3.4 Mappatura dei metaboliti differenziali correlati alla via di biosintesi dei glicosidi feniletanoidi (PhG)

In precedenza, abbiamo integrato l'analisi trascrittomica e metabolomica per esplorare i percorsi biosintetici dei PhG negli steli succulenti di C. deserticola.16 Per scoprire il meccanismo molecolare che porta alla differenza nel metabolismo tra infiorescenza e stelo succulento, abbiamo ricostruito il percorso biosintetico dei PhG (figura 4). Conteneva principalmente quattro percorsi KEGG: "biosintesi dei fenilpropanoidi (Ko00940)", "biosintesi della fenilalanina, tirosina e triptofano (Ko00400)", "metabolismo della tirosina (Ko00350)" e "metabolismo della fenilalanina (Ko00360)". I risultati in Fig. 4 hanno mostrato che il contenuto relativo di composti nel percorso di biosintesi dei PhG variava con i tessuti (infiorescenze e steli succulenti) e gli ecotipi (terreno salino-alcalino, prateria e terreno sabbioso) di C. deserticola. Nell'ecotipo prativo, i contenuti relativi di tirosina e acido cinnamico erano sovraregolati negli steli succulenti. Sia nell'ecotipo salino-alcalino che nelle praterie, il contenuto relativo di acido caffeico era sovraregolato nelle infiorescenze. L'analisi del metabolismo ha rilevato tre glicosidi feniletanoidi (PhG), vale a dire isoacteoside, acteoside e 2′-acetilatteoside, e il loro contenuto relativo era il più alto nel gruppo A2.

Secondo studi pertinenti, la cistanche è un'erba comune conosciuta come "l'erba miracolosa che prolunga la vita". Il suo componente principale è il cistanoside, che ha vari effetti come la promozione della funzione antiossidante, antinfiammatoria e immunitaria. Il meccanismo tra cistanche e sbiancamento della pelle risiede nell'effetto antiossidante dei glicosidi cistanche. La melanina nella pelle umana è prodotta dall'ossidazione della tirosina catalizzata dalla tirosinasi e la reazione di ossidazione richiede la partecipazione dell'ossigeno, quindi i radicali liberi dell'ossigeno nel corpo diventano un fattore importante che influenza la produzione di melanina. Cistanche contiene cistanoside, che è un antiossidante e può ridurre la generazione di radicali liberi nel corpo, inibendo così la produzione di melanina.

Fare clic sul supplemento Cistanche Tubulosa per lo sbiancamento

【Per maggiori informazioni: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Inoltre, la cistanche ha anche la funzione di promuovere la produzione di collagene, che può aumentare l'elasticità e la lucentezza della pelle e aiutare a riparare le cellule cutanee danneggiate. Cistanche Phenylethanol I glicosidi hanno un significativo effetto di down-regulation sull'attività della tirosinasi e l'effetto sulla tirosinasi si è dimostrato essere un'inibizione competitiva e reversibile, che può fornire una base scientifica per lo sviluppo e l'utilizzo degli ingredienti sbiancanti in Cistanche. Pertanto, la cistanche ha un ruolo chiave nello sbiancamento della pelle. Può inibire la produzione di melanina per ridurre lo scolorimento e l'ottusità; e promuovere la produzione di collagene per migliorare l'elasticità e la luminosità della pelle. A causa del diffuso riconoscimento di questi effetti della cistanche, molti prodotti sbiancanti per la pelle hanno iniziato a infondere ingredienti a base di erbe come Cistanche per soddisfare la domanda dei consumatori, aumentando così il valore commerciale di Cistanche nei prodotti sbiancanti per la pelle. In sintesi, il ruolo della cistanche nello sbiancamento della pelle è cruciale. Il suo effetto antiossidante e l'effetto di produzione di collagene possono ridurre lo scolorimento e l'ottusità, migliorare l'elasticità e la lucentezza della pelle e quindi ottenere un effetto sbiancante. Inoltre, l'ampia applicazione di Cistanche nei prodotti sbiancanti per la pelle dimostra che il suo ruolo nel valore commerciale non può essere sottovalutato.

3.5 Analisi di docking molecolare dei principali componenti attivi di C. deserticola

I 45 bersagli di malattie correlate raccolti sono stati ancorati molecolarmente con 127 composti di C. deserticola. Sulla base dei risultati del confronto della letteratura e del docking molecolare, sono stati infine selezionati 15 marchi e 88 composti (tabelle S2 e S3). La tabella S2 mostrava informazioni su bersagli, malattie e geni previsti. Per comprendere ulteriormente la relazione completa tra i composti selezionati, i geni predetti selezionati e le malattie, è stata eseguita un'analisi di rete completa utilizzando Cytoscape versione 3.7.0 (Fig. 5a). Si è formata una rete intricata tra i composti selezionati ei loro potenziali bersagli per quanto riguarda l'osteoporosi, le malattie vascolari, l'aterosclerosi, le lesioni miocardiche, il morbo di Alzheimer, il Parkinson, la tachicardia ventricolare e il cancro del retto. Il grado della rete sull'interazione composto-bersaglio è stato rappresentato nella Tabella S2, che indicava che i geni previsti CTSK e FDPS correlati all'osteoporosi e il gene bersaglio ACE sulla malattia vascolare hanno un valore di grado più elevato, indicando che più composti in C .deserticola può agire su questi geni target.

L'interazione tra i 12 geni è stata analizzata e visualizzata utilizzando i database STRING. La rete di interazione proteina-proteina (PPI) (Fig. 5b) è stata costruita con "confidenza media (0.4 per impostazione predefinita)". Utilizzando il database DAVID, i 14 percorsi KEGG dei 12 geni previsti sono stati visualizzati in Fig. 5c. Le vie KEGG arricchite da questi geni includono principalmente sinapsi serotoninergica, epatite B, proteoglicani nel cancro e carcinogenesi virale. L'elenco dei 12 geni previsti schermati è stato caricato nel database DAVID per l'analisi dell'arricchimento GO (Fig. 5d). Gli obiettivi sono stati coinvolti in molti processi biologici (BP) tra cui "attivazione piastrinica", "regolazione positiva del processo apoptotico dei neuroni" e "sviluppo dell'ippocampo". "Citosol", "nucleoplasma" e "mitocondrio" si sono classificati al primo posto nella categoria dei componenti cellulari (CC). Allo stesso tempo "l'attività della chinasi", "l'attività della proteina chinasi" e "l'attività della proteina serina/treonina chinasi" erano le funzioni molecolari primarie (MF) coinvolte.

La tabella S3 mostra i risultati dell'attracco molecolare dei componenti efficaci degli steli succulenti di C. deserticola e dei bersagli della malattia. Come mostrato in Fig. 4, 2′-acetilatteoside, acteoside e isoacteoside in PhG di C. deserticola rispondono allo stress sale-alcali. Fig. 6a e S4a hanno dimostrato una vista dettagliata dell'aggancio molecolare di questi tre composti con obiettivi ad alto punteggio. Il 2′-acetilatteoside ha avuto un eccellente aggancio con obiettivi correlati all'aterosclerosi (3TL5) e alle malattie vascolari (4BZR). L'isoacteoside ha ottenuto un docking ad alto punteggio con obiettivi correlati all'osteoporosi (4X6H) e alle malattie vascolari (4BZR). L'acteoside ha avuto un attracco migliore con obiettivi correlati alla malattia vascolare (4BZR) e alla tachicardia ventricolare (4GQS). La figura 6b e S4b hanno mostrato i risultati dell'aggancio molecolare tra quattro flavonoidi rilevati solo nell'infiorescenza e gli obiettivi di infiammazione selezionati. La tabella S4 indicava che il crisoeriolo e il cinaroside avevano punteggi più alti con 2 bersagli.

4. Discussione

Il nostro studio indica che l'infiorescenza di C. deserticola non solo contiene il principale ingrediente attivo PhG, ma contiene anche un gran numero di flavonoidi. In particolare, il contenuto relativo di flavonoidi è notevolmente superiore a quello dei gambi succulenti. I flavonoidi, grazie alle loro proprietà antiossidanti, antitumorali, antinfiammatorie e antimutagene e alla loro capacità di regolare la funzione degli enzimi cellulari chiave, sono ora considerati ingredienti essenziali in vari alimenti salutari, medicinali, droghe e applicazioni cosmetiche .32 I flavonoli sono una classe di flavonoidi con uno scheletro 3-idrossi flavonoide (nome IUPAC: 3-idrossi-2-fenilcromo-4-one). La loro diversità deriva dalle diverse posizioni del gruppo fenolo-OH.33 Il tautomerismo dei flavonoli provoca una doppia fluorescenza (dovuta al trasferimento di protoni intramolecolare allo stato eccitato o ESIPT), che può favorire la protezione dai raggi UV nelle piante.34 Pertanto, si consiglia di riutilizzare il infiorescenze di C. deserticola ricche di flavonoidi piuttosto che scartarle.

È interessante notare che abbiamo scoperto che la maggior parte dei metaboliti differenziali associati allo stress salino-alcalino nei tre ecotipi di C. deserticola erano anche flavonoidi. La nostra ricerca precedente16 ha rilevato che il contenuto relativo di glicosidi feniletanoidi (PhG) nei fusti succulenti di C. deserticola (terreno salino-alcalino) è superiore a quello degli altri due ecotipi. La salinità può causare una varietà di effetti negativi nelle piante e una delle sue inevitabili conseguenze è l'eccessiva produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS). Fini et al. credevano che i flavonoidi fossero una parte importante del sistema secondario di scavenging dei ROS.35 Xu-mei Jia et al. hanno ipotizzato che la segnalazione del saccarosio regola l'omeostasi dei ROS inducendo la via della biosintesi del fenilpropano e la sintesi dei flavonoidi.36 Wang et al. ritengono che poiché i flavonoidi possono rimuovere le sostanze dannose che rispondono allo stress (inclusi radicali liberi, molecole di ossigeno singoletto e perossidi), possono migliorare la tolleranza delle piante agli stress abiotici e biotici.37 Zhang et al. ha utilizzato l'analisi del trascrittoma per rivelare la risposta molecolare delle foglie di Cynanchum auriculatum allo stress salino. Hanno scoperto che la via biosintetica dei flavonoidi e dei fenilpropanoidi era attivata. In questo percorso, l'acido trans-cinnamico 4-monoossigenasi (C4H) e gli isomeri del calcone sono direttamente correlati alla sintesi dei flavonoidi, in cui i loro livelli di espressione erano tutti sovraregolati. Questi risultati hanno indicato che sono stati sintetizzati più flavonoidi, che possono contribuire alla capacità antiossidante totale in risposta allo stress dell'acqua salata di C. auriculatum. Allo stesso modo Walia et al. riportato che un gran numero di geni nel percorso della biosintesi dei flavonoidi era sovraregolato sotto stress salino, il che svolgeva un importante ruolo protettivo nella resistenza allo stress salino.38 In sintesi, riteniamo che lo stress salino-alcalino promuova l'accumulo di flavonoidi in steli e infiorescenze di C. deserticola. Consideriamo fortemente il terreno salino come il miglior tipo di terreno per la coltivazione di C. deserticola.

Da un lato, abbiamo ottenuto i flavonoidi unici nell'infiorescenza analizzando i risultati del metaboloma. Considerando il ruolo dei flavonoidi nell'antinfiammatorio, abbiamo effettuato un'analisi di docking molecolare di questi cinque composti con bersagli correlati all'infiammazione, per guidare lo sviluppo di risorse di infiorescenze non medicinali. D'altra parte, abbiamo effettuato il docking molecolare dei componenti attivi dei fusti succulenti di C. deserticola per colmare il divario in questo senso. Ha fornito alcune indicazioni per il meccanismo terapeutico dei principi attivi di C. deserticola per il trattamento delle malattie dell'invecchiamento. Zhang et al. hanno scoperto che l'estratto di C. deserticola ha una potenziale attività anti-osteoporosi e questo effetto è almeno in parte coinvolto nella trasduzione del segnale NF-κB e PI3K/AKT mediata da RANKL/RANK/TRAF6 e nella regolazione dei livelli di c-Fos e NFAT2. i dati pubblicati hanno dimostrato che diversi composti isolati di C. deserticola, tra cui echinacoside, acteoside e cistanoside A, sono stati segnalati anche per elaborare attività anti-osteoporosi.40-42 Composti associati a bersagli correlati all'aterosclerosi includono 2′-acetilatteoside, acteoside, echinacoside, daucosterol, isoacteoside, cistanoside A, arena inside, cistanosinenside A, ecc. Sebbene sia necessaria una maggiore convalida biologica per convalidare ulteriormente i risultati attuali, questo lavoro può fornire nuove opportunità di trattamento per malattie dell'invecchiamento come l'osteoporosi, l'aterosclerosi, ecc., e può aprire nuove strade per la scoperta di combinazioni di farmaci dai prodotti naturali di C. deserticola.

In conclusione, questo studio è il primo a rivelare le caratteristiche di variazione metabolica tra le infiorescenze e gli steli succulenti dei tre ecotipi di C. deserticola. Inoltre, è stato applicato il docking molecolare per vagliare i potenziali bersagli terapeutici ei composti di C. deserticola. Sono state ottenute le seguenti conclusioni: (1) il numero di metaboliti nell'infiorescenza è più abbondante di quello degli steli succulenti e la maggior parte dei metaboliti rilevati solo nell'infiorescenza sono flavonoidi, che possono essere utilizzati come materiale per lo sviluppo di nuove risorse medicinali. (2) Isorhamnetin O-hexoside e rosinidin O-hexoside possono essere utilizzati come marcatori chimici per distinguere steli succulenti e infiorescenze nei tre ecotipi. (3) Lo stress salino-alcalino porta a un grande accumulo di flavonoidi in C. deserticola. Suggeriamo che il terreno salino-alcalino sia una buona scelta per coltivare C. deserticola. (4) I principi attivi di C. deserticola hanno buoni potenziali effetti terapeutici sulle malattie dell'invecchiamento come l'osteoporosi, le malattie vascolari e l'aterosclerosi. Nel frattempo, i flavonoidi unici nell'infiorescenza di C. deserticola hanno punteggi di attracco elevati con i bersagli antinfiammatori, il che fornisce una nuova direzione per lo sviluppo e l'utilizzo dell'infiorescenza. Questa ricerca ha gettato le basi teoriche per la coltivazione artificiale e l'effettivo sviluppo delle risorse di C. deserticola. Il nostro studio fornisce nuovi metodi e indicazioni teoriche per lo sviluppo e l'utilizzo di nuove risorse di piante medicinali e la scoperta di potenziali meccanismi terapeutici di prodotti naturali.

Finanziamento

Questo lavoro è stato supportato dalla National Natural Science Foundation of China (81473315 e U1812403-1), dal National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Program of China (2018FY100701), dall'Open Research Fund of Chengdu University of Traditional Chinese Medicine Key Laboratory of Systematic Research of Distinctive Chinese Medicine Resources in Southwest China (003109034001) e Beijing Natural Scientific Foundation (7202135), che sono riconoscenti.

Contributi d'autore

Tutti gli autori hanno contribuito alla revisione del manoscritto e hanno letto e approvato la versione presentata. XS, LF-H e YZ hanno contribuito all'ideazione e alla progettazione dello studio; XS, PJ e BA hanno raccolto i campioni; XS e YZ hanno organizzato il database; XS ha eseguito l'analisi statistica; XS e LF-H hanno scritto la prima bozza del manoscritto; LF-H, YZ, JP e AB hanno scritto sezioni del manoscritto.

Conflitto di interessi

Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse.

Ringraziamenti

Esprimiamo i nostri grandi ringraziamenti a Xiang Zhang dell'Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, per le linee guida per l'attracco molecolare.

Riferimenti

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

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

3 L. Gu, W.-T. Xiong, C. Wang, H.-X. Sole, G.-F. Li e X. Liu, Asiatico J. Androl., 2013, 15, 838.

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

5 C. Gu, X. Yang e L. Huang, fronte. Pharmacol., 2016, 7, 289.

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

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

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

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

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

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

12 B. Worley e R. Powers, Curr. Metabolomica, 2013, 1, 92–107.

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

16 X. Sun, L. Li, J. Pei, C. Liu e L.‑F. Huang, Pianta 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 e J. Li, J. Pharm. Biomed. Anal., 2019, 162, 16–27.

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

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

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng e L. Huang, Curr. Pepto proteico. Sci., 2019, 20, 964–975.

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

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

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

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

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

27 J. Stamos, MX Sliwkowski e C. Eigenbrot, J. Biol. Chem., 2002, 277, 46265–46272.

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 e JA Stafford, J Med. Chem., 2005, 48, 1610–1619.

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

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

32 A. Panche, A. Diwan e S. Chandra, J. Nutr. Sci., 2016, 5, e47. 33 JB Harborne e CA Williams, I flavonoidi, Springer, 1975, pp. 376–441.

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

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

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li e Q. Yao, Mol. Genet. Genomica, 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 e 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 e Y. Jiang, davanti. Pharmacol., 2019, 10, 1412.

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

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

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

【Per maggiori informazioni: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】