3.4 Mapiranje različitih metabolita povezanih s putem biosinteze feniletanoidnih glikozida (PhGs)

Prethodno smo integrirali transkriptomičku i metabolomičku analizu kako bismo istražili biosintetske putove PhG-a u sukulentnim stabljikama C. deserticola.16 Kako bismo otkrili molekularni mehanizam koji dovodi do razlike u metabolizmu između cvata i sukulentne stabljike, rekonstruirali smo biosintetski put PhG-ova (slika 4). Uglavnom je sadržavao četiri KEGG puta: "biosinteza fenilpropanoida (Ko00940)", "biosinteza fenilalanina, tirozina i triptofana (Ko00400)", "metabolizam tirozina (Ko00350)" i "metabolizam fenilalanina (Ko00360)". Rezultati na slici 4 pokazali su da relativni sadržaj spojeva u putu biosinteze PhGs varira ovisno o tkivima (cvatovi i sočne stabljike) i ekotipovima (slano-lužnato zemljište, travnjaci i pjeskovito zemljište) C. deserticola. U ekotipu travnjaka, relativni sadržaj tirozina i cimetne kiseline bio je povišen u sočnim stabljikama. I u slano-alkalnom zemljištu iu ekotipu travnjaka, relativni sadržaj kavene kiseline bio je povišen u cvatovima. Metabolomskom analizom otkrivena su tri feniletanoidna glikozida (PhG), i to izoakteozid, akteozid i 2′-acetilakteozid, a njihov relativni udio bio je najveći u skupini A2.

Prema relevantnim studijama, cistanča je uobičajena biljka koja je poznata kao "čudotvorna biljka koja produžuje život". Njegova glavna komponenta je cistanozid, koji ima različite učinke poput antioksidansa, protuupalnih i poticanja imunoloških funkcija. Mehanizam između cistanche i izbjeljivanja kože leži u antioksidativnom učinku cistanche glikozida. Melanin u ljudskoj koži nastaje oksidacijom tirozina koju katalizira tirozinaza, a reakcija oksidacije zahtijeva sudjelovanje kisika, pa radikali bez kisika u tijelu postaju važan čimbenik koji utječe na proizvodnju melanina. Cistanche sadrži cistanozid, koji je antioksidans i može smanjiti stvaranje slobodnih radikala u tijelu, čime inhibira proizvodnju melanina.

Kliknite na Cistanche Tubulosa dodatak za izbjeljivanje

【Za više informacija: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Osim toga, cistanche također ima funkciju poticanja proizvodnje kolagena, što može povećati elastičnost i sjaj kože te pomoći u obnavljanju oštećenih stanica kože. Cistanche Phenylethanol glikozidi imaju značajan učinak regulacije naniže na aktivnost tirozinaze, a pokazalo se da je učinak na tirozinazu kompetitivna i reverzibilna inhibicija, što može pružiti znanstvenu osnovu za razvoj i korištenje sastojaka za izbjeljivanje u Cistancheu. Stoga cistanka ima ključnu ulogu u izbjeljivanju kože. Može inhibirati proizvodnju melanina kako bi se smanjila diskoloracija i tupost; i potiče proizvodnju kolagena za poboljšanje elastičnosti i sjaja kože. Zbog raširenog prepoznavanja ovih učinaka cistanche, mnogi proizvodi za izbjeljivanje kože počeli su sadržavati biljne sastojke kao što je Cistanche kako bi zadovoljili potražnju potrošača, čime se povećala komercijalna vrijednost Cistanche u proizvodima za izbjeljivanje kože. Ukratko, uloga cistanhe u izbjeljivanju kože je ključna. Njegov antioksidativni učinak i učinak stvaranja kolagena mogu smanjiti diskoloraciju i tupost, poboljšati elastičnost i sjaj kože te tako postići učinak izbjeljivanja. Također, široka primjena Cistanche u proizvodima za izbjeljivanje kože pokazuje da se njegova uloga u komercijalnoj vrijednosti ne može podcijeniti.

3.5 Molekularna docking analiza glavnih aktivnih komponenti C. deserticola

Prikupljenih 45 povezanih meta bolesti molekularno je spojeno sa 127 spojeva C. deserticola. Na temelju rezultata literaturne usporedbe i molekularnog spajanja, 15 oznaka i 88 spojeva je konačno pregledano (tablice S2 i S3). Tablica S2 pokazala je informacije o ciljevima, bolestima i predviđenim genima. Za daljnje razumijevanje sveobuhvatnog odnosa između odabranih spojeva, odabranih predviđenih gena i bolesti, provedena je sveobuhvatna mrežna analiza pomoću Cytoscape verzije 3.7.0 (Slika 5a). Formirana je zamršena mreža među odabranim spojevima i njihovim potencijalnim ciljevima u vezi s osteoporozom, vaskularnom bolešću, aterosklerozom, ozljedom miokarda, Alzheimerovom bolešću, Parkinsonom, ventrikularnom tahikardijom i rektalnim rakom. Stupanj mreže interakcije spoj-cilj prikazan je u tablici S2, koja je pokazala da predviđeni geni CTSK i FDPS koji se odnose na osteoporozu i ciljni gen ACE o vaskularnoj bolesti imaju višu vrijednost stupnja, što ukazuje da više spojeva u C Deserticola može djelovati na ove ciljne gene.

Interakcija između 12 gena analizirana je i vizualizirana pomoću STRING baza podataka. Mreža protein-protein interakcije (PPI) (slika 5b) konstruirana je pod "srednjom pouzdanošću (0.4 prema zadanim postavkama)". Korištenjem baze podataka DAVID, 14 KEGG putova 12 predviđenih gena vizualizirano je na slici 5c. KEGG putevi obogaćeni ovim genima uglavnom uključuju serotonergičku sinapsu, hepatitis B, proteoglikane kod raka i virusnu karcinogenezu. Popis od 12 pregledanih predviđenih gena učitan je u bazu podataka DAVID za analizu obogaćivanja GO (slika 5d). Mete su bile uključene u mnoge biološke procese (BP) uključujući "aktivaciju trombocita", "pozitivnu regulaciju procesa apoptoze neurona" i "razvoj hipokampusa". "Citosol", "nukleoplazma" i "mitohondrij" zauzeli su najviše mjesto u kategoriji stanične komponente (CC). U isto vrijeme "aktivnost kinaze", "aktivnost protein kinaze" i "aktivnost protein serin/treonin kinaze" bile su primarna uključena molekularna funkcija (MF).

Tablica S3 prikazuje rezultate molekularnog spajanja učinkovitih komponenti sočnih stabljika C. deserticola i meta bolesti. Kao što je prikazano na slici 4, 2'-acetilakteozid, akteozid i izoakteozid u PhG C. deserticola reagiraju na solno-alkalni stres. Slike 6a i S4a pokazuju detaljan prikaz molekularnog spajanja ova tri spoja s ciljevima s visokim bodovanjem. 2'-Acetilakteozid je imao izvrsno spajanje s ciljevima povezanim s aterosklerozom (3TL5) i vaskularnom bolešću (4BZR). Izoakteozid je imao visok rezultat povezivanja s ciljevima povezanim s osteoporozom (4X6H) i vaskularnom bolešću (4BZR). Akteozid je imao bolje spajanje s ciljevima povezanim s vaskularnom bolešću (4BZR) i ventrikularnom tahikardijom (4GQS). Slike 6b i S4b pokazuju rezultate molekularnog spajanja između četiri flavonoida otkrivena samo u cvatu i odabranih ciljeva upale. Tablica S4 pokazuje da su krizoeriol i cinarozid imali više rezultate s 2 cilja.

4. Rasprava

Naše istraživanje pokazuje da cvat C. deserticola ne samo da sadrži glavnu aktivnu tvar PhG, već sadrži i velik broj flavonoida. Konkretno, relativni sadržaj flavonoida znatno je veći od sočnih stabljika. Flavonoidi se zbog svojih antioksidativnih, antikancerogenih, protuupalnih i antimutagenih svojstava te sposobnosti da reguliraju funkciju ključnih staničnih enzima sada smatraju bitnim sastojcima u raznim primjenama zdrave hrane, lijekova, lijekova i kozmetike. .32 Flavonoli su klasa flavonoida s 3-hidroksi flavonoidnim kosturom (IUPAC naziv: 3-hidroksi-2-fenilkrom-4-one). Njihova raznolikost proizlazi iz različitih položaja fenol-OH skupine.33 Tautomerizam flavonola uzrokuje dvostruku fluorescenciju (zbog intramolekularnog prijenosa protona u pobuđenom stanju ili ESIPT), što može promicati UV zaštitu u biljaka.34 Stoga preporučujemo ponovnu upotrebu cvatove C. deserticola bogate flavonoidima nego ih odbaciti.

Zanimljivo je da smo otkrili da su većina različitih metabolita povezanih sa slano-alkalnim stresom u tri ekotipa C. deserticola također bili flavonoidi. Naša prethodna istraživanja16 otkrila su da je relativni sadržaj feniletanoidnih glikozida (PhGs) u sukulentnim stabljikama C. deserticola (slano-alkalna zemlja) veći od druga dva ekotipa. Salinitet može uzrokovati različite štetne učinke na biljke, a jedna od njegovih neizbježnih posljedica je prekomjerna proizvodnja reaktivnih kisikovih vrsta (ROS). Fini i sur. vjeruje da su flavonoidi važan dio sekundarnog sustava za uklanjanje ROS-a.35 Xu-mei Jia i sur. spekulirali su da signaliziranje saharoze regulira homeostazu ROS inducirajući put biosinteze fenilpropana i sintezu flavonoida.36 Wang et al. vjeruju da, budući da flavonoidi mogu ukloniti štetne tvari odgovorne na stres (uključujući slobodne radikale, singletne molekule kisika i perokside), mogu poboljšati toleranciju biljaka na abiotičke i biotičke stresove.37 Zhang et al. koristili su analizu transkriptoma kako bi otkrili molekularni odgovor lišća Cynanchum auriculatum na stres od soli. Otkrili su da je biosintetski put flavonoida i fenilpropanoida aktiviran. Na ovom putu, trans-cimetna kiselina 4-monooksigenaza (C4H) i izomeri kalkona izravno su povezani sa sintezom flavonoida, pri čemu su razine ekspresije svih flavonoida povećane. Ovi rezultati pokazuju da je sintetizirano više flavonoida, što može pridonijeti ukupnom antioksidativnom kapacitetu kao odgovor na stres C. auriculatum u slanoj vodi. Slično, Walia et al. izvijestio je da je velik broj gena u putu biosinteze flavonoida bio reguliran na gore pod stresom od soli, što je imalo važnu zaštitnu ulogu u otpornosti prema stresu od soli.38 Ukratko, vjerujemo da slano-alkalni stres potiče nakupljanje flavonoida u oba sukulenta. stabljike i cvatovi C. deserticola. Smatramo slano tlo najboljim tipom tla za uzgoj C. deserticola.

S jedne strane, analizom rezultata metaboloma dobili smo jedinstvene flavonoide u cvatu. Uzimajući u obzir ulogu flavonoida u protuupalnom djelovanju, proveli smo molekularnu analizu spajanja ovih pet spojeva s ciljevima povezanim s upalom, kako bismo usmjerili razvoj nemedicinskih resursa cvatova. S druge strane, proveli smo molekularno spajanje aktivnih komponenti sočnih stabljika C. deserticola kako bismo nadoknadili prazninu u tom pogledu. Dao je neke smjernice za terapijski mehanizam aktivnih sastojaka C. deserticola za liječenje bolesti starenja. Zhang i sur. otkrili da ekstrakt C. deserticola ima potencijalno djelovanje protiv osteoporoze, a taj je učinak barem djelomično uključen u transdukciju signala NF-κB i PI3K/AKT posredovanu RANKL/RANK/TRAF6 i regulaciju razina c-Fos i NFAT2.39 objavljeni podaci dokazuju da je nekoliko izoliranih spojeva C. deserticola, uključujući ehinakozid, akteozid i cistanozid A, također prijavljeno da djeluju protiv osteoporoze.40-42 Spojevi povezani s ciljevima povezanim s aterosklerozom uključuju 2'-acetilakteozid, akteozid, i može otvoriti nove načine za otkrivanje kombinacija lijekova iz prirodnih proizvoda C. deserticola.

Zaključno, ova je studija prva koja otkriva karakteristike metaboličke varijacije između cvatova i sočnih stabljika tri ekotipa C. deserticola. Štoviše, primijenjeno je molekularno spajanje kako bi se ispitali potencijalni terapeutski ciljevi i spojevi C. deserticola. Dobiveni su sljedeći zaključci: (1) broj metabolita u cvatu je obilniji nego u sočnim stabljikama, a većina metabolita otkrivenih samo u cvatu su flavonoidi, koji se mogu koristiti kao materijal za razvoj nova ljekovita sredstva. (2) Izorhamnetin O-heksozid i rosinidin O-heksozid mogu se koristiti kao kemijski markeri za razlikovanje sukulentnih stabljika i cvatova u tri ekotipa. (3) Slano-alkalni stres dovodi do velikog nakupljanja flavonoida u C. deserticola. Predlažemo da je slano-alkalna zemlja dobar izbor za uzgoj C. deserticola. (4) Aktivni sastojci C. deserticola imaju dobre potencijalne terapeutske učinke na bolesti starenja kao što su osteoporoza i vaskularne bolesti i ateroskleroza. U međuvremenu, jedinstveni flavonoidi u cvatu C. deserticola imaju visoke rezultate spajanja s protuupalnim ciljevima, što daje novi smjer za razvoj i korištenje cvata. Ovo istraživanje je postavilo teorijske temelje za umjetni uzgoj i učinkovit razvoj resursa C. deserticola. Naša studija pruža nove metode i teoretske smjernice za razvoj i korištenje novih izvora ljekovitog bilja i otkrivanje potencijalnih terapeutskih mehanizama prirodnih proizvoda.

Financiranje

Ovaj rad podržali su Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine (81473315 i U1812403-1), Nacionalni program istraživanja temeljnih resursa znanosti i tehnologije Kine (2018FY100701), Otvoreni istraživački fond Sveučilišta Chengdu za tradicionalnu kinesku medicinu Key Laboratorij za sustavno istraživanje karakterističnih kineskih medicinskih resursa u jugozapadnoj Kini (003109034001) i Pekinška prirodoslovna zaklada (7202135), na kojima se zahvaljujemo.

Autorski prilozi

Svi su autori pridonijeli reviziji rukopisa te su pročitali i odobrili poslanu verziju. XS, LF-H i YZ pridonijeli su koncepciji i dizajnu studije; XS, PJ i BA prikupili su uzorke; XS i YZ organizirali su bazu podataka; XS je izvršio statističku analizu; XS i LF-H napisali su prvi nacrt rukopisa; LF-H, YZ, JP i AB napisali su dijelove rukopisa.

Sukob interesa

Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Priznanja

Izražavamo veliku zahvalnost Xiangu Zhangu s Instituta za razvoj ljekovitog bilja, Kineske akademije medicinskih znanosti, Peking Union Medical College, za smjernice za molekularno spajanje.

Reference

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

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

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

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

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

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

7 XJ Qin, W. Ni, CX Chen i HY Liu, Nat. proizvod Bioprospekt., 2018, 8, 265–278.

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

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

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

11 E. Gemperline, C. Keller i L. Li, Anal. Chem., 2016, 88, 3422-3434.

12 B. Worley i R. Powers, Curr. Metabolomics, 2013, 1, 92–107.

13 S. Wei, X. Yang, G. Huo, G. Ge, H. Liu, L. Luo, J. Hu, D. Huang i 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 i 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 i L. Chen, Int. J. Mol. Sci., 2019, 20, 5893.

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

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

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

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng i 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 i 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 i Y. Wang, sci . Rep., 2017, 7, 16364.

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

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

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

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

27 J. Stamos, MX Sliwkowski i 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 i JA Stafford, J Med. Chem., 2005, 48, 1610-1619.

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

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

32 A. Panche, A. Diwan i S. Chandra, J. Nutr. Sci., 2016, 5, e47. 33 JB Harborne i CA Williams, Flavonoidi, Springer, 1975., str. 376-441.

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

35 A. Fini, C. Brunetti, M. Di Ferdinando, F. Ferrini i 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 i YX Wang, Hortic. Res., 2019, 6, 91.

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li i Q. Yao, Mol. Genet. 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 i TJ Close, Plant Physiol., 2005, 139, 822–835 (prikaz, ostalo).

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 i Y. Jiang, Front. Pharmacol., 2019, 10, 1412.

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

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

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

【Za više informacija: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】