Dio3: Učinci iorbamnetina na dijabetes i njegove povezane komplikacije: pregled in vitro i in vivo studija i post hoc transkriptomska analiza uključenog molekularnog puta
Mar 29, 2022
Za više informacija. kontakttina.xiang@wecistanche.com
5. Post hoc transkriptomska analiza predviđa potencijalni učinak izorhamnetina na dijabetes u alatu koji se temelji na matičnim stanicama
Uspostavili smo alat na bazi matičnih stanica pomoću perinatalnogmatična stanica, ljudske amnionske epitelne stanice(hAEC), za procjenu bioaktivnosti prirodnih spojeva koji koriste mikroarrajsku analizu cijelog genoma [71,140-144]. Posljednjih godina sve veći broj bioaktivnih spojeva u ljekovitom bilju pregledan je zbog njihovih potencijalnih terapijskih i preventivnih učinaka. U tom kontekstu, pristupi temeljeni na matičnim stanicama koji koriste ljudske pluripotentne matične stanice (hPSC) dobivaju veliku pozornost kao fiziološki relevantniji in vitro ljudski modeli za probir lijekova i validaciju tisuća spojeva u akademskim istraživanjima i farmaceutskoj industriji[145-147]. Međutim, hPSC-ovi, uključujući embrionalne matične stanice (hESC) i inducirane pluripotentne matične stanice (hiPSC), imaju ograničene resurse stanica, zahtijevaju invazivne postupke ekstrakcije, skupo reprogramiranje stanica i kritične postupke održavanja, kao i predstavljaju etička ograničenja, te su stoga manje povoljni kao praktičan izvor za probir lijekova. S druge strane, hAEC-ovi se uklanjaju iz odbačenog termina posteljice, medicinskog otpadnog proizvoda. Oni ne zahtijevaju invazivne postupke berbe i imaju minimalne etičke probleme. Nadalje, hAEC-ovi se de-rived iz pluripotentnih epiblasta i na taj način održavaju potencijal diferencijacije slične ESC-u i mogu se razlikovati u stanice od sva tri zametna sloja [148-151].
Važno je napomenuti da se prema odgovarajućem protokolu diferencijacije hAEC-ovi mogu razlikovati u stanice slične hepatocitu [152-155], kolangiocite [156] i, što je najvažnije, β gušterače slične inzulinu[stanice 157-160]. Transplantacija pan-kreatskih stanica izazvanih hAEC-om u dijabetičke miševe izazvane streptozotocinom mogla bi normalizirati razinu glukoze u krvi[161]. hAEC[162], kao i egzosomi dobiveni iz hAEC-a [163], mogli bi ubrzati zacjeljivanje dijabetičkih rana promicanjem angiogeneze i fibroblastne funkcije i smanjenjem upale. Uključivanje hAEC-a u organoide otočića [164] i zaštita izvornih otočića slojem hAEC-a [165] moglo bi poboljšati usađivanje i revaskularizaciju otočića u modelima dijabetičkih miševa. Osim toga, zabilježeno je da stanice slične hepatocitu dobivene iz hAEC-a, kao i sam hAEC, imaju terapijsku učinkovitost kod bolesti jetre, uključujući fibrozu jetre [166,167], cirozu [168], i zatajenje jetre [169].
S obzirom na složenu patofiziologiju DM-a, hAEC možda nije idealan in vitro model za proučavanje mravo-dijabetičkih učinaka spojeva. Međutim, zbog svojih svojstava sličnih matičnim stanicama, može se koristiti za početni probir ciljnih spojeva. Prethodno smo istražili antifibrotik[71] i potencijal diferencijacije jetre [170] izorhamnetina u hAEC-ovima koji izazivaju diferencijaciju jetre. U ovoj studiji proveli smo ciljanu sekundarnu analizu naših prethodno objavljenih podataka [71] kako bismo istražili potencijalne funkcionalnosti izorhamnetina uDijabetes(Slika 4.). Analiza podataka provedena je za tri biološka višestruka određivanja kontrole 10. dana (n = 3) i izorhamnetina tretiranih (n =3) hAEC-a. Stanice su uzgajane u kulturi 3D stanica. Kontrolne stanice održavane su u mediju bazalnih epitelnih stanica placente (Promo stanica, Cat.#C-26140)u nedostatku bilo kakvog medija diferencijacije ili čimbenika rasta, dok su stanice liječenja dopunjene s 20 mM izorhamnetina (Sigma-Aldrich, Japan) tijekom 10 dana. Diferencijalno izraženi geni (DEG) nazivaju se genima s linearnom promjenom nabora>2 i p-vrijednošću<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="">
Kliknite ovdje da biste saznali više proizvoda
5.1. Skupovi gena za potpis tipa ćelije
U našim prethodnim studijama o hAEC-ovima otkrili smo da različite vrste spojeva mogu usmjeriti diferencijaciju hAEC-a prema različitim staničnim lozama, kao što su ester kofeinske kiseline, rozmarinska kiselina [142] i derivat kofeoilkinske kiseline3,4,5-Tri-O-Caffeoylquinic kiselina (TCQA)[140] što bi moglo poboljšati diferencijaciju neuronskih stanica, dok je antocijanin, cijanidin-3-O-glukozid (Cy3G), inducirana diferencijacija adipocita [143] u hAEC-u. Primijetili smo da se bioaktivnosti ili funkcionalnosti prirodnih spojeva općenito mogu predvidjeti iz obogaćenih tipova stanica od strane DEG-ova.
Sud je ispitao značajno obogaćene skupove podataka o potpisu tipa ćelija koristeći bazu podataka molekularnih potpisa (MSigDB)ver. 7.4 internetskog softvera GSEA (https://software. broadinstitute.org/gsea/index.jsp; kojem se pristupa 26. studenoga 2021.)[171]. Ovi skupovi gena sadrže gene potpisa klaster markera za tipove stanica identificirane u studijama sekvenciranja jednostaničnih stanica i olakšavaju dodjelu tipa stanica u skupovima podataka, poput eksperimenata razvoja organoidnih modela.
Utvrđeno je da su najznačajnije obogaćeni skup gena tipa stanica bile mezenhimalne stromalne stanice gušterače [172](Slika 4A). Osim toga, tipovi duktalnih i endotelnih stanica gušterače značajno su obogaćeni [172]. Geni s potpisom gušterače u hAEC-ovima tretiranim izorhamnetinom uključeni su u epitelno-mezenhimalni prijelaz, TGF-β signalizaciju, TNF-αsignaling putem NF-kB, KRAS signalizaciju i metabolizam masnih kiselina. Nekoliko skupova gena s potpisom jetre također je značajno obogaćeno, kao što su HSC, kupffer stanice, stanice žučnih kanala [173], i mezotelijalne stanice fetalne jetre [174]. Bilo je i nekoliko značajno obogaćenih genskih skupova s potpisom skeletnih mišića, uključujući fibrilin1 +fibro-adipogene progenitorne stanice (FBN1 +FAP), fibro-adipogene progenitorne (FAP) stanice i pericite skeletnih mišića [175]. Biološke funkcije gena potpisa jetre u hAEC-ovima tretiranim izorhamnetinom uključuju nekoliko upalnih putova odgovora, dok geni s potpisom skeletnih mišića reguliraju zacjeljivanje rana, organizaciju kolagenskih fibrila i MAPK kaskadu. Značaj je mjeren kao lažna stopa otkrivanja, analog hipergeometrijske p-vrijednosti nakon korekcije Benjaminija i Hochberga za testiranje višestrukih hipoteza (FDR q-vrijednost<>
5.2.Značajno obogaćeni skupovi gena hallmark
Zatim smo ispitali značajno obogaćene skupove gena obilježja na MSigDB-u (preuzete 26. studenog 2021.). Hallmark genski skupovi predstavljaju specifična, dobro definirana biološka stanja ili procese generirane na temelju identificiranja preklapanja skupa gena i zadržavanja gena koji pokazuju koherentnu ekspresiju. Obilježja imaju zbirku od 50 skupova gena kondenziranih iz preko 4000 preklapajućih skupova gena i tako su smanjili buku i redundanciju [176].
Značajno obogaćeni značajni skupovi gena uključuju gene koji definiraju epitelno-mezenhimalni prijelaz, gene nepregulirane kao odgovor na hipoksiju, gene regulirane NF-kB kao odgovor na TNF, gene gore i smanjeno regulirane aktivacijom KRAS-a, gene koji posreduju apoptozu aktivacijom kaspaza, gene uključene u miogenezu, gene nepregulirane kao odgovor na TGF-β1, gene upregulirane STAT5 kao odgovor na Stimulaciju IL-2, geni koji definiraju upalni odgovor, geni uključeni u p53 putove i mreže te geni koji kodiraju proteine uključene u glikolize i glukoneogenezu (slika 4B). Značajnost je razmatrana na FDR q-vrijednosti<>
Zanimljivo otkriće je obogaćivanje aktivacije KRAS-a od strane DEG-ova hAEC-ova tretiranih izorhamnetinom. Utvrđeno je da je nekoliko ekspresija gena izazvanih KRAS-om značajno smanjeno izorhamnetinom, kao što su MMP9, TSPAN1 i ITGBL1. Hiperglikemija izaziva genomsku nestabilnost koja dovodi do KRAS mutacija u stanicama gušterače [177], a također je povezana s povećanim rizikom i invazivnošću raka gušterače [178] i debelog crijeva [179]. Wang et al.izvijestio je da izorhamnetin potiskuje proliferaciju stanične linije adenokarcinoma gušterače PANC-1 kroz regulaciju aktivnosti signalnog puta Ras / MAPK [134]. Stoga, kao što je spomenuto u odjeljku 4.2.4., učinak izorhamnetina na rizik od raka kod dijabetesa izazvanog KRAS-om, posebno raka gušterače, vrijedi dodatno istražiti.
5.3. Značajno obogaćeni putovi
Daljnja analiza puta DEG-ova provedena je na temelju baze podataka o komparativnoj toksikogenomici(CTD)(http://ctdbase.org/; pristupljeno 29. studenoga 2021.)[180]. CTD predstavlja Kyotsku enciklopediju gena i genoma (KEGG) i REACTOME putove. Otkrili smo da ih je nekolikoupalniputevi, formiranje i montaža kolagena, signalni put PI3K-Akt i signalni put AGE-RAGE u dijabetičkim komplikacijama značajno su obogaćeni (slika 4C).
Napredni krajnji proizvodi glikacije (AGE) proizvode se ne-enzimskom glikacijom i oksidacijom proteina, lipida i nukleinskih kiselina. Receptori za napredne krajnje proizvode glikacije (RAGE) pripadaju superfamiliji imunoglobulina. AGE/RAGE signalizacija složena je i zamršena kaskada koja aktivira više unutarstaničnih signalnih putova koji uključuju protein kinazu C, NADPH oksidazu i MAPK-ove, što rezultira NF-kB -induciranom ekspresijom IL-1, IL-6, TNF-α, VCAM-1 i VEGF. Posebno je signalizacija AGE/RAGE-a uključena u vaskularnu kalcifikaciju posredovanu dijabetesom aktivacijom TGF-β posredovane fibroze, NFkB-a i ERK1/2 putova [181-184]. Utvrđeno je da je izorhamnetin značajno smanjio ekspresiju gena povezanu s signalizacijom AGE/RAGE, kao što su COL1A1, COL1A2, COL4A6, FN1, MMP2 i SERPINE1. Kao što je objašnjeno u ranijem odjeljku, izorhamnetinski antifibrotički učinci dobro su dokumentirani [71,74,99,119], pa se stoga može tvrditi da izorhamnetin također može imati blagotvorne učinke u vaskularnoj patologiji izazvanoj dijabetesom.
5.4.Značajno obogaćene metaboličke bolesti i srodne ekspresije gena
Iz CTD-a su izvučeni podaci o pridruživanju genskim bolestima (preuzeto 29. studenog 2021.). Kustosi smo samo značajno obogaćenih metaboličkih bolesti. Značaj obogaćivanja izračunat je hipergeometrijskom raspodjelom prilagođenom Bonferronijevom metodom. Značajno obogaćene metaboličke bolesti uključivale su DM, poremećaje metabolizma glukoze i lipida, hiperglikemiju i pretilost (slika 4D). Toplinska karta pokazuje da su ekspresije gena koje izazivaju PPAR-ove, TGF-ove, IL-ove, kolagen i ekspresije gena koje izazivaju apoptozu značajno smanjene u hAEZ-ovima tretiranim izorhamnetinom (slika 4E). S druge strane, inzulinski receptori, lipoproteinske lipaze i inhibitori apoptoze značajno su upregulirani u hAEC-ovima liječenim izorhamnetinom.
Naša ciljana analiza podataka o mikroarrayu hAEC-ova tretiranih izorhamnetinom također je potvrdila potencijal izorhamnetina u reguliranju bioloških funkcija povezanih s DM-om i povezanim komplikacijama.
6. Bioraspoloživost i crijevna apsorpcija izorhamnetina aglikona i njegovih glikoziliranih derivata
Uz prisutnost različitih kategorijaflavonoidiu prirodi je zanimljivo analizirati prisutnost tih spojeva u tijelu. Kada govorimo o metabolizmu izorhamnetina i njegovoj dostupnosti u ljudskom tijelu nakon konzumacije, govorimo o podrijetlu, metabolizmu i transportu. To se temelji na opažanju kromatografije nekih flavonoida kao što su flavonoli u ljudskom serumu. Spektrometrija tekuće kromatografije i mase pruža uvid u bioraspoloživost određenih flavonoida u njihovim oblicima aglikona i glikozida u tijelu [49]. Masena spektrometrija može se koristiti za određivanje flavonoida u biološkim uzorcima [185]. Studija je izvijestila o 23 mješovita sulfata, metila, glukoronida i derivata glukoze odKvercetini u mokraći i u plazmi ljudskih dobrovoljaca 1 h nakon gutanja lagano prženog crvenog luka. Ova studija otkrila je glikozide kvercetina i i iorhamnetina u plazmi [186].
Nekoliko čimbenika igra ulogu u ulasku hranjivih tvari kroz probavni trakt. Na primjer, enzimi iz crijevne mikrobiote utječu na ulazak fenolnih spojeva.
Studija provedena na ekstraktima lista ginka u modelu miševa pokazala je važnost mikrobiote crijeva na bioraspoloživost i apsorpciju iz gastrointestinalnog trakta nekih bioaktivnih molekula, osobito izorhamnetina [187]. U ovom koraku enzimi crijevne mikrobiote proizvodeflavonoidaaglikoni i razni proizvodi od prstenaste fisije. Analize cijelih uzoraka krvi pokazale su da je unos izorhamnetina povećan antibakterijskim liječenjem, što sugerira da enzimi mikrobiote crijeva imaju negativan učinak na farmakokinetiku prirodnih molekula, kao što je izorhamnetin.Antibakterijskiili potrošnja probiotika može povećati bioraspoloživost glikozidnog oblika izorhamnetina. Osim toga, stope in vitro biotransformacije i vrijeme boravka bioaktivnih molekula razlikovale su se između normalnih, dijabetičkih i dijabetičkih štakora nefropatije [188].
S druge strane, različiti membranski transporteri kontroliraju transport flavonoida, kao što su transporter glukoze 1(SGLT1) ovisan o natriju i proteini povezani s otpornošću na više lijekova 2 i 3 (MRP2 i MRP3)[189]. U tom kontekstu, MRP transporteri reguliraju transcelularne i paracelularne transportne putove izorhamnetina [190]. Unutar stanica, transport izorhamnetina s apikalne na bazalnu stranu bio je 6,8-9,3 puta veći. Na slici 5. sažeti su antidijabetički učinci izorhamnetina.
7. Zaključci
Izorhamnetin je fenolni spoj obitelji flavonoida, točnije flavonola. Izvorno je to molekula kvercetina, ali je podvrgnuta metilaciji. Isorham-netin se distribuira u biljnom kraljevstvu u mnogim divljim i kozmetičkim biljkama. Osim toga, nekoliko ljekovitih biljaka proizvodi ovu molekulu, a nekoliko studija je potvrdilo njezin antidijabetički učinak među ostalim biološkim aktivnostima. Svi ovi podaci tako pokazuju interes isorhamnetina za terapijsku industriju. Iz ove perspektive bilo bi vrlo zanimljivo istražiti učinak izorhamnetina i njegovih derivata, izoliranih posebno iz prirodnih resursa, na metaboličke poremećaje. Također je potrebno istaknuti i pregledati kliničke studije provedene u tom kontekstu koristeći frakcije bogate flavonoidima i prirodne proizvode kako bi se izbjegao utjecaj nuspojava uzrokovanih sintetičkim i kemijskim lijekovima.
Reference
1. Gill, S.S.; Tuteja, N. Reaktivne vrste kisika i antioksidativni strojevi u toleranciji abiotičkog stresa u biljkama usjeva. Biokemija. 2010, 48, 909–930. [CrossRef] [PubMed]
2. Corpas, F.J.; Gupta, D.K.; Palma, J.M. Proizvodna mjesta reaktivnih vrsta kisika (ROS) u organelama iz biljnih stanica. Kod reaktivnih vrsta kisika i oksidativnih oštećenja u biljkama pod stresom; Springer: Berlin/Heidelberg, Njemačka, 2015.; str. 1–22.
3. Falleh, H.; Oueslati, S.; Guyot, S.; Dali, A.B.; Magné, C.; Abdelly, C.; Kouri, R. LC/ESI-MS/MS karakterizacija procijanidina i propelargonidina odgovornih za snažnu antioksidativnu aktivnost jestivog halofita Mesembryanthemum edule L. Food Chem. [CrossRef]
4. Trabelsi, N.; Oueslati, S.; Falleh, H.; Waffo-Téguo, P.; Papastamoulis, Y.; Mérillon, J.-M.; Abdelly, C.; Ksouri, R. Izolacija snažnih antioksidansa iz ljekovitog halofita Limoniastrum guyonianum. 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. In vitro antiproliferativni učinak ekstrakta arthrocnemuma indicuma na stanice raka Caco-2 kroz kontrolu staničnog ciklusa i povezanu identifikaciju fenola LC-TOF-MS. Evid.based dopuna. Altern. med. 2013, 2013, 529375. [CrossRef]
6. Karker, M.; De Tommasi, N.; Smaoui, A.; Abdelly, C.; Ksouri, R.; Braca, A. Novi sulfatirani flavonoidi iz Tamarix Africana i biološke aktivnosti njegovog polarnog ekstrakta. Planta Med. 2016, 82, 1374–1380. [CrossRef]
7. Bourgou, S.; Rebey, I.B.; Mkadmini, K.; Isoda, H.; Kouri, R.; Kouri, W.M. LC-ESI-TOF-MS i GC-MS profiliranje artemisije biljnih i procjena njegovih bioaktivnih svojstava. 2017. 99, 702–712. [CrossRef]
8. Boulaaba, M.; Medini, F.; Hajlaoui, H.; Mkadmini, K.; Falleh, H.; Kouri, R.; Isoda, H.; Smaoui, A.; Abdelly, C. Biološke aktivnosti i fitokemijska analiza fenolnih ekstrakata iz Salsola kali L. Uloga endogenih čimbenika u odabiru najboljih biljnih ekstrakata. S. Afr. J. Bot. 2019, 123, 193–199. [CrossRef]
9. Najjar, H.; Abdelkarim, B.A.; Doria, E.; Boubakri, A.; Trabelsi, N.; Falleh, H.; Tlili, H.; Neffati, M. Fenolni sastav nekih tuniskih ljekovitih biljaka povezan s antiproliferativnim učinkom na stanice raka dojke ljudi MCF-7. 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. Zeleno otapalo za zamjenu šesterokana za ekstrakciju bioaktivnih lipida iz sjemenki crnog kima i bosiljka. Hrana 2021, 10, 1493. [CrossRef]
