3.4 Kartiranje diferencialnih metabolitov, povezanih s potjo biosinteze feniletanoidnih glikozidov (PhGs)

Prej smo integrirali transkriptomsko in metabolomsko analizo, da bi raziskali biosintetske poti PhG v sočnih steblih C. deserticola.16 Da bi odkrili molekularni mehanizem, ki vodi do razlike v metabolizmu med socvetjem in sočnim steblom, smo rekonstruirali biosintetsko pot PhG. (slika 4). V glavnem je vseboval štiri poti KEGG: "biosinteza fenilpropanoida (Ko00940)", "biosinteza fenilalanina, tirozina in triptofana (Ko00400)", "presnova tirozina (Ko00350)" in "presnova fenilalanina (Ko00360)". Rezultati na sliki 4 so pokazali, da se relativna vsebnost spojin v biosintezni poti PhG spreminja glede na tkiva (socvetja in sočna stebla) in ekotipe (slano-alkalna zemljišča, travniki in peščena zemljišča) C. deserticola. V travniškem ekotipu je bila relativna vsebnost tirozina in cimetove kisline povečana v sočnih steblih. Tako v slano-alkalnem zemljišču kot v travniškem ekotipu je bila relativna vsebnost kofeinske kisline povečana v socvetjih. Metabolomska analiza je zaznala tri feniletanoidne glikozide (PhG), in sicer izoakteozid, akteozid in 2′-acetilakteozid, njihova relativna vsebnost pa je bila največja v skupini A2.

Glede na ustrezne študije je cistanča pogosta rastlina, ki je znana kot "čudežna rastlina, ki podaljšuje življenje". Njegova glavna sestavina je cistanozid, ki ima različne učinke, kot so antioksidativni, protivnetni in spodbujanje imunske funkcije. Mehanizem med cistanho in beljenjem kože je v antioksidativnem učinku cistanche glikozidov. Melanin v človeški koži nastane z oksidacijo tirozina, ki jo katalizira tirozinaza, oksidacijska reakcija pa zahteva sodelovanje kisika, zato radikali brez kisika v telesu postanejo pomemben dejavnik, ki vpliva na proizvodnjo melanina. Cistanche vsebuje cistanozid, ki je antioksidant in lahko zmanjša nastajanje prostih radikalov v telesu ter tako zavira nastajanje melanina.

Kliknite na dodatek Cistanche Tubulosa za beljenje

【Za več informacij: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Poleg tega ima cistanche tudi funkcijo spodbujanja proizvodnje kolagena, ki lahko poveča elastičnost in sijaj kože ter pomaga obnoviti poškodovane kožne celice. Cistanche Phenylethanol Glycosides imajo pomemben zaviralni učinek na aktivnost tirozinaze, učinek na tirozinazo pa je kompetitivno in reverzibilno zaviranje, kar lahko zagotovi znanstveno podlago za razvoj in uporabo belilnih sestavin v Cistancheju. Zato ima cistanča ključno vlogo pri beljenju kože. Lahko zavira proizvodnjo melanina, da zmanjša razbarvanje in otopelost; in spodbuja proizvodnjo kolagena za izboljšanje elastičnosti in sijaja kože. Zaradi splošnega priznanja teh učinkov cistanche so številni izdelki za beljenje kože začeli vsebovati zeliščne sestavine, kot je cistanche, da bi zadovoljili povpraševanje potrošnikov, s čimer se je povečala komercialna vrednost cistanche v izdelkih za beljenje kože. Če povzamemo, je vloga cistanche pri beljenju kože ključna. Njegov antioksidativni učinek in učinek na proizvodnjo kolagena lahko zmanjšata razbarvanje in otopelost, izboljšata elastičnost in sijaj kože ter tako dosežeta učinek beljenja. Poleg tega široka uporaba Cistanche v izdelkih za beljenje kože dokazuje, da njene vloge pri komercialni vrednosti ni mogoče podcenjevati.

3.5 Molekularna docking analiza glavnih aktivnih sestavin C. deserticola

Zbranih 45 povezanih tarč bolezni je bilo molekularno spojenih s 127 spojinami C. deserticola. Na podlagi rezultatov primerjave literature in molekularnega priklopa je bilo končno pregledanih 15 oznak in 88 spojin (tabeli S2 in S3). Tabela S2 je pokazala informacije o ciljih, boleznih in predvidenih genih. Za nadaljnje razumevanje celovitega odnosa med izbranimi spojinami, izbranimi predvidenimi geni in boleznimi je bila izvedena celovita mrežna analiza z uporabo Cytoscape različice 3.7.0 (slika 5a). Oblikovana je bila zapletena mreža med izbranimi spojinami in njihovimi potencialnimi tarčami glede osteoporoze, vaskularne bolezni, ateroskleroze, poškodbe miokarda, Alzheimerjeve bolezni, Parkinsonove bolezni, ventrikularne tahikardije in raka danke. Stopnja mreže na interakcijo spojina-tarča je bila prikazana v tabeli S2, ki je pokazala, da imata predvidena gena CTSK in FDPS, povezana z osteoporozo, in ciljni gen ACE o žilni bolezni višjo vrednost stopnje, kar kaže, da je več spojin v C deserticola lahko deluje na te ciljne gene.

Interakcija med 12 geni je bila analizirana in vizualizirana z uporabo podatkovnih baz STRING. Omrežje interakcij protein-protein (PPI) (slika 5b) je bilo zgrajeno pod "srednjim zaupanjem (0.4 privzeto)". Z uporabo baze podatkov DAVID je bilo na sliki 5c vizualiziranih 14 KEGG poti 12 predvidenih genov. Poti KEGG, obogatene s temi geni, vključujejo predvsem serotonergično sinapso, hepatitis B, proteoglikane pri raku in virusno karcinogenezo. Seznam 12 pregledanih predvidenih genov je bil naložen v bazo podatkov DAVID za analizo obogatitve GO (slika 5d). Tarče so bile vključene v številne biološke procese (BP), vključno z "aktivacijo trombocitov", "pozitivno regulacijo nevronskega apoptotičnega procesa" in "razvojem hipokampusa". V kategoriji celične komponente (CC) so se najvišje uvrstili "citosol", "nukleoplazma" in "mitohondrij". Hkrati so bile "aktivnost kinaze", "aktivnost proteinske kinaze" in "aktivnost proteinske serin/treonin kinaze" vpletene primarne molekularne funkcije (MF).

Tabela S3 prikazuje rezultate molekularnega spajanja učinkovitih komponent sočnih stebel C. deserticola in tarč bolezni. Kot je prikazano na sliki 4, se 2'-acetilakteozid, akteozid in izoakteozid v PhG C. deserticola odzivajo na solno-alkalni stres. Sliki 6a in S4a sta prikazala podroben pogled na molekularno spajanje teh treh spojin s tarčami z visokimi točkami. 2'-acetilakteozid je imel odlično povezavo s tarčami, povezanimi z aterosklerozo (3TL5) in žilnimi boleznimi (4BZR). Izoakteozid je dosegel visoko oceno povezovanja s tarčami, povezanimi z osteoporozo (4X6H) in žilnimi boleznimi (4BZR). Akteozid se je bolje povezal s tarčami, povezanimi z žilno boleznijo (4BZR) in ventrikularno tahikardijo (4GQS). Sliki 6b in S4b sta prikazali rezultate molekularnega priklopa med štirimi flavonoidi, odkritimi le v socvetju, in izbranimi tarčami vnetja. Tabela S4 je pokazala, da sta imela krizoeriol in cinarozid višje rezultate z 2 tarčama.

4. Razprava

Naša študija kaže, da socvetje C. deserticola ne vsebuje samo glavne učinkovine PhGs, ampak vsebuje tudi veliko število flavonoidov. Zlasti relativna vsebnost flavonoidov je znatno višja kot pri sočnih steblih. Flavonoidi zaradi svojih antioksidativnih, protirakavih, protivnetnih in antimutagenih lastnosti ter sposobnosti uravnavanja delovanja ključnih celičnih encimov danes veljajo za bistvene sestavine v različnih zdravih živilih, zdravilih, zdravilih in kozmetičnih izdelkih. .32 Flavonoli so razred flavonoidov z 3-hidroksi flavonoidnim ogrodjem (ime po IUPAC: 3-hidroksi-2-fenilkrom-4-one). Njihova raznolikost izvira iz različnih položajev skupine fenol-OH.33 Tavtomerizem flavonolov povzroči dvojno fluorescenco (zaradi intramolekularnega prenosa protonov v vzbujenem stanju ali ESIPT), kar lahko spodbudi UV zaščito rastlin.34 Zato priporočamo ponovno uporabo socvetja C. deserticola, bogata s flavonoidi, namesto da bi jih zavrgli.

Zanimivo je, da smo ugotovili, da je bila večina diferencialnih metabolitov, povezanih s slano-alkalnim stresom v treh ekotipih C. deserticola, prav tako flavonoidov. Naše prejšnje raziskave16 so pokazale, da je relativna vsebnost feniletanoidnih glikozidov (PhG) v sočnih steblih C. deserticola (slana alkalna dežela) višja kot pri drugih dveh ekotipih. Slanost lahko povzroči različne škodljive učinke na rastline, ena od njenih neizogibnih posledic pa je prekomerna proizvodnja reaktivnih kisikovih spojin (ROS). Fini idr. verjeli, da so flavonoidi pomemben del sekundarnega sistema za odstranjevanje ROS.35 Xu-mei Jia et al. špekulirali, da signalizacija saharoze uravnava homeostazo ROS z indukcijo poti biosinteze fenilpropana in sinteze flavonoidov.36 Wang et al. verjamejo, da lahko flavonoidi, ker lahko odstranijo škodljive snovi, ki se odzivajo na stres (vključno s prostimi radikali, singletnimi molekulami kisika in peroksidi), povečajo toleranco rastlin na abiotske in biotske strese.37 Zhang et al. uporabili analizo transkriptoma, da bi razkrili molekularni odziv listov Cynanchum auriculatum na solni stres. Ugotovili so, da se je aktivirala biosintezna pot flavonoidov in fenilpropanoidov. Na tej poti so trans-cimetova kislina 4-monooksigenaza (C4H) in izomeri halkona neposredno povezani s sintezo flavonoidov, pri čemer so bile vse njihove ravni izražanja povečane. Ti rezultati so pokazali, da je bilo sintetiziranih več flavonoidov, kar lahko prispeva k skupni antioksidativni zmogljivosti kot odziv na stres C. auriculatum v slani vodi. Podobno Walia et al. so poročali, da je bilo veliko število genov v poti biosinteze flavonoidov povečano reguliranih pod solnim stresom, kar je imelo pomembno zaščitno vlogo pri upiranju solnemu stresu. stebla in socvetja C. deserticola. Močno menimo, da so slana tla najboljša vrsta tal za gojenje C. deserticola.

Po eni strani smo z analizo rezultatov metaboloma pridobili edinstvene flavonoide v socvetju. Ob upoštevanju vloge flavonoidov pri protivnetnem delovanju smo izvedli molekularno analizo teh petih spojin s tarčami, povezanimi z vnetjem, da bi usmerjali razvoj nemedicinskih virov socvetja. Po drugi strani pa smo izvedli molekularno spajanje aktivnih komponent sočnih stebel C. deserticola, da bi nadomestili vrzel v zvezi s tem. Podal je nekaj napotkov za terapevtski mehanizem učinkovin C. deserticola za zdravljenje bolezni staranja. Zhang et al. ugotovili, da ima izvleček C. deserticola potencialno delovanje proti osteoporozi in ta učinek je vsaj delno vključen v transdukcijo signala NF-κB in PI3K/AKT, ki jo posreduje RANKL/RANK/TRAF6, ter uravnavanje ravni c-Fos in NFAT2.39 objavljeni podatki so dokazali, da naj bi več izoliranih spojin C. deserticola, vključno z ehinakozidom, akteozidom in cistanozidom A, delovalo tudi proti osteoporozi.40–42 Spojine, povezane s tarčami, povezanimi z aterosklerozo, vključujejo 2'-acetilakteozid, akteozid, ehinakozid, daukosterol, izoakteozid, cistanozid A, arena inside, cistanozinenzid A itd. Čeprav je za nadaljnjo potrditev trenutnih rezultatov potrebnih več bioloških validacij, lahko to delo ponudi nove možnosti zdravljenja bolezni staranja, kot so osteoporoza, ateroskleroza itd., in lahko odpre nove poti za odkrivanje kombinacij zdravil iz naravnih proizvodov C. deserticola.

Skratka, ta študija je prva, ki je razkrila značilnosti metaboličnih variacij med socvetji in sočnimi stebli treh ekotipov C. deserticola. Poleg tega je bil uporabljen molekularni docking za pregled potencialnih terapevtskih ciljev in spojin C. deserticola. Pridobljeni so bili naslednji zaključki: (1) število metabolitov v socvetju je večje kot pri sočnih steblih, večina metabolitov, odkritih le v socvetju, pa je flavonoidov, ki se lahko uporabljajo kot material za razvoj novih zdravilnih virov. (2) Izorhamnetin O-heksozid in rosinidin O-heksozid se lahko uporabljata kot kemična označevalca za razlikovanje sočnih stebel in socvetij v treh ekotipih. (3) Slano-alkalni stres vodi do velikega kopičenja flavonoidov v C. deserticola. Predlagamo, da je slano-alkalna zemlja dobra izbira za gojenje C. deserticola. (4) Aktivne sestavine C. deserticola imajo dobre potencialne terapevtske učinke na bolezni staranja, kot so osteoporoza in vaskularne bolezni ter ateroskleroza. Medtem imajo edinstveni flavonoidi v socvetju C. deserticola visoke rezultate spajanja s protivnetnimi tarčami, kar zagotavlja novo smer za razvoj in uporabo socvetja. Ta raziskava je postavila teoretične temelje za umetno gojenje in učinkovit razvoj virov C. deserticola. Naša študija zagotavlja nove metode in teoretične smernice za razvoj in uporabo novih virov zdravilnih rastlin ter odkrivanje potencialnih terapevtskih mehanizmov naravnih izdelkov.

financiranje

To delo so podprli Kitajska nacionalna naravoslovna fundacija (81473315 in U1812403-1), Kitajski nacionalni raziskovalni program temeljnih virov znanosti in tehnologije (2018FY100701), odprti raziskovalni sklad univerze tradicionalne kitajske medicine Chengdu Key Laboratorij za sistematične raziskave značilnih virov kitajske medicine na jugozahodu Kitajske (003109034001) in Pekinška naravoslovna fundacija (7202135), ki sta hvaležna.

Avtorski prispevki

Vsi avtorji so sodelovali pri reviziji rokopisa ter prebrali in potrdili predloženo različico. XS, LF-H in YZ so prispevali k zasnovi in ​​oblikovanju študije; XS, PJ in BA so zbrali vzorce; XS in YZ sta organizirala bazo podatkov; XS je izvedel statistično analizo; XS in LF-H sta napisala prvi osnutek rokopisa; LF-H, YZ, JP in AB so napisali dele rokopisa.

Nasprotja interesov

Avtorji izjavljajo, da ni navzkrižja interesov.

Zahvala

Izražamo svojo veliko zahvalo Xiangu Zhangu z Inštituta za razvoj zdravilnih rastlin Kitajske akademije medicinskih znanosti Peking Union Medical College za smernice za molekularno spajanje.

Reference

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

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

3 L. Gu, W.-T. Xiong, C. Wang, H.-X. Sonce, G.-F. Li in X. Liu, Asian J. Androl., 2013, 15, 838.

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

5 C. Gu, X. Yang in L. Huang, spredaj. Pharmacol., 2016, 7, 289.

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

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

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

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

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

11 E. Gemperline, C. Keller in L. Li, Anal. Chem., 2016, 88, 3422–3434.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

27 J. Stamos, MX Sliwkowski in 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 in JA Stafford, J Med. Chem., 2005, 48, 1610–1619.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【Za več informacij: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】