Partea 3: 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

5. O analiză post-hoc a transcriptomului prezice efectul potențial al Isorhamnetinei asupra diabetului într-un instrument bazat pe celule stem

Am stabilit un instrument bazat pe celule stem folosind un instrument perinatalcelulă stem, celulele epiteliale amniotice umane (hAECs), pentru a evalua bioactivitățile compușilor naturali utilizând analiza microarray a întregului genom [71,140-144]. În ultimii ani, un număr din ce în ce mai mare de compuși bioactivi din plantele medicinale au fost verificați pentru potențialele lor efecte terapeutice și preventive. În acest context, abordările bazate pe celule stem care utilizează celule stem pluripotente umane (hPSC) primesc o mare atenție ca modele umane in vitro mai relevante din punct de vedere fiziologic pentru screening-ul de medicamente și validarea a mii de compuși atât în ​​cercetarea academică, cât și în industria farmaceutică[{{4} }]. Cu toate acestea, hPSC, inclusiv celulele stem embrionare (hESC) și celulele stem pluripotente induse (hiPSC), au resurse celulare limitate, necesită proceduri de extracție invazivă, reprogramare costisitoare a celulelor și proceduri critice de întreținere, precum și constrângeri etice și, prin urmare, sunt mai puțin favorabile ca sursă practică pentru screeningul drogurilor. Pe de altă parte, hAEC sunt derivate din placenta la termen aruncată, un deșeu medical. Nu necesită proceduri invazive de recoltare și au preocupări etice minime. În plus, hAEC-urile sunt derivate din epiblastele pluripotente și mențin astfel potențialul de diferențiere multilinie asemănător ESC și pot fi diferențiate în celule din toate cele trei straturi germinale [148-151].

Este de remarcat faptul că, după un protocol de diferențiere adecvat, hAEC-urile pot fi diferențiate în celule asemănătoare hepatocitelor [152-155], colangiocite [156] și, cel mai important, celule producătoare de insulină asemănătoare pancreasului[157-160 ]. Transplantul de celule pancreatice induse de hAEC în șoareci diabetici induși de streptozotocină ar putea normaliza nivelul de glucoză din sânge[161]. hAEC[162], precum și exozomii derivați din hAEC [163], ar putea accelera vindecarea rănilor diabetice prin promovarea angiogenezei și a funcției fibroblastelor și prin reducerea inflamației. Încorporarea hAEC în organoizii insulelor [164] și protejarea insulelor native cu un strat de hAEC [165] ar putea îmbunătăți grefarea și revascularizarea insulelor la modelele de șoareci diabetici. În plus, celulele asemănătoare hepatocitelor derivate din hAEC, precum și hAEC în sine, au fost raportate a avea eficacitate terapeutică în bolile hepatice, inclusiv fibroza hepatică [166,167], ciroza [168] și insuficiența hepatică [169].

Având în vedere patofiziologia complexă a DM, hAEC poate să nu fie un model in vitro ideal pentru a studia efectele antidiabetice ale compușilor. Cu toate acestea, datorită proprietăților sale asemănătoare celulelor stem, poate fi utilizat pentru screening-ul inițial al compușilor țintă. Am explorat anterior potențialul antifibrotic[71] și de diferențiere hepatică [170] al izorhamnetinei în hAEC. În studiul de față, am efectuat o analiză secundară direcționată a datelor noastre publicate anterior [71] pentru a explora potențialele funcționalități ale izorhamnetinei înDiabet(Figure 4). Data analysis was conducted for three biological replicates of day 10 control (n = 3) and isorhamnetin-treated (n =3) hAECs. The cells were grown in 3D cell culture. Control cells were maintained in placental basal epithelial cell medium(Promo Cell, Cat.#C-26140)in absence of any differentiation medium or growth factors, whereas treatment cells were supplemented with 20 mM of isorhamnetin (Sigma-Aldrich, Japan) for 10 days. Differentially expressed genes (DEGs) are referred to as genes with a linear fold change>2 și valoarea p<0.05(one-way between-subjects="" anova).="" a="" total="" of="" 303="" degs="" were="" identified;="" among="" them,="" 60="" were="" upregulated="" and="" 243="" were="" downregulated.="" details="" of="" methodology="" have="" been="" explained="" elsewhere="" [71,170].="" all="" microarray="" data="" are="" available="" at="" gene="" expression="" omnibus(geo)="" under="" accession="" number:="" gse153149="" (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc="GSE153149,accessed" on="" 24="" november="">

Click aici pentru a afla mai multe produse

5.1. Seturi de gene cu semnătură tip celulă

În studiile noastre anterioare despre hAEC, am descoperit că diferite tipuri de compuși ar putea direcționa diferențierea hAEC către diferite linii celulare, cum ar fi un ester al acidului cafeic, acidul rosmarinic [142] și un derivat al acidului cafeoilchinic3,4,5- Acidul Tri-O-Cafeoilchinic (TCQA)[140] care ar putea îmbunătăți diferențierea celulelor neuronale, în timp ce o antocianină, cianidin-3-O-glucozidă (Cy3G), a indus diferențierea adipocitelor [143] în hAEC. Am observat că bioactivitățile sau funcționalitățile compușilor naturali ar putea fi prezise în general din tipurile de celule îmbogățite de către DEG.

Am examinat seturile de date de semnătură tip celulă semnificativ îmbogățite folosind baza de date Molecular Signatures (MSigDB) ver. 7.4 din software-ul online GSEA (https://software. broadinstitute.org/gsea/index.jsp; accesat la 26 noiembrie 2021)[171]. Aceste seturi de gene conțin gene semnături marker cluster pentru tipurile de celule identificate în studiile de secvențiere a unei singure celule ale țesutului uman și facilitează atribuirea tipului de celule în seturile de date, cum ar fi experimentele de dezvoltare a modelelor organoide.

Am descoperit că setul de gene de tip celulă cel mai semnificativ îmbogățit a fost celulele stromale mezenchimale pancreatice [172] (Figura 4A). În plus, tipurile de celule pancreatice ductale și endoteliale au fost semnificativ îmbogățite [172]. Genele semnături pancreatice în hAEC tratate cu izorhamnetină sunt implicate în tranziția epitelial-mezenchimală, semnalizarea TGF, semnalizarea TNF prin NF-kB, semnalizarea KRAS și metabolismul acizilor grași. Mai multe seturi de gene semnături hepatice au fost, de asemenea, semnificativ îmbogățite, cum ar fi HSC, celulele kupffer, celulele căilor biliare [173] și celulele mezoteliale hepatice fetale [174]. Au existat, de asemenea, câteva seturi de gene semnături ale mușchilor scheletici semnificativ îmbogățite, inclusiv celule progenitoare fibro-adipogene (FBN1 plus FAP), celule progenitoare fibro-adipogene (FAP) și pericite ale mușchilor scheletici [175]. Funcțiile biologice ale genelor semnăturii hepatice în hAEC tratate cu izorhamnetină includ mai multe căi de răspuns inflamator, în timp ce genele semnăturii mușchilor scheletici reglează vindecarea rănilor, organizarea fibrilelor de colagen și cascada MAPK. Semnificația a fost măsurată ca rata de descoperire falsă, un analog al valorii p hipergeometrice după corecția Benjamini și Hochberg pentru testarea ipotezelor multiple (valoarea q FDR<>

5.2.Seturi de gene distinctive îmbogățite semnificativ

Apoi, am examinat seturile de gene distinctive îmbogățite semnificativ pe MSigDB (preluat la 26 noiembrie 2021). Seturile de gene distinctive reprezintă stări sau procese biologice specifice, bine definite, generate pe baza identificării suprapunerilor setului de gene și a reținerii genelor care prezintă expresie coerentă. Semnele distinctive au o colecție de 50 de seturi de gene condensate din peste 4000 de seturi de gene suprapuse și astfel au zgomot și redundanță reduse [176].

Seturile de gene semnificative îmbogățite semnificativ includ gene care definesc tranziția epitelial-mezenchimală, gene reglate în sus ca răspuns la hipoxie, gene reglate de NF-kB ca răspuns la TNF, gene reglate în sus și în jos prin activarea KRAS, gene care mediază apoptoza prin activarea caspazelor, gene implicate în miogeneză, gene suprareglate ca răspuns la TGF- 1, gene suprareglate de STAT5 ca răspuns la stimularea IL-2, gene care definesc răspunsul inflamator, gene implicate în căile și rețelele p53 și genele care codifică proteinele implicate în glicoliză și gluconeogeneza (Figura 4B). Semnificația a fost luată în considerare la valoarea q FDR<>

O descoperire interesantă este îmbogățirea activării KRAS de către DEG-urile hAEC tratate cu izorhamnetină. S-a constatat că mai multe expresii genice induse de KRAS sunt reduse semnificativ de izorhamnetin, cum ar fi MMP9, TSPAN1 și ITGBL1. Hiperglicemia declanșează instabilitatea genomică care duce la mutații KRAS în celulele pancreatice [177] și a fost, de asemenea, asociată cu risc crescut și invazivitatea cancerelor pancreatice [178] și de colon [179]. Wang și colab. au raportat că izorhamnetina suprimă proliferarea liniei celulare de adenocarcinom pancreatic PANC-1 prin reducerea activității căii de semnalizare Ras/MAPK [134]. Prin urmare, așa cum s-a menționat în Secțiunea 4.2.4, efectul isorhamnetinei asupra riscului de cancer indus de KRAS în diabet zaharat, în special cancerul pancreatic, merită explorat în continuare.

5.3. Căi semnificativ îmbogățite

O analiză ulterioară a căilor DEG a fost efectuată utilizând baza de date comparativă de toxicogenomică (CTD) (http://ctdbase.org/; accesat la 29 noiembrie 2021)[180]. CTD reprezintă Enciclopedia Kyoto a Genelor și Genomelor (KEGG) și căile REACTOME. Am găsit că mai multeinflamatorcăile, formarea și asamblarea colagenului, calea de semnalizare PI3K-Akt și calea de semnalizare AGE-RAGE în complicațiile diabetului au fost semnificativ îmbogățite (Figura 4C).

Produșii finali de glicație avansată (AGE) sunt produși prin glicarea neenzimatică și oxidarea proteinelor, lipidelor și acizilor nucleici. Receptorii pentru produsele finale de glicație avansată (RAGE) aparțin superfamiliei imunoglobulinelor. Semnalizarea AGE/RAGE este o cascadă complexă și complicată care activează mai multe căi de semnal intracelulare care implică protein kinaza C, NADPH oxidaza și MAPK-uri, ducând la exprimarea IL-1, IL-6 indusă de NF-kB, TNF-, VCAM-1 și VEGF. În special, semnalizarea AGE/RAGE a fost implicată în calcificarea vasculară mediată de diabet prin activarea fibrozei mediate de TGF, a căilor NFkB și ERK1/2 [181-184]. Am descoperit că izorhamnetina a scăzut semnificativ expresia genelor legate de semnalizarea AGE/RAGE, cum ar fi COL1A1, COL1A2, COL4A6, FN1, MMP2 și SERPINE1. După cum sa discutat în secțiunea anterioară, efectele antifibrotice ale izorhamnetinei au fost bine documentate [71,74,99,119] și, prin urmare, se poate afirma că izorhamnetina poate avea, de asemenea, efecte benefice în patologia vasculară indusă de diabet.

5.4.Boli metabolice îmbogățite semnificativ și expresii genetice înrudite

Datele de asociere dintre gene și boală au fost preluate din CTD (recuperate la 29 noiembrie 2021). Am tratat doar boli metabolice semnificativ îmbogățite. Semnificația îmbogățirii a fost calculată prin distribuția hipergeometrică ajustată prin metoda Bonferroni. Bolile metabolice semnificativ îmbogățite au inclus DZ, glucoză și tulburări ale metabolismului lipidic, hiperglicemie și obezitate (Figura 4D). Harta termică arată că PPAR-urile, TGF-urile, TNF-urile, IL-urile, colagenul și expresiile genelor care induc apoptoza au fost reduse semnificativ în hAEC-urile tratate cu izorhamnetină (Figura 4E). Pe de altă parte, receptorii de insulină, lipoprotein lipazele și inhibitorii de apoptoză au fost reglați semnificativ în creșterea hAEC-urilor tratate cu izorhamnetină.

Analiza noastră țintită a datelor cu microarray a hAEC-urilor tratate cu isorhamnetin a confirmat, de asemenea, potențialul izormnetinei în reglarea funcțiilor biologice legate de DM și complicațiile asociate acesteia.

6. Biodisponibilitatea și absorbția intestinală a Isorhamnetin Aglicon și a derivaților săi glicozilați

Cu prezența diferitelor categorii deflavonoideîn natură, este interesant de analizat prezența acestor compuși în organism. Când vorbim despre metabolismul isorhamnetinei și disponibilitatea acesteia în organismul uman după consum, vorbim despre origine, metabolism și transport. Aceasta se bazează pe o observație făcută prin cromatografie a unor flavonoide precum flavonolii din serul uman. Cromatografia lichidă-spectrometria de masă oferă o perspectivă asupra biodisponibilității anumitor flavonoide în formele lor de aglicon și glicozide în organism [49]. Spectrometria de masă poate fi utilizată pentru determinarea flavonoidelor din probele biologice [185]. Un studiu a raportat 23 de derivați amestecați de sulfat, metil, glucuronidă și glucozăquercetinăatât în ​​urină cât și în plasma voluntarilor umani la 1 oră după ingestia de ceapă roșie ușor prăjită. Acest studiu a detectat glicozide atât ale quercetinei, cât și ale izorhamnetinei în plasmă [186].

Mai mulți factori joacă un rol în intrarea nutrienților prin tractul digestiv. De exemplu, enzimele din microbiota intestinală afectează intrarea compușilor fenolici.

Un studiu efectuat asupra extractelor de frunze de ginkgo la un model de șoareci a arătat importanța microbiotei intestinale asupra biodisponibilității și absorbției din tractul gastrointestinal a unor molecule bioactive, în special a izorhamnetinei [187]. În această etapă, se produc enzimele microbiotei intestinaleflavonoidagliconi și o varietate de produse de fisiune inelară. Analizele probelor de sânge integral au indicat că absorbția izorhamnetinei a fost crescută prin tratamentul antibacterian, sugerând că enzimele microbiotei intestinale au un efect negativ asupra farmacocineticii moleculelor naturale, cum ar fi izorhamnetina.Antibacteriansau consumul de probiotice poate crește biodisponibilitatea formei glicozide a isorhamnetinei. În plus, ratele de biotransformare in vitro și timpii de rezidență ai moleculelor bioactive au fost diferite între șobolanii normali, diabetici și diabetici cu nefropatie [188].

Pe de altă parte, diferiți transportatori de membrană controlează transportul flavonoidelor, cum ar fi transportorul de glucoză dependent de sodiu 1 (SGLT1) și proteinele 2 și 3 asociate cu rezistența la mai multe medicamente (MRP2 și MRP3)[189]. În acest context, transportorii MRP reglează căile de transport transcelulare și paracelulare ale isorhamnetinei [190]. În interiorul celulelor, transportul izorhamnetinei de la partea apicală la cea bazală a fost de 6,8-9.3-ori mai mare. În Figura 5, sunt rezumate efectele antidiabetice ale izorhamnetinei.

7. Concluzii

Isorhamnetina este un compus fenolic din familia flavonoidelor, mai precis a flavonolilor. Inițial este o moleculă de quercetină, dar a suferit o metilare. Isorham-netina este distribuită în regnul vegetal în multe plante sălbatice și cosmetice. În plus, mai multe plante medicinale produc această moleculă și mai multe studii au atestat efectul ei antidiabetic printre alte activități biologice. Toate aceste date arată astfel interesul isorhamnetinei în industria terapeutică. Din această perspectivă, ar fi foarte interesant de explorat efectul isorhamnetinei și derivaților săi, izolați în special din resursele naturale, asupra tulburărilor metabolice. De asemenea, este necesar să se evidențieze și să revizuiască studiile clinice efectuate în acest context folosind fracții bogate în flavonoide și produse naturale pentru a evita impactul efectelor secundare cauzate de medicamentele sintetice și chimice.

Referințe

1. Gill, SS; Tuteja, N. Specii reactive de oxigen și mașini antioxidante în toleranța la stres abiotic în plantele de cultură. Fiziol vegetal. Biochim. 2010, 48, 909–930. [CrossRef] [PubMed]

2. Corpas, FJ; Gupta, DK; Palma, JM Locurile de producție ale speciilor reactive de oxigen (ROS) în organele din celulele vegetale. În specii reactive de oxigen și daune oxidative la plantele sub stres; Springer: Berlin/Heidelberg, Germania, 2015; pp. 1–22.

3. Falleh, H.; Oueslati, S.; Guyot, S.; Dali, AB; Magné, C.; Abdelly, C.; Kouri, R. Caracterizarea LC/ESI-MS/MS a procianidinelor și propelargonidinelor responsabile pentru activitatea antioxidantă puternică a halofitului comestibil Mesembryanthemum edule L. Food Chem. 2011, 127, 1732–1738. [CrossRef]

4. Trabelsi, N.; Oueslati, S.; Falleh, H.; Waffo-Téguo, P.; Papastamoulis, Y.; Mérillon, J.-M.; Abdelly, C.; Ksouri, R. Izolarea antioxidanților puternici din halofitul medicinal Limoniastrum guyonianum. Food Chim. 2012, 135, 1419–1424. [CrossRef] [PubMed]

5. Boulaaba, M.; Mkadmini, K.; Tsolmon, S.; Han, J.; Smaoui, A.; Kawada, K.; Ksouri, R.; Isoda, H.; Abdelly, C. Efectul antiproliferativ in vitro al extractelor de Arthrocnemum Indicum asupra celulelor canceroase Caco-2 prin controlul ciclului celular și prin identificarea fenolului LC-TOF-MS. Evid.-Complement bazat. Altern. Med. 2013, 2013, 529375. [CrossRef]

6. Karker, M.; De Tommasi, N.; Smaoui, A.; Abdelly, C.; Ksouri, R.; Braca, A. Noi flavonoide sulfatate din Tamarix Africana și activitățile biologice ale extractului său polar. Planta Med. 2016, 82, 1374–1380. [CrossRef]

7. Bourgou, S.; Rebey, IB; Mkadmini, K.; Isoda, H.; Kouri, R.; Kouri, WM Profilarea LC-ESI-TOF-MS și GC-MS a plantelor Artemisia și evaluarea proprietăților sale bioactive. Alimentare Res. Int. 2017, 99, 702–712. [CrossRef]

8. Boulaaba, M.; Medini, F.; Hajlaoui, H.; Mkadmini, K.; Falleh, H.; Kouri, R.; Isoda, H.; Smaoui, A.; Abdelly, C. Activități biologice și analiza fitochimică a extractelor fenolice din Salsola kali L. Rolul factorilor endogeni în selecția celor mai bune extracte de plante. S. Afr. J. Bot. 2019, 123, 193–199. [CrossRef]

9. Najjar, H.; Abdelkarim, BA; Doria, E.; Boubakri, A.; Trabelsi, N.; Falleh, H.; Tlili, H.; Neffati, M. Compoziția fenolică a unor plante medicinale tunisiene asociată cu un efect anti-proliferativ asupra celulelor MCF-7 ale cancerului mamar uman. EuroBiotechnol. J. 2020, 4, 104–112. [CrossRef]

10. Bourgou, S.; Bettaieb Rebey, I.; Ben Kaab, S.; Hammami, M.; Dakhlaoui, S.; Sawsen, S.; Msaada, K.; Isoda, H.; Ksouri, R.; Fauconnier, M.-L. Solvent verde pentru a înlocui hexanul pentru extracția lipidelor bioactive din semințe de chimen negru și busuioc. Alimente 2021, 10, 1493. [CrossRef]