Attività di promozione della salute e meccanismi associati dei polisaccaridi del rizoma poligonati

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Polygonati Rhizoma, un'omologia tipica della medicina e dell'alimento, possiede notevoli effetti antifatica, antietà, regolatori metabolici, immunomodulatori, antinfiammatori, neuroprotettivi, antidiabetici e antitumorali. Tra le sostanze fitochimiche bioattive in Polygonati Rhizoma, i polisaccaridi svolgono un ruolo importante nelle attività di promozione della salute attraverso i meccanismi sopra menzionati e i potenziali effetti sinergici con altri bioattivi. In questa recensione, introduciamo brevemente la biosintesi aggiornata dei polisaccaridi, il metodo di purificazione, la caratterizzazione della struttura e le applicazioni alimentari e discutiamo in dettaglio le attività biologiche dei polisaccaridi Polygonati Rhizoma e i meccanismi associati, con l'obiettivo di ampliare l'uso di Polygonati Rhizoma come funzionale cibo e medicine.

Parole chiave:Rizoma Poligonati; omologia di medicina e cibo;polisaccaridi;proprietà benefiche per la salute; meccanismo sinergico

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1. Introduzione

Ben registrato nella Commission of Chinese Medicine Dictionary e nella Commission of Chinese Pharmacopoeia, Polygonati Rhizoma ("Huangjing" in cinese) possiede notevoli attività di promozione della salute, tra cui reintegrare il Qi, nutrire lo Yin, inumidire i polmoni, fortificare la milza, tonificare i reni, reintegrare l'energia e rafforzare l'immunità [1,2]. Ampiamente usato nella medicina tradizionale cinese, Polygonati Rhizoma è usato nel trattamento di febbri influenzali, mastite, vertigini, tosse, affaticamento, debolezza, diabete mellito, disfunzioni sessuali, indigestione, inappetenza, mal di schiena, dolore acuto e problemi polmonari [3– 5]. Come tipica omologia di medicina e cibo, la domanda annuale di Polygonati Rhizoma continua a crescere [6].

In particolare, Polygonati Rhizoma è preparato dai rizomi di Polygonatum sibiricum Redoute, P. kingianum Coll.et Hemsl e P. cyrtonema Hua [7–9]. Tra le tre erbe tradizionali crude, ottimale sia per qualità che per resa, è P. cystoma, endemica della Cina (centrale e orientale) e ampiamente coltivata sotto foresta [10]. Nel frattempo, P. sibiricum è distribuito principalmente nella Cina settentrionale, nella Corea del Nord e in Mongolia [11]. Inoltre, P. kingianum, anch'esso originario della Cina meridionale, è distribuito principalmente nelle province di Yunnan, Sichuan, Guizhou e Guangxi, tra le altre [12]. Ad oggi sono disponibili 365 tipi di prodotti alimentari commerciali e più di 500 brevetti associati a Polygonati Rhizome [13].

I rizomi maturi di P. sibiricum, P. kingianum e P. cyrtonema sono gialli e ramificati e devono essere elaborati attraverso la strategia di nove cicli di cottura a vapore ed essiccazione [14]. I Polygonati Rhizomes lavorati con funzionalità potenziata sono neri, morbidi e dolci, senza causare irritazione alla gola (Figura 1) [15]. Il trattamento ripetuto con vapore potrebbe influenzare le proprietà fisico-chimiche e le bioattività delle sostanze attive di Polygonati Rhizoma, poiché i pesi molecolari, l'assorbimento UV e l'attività antiossidante dei polisaccaridi sono aumentati significativamente [16]. Se si considerano i saccaridi totali, il fruttosio (Fru) e i fosfolipidi come i principali indicatori di qualità, quattro cicli di essiccazione al vapore dovrebbero essere il metodo ideale per ottenere gusto, sapore e funzionalità migliori [14]. Se si considerano le attività antiossidanti e di immunopotenziamento, la scelta migliore sarebbe rappresentata da due cicli di essiccamento a vapore continuo [17].

Figura 1. La medicina tradizionale cinese Polygonati Rhizoma: (A) rizoma; (B) Poligonati dx

Polygonati Rhizoma contiene molte sostanze bioattive, come nucleosidi purinici [18], carboidrati [19,20], bioflavonoidi [21], alcaloidi [22], saponine [23,24], lignine, amminoacidi, peptidi, antrachinoni, glicosidi cardiaci , vitamine e vari acidi [25,26]. I polisaccaridi sono i principali componenti bioattivi e contribuiscono al gusto dolce del Polygonati Rhizoma che esercitano principalmente regolazione metabolica, immunomodulatori, antifatica, antietà, antivirali, antinfiammatori, antiossidanti, antiaterosclerotici, protezione del fegato, ipolipidemici, anti ‑osteoporosi, attività anticancro, antidiabetiche e anti‑aterosclerotiche [27-29]. I polisaccaridi servono anche come marcatori di valutazione nel controllo di qualità di Polygonati Rhizoma e "Yuzhu" (P. odoratum) [30,31]. Polygonati Rhizoma è stato spesso utilizzato come ingrediente o integratore nell'industria alimentare per il suo effetto tonico e le sue proprietà aromatiche, che sono esercitate principalmente dai polisaccaridi [11,32]. Tuttavia, l'attenzione ai polisaccaridi Polygonati Rhizome è ancora insufficiente. Questa recensione mirava a fornire informazioni aggiornate e complete sui polisaccaridi Polygonati Rhizoma, sperando di ampliarne l'utilizzo come alimento funzionale.

2. Fotosintesi dei polisaccaridi

Comprendere il meccanismo molecolare della biosintesi dei polisaccaridi a livello molecolare sarà utile per modulare la resa e le proprietà dei polisaccaridi Polygonati Rhizoma nella produzione su larga scala. I polisaccaridi Polygonati Rhizoma sono spesso indicati come P. sibiricum polysaccharide (PSP), P. cyrtonema polysaccharide (PCP) e P. kingianum polysaccharide (PKP) [33]. Il contenuto di PSP era correlato positivamente con i modelli di espressione di ‑fruttofuranosidasi, fruttochinasi, mannosio‑1‑fosfato guaniltransferasi e UDP‑glucosio 6‑deidrogenasi, ma correlato negativamente con l'espressione di esochinasi [34]. La maggior parte dell'espressione differenziale dei geni in diverse parti dei rizomi di P. sibiricum è stata assegnata alla via del "metabolismo dell'amido e del saccarosio" [35].

Durante il processo di biosintesi della PSP, il saccarosio è stato convertito in D-Glu-6-fosfato (D-Glu-6P), D-Fru e D-Glu; quindi, D‑Glu‑6P è stato convertito in ‑D‑Glu‑1P mediante fosfoglucomutasi o D‑Fru‑6P mediante isomerizzazione di Glu‑6P isomerasi [35]. Inoltre, l'UDP‑glucosio‑6‑deidrogenasi e l'UDP‑acido glucuronico (GlcA) 4‑epimerasi hanno eseguito la conversione in UDP‑Glu, UDP‑GlcA e UDP‑acido galatturonico (GalA). Infine, queste unità di zucchero attivato sono state assemblate in catene di polisaccaridi in crescita dalle corrispondenti glicosiltransferasi [35].

Il contenuto di PKP era correlato negativamente con il numero di radici fibrose, il diametro dello stelo, la larghezza delle foglie, la lunghezza delle foglie e il peso fresco delle parti fuori terra [36]. Da notare che l'accumulo di polisaccaridi è stato fortemente influenzato dall'età di crescita. Tra i P. kingianum di 2-5 anni, il contenuto di polisaccaridi era il più alto nelle piante di 4 anni per riproduzione dei semi [36].

Sulla base del sequenziamento del trascrittoma, in P. cyrtonema sono stati trovati 89 unigeni che codificano enzimi associati alla biosintesi dei polisaccaridi [37]. Il contenuto di PCP è stato positivamente associato ai livelli di espressione di mannosio-6-fosfato isomerasi, mevalonato chinasi, 4-idrossi-3-metilbut-2-enil difosfato reduttasi, UDP-apiosio/xilosio sintasi, PIL-L-fucosio sintasi , idrossimetilglutaril CoA sintasi, (E)‑4‑idrossi‑ 3‑metilbut‑2‑enil‑difosfato sintasi, 2‑C‑metil‑D‑eritritolo 2,4‑ciclodifosfato sintasi e farnesil difosfato sintasi [37]. Sono stati identificati anche UDP glicosiltransferasi e fattori di trascrizione coinvolti nella biosintesi dei polisaccaridi [38].

3. Chimica dei Polisaccaridi Polygonati Rhizoma

3.1. Sintesi di estrazione e purificazione

Tradizionalmente, Polygonati Rhizoma viene pretrattato con acqua calda per ottenere polisaccaridi grezzi, quindi sottoposto a precipitazione con etanolo per rimuovere sostanze inattive e proteine ​​[39]. L'efficienza di estrazione potrebbe essere influenzata da diversi fattori, tra cui temperatura, tempo, frequenza di estrazione e solvente. La temperatura, il tempo e il rapporto liquido/solido variano rispettivamente tra 80–100 ◦C, 2–3 ore e 1:(10–30) g/mL [30]. Nel frattempo, i polisaccaridi Polygonati Rhizoma vengono spesso purificati utilizzando DEAE‑Cellulose52, cromatografia a scambio ionico DEAE‑Sepharose Fast Flow, cromatografia per filtrazione su gel Sephadex G‑75 e cromatografia su colonna Sephacryl G‑150 [40,41]. Inoltre, per l'estrazione dei polisaccaridi Polygonati Rhizoma vengono utilizzate anche l'estrazione per idrolisi enzimatica, la frantumazione e l'estrazione ad ultrasuoni e l'estrazione assistita da microonde [36]. La liscivia diluita può migliorare la resa distruggendo la parete cellulare e facilitando il rilascio di polisaccaridi Polygonati Rhizoma dalle cellule [36].

Un'elevata diversità di PSP esistenti è stata segnalata in diverse ricerche, che potrebbe essere dovuta alla maturità, alla posizione geografica, alle circostanze ambientali, ai metodi di estrazione e alle procedure analitiche [30]. La PSP è stata anche estratta con solventi di idrofilia commutabili attivati ​​da CO2 contenenti ammine e acqua, ed è stata ottenuta una resa di 399,2 mg/g con un rapporto solido-liquido di 1:20, temperatura di estrazione di 50 ◦C, potenza ultrasonica di 500 W e tempo di estrazione di 60 min [42]. Non sono stati segnalati metodi di estrazione e purificazione su larga scala o di industrializzazione dei polisaccaridi Polygonati Rhizoma. Pertanto, la tecnologia di estrazione avanzata potrebbe essere utilizzata per estrarre i polisaccaridi Polygonati Rhizoma, come l'estrazione acquosa a due fasi [43,44], l'estrazione subcritica dell'acqua [45,46], l'estrazione assistita da campo elettrico pulsato [47,48] e la membrana tecnologia di separazione [49].

3.2. Struttura dei Polisaccaridi Polygonati Rhizoma

Le strutture dei polisaccaridi Polygonati Rhizoma sono state spesso stabilite mediante idrolisi acida, spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, analisi spettroscopiche di risonanza magnetica nucleare (NMR), spettrometria di massa ad alta risoluzione, cromatografia liquida ad altissime prestazioni e spettrometria di massa tandem con trappola quadrupolare (UHPLC‑MS/ MS), cromatografia a permeazione di gel ad alte prestazioni, cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC)-rilevamento della fluorescenza con derivatizzazione pre-colonna, idrolisi acida combinata con cromatografia a scambio anionico ad alte prestazioni con rilevamento amperometrico pulsato, analisi della metilazione combinata con gascromatografia -spettrometria di massa (GS-MS), nonché prove chimiche [50-54].

I polisaccaridi e gli oligosaccaridi di Polygonati Rhizoma potrebbero essere scomposti in monosaccaridi durante il ripetuto processo di vaporizzazione [55]. La composizione dei monosaccaridi differiva dopo la cottura a vapore: il contenuto di Gal e -1,4-mannopiranosio aumentava e il contenuto di Glu e mannosio (Man) diminuiva, mentre appariva il legame glicosidico -1,4-galattopiranosio [17]. Gli spettri FTIR hanno mostrato che i polisaccaridi Polygonati Rhizoma possedevano diversi gradi di esterificazione [56]. L'approccio della degradazione assistita da microonde potrebbe abbassare il peso molecolare della PSP, ma migliorare notevolmente la bioattività, come l'attività antiossidante [57]. PSP, PCP e PKP avevano tutti strutture a tripla elica con ‑D‑fruttofuranosile (Fruf), ‑D‑glucopiranosio (Glcp, residui di zucchero ‑D‑galattopiranosio e un gruppo O‑acetile [58].

Esistono cinque tipi di PSP, ovvero pectina [59-61], fruttano [29], glucogalattomannano [30], polisaccaridi di tipo arabinogalattano [62] e glucomannani [63]. La PSP grezza contiene carboidrati (85,1–88,3%), proteine ​​(4,51–11,9%) e acido uronico (1,79–7,47%) [36]. La metanolisi combinata con il metodo di idrolisi TFA potrebbe essere utilizzata per l'estrazione della pectina [60,61]. PSP contiene diverse composizioni percentuali di Man (62,3–76,3 percento), Glu (15,2–20,3 percento), galattosio (Gal) (4,35–15,3 percento) e arabinosio (Ara) (4.00–7,65 percento) e piccole quantità di Fru, ramnosio (Rha), Xyl, GalA e GlcA, nonché omogalattano ramificato e galattomannani (Tabella 1) [36]. Un altro rapporto ha mostrato che la PSP grezza possedeva alti contenuti di Glu (15,1 percento), Gal (29,6 percento) e Man (36,1 percento) [64]. PSP0‑PSP9, estratto da ciascun ciclo di essiccazione al vapore, variava nei pesi molecolari, ma aveva ossa dorsali e gruppi chimici simili [65]. Tuttavia, la varianza sia biologica che chimica dei PSP ha rivelato una considerevole segregazione di PSP0, PSP1‑PSP4 e PSP5‑PSP9 [65].

Tabella 1. Confronto strutturale tra polisaccaridi PCP, PKP e PSP.

Il PCP conteneva principalmente Glu, Man, Rha, Gal, ribosio (Rib) e Ara [66,67]. Il PCP era formato da un nucleo di fruttano ramificato con residui D-Fruf legati (2→6) ogni tre residui D-Fruf legati (2→1) e un grado medio di polimerizzazione di 28 [25]. PCP‑1 possedeva una spina dorsale ‑D‑Fruf collegata (2→1), così come catene laterali ‑D‑Fruf collegate (2→6) con una ‑D‑Glcp interna nella forma del negozio del collo [68] . PCP0‑PCP5 (105 ‑107 Da), estratto in modo conduttivo e cotto a vapore 0-5 volte, ha mostrato una conformazione sferica irregolare in una soluzione acquosa [17,69]. Il processo di cottura a vapore ha portato a significativi cambiamenti strutturali nel PCP, tra cui degradazione molecolare, aggregazione e depolimerizzazione [16]. I pesi molecolari del PCP sono cambiati durante la cottura a vapore ripetuta, prima aumentando con la cottura a vapore e poi diminuendo con un'ulteriore cottura a vapore [17]. P. cyrtonema fructan conteneva uno scheletro residuo ‑D‑Fruf collegato (2→6) insieme a un residuo ‑D‑Glcp interno e due rami residui ‑D‑Fruf collegati (2→1) [70]. P. cyrtonema galactan era (1→4)‑‑D‑galactan ramificato con un singolo ‑D‑Gal al C‑6 a circa ogni nove residui nella catena principale [70].

PKP conteneva principalmente Fru, Glu, Gal, Man, Xyl, Ara, Man e 1,2-link Glu [71]

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