3. osa: isorhamnetiini mõju diabeedile ja sellega seotud tüsistustele: in vitro ja in vivo uuringute ülevaade ning kaasatud molekulaarraja post hoc transkriptoomi analüüs
Mar 29, 2022
Lisateabe saamiseks. kontaktitina.xiang@wecistanche.com
5. Post hoc transkriptoomianalüüs ennustab isorhamnetiini võimalikku mõju diabeedile tüvirakkudel põhinevas tööriistas
Oleme loonud tüvirakkudel põhineva tööriista, mis kasutab perinataalitüvirakk, inimese amnioni epiteelirakud (hAEC), et hinnata looduslike ühendite bioaktiivsust, kasutades kogu genoomi mikrokiibi analüüsi [71, 140-144]. Viimastel aastatel on järjest suuremal hulgal ravimtaimedes leiduvaid bioaktiivseid ühendeid sõelutud nende võimaliku ravi- ja ennetava toime suhtes. Selles kontekstis pälvivad inimese pluripotentseid tüvirakke (hPSC) kasutavad tüvirakupõhised lähenemisviisid suurt tähelepanu kui füsioloogiliselt asjakohasemad in vitro inimmudelid ravimite skriinimiseks ja tuhandete ühendite valideerimiseks nii akadeemilistes uuringutes kui ka farmaatsiatööstuses[{{4} }]. Kuid hPSC-d, sealhulgas embrüonaalsed tüvirakud (hESC-d) ja indutseeritud pluripotentsed tüvirakud (hiPSC-d), on piiratud rakuressurssidega, nõuavad invasiivseid ekstraheerimisprotseduure, kallist rakkude ümberprogrammeerimist ja kriitilisi hooldusprotseduure, samuti seavad nad eetilisi piiranguid ja seetõttu. on uimastite sõeluuringu praktilise allikana vähem soodsad. Teisest küljest saadakse hAEC-d kasutuselt kõrvaldatud platsentast, meditsiinijäätmetest. Need ei nõua invasiivseid kogumisprotseduure ja neil on minimaalsed eetilised probleemid. Lisaks on hAEC-d eraldatud pluripotentsetest epiblastidest ja säilitavad seega ESC-sarnase mitmeliinilise diferentseerumispotentsiaali ning neid saab eristada rakkudeks kõigist kolmest idukihist [148-151].
Väärib märkimist, et sobiva diferentseerimisprotokolli järgi saab hAEC-d diferentseerida hepatotsüütide-sarnasteks rakkudeks [152-155], kolangiotsüütideks [156] ja, mis kõige tähtsam, pankrease-sarnasteks insuliini tootvateks rakkudeks[157-160 ]. HAEC-indutseeritud pankrease rakkude siirdamine streptozototsiini poolt indutseeritud diabeetilistesse hiirtesse võib normaliseerida vere glükoosisisaldust [161]. hAEC-d[162], nagu ka hAEC-dest [163] pärinevad eksosoomid, võivad kiirendada diabeetiliste haavade paranemist, soodustades angiogeneesi ja fibroblastide funktsiooni ning vähendades põletikku. HAEC-de lisamine saarekeste organoididesse [164] ja looduslike saarekeste varjestamine hAEC-de kihiga [165] võib diabeetiliste hiirte mudelites suurendada saarekeste siirdamist ja revaskularisatsiooni. Lisaks on teatatud, et hAEC-st pärinevatel hepatotsüütide sarnastel rakkudel ja ka hAEC-l endal on terapeutiline efektiivsus maksahaiguste, sealhulgas maksafibroosi [166, 167], tsirroosi [168] ja maksapuudulikkuse [169] korral.
Arvestades DM keerulist patofüsioloogiat, ei pruugi hAEC olla ideaalne in vitro mudel ühendite diabeedivastase toime uurimiseks. Kuid selle tüvirakulaadsete omaduste tõttu saab seda kasutada sihtühendite esmaseks skriinimiseks. Oleme varem uurinud isorhamnetiini antifibrootilist[71] ja maksa diferentseerumist indutseerivat [170] potentsiaali hAEC-des. Käesolevas uuringus oleme läbi viinud oma varem avaldatud andmete sihipärase sekundaarse analüüsi [71], et uurida isorhamnetiini võimalikke funktsioonediabeet(Figure 4). Data analysis was conducted for three biological replicates of day 10 control (n = 3) and isorhamnetin-treated (n =3) hAECs. The cells were grown in 3D cell culture. Control cells were maintained in placental basal epithelial cell medium(Promo Cell, Cat.#C-26140)in absence of any differentiation medium or growth factors, whereas treatment cells were supplemented with 20 mM of isorhamnetin (Sigma-Aldrich, Japan) for 10 days. Differentially expressed genes (DEGs) are referred to as genes with a linear fold change>2 ja p-väärtus<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="">
Toodete lisateabe saamiseks klõpsake siin
5.1. Rakutüübi allkirja geenikomplektid
Varasemates hAEC-de uuringutes leidsime, et erinevat tüüpi ühendid võivad suunata hAEC-de diferentseerumist erinevate rakuliinide suunas, näiteks kofeiinhappe ester, rosmariinhape [142] ja kofeoüülkiinhappe derivaat3,4,5- Tri-O-kofeoüülkiinhape (TCQA)[140], mis võib suurendada närvirakkude diferentseerumist, samas kui antotsüaniin, tsüanidiin-3-O-glükosiid (Cy3G), kutsus esile adipotsüütide diferentseerumise [143] hAEC-des. Me täheldasime, et looduslike ühendite bioaktiivsust või funktsionaalsust saab üldiselt ennustada rikastatud rakutüüpide põhjal DEG-de abil.
Uurisime oluliselt rikastatud rakutüübi allkirjade andmekogumeid, kasutades molekulaarsete allkirjade andmebaasi (MSigDB) ver. GSEA võrgutarkvara 7.4 (https://software. broadinstitute.org/gsea/index.jsp; juurdepääs 26. novembril 2021)[171]. Need geenikomplektid sisaldavad inimkoe üherakulise sekveneerimise uuringutes tuvastatud rakutüüpide klastri markerite allkirja geene ja hõlbustavad rakutüüpide määramist andmekogumites, näiteks organoidmudelite väljatöötamise katsetes.
Leidsime, et kõige olulisemalt rikastatud rakutüübi geenikomplekt oli pankrease mesenhümaalsed stroomarakud [172] (joonis 4A). Lisaks rikastati oluliselt pankrease kanalite ja endoteelirakkude tüüpe [172]. Pankrease signatuurgeenid isorhamnetiiniga töödeldud hAEC-des osalevad epiteeli-mesenhümaalses üleminekus, TGF-signalisatsioonis, TNF-signaalides NF-kB kaudu, KRAS-i signaaliülekandes ja rasvhapete metabolismis. Samuti rikastati oluliselt mitut maksa signatuuri geenikomplekti, näiteks HSC-d, kupfferi rakud, sapijuha rakud [173] ja loote maksa mesoteelirakud [174]. Samuti oli mitmeid oluliselt rikastatud skeletilihaste signatuuri geenikomplekte, sealhulgas fibrilliin1 pluss fibroadipogeensed eellasrakud (FBN1 pluss FAP), fibroadipogeensed eellasrakud (FAP) ja skeletilihaste peritsüüdid [175]. Maksa signatuurigeenide bioloogilised funktsioonid isorhamnetiiniga töödeldud hAEC-des hõlmavad mitmeid põletikulise vastuse radu, samas kui skeletilihaste signatuurigeenid reguleerivad haavade paranemist, kollageeni fibrillide organiseerimist ja MAPK kaskaadi. Olulisust mõõdeti valede avastamise määrana, mis on hüpergeomeetrilise p-väärtuse analoog pärast Benjamini ja Hochbergi korrektsiooni mitme hüpoteesi testimiseks (FDR q-väärtus<>
5.2. Oluliselt rikastatud Hallmarki geenikomplektid
Järgmisena uurisime MSigDB-s märkimisväärselt rikastatud tunnusgeenide komplekte (saadud 26. novembril 2021). Tunnusmärgi geenikomplektid esindavad spetsiifilisi, täpselt määratletud bioloogilisi olekuid või protsesse, mis on loodud geenikomplektide kattumiste tuvastamisel ja sidusa ekspressiooniga geenide säilitamisel. Tunnustel on 50 geenikomplekti, mis on koondatud enam kui 4000 kattuvast geenikomplektist ja seega on neil vähenenud müra ja liiasus [176].
Oluliselt rikastatud tunnusgeenide komplektid hõlmavad geene, mis määravad epiteeli-mesenhümaalset üleminekut, geenid, mida reguleeritakse vastusena hüpoksiale, geenid, mida reguleerib NF-kB vastuseks TNF-ile, geenid, mida reguleerib KRAS-i aktiveerimine, geenid, mis vahendavad apoptoosi kaspaaside aktiveerimise kaudu, geenid, mis on seotud müogenees, vastuseks TGF- 1 ülesreguleeritud geenid, vastuseks IL-2 stimulatsioonile STAT5 poolt ülesreguleeritud geenid, põletikulise reaktsiooni määravad geenid, p53 radade ja võrkudes osalevad geenid ning glükolüüsis osalevaid valke kodeerivad geenid ja glükoneogenees (joonis 4B). Olulisust arvestati FDR q-väärtusega<>
Huvitav leid on KRAS-i aktiveerimise rikastamine isorhamnetiiniga töödeldud hAEC-de DEG-de poolt. Leiti, et isorhamnetiin on mitmed KRAS-indutseeritud geeniekspressioonid, näiteks MMP9, TSPAN1 ja ITGBL1, oluliselt alla reguleeritud. Hüperglükeemia kutsub esile genoomse ebastabiilsuse, mis põhjustab KRAS-i mutatsioone pankrease rakkudes [177] ning seda on seostatud ka kõhunäärmevähi [178] ja käärsoolevähi [179] suurenenud riski ja invasiivsusega. Wang et al. teatasid, et isorhamnetiin pärsib pankrease adenokartsinoomi rakuliini PANC-1 proliferatsiooni, vähendades Ras/MAPK signaaliraja aktiivsust [134]. Seetõttu, nagu on mainitud jaotises 4.2.4, tasub isorhamnetiini mõju KRAS-i poolt põhjustatud vähiriskile diabeedi, eriti kõhunäärmevähi korral täiendavalt uurida.
5.3. Oluliselt rikastatud teed
DEG-de edasine rajaanalüüs viidi läbi võrdleva toksikogenoomika andmebaasi (CTD) abil (http://ctdbase.org/; juurdepääs 29. novembril 2021)[180]. CTD esindab Kyoto geenide ja genoomide entsüklopeediat (KEGG) ja REACTOME radu. Leidsime, et mitupõletikulineDiabeedi tüsistuste korral rikastati oluliselt kollageeni moodustumist ja kokkupanekut, PI3K-Akt signaaliülekande rada ja AGE-RAGE signaaliülekande rada (joonis 4C).
Advanced glycation end products (AGE) toodetakse valkude, lipiidide ja nukleiinhapete mitteensümaatilise glükeerimise ja oksüdatsiooni teel. Kaugelearenenud glükatsiooni lõpptoodete (RAGE) retseptorid kuuluvad immunoglobuliinide superperekonda. AGE/RAGE signaaliülekanne on keeruline ja keerukas kaskaad, mis aktiveerib mitut rakusisese signaali rada, mis hõlmavad proteiinkinaas C, NADPH oksüdaasi ja MAPK-sid, mille tulemuseks on NF-kB-indutseeritud IL-1, IL-6 ekspressioon, TNF-, VCAM-1 ja VEGF. Eelkõige on AGE/RAGE signaaliülekannet seostatud diabeedi poolt vahendatud veresoonte lupjumisega TGF-vahendatud fibroosi, NFkB ja ERK1/2 radade aktiveerimise kaudu [181-184]. Leidsime, et isorhamnetiin vähendas oluliselt AGE / RAGE signaaliülekandega seotud geeniekspressiooni, nagu COL1A1, COL1A2, COL4A6, FN1, MMP2 ja SERPINE1. Nagu eelmises jaotises käsitletud, on isorhamnetiini antifibrootiline toime hästi dokumenteeritud [71, 74, 99, 119] ja seetõttu võib väita, et isorhamnetiinil võib olla kasulik mõju ka diabeedist põhjustatud veresoonte patoloogiale.
5.4. Oluliselt rikastatud ainevahetushaigused ja nendega seotud geeniekspressioonid
Kureeritud geenihaiguste seose andmed saadi CTD-st (tooti 29. novembril 2021). Kureerisime ainult oluliselt rikastatud ainevahetushaigusi. Rikastumise olulisus arvutati Bonferroni meetodiga kohandatud hüpergeomeetrilise jaotusega. Oluliselt rikastatud ainevahetushaigused hõlmasid DM-i, glükoosi- ja lipiidide ainevahetuse häireid, hüperglükeemiat ja rasvumist (joonis 4D). Kuumakaart näitab, et PPAR-id, TGF-id, TNF-id, IL-id, kollageeni ja apoptoosi indutseerivad geeniekspressioonid olid isorhamnetiiniga töödeldud hAEC-des oluliselt alla reguleeritud (joonis 4E). Teisest küljest olid isorhamnetiiniga töödeldud hAEC-des insuliiniretseptorid, lipoproteiini lipaasid ja apoptoosi inhibiitorid oluliselt ülesreguleeritud.
Meie isorhamnetiiniga töödeldud hAEC-de sihipärane mikrokiibi andmete analüüs kinnitas ka isorhamnetiini potentsiaali DM-ga ja sellega seotud tüsistustega seotud bioloogiliste funktsioonide reguleerimisel.
6. Isohamnetiini aglükooni ja selle glükosüülitud derivaatide biosaadavus ja imendumine soolestikus
Erinevate kategooriate olemasolugaflavonoididlooduses on huvitav analüüsida nende ühendite esinemist organismis. Kui me räägime isorhamnetiini metabolismist ja selle kättesaadavusest inimorganismis pärast tarbimist, siis räägime päritolust, ainevahetusest ja transpordist. See põhineb mõnede flavonoidide, näiteks inimese seerumis sisalduvate flavonoolide kromatograafiaga tehtud tähelepanekul. Vedelikkromatograafia-massispektromeetria annab ülevaate teatud flavonoidide biosaadavusest nende aglükooni ja glükosiidi kujul kehas [49]. Massispektromeetriat saab kasutada flavonoidide määramiseks bioloogilistes proovides [185]. Uuring teatas 23 segatud sulfaadi, metüüli, glükuroniidi ja glükoosi derivaadist.kvertsetiinnii vabatahtlike uriinis kui plasmas 1 tund pärast kergelt praetud punase sibula allaneelamist. See uuring tuvastas plasmas nii kvertsetiini kui ka isorhamnetiini glükosiide [186].
Toitainete sisenemisel seedetrakti kaudu mängivad rolli mitmed tegurid. Näiteks mõjutavad soolestiku mikrobiota ensüümid fenoolsete ühendite sisenemist.
Hiirmudelil hõlmikpuu lehtede ekstraktidega läbi viidud uuring näitas soolestiku mikrobiota tähtsust mõnede bioaktiivsete molekulide, eriti isorhamnetiini biosaadavuse ja seedetraktist imendumise seisukohalt [187]. Selles etapis toodavad soolestiku mikrobiota ensüümidflavonoidaglükoonid ja mitmesugused tsükli lõhustumisproduktid. Täisvereproovide analüüsid näitasid, et antibakteriaalne ravi suurendas isorhamnetiini omastamist, mis viitab sellele, et soolestiku mikrobiota ensüümidel on negatiivne mõju looduslike molekulide, nagu isorhamnetiini, farmakokineetikale.Antibakteriaalnevõi probiootikumide tarbimine võib suurendada isorhamnetiini glükosiidvormi biosaadavust. Lisaks erinesid bioaktiivsete molekulide in vitro biotransformatsiooni kiirused ja viibimisajad normaalsetel, diabeetilistel ja diabeetilistel nefropaatiaga rottidel [188].
Teisest küljest juhivad flavonoidide transporti erinevad membraanitransporterid, nagu naatriumist sõltuv glükoositransporter 1 (SGLT1) ja mitme ravimiresistentsusega seotud valgud 2 ja 3 (MRP2 ja MRP3)[189]. Selles kontekstis reguleerivad MRP transporterid isorhamnetiini transtsellulaarset ja paratsellulaarset transporditeed [190]. Rakkude sees oli isorhamnetiini transport tipust basaalpoolele 6.{11}}.3- korda suurem. Joonisel 5 on kokku võetud isorhamnetiini diabeedivastased toimed.
7. Järeldused
Isorhamnetiin on flavonoidide, täpsemalt flavonoolide perekonda kuuluv fenoolühend. Algselt on see kvertsetiini molekul, kuid on läbinud metüülimise. Isorham-netin on taimeriigis levinud paljudes looduslikes ja kosmeetikataimedes. Lisaks toodavad seda molekuli mitmed ravimtaimed ja mitmed uuringud on tõestanud selle diabeedivastast toimet muude bioloogiliste tegevuste hulgas. Kõik need andmed näitavad seega isorhamnetiini huvi ravitööstuse vastu. Sellest vaatenurgast oleks väga huvitav uurida eriti loodusvaradest eraldatud isorhamnetiini ja selle derivaatide mõju ainevahetushäiretele. Samuti tuleb esile tõsta ja üle vaadata selles kontekstis flavonoidirikaste fraktsioonide ja looduslike saaduste kasutamisega tehtud kliinilised uuringud, et vältida sünteetiliste ja keemiliste ravimite põhjustatud kõrvaltoimete mõju.
Viited
1. Gill, SS; Tuteja, N. Reaktiivsed hapniku liigid ja antioksüdantsed masinad põllukultuuride abiootilise stressi taluvuses. Plant Physiol. Biochem. 2010, 48, 909–930. [CrossRef] [PubMed]
2. Corpas, FJ; Gupta, DK; Palma, JM Reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) tootmiskohad taimerakkude organellides. In Reaktiivsed hapniku liigid ja oksüdatiivsed kahjustused stressi all olevates taimedes; Springer: Berliin/Heidelberg, Saksamaa, 2015; lk 1–22.
3. Falleh, H.; Oueslati, S.; Guyot, S.; Dali, AB; Magné, C.; Abdelly, C.; Kouri, R. Söödava halofüüdi Mesembryanthemum edule L. tugeva antioksüdantse toime eest vastutavate protsüanidiinide ja propelargonidiinide LC/ESI-MS/MS iseloomustus. Food Chem. 2011, 127, 1732–1738. [CrossRef]
4. Trabelsi, N.; Oueslati, S.; Falleh, H.; Waffo-Téguo, P.; Papastamoulis, Y.; Mérillon, J.-M.; Abdelly, C.; Ksouri, R. Tugevate antioksüdantide eraldamine meditsiinilisest halofüüdist Limoniastrum guyonianum. Food Chem. 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. Arthrocnemum Indicum ekstraktide in vitro antiproliferatiivne toime Caco-2 vähirakkudele rakutsükli kontrolli ja sellega seotud fenooli LC-TOF-MS tuvastamise kaudu. Tõenditepõhine täiendus. Altern. Med. 2013, 2013, 529375. [CrossRef]
6. Karker, M.; De Tommasi, N.; Smaoui, A.; Abdelly, C.; Ksouri, R.; Braca, A. Tamarix Africana uued sulfaaditud flavonoidid ja selle polaarse ekstrakti bioloogiline toime. Planta Med. 2016, 82, 1374–1380. [CrossRef]
7. Bourgou, S.; Rebey, IB; Mkadmini, K.; Isoda, H.; Kouri, R.; Kouri, WM LC-ESI-TOF-MS ja GC-MS Artemisia herbal profiilide koostamine ja selle bioaktiivsete omaduste hindamine. Food Res. Int. 2017, 99, 702–712. [CrossRef]
8. Boulaaba, M.; Medini, F.; Hajlaoui, H.; Mkadmini, K.; Falleh, H.; Kouri, R.; Isoda, H.; Smaoui, A.; Abdelly, C. Salsola kali L fenoolsete ekstraktide bioloogiline aktiivsus ja fütokeemiline analüüs. Endogeensete tegurite roll parimate taimeekstraktide valimisel. S. Afr. J. Bot. 2019, 123, 193–199. [CrossRef]
9. Najjar, H.; Abdelkarim, BA; Doria, E.; Boubakri, A.; Trabelsi, N.; Falleh, H.; Tlili, H.; Neffati, M. Mõnede Tuneesia ravimtaimede fenoolne koostis, mis on seotud proliferatsioonivastase toimega inimese rinnavähi MCF-7 rakkudele. 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. Roheline lahusti, mis asendab heksaani mustköömne ja basiiliku seemnetest bioaktiivsete lipiidide ekstraheerimisel. Foods 2021, 10, 1493. [CrossRef]
