Partea 1: Efectele Isorhamnetinei asupra diabetului zaharat și a complicațiilor sale asociate: o revizuire a studiilor in vitro și in vivo și o analiză post-hoc a transcriptomului a căii moleculare implicate

Pentru mai multe informatii. a lua legaturatina.xiang@wecistanche.com

Abstract: Diabetmellitus, în special de tip 2 (T2DM), este o problemă majoră de sănătate publică la nivel global. DZ se caracterizează prin niveluri ridicate de glicemie și insulinemie datorită secreției afectate de insulină și sensibilității celulelor la insulină, cunoscută sub numele de rezistență la insulină. T2DM provoacă complicații multiple și severe, cum ar fi nefropatia, neuropatia și retinopatia care provoacă leziuni oxidative celulare în diferite țesuturi interne, în special în pancreas, inimă, țesut adipos, ficat și rinichi. Extractele de plante și fitochimicele lor bioactive câștigă interes ca noi alternative terapeutice și preventive pentru T2DM și complicațiile asociate acestuia. În acest sens, izorhamnetina, o plantăflavonoid, a fost mult timp studiat pentru potențialele sale efecte anti-diabetice. Această revizuire descrie impactul său asupra reducerii tulburărilor legate de diabet prin scăderea nivelului de glucoză, ameliorarea stării oxidative, atenuarea inflamației și modularea metabolismului lipidelor și diferențierii adipocitelor prin reglarea căilor de semnalizare implicate raportate în studiile in vitro și in vivo. În plus, includem o analiză post-hoc a transcriptomului întreg al genomului a activităților biologice ale isorhamnetinei folosind un instrument bazat pe celule stem.

Cuvinte cheie: izorhamnetina; quercetină; activități biologice; Diabet; căi moleculare; microarray

Faceți clic aici pentru a afla mai multe persoane de contact

1. Introducere

Plantele au fost folosite ca medicamente tradiționale în aproape toate continentele lumii încă din cele mai vechi timpuri. Cercetarea științifică a motivelor utilizărilor lor medicinale a condus la explorarea moleculelor bioactive. Plantele extremofile care cresc în condiții extreme de mediu sunt considerate o bună sursă potențială de molecule bioactive de interes. De fapt, aceste constrângeri de mediu sunt la originea metabolismului disfuncțional al oxigenului, care duce la stres oxidativ prin creșterea speciilor reactive de oxigen (ROS)[1,2]. Unele plante, cum ar fi halofitele, au un puternicantioxidantsistem de eliminare a acestor compuși nocivi. Printre moleculele bioactive de interes se numără compușii fenolici. Mai multe studii au evaluat plantele bogate în polifenoli cu sau fără condiții restrictive în laborator [3-10]. Mai multe efecte biologice sunt atribuite extractelor bogate în polifenoli, cum ar fi activitățile antiinflamatorii și anticanceroase [11-13]. Alte studii au arătat efecte antioxidante, antimicrobiene [8,14-16] precum și anti-obezitate, antidiabetice și anti-hepatice steatotice [17-19] ale izorhamnetinei. Dintre acești polifenoli,flavonoidese disting. Acest grup include mai multe subgrupe, cum ar fi flavonolii. Isorhamnetina este unul dintre compușii majori ai flavonolilor. Isorhamnetina este o monometoxi flavonă sau un flavonol O-metilat din clasa flavonoidelor. Estequercetinăîn care o grupare metoxi înlocuiește gruparea hidroxi în poziția 3’. Unii derivați de izorhamnetină sunt prezenți în natură, cum ar fi izorhamnetina 3-O{- -d-glucopiranozida, izorhamnetina 3-O-neohesperidozida și izorhamnetina 3-O-rutinozida din Calendula officinalis L [20]. Isorhamnetina prezintă proprietăți biologice semnificative precum efecte antioxidante [21], anticancerigene [22], antimicrobiene [23], antivirale [24], antiinflamatoare și antidiabetice [21,25-33].

În această revizuire, primul accent este pe originea, structura chimică, izolarea și metodele de extracție, precum și aspectul fitochimic al izorhamnetinei. Apoi, în a doua parte, ne concentrăm pe descrierea potențialelor efecte antidiabetice ale acestui flavonol prin reducerea tulburărilor legate de diabet prin scăderea nivelului de glucoză, ameliorarea stării oxidative, atenuarea inflamației și modularea metabolismului lipidelor și diferențierii adipocitelor. În cele din urmă, am efectuat o analiză secundară a datelor noastre de micromatrice ale genomului întreg, publicate anterior, pentru a explora bioactivitățile asociate diabetului zaharat ale isorhamnetinei într-un instrument bazat pe celule stem. De asemenea, ne propunem să evidențiem efectul acestei molecule asupra reglării căilor de semnalizare implicate prin raportarea studiilor in vitro și in vivo utilizate în acest domeniu de cercetare. În această revizuire, am expus caracteristicile activității antidiabetice a izorhamnetinei în comparație cuquercetinăcare este considerat a fi un metabolit al izorhamnetinei și o referință importantă în tratamentul natural al diabetului.

2. Prezentare generală a moleculelor bioactive în special polifenoli și flavonoide

2.1. Stresul oxidativ ca origine a moleculelor bioactive din plante

Mai multe plante pot fi supuse la diferite condiții de mediu (salinitate, secetă, raze UV, metale grele, temperaturi extreme, deficiență de nutrienți, poluare a aerului și atacuri de agenți patogeni). Aceste constrângeri sunt la originea disfuncțiilor metabolismului oxigenului, care generează stres oxidativ prin creșterea speciilor reactive de oxigen (ROS). Molecula de oxigen (O2) joacă un rol important în organismele fotosintetice. Inițial, în plantele superioare și alge, schimbul de gaze care implică electroni are loc în cloroplaste prin captarea dioxidului de carbon în timpul zilei și producerea de oxigen. Acest schimb de gaze implică electroni. Într-adevăr, în cazul unor constrângeri severe de mediu, o mare parte a oxigenului nu este redusă și poate genera astfel ROS în unele organite din celulele vegetale [1,2] din cauza unui dezechilibru în buna funcționare a cloroplastelor și a transferului de electroni [1]. 1]. Mai mult, sub constrângerile de mediu menționate mai sus, sunt produse multe ROS, cum ar fi radicalul hidroxil (OH), radicalul anion superoxid (O,-), radicalii alcoxil și peroxil (RO: și respectiv RO2), peroxidul de hidrogen (H2O2, ), radicalul hipoclorit (-OCl), oxigenul singlet (O2), radicalul oxid nitric (NO) și alți peroxizi lipidici (cum ar fi malondialdehida și 4-hidroxinonenalul)[2,34,35]. Uneori, ROS poate avea un rol în semnalizarea celulară în comportamentul fiziologic al plantelor, de exemplu în procesul de creștere și dezvoltare a semințelor, dezvoltarea țesuturilor și tranziția de la proliferarea celulară la alungirea celulară în timpul etapelor anterioare de diferențiere [36] . La un nivel ridicat, aceste molecule provoacă leziuni moleculare, cum ar fi peroxidarea lipidică a membranelor, alterarea proteinelor și ADN-ului și moartea celulelor [1,35,37]. Unele plante, cum ar fi halofitele, au capacitatea de a se adapta bine la aceste condiții printr-un sistem antioxidant puternic. Halofitele sunt cunoscute a fi o sursă de metaboliți secundari, cum ar fi polifenolii [3-10]. Acești autori arată că, în condiții severe, polifenolii sunt sintetizați pentru a juca un rol important în protejarea împotriva daunelor oxidative induse de stres. Biosinteza, conținutul și activitățile acestor compuși fenolici sunt o funcție a mai multor parametri extrinseci (lumină, temperatură, salinitate și uscăciune) și intrinseci (genotip, organ și stadiu de dezvoltare) care influențează conținutul și distribuția lor în plante. 8,38,39]. De exemplu, în Pyracantha coccinea, unele flavonoide precum flavanone, flavone și flavonoli sunt prezenți în lăstari în timpul fazei vegetative și în rădăcini exclusiv în timpul fazei de reproducere 40]. Pe de altă parte, mai mulți autori au arătat că acești compuși fenolici au alte proprietăți biologice, cum ar fi activități antiinflamatorii și anticancerigene [11-13]. Alte studii au arătat efectele antioxidante, antimicrobiene [8,14-16] precum și antidiabetice [18,41,42] ale extractelor fenolice.

2.2. Clasificarea antioxidantilor naturali

Sistemul antioxidant poate fi clasificat în funcție de natura acestor componente în compuși enzimatici sau neenzimatici. Primele includ superoxid dismutaza (SOD), catalaza (CAT), ascorbat peroxidaza și glutation reductază [1,3542-44]. Genele legate de aceste enzime și-au relevat importanța în timpul deteriorării fiziologice post-recoltare a rădăcinii de depozit și ca răspuns la stresul osmotic și acidul abscisic, precum și la infecția cu Xanthomonas axonopodis [44]. Al doilea grup conține în principal compuși fenolici, carotenoizi, vitamine și osmoliți [1]. Compușii fenolici sunt caracterizați prin prezența unuia sau mai multor inele benzenice și diferă prin complexitatea moleculei de bază, numărul și locația hidroxilului și gradul de polimerizare. Acești compuși sunt metaboliți secundari care se împart în trei grupe mari: acizi fenolici (derivați ai acizilor benzoic și cinamic), flavonoizi (flavonoli, flavonoli, flavanone, flavone, antociani) și taninuri (taninuri hidrolizabile și proantocianidine). Pe lângă aceste molecule, se mai disting stilbenele, lignanii și cumarinele [45].

2.3. Originile și structura biochimică a flavonoidelor, în special, Isorhamnetina

Compușii fenolici sunt metaboliți secundari prevalenți în plante. Acești compuși au un inel aromatic cu una sau mai multe grupări hidroxil (OH) și conțin molecule variind de la acizi fenolici simpli până la compuși polimerizați, cum ar fi taninurile. Sinteza compușilor fenolici este un proces complex care trece prin mai multe etape. Compușii fenolici sunt molecule bioactive cu două căi de origine: pe de o parte acidul shikimic și pe de altă parte, moleculele fenilpropanoide. Biosinteza flavonoidelor, cum ar fi izorhamnetina, se bazează pe aceste căi. De fapt, pe de o parte, shikimatul dă scheletul de bază al polifenolilor care au unul sau mai multe inele benzenice (C6) purtând una sau mai multe funcții hidroxil. Pe de altă parte, există sinteza bazei C6-C3 formată prin condensarea fenilalaninei la acid cinamic (Figura 1)[46].

Mai exact, acidul shikimic se află la baza mai multor reacții, reprezentând scheletul aminoacizilor aromatici, care sunt inițiatorii compușilor fenolici. Primul pas constă dintr-o combinație de două molecule: fosfoenolpiruvat și eritroză 4-fosfat, care după patru reacții duc la formarea primului schelet de substanțe fenolice: shikimatul sau acidul shikimic (CHoOs). Acesta prezintă mai târziu primul inel, care caracterizează fenolicii cu două grupări hidroxil. Shikimatul suferă șase reacții care se termină cu primul aminoacid: fenilalanina. Datorită a două enzime cheie, fenilalanina amoniac-lază (PAL) și cinamat-4-hidroxilaza (C4H), fenilalanina formează succesiv cinamat și p-cumarat.. În această etapă, nivelul activității PAL ar putea regla cantitativ acumularea de compuși fenolici. Molecula p-cumarat se află la originea derivaților de cumarină. Calea pentru sinteza moleculelor de fenilpropanoid este caracterizată prin prezența unei enzime cheie numită 4-cumarat CoA ligaza (4CL), care catalizează în prezența funcției tiol a coenzimei A(CoA) p-cumaric. acid în 4-cumaroil CoA(C30Ha2N-O18P, S). Inelul aromatic A al flavonoidelor furnizează prin condensarea a trei molecule de malonil-CoA (-C6).

Ulterior, 4-cumaroil CoA a produs naringenina calconă, explicând legătura dintre inelul aromatic B și cel 3C al calconei (C6-C{3-). Calcona este un element cheie în acest subiect, deoarece este un precursor al tuturor flavonoidelor bazate pe un schelet de cincisprezece atomi de carbon format din două inele de benzen. Ulterior, calcona este transformată în naringenină (numită și flavanonă sau trihidroxi flavonă) prin acțiunea calconei izomerazei (CHI). Pe de o parte, flavonele precum apigenina, acacetina, crizina sau luteolina sunt sintetizate din naringenină în prezența flavonei. sintază (FNS). Pe de altă parte, din naringenină se produc diferiți flavonoli și compuși ai acidului succinic în prezența a două enzime; flavanone 3-dioxigenaza (F3D) și flavonol sintază (FS). În afară de derivații de flavonol, sunt produși și alți compuși, cum ar fi kaempferol, miricetina și quercetina. Prin transferul grupării metil de la S-adenozil-L-metionină, izorhamnetina este produsă în prezența flavonei 3’-O-metiltransferazei (FMT)[47,48]. Apoi, izorhamnetina este o monometoxi flavonă sau un flavonol O-metilat din clasa flavonoidelor. Este quercetina (precursor) în care gruparea hidroxi din poziţia 3' este înlocuită cu o grupare metoxi. Unii derivați de izorhamnetină sunt prezenți în natură, cum ar fi izorhamnetina 3-O{- -d-glucopiranozida, izorhamnetina 3-O-neohesperidozida și izorhamnetina 3-O-rutinozida din Calendula officinalis L .[20].

De fapt, flavonoidele sunt considerate una dintre cele mai importante grupuri din familia polifenolilor. Ele au o structură bazată pe un tip difenil propan cu două inele benzenice (inelul A și B, vezi Figura 2) legate printr-un lanț cu trei atomi de carbon care formează un inel piran închis (ciclul C). Prin urmare, structura lor este denumită C6-C3-C6. Pozițiile de O-glicozilare sunt C7 în flavone, izoflavone, flavanone și flavonoli și C3 în flavonoli și antocianidine. Pozițiile C-glicozilare sunt C6 și C8 în flavone [49]. În plus, importanța rolului antioxidant al compușilor fenolici este legată de gradul de hidroxilare a moleculei. Flavonoidele includ izoflavonele, flavonele, flavanonele și glicozidele și flavonolii acestora ca izoramnetina, care este denumită și 3’-metoxi quercetină și 3-metil quercetină [50]. La plante, o enzimă, glicoziltransferazele dependente de UDP, este responsabilă pentru forma glicozidă a izorhamnetinei (izorhamnetina 3-O-glucozidă). Această enzimă utilizează zaharuri nucleotidice difosfat, de obicei zaharuri uridin difosfat (UDP), pentru a transfera gruparea metil în ciclu și pentru a asocia funcția glicozidă cu izoramnetina [51].

2.4.Izolarea și analizele Ilsorhamnetinei provenite din plante medicinale

Distribuția izorhamnetinei în plantele medicinale este foarte largă, iar metodele de extracție și analiză sunt variate. Derivații de izorhamnetină sunt căutați în mod special. Grupările hidroxil și metil ajută la caracterizarea lor. Unele metode sunt utilizate pentru extragerea izorhamnetinei, printre care se bazează pe fracționare, folosind abordări chimiometrice, extracție cu enzime și fluid supercritic (SFE-CO2). În primul rând, fracționarea poate fi utilizată pentru a simplifica extracția prin îndepărtarea tuturor pigmenților uleioși și lipofili din probele care conțin lipide. Proba degresată este, de asemenea, sonicată înainte de macerare într-un amestec de metanol și apă. Cromatografia poate fi apoi utilizată pentru analizele compușilor fenolici, în special a flavonoidelor [49]. Pentru acești ultimi compuși, se utilizează LC-MS și se aplică frecvent atât ionizarea prin electrospray (ESI), cât și ionizarea chimică la presiune atmosferică, iar cea mai bună sensibilitate pentru flavonoide este, în general, obținută în modul cu ioni negativi [49]. De exemplu, fitochimia fracțiilor de plante Calligonum Azel Maire, colectate din deșertul tunisian, a fost evaluată și a fost utilizată o cromatografie lichidă de ultra-înaltă performanță cuplată cu spectrometrie de masă cu timp cvadruplu de zbor UHPLC-ESI-QTOF pentru a identifica substanțele fenolice printre care flavone. și flavanoli, care au fost cei mai abundenți compuși fenolici identificați [52]. Mai precis, prezența glucozidei izorhamnetinei și glucozil-ramnozidei izorhamnetinei a fost confirmată ca compuși majori în frunzele halofitului comestibil Mesembryanthemum edule folosind tehnologia LC/ESI-MS/MS [3]. Această lucrare a fost urmată de alții care au folosit LC-ESI-TOF-MS pentru a caracteriza mulți polifenoli; printre acestea, flavonoidele au fost identificate din părțile aeriene ale fazei de înflorire completă a halofitelor, cum ar fi Arthrocnemum indicum [5], Tamarix gallica [16], Glaucium flavum [13] și Salsola kali[8]. Similar cu ultimele lucrări, au fost efectuate profilări LC-ESI-TOF-MS și GC-MS ale plantelor Artemisia pentru a identifica substanțele fenolice, cum ar fi flavonele, flavonolii și alcaloizii flavonoizi[7]. O altă lucrare a fost efectuată pe Pancratium maritimum și analiza prin HPLC-DAD-ESI/MS a dezvăluit prezența flavonoidelor, inclusiv flavonolul sub formă de izorhamnetină, cu pentoxidul și conjugații lor hexozidici, cum ar fi izorhamnetina di-hexozidă [53].

Ca compus negras, flavonolii ar putea fi izolați de hexan. Apoi, poate fi utilizat un solvent polar, cum ar fi etanolul. Un studiu asupra Limoniastrum guyonianum folosind HPLC a arătat prezența multor substanțe fenolice, printre care isorhamnetina-3-O-rutinozida [54].

Departe de extractele fenolice, compușii fenolici se găsesc și în uleiuri precum uleiul de măsline [55]. Acești compuși au capacitatea de a proteja uleiurile împotriva oxidării și de a îmbunătăți valoarea nutritivă a uleiului. Isorhamnetina, ca compus fenolic, a fost de asemenea detectată într-un extract uleios din semințe de chimen negru tunisian (Nigella sativa L.) obținute cu un solvent verde precum 2-metil tetrahidrofuran (MeTHF) ca alternativă la petrol sau hexan. solvent pe bază de extract pentru a extrage compuși fenolici îmbogățiți cu ulei [10]. Prezența izorhamnetinei a fost aprobată prin analiza HPLC. Analizele folosind cromatografie lichidă cu detector de diode (LC-DAD) au evidențiat o cantitate mare de izorhamnetină variind între 6,3 și 6,6 (ug/g ulei) după extracția uleiului din chimen negru de către MeTHF și, respectiv, hexan. În plus, folosind rezonanța magnetică nucleară H (HNMR) și rezonanța magnetică nucleară C (CNMR), unele glicozide de flavonol, cum ar fi kaempferol-3-O-rutinozida (nicotiflorină) și izorhamnetina-3-O-rutinozida (narcisism) au fost caracterizate din părțile aeriene ale Peucedanum aucheri Boiss colectate în orașul Marivan, provincia Kurdistan, Iran [56]. Metoda RMN detectează proprietatea că anumite nuclee atomice ale compusului interacționează cu un câmp magnetic. Această proprietate, care este de a produce rezonanță magnetică la o anumită frecvență, oferă informații despre structura moleculei. În al doilea rând, sunt alese modele matematice pentru a evalua eficiența extracției de flavonol, în special pentru a înțelege cel mai bun mod de a obține izorhamnetin-3-O-rutinozid [20]. O analiză factorială multivariată a fost efectuată folosind flori de Calendula officinalis. Au fost analizate modele liniare, pătratice, cubice complete și cubi speciale. Ultimul cubic complet a fost cel mai potrivit, permițând o eficiență mai mare în extracția isorhamnetinei-3-O-rutinozidei cu 60 la sută . Pentru acest studiu, enzimele, Rapides Maxi Fruit și Viscozyme au fost utilizate în cadrul unor factori importanți care afectează activitatea enzimei în condiții supercritice de CO2, cum ar fi presiunea, temperatura, pH-ul, timpul și soluția apoasă de etanol. În cele din urmă, metoda de extracție cu fluid supercritic a fost utilizată pentru a extrage compuși fenolici precum flavonolii. Cu mulți ani în urmă, procedura de extracție a fluidului supercritic a fost utilizată pentru prima dată pe scoarța de Eucalyptus globulus, folosind CO2 pur și modificat cu apă, acetat de etil și etanol [57]. Autorii au arătat că CO2 supercritic combinat cu etanol ar putea extrage cantități semnificative de compuși fenolici, inclusiv izoramnetina. Cuantificarea HPLC-MS a determinat unele flavonoli, cum ar fi izorhamnetina-hexozidă (0,26 gg-I de extract) și izorhamnetina simplă (14,29 mg:gl de extract). Etanolul a fost utilizat ca co-solvent. Cuantificarea a fost efectuată cu cromatografie lichidă de înaltă presiune echipată cu un detector cu matrice de fotodiode. Isorhamnetina 3-O-glucozil-ramnosil-ramnozida, izorhamnetina 3-O-glucosil-ramnosil-pentoxid, izorhamnetina 3-O-glucozil-ramnozida și izoramnetina 3-O-glucozil -pentoxidul au fost cei mai abundenți flavonoli extrași din extractele supercritice de O. ficus-indica. După cum sa menționat anterior, cromatografia lichidă de înaltă presiune sau HPLC este o metodă utilizată în mod obișnuit pentru analiza compușilor fenolici. În sucul de mere și sucul de pere, a fost detectată izorhamnetina 3-O-glucozidă. De fapt, separarea glicozidelor de flavonol într-un extract de măr „Brettacher” prin HPLC și spectrometrie de masă a evidențiat prezența a două forme de glicozide, cum ar fi izorhamnetina 3-O-glucoză și izorhamnetina 3-O-galactozida [ 58].