kináz-aktivitás” és „protein-szerin/treonin-kináz-aktivitás” volt az elsődleges molekuláris funkció (MF).

Az S3 táblázat a C. deserticola zamatos szárának hatásos komponenseinek és a betegség célpontjainak molekuláris dokkolási eredményeit mutatja be. Amint a 4. ábrán látható, a C. deserticola PhG-iben található 2'-acetil-lakteozid, akteozid és izoakteozid reagál a só-alkáli stresszre. A 6a és S4a ábra e három vegyület molekuláris dokkolásának részletes nézetét mutatja be magas pontszámú célpontokkal. A 2′-acetil-lakteozid kiváló dokkolást mutatott az érelmeszesedéssel (3TL5) és az érbetegséggel (4BZR) kapcsolatos célpontokkal. Az izoakteozid magas pontszámot ért el az oszteoporózissal (4X6H) és az érbetegséggel (4BZR) kapcsolatos célpontokkal. Az Acteoside jobban csatlakozott az érbetegséghez (4BZR) és a kamrai tachycardiához (4GQS) kapcsolódó célpontokhoz. A 6b és S4b ábra molekuláris dokkolási eredményeket mutatott négy, csak a virágzatban kimutatott flavonoid és a kiválasztott gyulladásos célpontok között. Az S4 táblázat azt mutatta, hogy a chrysoeriol és a cinarozid magasabb pontszámot ért el 2 célpont esetén.

4. Megbeszélés

Vizsgálatunk szerint a C. deserticola virágzata nemcsak a PhG-k fő hatóanyagát, hanem nagyszámú flavonoidot is tartalmaz. Különösen a flavonoidok relatív tartalma lényegesen magasabb, mint a zamatos száré. A flavonoidok antioxidáns, rákellenes, gyulladáscsökkentő és antimutagén tulajdonságaik, valamint a kulcsfontosságú sejtenzimek működését szabályozó képességük miatt manapság a különféle egészségügyi élelmiszerek, gyógyszerek, gyógyszerek és kozmetikai alkalmazások alapvető összetevőinek számítanak. .32 A flavonolok egy 3-hidroxi-flavonoidvázzal rendelkező flavonoidok (IUPAC-név: 3-hidroxi-2-fenilkróm-4-on). Sokféleségük a fenol-OH csoport eltérő helyzetéből adódik.33 A flavonolok tautomerizmusa kettős fluoreszcenciát okoz (a gerjesztett állapotú intramolekuláris protontranszfer vagy ESIPT miatt), ami elősegítheti az UV-védelmet a növényekben.34 Ezért javasoljuk a a C. deserticola flavonoidokban gazdag virágzata, ahelyett, hogy eldobná őket.

Érdekes módon azt találtuk, hogy a C. deserticola három ökotípusában a só-lúg stresszhez kapcsolódó metabolitok többsége szintén flavonoid volt. Korábbi kutatásunk16 azt találta, hogy a C. deserticola (szikes-lúgos talaj) zamatos szárában a fenil-etanoid-glikozidok (PhG-k) relatív tartalma magasabb, mint a másik két ökotípusé. A sótartalom különféle káros hatásokat okozhat a növényekben, és ennek egyik elkerülhetetlen következménye a reaktív oxigénfajták (ROS) túlzott termelése. Fini et al. úgy gondolták, hogy a flavonoidok a másodlagos ROS-eltávolító rendszer fontos részét képezik.35 Xu-mei Jia et al. feltételezték, hogy a szacharóz jelátvitel szabályozza a ROS homeosztázist azáltal, hogy indukálja a fenilpropán bioszintézis útját és a flavonoid szintézist.36 Wang et al. úgy vélik, hogy mivel a flavonoidok képesek eltávolítani a káros stresszreakciós anyagokat (beleértve a szabad gyököket, szingulett oxigénmolekulákat és peroxidokat), fokozhatják a növények abiotikus és biotikus stresszekkel szembeni toleranciáját.37 Zhang et al. transzkriptomanalízist használtak a Cynanchum auriculatum leveleinek sóstresszre adott molekuláris reakciójának feltárására. Azt találták, hogy a flavonoidok és fenilpropanoidok bioszintetikus útja aktiválódott. Ebben az útvonalban a transz-fahéjsav-4-monooxigenáz (C4H) és a kalkon izomerek közvetlenül kapcsolódnak a flavonoidok szintéziséhez, amelyben mindegyikük expressziós szintjét felfelé szabályozták. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy több flavonoid szintetizálódott, ami hozzájárulhat a teljes antioxidáns kapacitáshoz a C. auriculatum sósvízi stresszére adott válaszként. Hasonlóképpen Walia et al. beszámoltak arról, hogy a flavonoid bioszintézis útvonalában számos gén túlszabályozott sóstressz hatására, ami fontos védő szerepet játszott a sóstressz elleni küzdelemben.38 Összefoglalva, úgy gondoljuk, hogy a sóoldat-lúg stressz mindkét zamatos növényben elősegíti a flavonoidok felhalmozódását. a C. deserticola szárai és virágzatai. Határozottan a szikes talajt tekintjük a legjobb talajtípusnak a C. deserticola termesztésére.

Egyrészt a metabolom eredményeit elemezve kaptuk meg a virágzatban található egyedi flavonoidokat. Figyelembe véve a flavonoidok gyulladáscsökkentő szerepét, ennek az öt vegyületnek a molekuláris dokkolási analízisét végeztük gyulladással összefüggő célpontokkal, hogy irányítsuk a nem gyógyszeres virágzatforrások kialakulását. Másrészt a C. deserticola zamatos szárainak aktív komponenseinek molekuláris dokkolását végeztük el, hogy ezzel pótoljuk a hiányt. Néhány iránymutatást adott a C. deserticola hatóanyagainak terápiás mechanizmusához az öregedési betegségek kezelésére. Zhang és mtsai. azt találta, hogy a C. deserticola kivonat potenciálisan csontritkulás ellenes hatással bír, és ez a hatás legalább részben szerepet játszik a RANKL/RANK/TRAF6 által közvetített NF-κB és PI3K/AKT jelátvitelben, valamint a c-Fos és NFAT2 szintek szabályozásában. publikált adatok bizonyították, hogy a C. deserticola számos izolált vegyülete, köztük az echinakozid, az akteozid és a cisztanozid A szintén csontritkulás elleni hatást fejt ki.40-42 Az érelmeszesedéssel kapcsolatos célpontokhoz kapcsolódó vegyületek közé tartozik a 2'-acetil-lakteozid, az akteozid, echinacoside, daucosterol, izoakteozid, cisztanozid A, aréna belül, cisztanosinenzid A stb. Bár a jelenlegi eredmények további validálásához több biológiai validációra van szükség, ez a munka új kezelési lehetőségeket kínálhat az öregedő betegségek, például a csontritkulás, az érelmeszesedés stb. új utakat nyithat meg a C. deserticola természetes termékeiből származó gyógyszerkombinációk felfedezésére.

Összefoglalva, ez a tanulmány az első, amely feltárja a C. deserticola három ökotípusának virágzatai és zamatos szárai közötti metabolikus eltérések jellemzőit. Ezenkívül molekuláris dokkolást alkalmaztak a C. deserticola lehetséges terápiás célpontjainak és vegyületeinek szűrésére. A következő következtetéseket vontuk le: (1) a virágzatban a metabolitok száma nagyobb, mint a szukkulens töveké, és a csak a virágzatban kimutatható metabolitok többsége flavonoid, amely anyagként felhasználható a virágzat fejlődéséhez. új gyógyászati ​​források. (2) Az izorhamnetin-O-hexozid és a rozinidin-O-hexozid kémiai markerként használhatók a zamatos szárak és virágzatok megkülönböztetésére a három ökotípusban. (3) A sóoldat-lúg stressz a flavonoidok nagy felhalmozódásához vezet a C. deserticolában. Javasoljuk, hogy a szikes-lúgos talaj jó választás a C. deserticola termesztésére. (4) A C. deserticola hatóanyagai jó potenciális terápiás hatással bírnak az öregedési betegségekre, mint például a csontritkulás és az érrendszeri betegségek és az érelmeszesedés. Eközben a C. deserticola virágzatában található egyedi flavonoidok magas dokkolási pontszámmal rendelkeznek a gyulladáscsökkentő célpontokkal, ami új irányt ad a virágzat fejlődésének és hasznosításának. Ez a kutatás elméleti alapot teremtett a C. deserticola mesterséges termesztéséhez és hatékony erőforrásfejlesztéséhez. Tanulmányunk újszerű módszereket és elméleti útmutatást ad a gyógynövények új erőforrásainak fejlesztéséhez és hasznosításához, valamint a természetes termékek lehetséges terápiás mechanizmusainak feltárásához.

Finanszírozás

Ezt a munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány (81473315 és U{1}}), a Kínai Nemzeti Tudományos és Technológiai Alapvető Erőforrások Vizsgálati Programja (2018FY100701), valamint a Chengdui Hagyományos Kínai Orvostudományi Egyetem Nyílt Kutatási Alapja támogatta. A Délnyugat-Kínai Megkülönböztető Kínai Orvostudományi Erőforrások Szisztematikus Kutatásának Laboratóriuma (003109034001) és a Pekingi Természettudományi Alapítvány (7202135), amelyeket köszönettel köszönünk.

Szerzői hozzájárulások

Minden szerző közreműködött a kézirat átdolgozásában, elolvasta és jóváhagyta a benyújtott változatot. XS, LF-H és YZ hozzájárult a tanulmány koncepciójához és megtervezéséhez; XS, PJ és BA gyűjtötte a mintákat; XS és YZ szervezte az adatbázist; XS elvégezte a statisztikai elemzést; XS és LF-H írta a kézirat első vázlatát; LF-H, YZ, JP és AB írt részeket a kéziratból.

Összeférhetetlenség

A szerzők nem nyilatkoznak összeférhetetlenségről.

Köszönetnyilvánítás

Nagy köszönetünket fejezzük ki Xiang Zhangnak, a Kínai Orvostudományi Akadémia, Peking Union Medical College Gyógynövényfejlesztési Intézetének munkatársa a molekuláris dokkolásra vonatkozó irányelvekért.

Hivatkozások

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

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

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

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

5 C. Gu, X. Yang és L. Huang, Front. Pharmacol., 2016, 7, 289.

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

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

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

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

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

11 E. Gemperline, C. Keller és L. Li, Anal. Chem., 2016, 88, 3422–3434.

12 B. Worley és R. Powers, Curr. Metabolomika, 2013, 1, 92–107.

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

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

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

16 X. Sun, L. Li, J. Pei, C. Liu és 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 és J. Li, J. Pharm. Biomed. Anal., 2019, 162, 16–27.

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

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

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng és 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 és W. Wu, Int. J. Mol. Sci., 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 és Y. Wang, Sci . Rep., 2017, 7, 16364.

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

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

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

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

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

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

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

30 M. Koˇz´ıˇsek, M. Lepˇs´ık, K. Grantz ˇSaˇskov´a, J. Brynda, J. Konvalinka and 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 és CV Mering, Nucleic Acids Res. , 2019, 47, D607–D613.

32 A. Panche, A. Diwan és S. Chandra, J. Nutr. Sci., 2016, 5, e47. 33 JB Harborne és CA Williams, The flavonoids, Springer, 1975, 376–441.

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

35 A. Fini, C. Brunetti, M. Di Ferdinando, F. Ferrini és M. Tattini, Plant Signaling Behav., 2011, 6, 709–711.

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

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li és Q. Yao, Mol. Közönséges petymeg. Genomika, 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 és 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 és Y. Jiang, Front. Pharmacol., 2019, 10, 1412.

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

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

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

【További információ: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】