3.4 Mapovanie rôznych metabolitov súvisiacich s fenyletanoidovými glykozidmi (PhGs) biosyntézou

Predtým sme integrovali transkriptomickú a metabolomickú analýzu, aby sme preskúmali biosyntetické dráhy PhG v sukulentných stonkách C. deserticola.16 Aby sme objavili molekulárny mechanizmus vedúci k rozdielu v metabolizme medzi kvetenstvom a sukulentnou stonkou, zrekonštruovali sme biosyntetickú dráhu PhGs. (obr. 4). Obsahoval hlavne štyri dráhy KEGG: „biosyntéza fenylpropanoidu (Ko00940)“, „biosyntéza fenylalanínu, tyrozínu a tryptofánu (Ko00400)“, „metabolizmus tyrozínu (Ko00350)“ a „metabolizmus fenylalanínu (Ko00360)“. Výsledky na obr. 4 ukázali, že relatívny obsah zlúčenín v dráhe biosyntézy PhGs sa menil v závislosti od tkanív (kvetenstvo a šťavnaté stonky) a ekotypov (soľno-alkalická pôda, trávne porasty a piesčitá pôda) C. deserticola. V ekotype trávnatých porastov sa relatívny obsah tyrozínu a kyseliny škoricovej zvýšil v sukulentných stonkách. V ekotype slano-alkalickej pôdy aj trávnatých porastov bol relatívny obsah kyseliny kávovej v kvetenstvách up-regulovaný. Metabolómová analýza detegovala tri fenyletanoidové glykozidy (PhGs), a to izoakteozid, akteozid a 2'-acetylakteozid, a ich relatívny obsah bol najvyšší v skupine A2.

Podľa relevantných štúdií je cistanche bežná bylina, ktorá je známa ako „zázračná bylina, ktorá predlžuje život“. Jeho hlavnou zložkou je cistanozid, ktorý má rôzne účinky ako antioxidačné, protizápalové a podporuje imunitné funkcie. Mechanizmus medzi cistanche a bielením kože spočíva v antioxidačnom účinku cistanchových glykozidov. Melanín v ľudskej koži je produkovaný oxidáciou tyrozínu katalyzovanou tyrozinázou a oxidačná reakcia vyžaduje účasť kyslíka, takže voľné radikály v tele sa stávajú dôležitým faktorom ovplyvňujúcim produkciu melanínu. Cistanche obsahuje cistanozid, ktorý je antioxidantom a môže znížiť tvorbu voľných radikálov v tele, čím inhibuje produkciu melanínu.

Kliknite na Doplnok na bielenie Cistanche Tubulosa

【Ďalšie informácie: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:{0}}】

Okrem toho má cistanche aj funkciu podpory produkcie kolagénu, čo môže zvýšiť pružnosť a lesk pokožky a pomôcť pri oprave poškodených kožných buniek. Fenyletanolové glykozidy Cistanche majú významný účinok na zníženie aktivity tyrozinázy a účinok na tyrozinázu sa ukázal ako konkurenčná a reverzibilná inhibícia, čo môže poskytnúť vedecký základ pre vývoj a využitie bieliacich zložiek v Cistanche. Preto má cistanche kľúčovú úlohu pri bielení pokožky. Môže inhibovať produkciu melanínu, aby sa znížilo zafarbenie a matnosť; a podporujú produkciu kolagénu pre zlepšenie elasticity a žiarivosti pokožky. Vzhľadom na rozšírené uznanie týchto účinkov cistanche začali mnohé produkty na bielenie pokožky pridávať bylinné zložky, ako je Cistanche, aby uspokojili dopyt spotrebiteľov, čím sa zvýšila komerčná hodnota produktu Cistanche v produktoch na bielenie pokožky. Stručne povedané, úloha cistanche pri bielení pokožky je kľúčová. Jeho antioxidačný účinok a účinok na produkciu kolagénu môže znížiť zafarbenie a matnosť, zlepšiť elasticitu a lesk pokožky a tým dosiahnuť bieliaci účinok. Široké uplatnenie Cistanche v produktoch na bielenie pokožky tiež dokazuje, že jeho úlohu v komerčnej hodnote nemožno podceňovať.

3.5 Molekulárna dokovacia analýza hlavných aktívnych zložiek C. deserticola

Zozbieraných 45 cieľov súvisiacich s chorobami bolo molekulárne ukotvených so 127 zlúčeninami C. deserticola. Na základe výsledkov porovnania literatúry a molekulárneho dokovania sa nakoniec skrínovalo 15 značiek a 88 zlúčenín (tabuľky S2 a S3). Tabuľka S2 uvádza informácie o cieľoch, chorobách a predpokladaných génoch. Aby sme lepšie pochopili komplexný vzťah medzi vybranými zlúčeninami, vybranými predpovedanými génmi a chorobami, vykonala sa komplexná sieťová analýza pomocou Cytoscape verzie 3.7.0 (obr. 5a). Medzi vybranými zlúčeninami a ich potenciálnymi cieľmi sa vytvorila zložitá sieť týkajúca sa osteoporózy, vaskulárneho ochorenia, aterosklerózy, poškodenia myokardu, Alzheimerovej choroby, Parkinsonovej choroby, ventrikulárnej tachykardie a rakoviny konečníka. Stupeň siete na interakcii zlúčenina-cieľ bol znázornený v tabuľke S2, čo naznačuje, že predpovedané gény CTSK a FDPS súvisiace s osteoporózou a cieľový gén ACE o vaskulárnom ochorení majú vyššiu hodnotu, čo naznačuje, že viac zlúčenín v C Deserticola môže pôsobiť na tieto cieľové gény.

Interakcia medzi 12 génmi bola analyzovaná a vizualizovaná pomocou databáz STRING. Sieť interakcie proteín-proteín (PPI) (obr. 5b) bola skonštruovaná pri „strednej spoľahlivosti (štandardne 0.4)“. Pomocou databázy DAVID bolo na obr. 5c vizualizovaných 14 KEGG dráh 12 predpovedaných génov. KEGG dráhy obohatené týmito génmi zahŕňajú hlavne serotonergnú synapsiu, hepatitídu B, proteoglykány pri rakovine a vírusovú karcinogenézu. Zoznam 12 skrínovaných predpokladaných génov bol nahraný do databázy DAVID na analýzu obohatenia GO (obr. 5d). Ciele boli zapojené do mnohých biologických procesov (BP) vrátane „aktivácie krvných doštičiek“, „pozitívnej regulácie apoptotického procesu neurónov“ a „vývoja hipokampu“. "Cytosol", "nukleoplazma" a "mitochondrie" sa umiestnili najvyššie v kategórii bunkových komponentov (CC). Súčasne boli primárnou molekulárnou funkciou (MF) zahrnuté "kinázová aktivita", "proteínkinázová aktivita" a "proteínová serín/treonínkinázová aktivita".

Tabuľka S3 ukazuje výsledky molekulárneho dokovania účinných zložiek sukulentných stoniek C. deserticola a cieľových chorôb. Ako je znázornené na obr. 4, 2'-acetylakteozid, akteozid a izoakteozid v PhG z C. deserticola reagujú na stres zo soli a zásad. Obr. 6a a S4a demonštrovali detailný pohľad na molekulárne dokovanie týchto troch zlúčenín s vysoko skórovanými cieľmi. 2'-Acetylakteozid mal vynikajúce dokovanie s cieľmi súvisiacimi s aterosklerózou (3TL5) a vaskulárnym ochorením (4BZR). Izoakteozid mal vysoké skóre spájania s cieľmi súvisiacimi s osteoporózou (4X6H) a vaskulárnym ochorením (4BZR). Akteozid mal lepšie dokovanie s cieľmi súvisiacimi s vaskulárnym ochorením (4BZR) a ventrikulárnou tachykardiou (4GQS). Obr. 6b a S4b ukázali výsledky molekulárneho dokovania medzi štyrmi flavonoidmi detekovanými iba v kvetenstve a vybranými zápalovými cieľmi. Tabuľka S4 naznačuje, že chrysoeriol a cynarosid mali vyššie skóre s 2 cieľmi.

4. Diskusia

Naša štúdia naznačuje, že kvetenstvo C. deserticola obsahuje nielen hlavnú účinnú látku PhGs, ale obsahuje aj veľké množstvo flavonoidov. Najmä relatívny obsah flavonoidov je výrazne vyšší ako u šťavnatých stoniek. Flavonoidy sa vďaka svojim antioxidačným, protirakovinovým vlastnostiam, protizápalovým a antimutagénnym vlastnostiam a ich schopnosti regulovať funkciu kľúčových bunkových enzýmov dnes považujú za základné zložky rôznych zdravých potravín, liekov, liekov a kozmetických aplikácií. .32 Flavonoly sú triedou flavonoidov s 3-hydroxyflavonoidovým skeletom (názov IUPAC: 3-hydroxy-2-fenylchróm-4-one). Ich rôznorodosť pramení z rôznych pozícií fenol-OH skupiny.33 Tautoméria flavonolov spôsobuje dvojitú fluorescenciu (v dôsledku intramolekulárneho prenosu protónov v excitovanom stave alebo ESIPT), ktorá môže podporovať UV ochranu v rastlinách.34 Preto odporúčame opakované použitie súkvetia C. deserticola bohaté na flavonoidy, skôr než ich vyhadzovať.

Je zaujímavé, že sme zistili, že väčšina rozdielnych metabolitov spojených so soľným a alkalickým stresom v troch ekotypoch C. deserticola boli tiež flavonoidy. Náš predchádzajúci výskum16 zistil, že relatívny obsah fenyletanoidných glykozidov (PhG) v sukulentných stonkách C. deserticola (soľno-alkalická pôda) je vyšší ako u ostatných dvoch ekotypov. Slanosť môže spôsobiť rôzne nepriaznivé účinky v rastlinách a jedným z jej nevyhnutných dôsledkov je nadmerná produkcia reaktívnych foriem kyslíka (ROS). Fini a kol. veril, že flavonoidy sú dôležitou súčasťou sekundárneho systému zachytávania ROS.35 Xu-mei Jia et al. špekulovali, že sacharózová signalizácia reguluje homeostázu ROS indukciou biosyntézy fenylpropánu a syntézy flavonoidov.36 Wang a kol. domnievajú sa, že keďže flavonoidy dokážu odstrániť škodlivé látky stresovej reakcie (vrátane voľných radikálov, molekúl singletového kyslíka a peroxidov), môžu zvýšiť toleranciu rastlín voči abiotickému a biotickému stresu.37 Zhang et al. použili transkriptómovú analýzu na odhalenie molekulárnej reakcie listov Cynanchum auriculatum na soľný stres. Zistili, že sa aktivovala biosyntetická dráha flavonoidov a fenylpropanoidov. V tejto dráhe 4-monooxygenáza (C4H) kyseliny transškoricovej (C4H) a izoméry chalkónu priamo súvisia so syntézou flavonoidov, pri ktorej boli všetky hladiny ich expresie upregulované. Tieto výsledky ukázali, že sa syntetizovalo viac flavonoidov, ktoré môžu prispieť k celkovej antioxidačnej kapacite v reakcii na stres zo slanej vody C. auriculatum. Podobne Walia a kol. uviedli, že veľký počet génov v dráhe biosyntézy flavonoidov bol up-regulovaný pri strese zo soli, čo zohralo dôležitú ochrannú úlohu pri odolávaní soľnému stresu.38 V súhrne sa domnievame, že soľno-alkalický stres podporuje akumuláciu flavonoidov v sukulentoch. stonky a súkvetia C. deserticola. Silne považujeme slanú pôdu za najlepší pôdny typ na pestovanie C. deserticola.

Na jednej strane sme získali unikátne flavonoidy v kvetenstve analýzou výsledkov metabolómu. Vzhľadom na úlohu flavonoidov v protizápalových účinkoch sme vykonali analýzu molekulárneho dokovania týchto piatich zlúčenín s cieľmi súvisiacimi so zápalom, aby sme usmernili vývoj nemedicínskych zdrojov kvetenstva. Na druhej strane sme uskutočnili molekulárne dokovanie aktívnych zložiek sukulentných stoniek C. deserticola, aby sme vyrovnali medzeru v tomto ohľade. Poskytol niekoľko pokynov pre terapeutický mechanizmus aktívnych zložiek C. deserticola na liečbu chorôb starnutia. Zhang a kol. zistili, že extrakt z C. deserticola má potenciálnu aktivitu proti osteoporóze a tento účinok sa aspoň čiastočne podieľa na RANKL/RANK/TRAF6 sprostredkovanej signálnej transdukcii NF-κB a PI3K/AKT a regulácii hladín c-Fos a NFAT2.39 publikované údaje preukázali, že niekoľko izolovaných zlúčenín C. deserticola, vrátane echinakozidu, akteozidu a cistanozidu A, bolo tiež hlásené ako látky, ktoré spracovávajú aktivity proti osteoporóze.40–42 Medzi zlúčeniny spojené s cieľmi súvisiacimi s aterosklerózou patrí 2'-acetylakteozid, akteozid, echinakozid, daukosterol, izoakteozid, cistanozid A, aréna vo vnútri, cistanosinenzid A atď. Hoci je na ďalšie overenie súčasných výsledkov potrebné ďalšie biologické overenie, táto práca môže poskytnúť nové možnosti liečby chorôb starnutia, ako je osteoporóza, ateroskleróza atď. môže otvoriť nové cesty pre objavovanie kombinácií liekov z prírodných produktov C. deserticola.

Na záver, táto štúdia je prvou, ktorá odhalila metabolické variačné charakteristiky medzi kvetenstvami a šťavnatými stonkami troch ekotypov C. deserticola. Okrem toho sa na skríning potenciálnych terapeutických cieľov a zlúčenín C. deserticola použilo molekulárne dokovanie. Boli získané tieto závery: (1) počet metabolitov v kvetenstve je hojnejší ako počet sukulentných stoniek a väčšina metabolitov detegovaných iba v kvetenstve sú flavonoidy, ktoré možno použiť ako materiál na vývoj nové liečivé zdroje. (2) Izorhamnetín O-hexozid a rosinidín O-hexozid možno použiť ako chemické markery na rozlíšenie sukulentných stoniek a kvetenstiev v troch ekotypoch. (3) Slano-alkalický stres vedie k veľkej akumulácii flavonoidov v C. deserticola. Odporúčame, aby slano-alkalická pôda bola dobrou voľbou na pestovanie C. deserticola. (4) Aktívne zložky C. deserticola majú dobré potenciálne terapeutické účinky na choroby starnutia, ako je osteoporóza a cievne choroby a ateroskleróza. Medzitým majú jedinečné flavonoidy v kvetenstve C. deserticola vysoké skóre spájania s protizápalovými cieľmi, čo poskytuje nový smer pre vývoj a využitie kvetenstva. Tento výskum položil teoretický základ pre umelé pestovanie a efektívny rozvoj zdrojov C. deserticola. Naša štúdia poskytuje nové metódy a teoretické návody na vývoj a využitie nových zdrojov liečivých rastlín a objavenie potenciálnych terapeutických mechanizmov prírodných produktov.

Financovanie

Túto prácu podporila Národná nadácia pre prírodné vedy v Číne (81473315 a U1812403-1), Národný program výskumu základných zdrojov vedy a technológie v Číne (2018FY100701), otvorený výskumný fond Univerzity tradičnej čínskej medicíny v Chengdu Key Laboratórium systematického výskumu zdrojov charakteristickej čínskej medicíny v juhozápadnej Číne (003109034001) a Pekingská prírodná vedecká nadácia (7202135), ktoré sú vďačné.

Autorské príspevky

Všetci autori prispeli k revízii rukopisu, prečítali a schválili predloženú verziu. XS, LF-H a YZ prispeli ku koncepcii a dizajnu štúdie; XS, PJ a BA odobrali vzorky; XS a YZ organizovali databázu; XS vykonal štatistickú analýzu; XS a LF-H napísali prvý návrh rukopisu; LF-H, YZ, JP a AB napísali časti rukopisu.

Konflikt záujmov

Autori nedeklarujú žiadny konflikt záujmov.

Poďakovanie

Vyjadrujeme naše veľké poďakovanie Xiangovi Zhangovi z Inštitútu vývoja liečivých rastlín, Čínskej akadémie lekárskych vied, Peking Union Medical College, za usmernenia pre molekulárne dokovanie.

Referencie

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

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

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

4 NA Štefanová, AZ Fursová, KN Sarsenbaev a NG Kolosová, J. Ethnopharmacol., 2011, 138, 624–632.

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

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

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

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

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

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

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

12 B. Worley a 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 a 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 a 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 a L. Chen, Int. J. Mol. Sci., 2019, 20, 5893.

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

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

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

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng a L. Huang, Curr. Proteínový peptid. Sci., 2019, 20, 964–975.

21 W. Wu, Z. Zhang, F. Li, Y. Deng, M. Lei, H. Long, J. Hou a 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 a Y. Wang, Sci . Rep., 2017, 7, 16364.

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

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

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

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

27 J. Stamos, MX Sliwkowski a C. Eigenbrot, J. Biol. Chem., 277, 46265-46272, 2002.

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 a JA Stafford, J Med. Chem., 2005, 48, 1610-1619.

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

30 M. Koz´ıˇsek, M. Lepˇs´ık, K. Grantz ˇSaˇskov´a, J. Brynda, J. Konvalinka a 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. Simonovič, NT Doncheva, JH Morris, P. Bork, LJ Jensen a CV Mering, Nucleic Acids Res. , 2019, 47, D607 – D613.

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

34 GJ Smith a KR Markham, J. Photochem. Photobiol., A, 1998, 118, 99-105.

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

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li a 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 a 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 a Y. Jiang, Front. Pharmacol., 2019, 10, 1412.

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

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

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

【Ďalšie informácie: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:{0}}】