3.4 Картирование дифференциальных метаболитов, связанных с путями биосинтеза фенилэтаноидных гликозидов (PhGs)

Ранее мы объединили транскриптомный и метаболомный анализ для изучения путей биосинтеза PhG в суккулентных стеблях C. Deserticola.16 Чтобы обнаружить молекулярный механизм, приводящий к различиям в метаболизме между соцветием и суккулентным стеблем, мы реконструировали путь биосинтеза PhG. (рис. 4). В основном он содержал четыре пути KEGG: «биосинтез фенилпропаноида (Ko00940)», «биосинтез фенилаланина, тирозина и триптофана (Ko00400)», «метаболизм тирозина (Ko00350)» и «метаболизм фенилаланина (Ko00360)». Результаты на рис. 4 показали, что относительное содержание соединений в пути биосинтеза ФГ варьировало в зависимости от тканей (соцветия и сочные стебли) и экотипов (солончаково-щелочные земли, пастбища и песчаные земли) C. Deserticola. В пастбищном экотипе относительное содержание тирозина и коричной кислоты повышалось в сочных стеблях. Как в солончаково-щелочном экотипе, так и в пастбищном экотипе относительное содержание кофейной кислоты повышалось в соцветиях. Метаболический анализ выявил три фенилэтаноидных гликозида (PhG), а именно изоактеозид, актеозид и 2'-ацетилактеозид, и их относительное содержание было самым высоким в группе А2.

Согласно соответствующим исследованиям, цистанхе — распространенное растение, известное как «чудодейственное растение, продлевающее жизнь». Его основным компонентом является цистанозид, который обладает различными эффектами, такими как антиоксидантное, противовоспалительное и стимулирующее иммунную функцию. Механизм между цистанхе и отбеливанием кожи заключается в антиоксидантном действии гликозидов цистанхе. Меланин в коже человека вырабатывается путем окисления тирозина, катализируемого тирозиназой, причем реакция окисления требует участия кислорода, поэтому свободные радикалы кислорода в организме становятся важным фактором, влияющим на выработку меланина. Цистанхе содержит цистанозид, который является антиоксидантом и может снижать образование свободных радикалов в организме, подавляя тем самым выработку меланина.

Нажмите на добавку Cistanche Tubulosa для отбеливания

【Для получения дополнительной информации: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Кроме того, цистанхе также способствует выработке коллагена, который может повысить эластичность и блеск кожи и помочь восстановить поврежденные клетки кожи. Цистанхе Фенилэтанол Гликозиды оказывают значительное подавляющее действие на активность тирозиназы, и показано, что эффект на тирозиназу является конкурентным и обратимым ингибированием, что может обеспечить научную основу для разработки и использования отбеливающих ингредиентов Цистанхе. Таким образом, цистанхе играет ключевую роль в отбеливании кожи. Он может ингибировать выработку меланина, чтобы уменьшить обесцвечивание и тусклый цвет; и способствуют выработке коллагена для улучшения эластичности и сияния кожи. Из-за широкого признания этих эффектов цистанхе многие продукты для отбеливания кожи начали добавлять растительные ингредиенты, такие как цистанхе, для удовлетворения потребительского спроса, тем самым увеличивая коммерческую ценность цистанхе в продуктах для отбеливания кожи. Таким образом, роль цистанхе в отбеливании кожи имеет решающее значение. Его антиоксидантный эффект и эффект выработки коллагена могут уменьшить обесцвечивание и тусклость, улучшить эластичность и блеск кожи и, таким образом, добиться отбеливающего эффекта. Кроме того, широкое применение цистанхе в продуктах для отбеливания кожи свидетельствует о том, что его роль в коммерческой ценности нельзя недооценивать.

3.5 Молекулярный докинговый анализ основных активных компонентов C. Deserticola

Собранные 45 мишеней родственных заболеваний были молекулярно состыкованы со 127 соединениями C. Deserticola. На основании результатов сравнения литературы и молекулярного докинга в конечном итоге были отобраны 15 меток и 88 соединений (таблицы S2 и S3). В таблице S2 представлена ​​информация о мишенях, заболеваниях и предполагаемых генах. Чтобы лучше понять всестороннюю связь между выбранными соединениями, выбранными предсказанными генами и заболеваниями, был проведен всесторонний сетевой анализ с использованием Cytoscape версии 3.7.0 (рис. 5а). Сложная сеть была сформирована среди выбранных соединений и их потенциальных мишеней в отношении остеопороза, сосудистых заболеваний, атеросклероза, повреждения миокарда, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, желудочковой тахикардии и рака прямой кишки. Степень сети взаимодействия соединение-мишень была показана в таблице S2, которая указывала на то, что предсказанные гены CTSK и FDPS, связанные с остеопорозом, и целевой ген ACE, связанный с сосудистым заболеванием, имеют более высокое значение степени, что указывает на то, что больше соединений в C y Deserticola может воздействовать на эти гены-мишени.

Взаимодействие между 12 генами было проанализировано и визуализировано с использованием баз данных STRING. Сеть белок-белкового взаимодействия (PPI) (рис. 5b) была построена при «средней достоверности (0.4 по умолчанию)». Используя базу данных DAVID, 14 путей KEGG 12 предсказанных генов были визуализированы на рис. 5c. Пути KEGG, обогащенные этими генами, в основном включают серотонинергический синапс, гепатит В, протеогликаны при раке и вирусный канцерогенез. Список 12 скринированных предсказанных генов был загружен в базу данных DAVID для анализа обогащения GO (рис. 5d). Мишени были вовлечены во многие биологические процессы (БП), включая «активацию тромбоцитов», «позитивную регуляцию процесса апоптоза нейронов» и «развитие гиппокампа». «Цитозоль», «нуклеоплазма» и «митохондрия» заняли первое место в категории клеточного компонента (КК). В то же время «активность киназы», ​​«активность протеинкиназы» и «активность протеинсерин/треонинкиназы» были задействованы в качестве первичной молекулярной функции (МФ).

В таблице S3 показаны результаты молекулярной стыковки эффективных компонентов сочных стеблей C. Deserticola и мишеней болезни. Как показано на рис. 4, 2'-ацетилактеозид, актеозид и изоактеозид в PhG C. Deserticola реагируют на солево-щелочной стресс. На рис. 6a и S4a продемонстрировано детальное представление молекулярной стыковки этих трех соединений с мишенями с высокими показателями. 2'-Ацетилактеозид имел превосходную стыковку с мишенями, связанными с атеросклерозом (3TL5) и сосудистыми заболеваниями (4BZR). Изоактеозид имел высокие показатели стыковки с мишенями, связанными с остеопорозом (4X6H) и сосудистыми заболеваниями (4BZR). Актеозид лучше стыковался с мишенями, связанными с сосудистыми заболеваниями (4BZR) и желудочковой тахикардией (4GQS). На рис. 6b и S4b показаны результаты молекулярного докинга между четырьмя флавоноидами, обнаруженными только в соцветии, и выбранными мишенями воспаления. Таблица S4 показала, что хризоэриол и цинарозид имели более высокие баллы с 2 мишенями.

4. Дискуссия

Наше исследование показывает, что соцветия C. Deserticola не только содержат основной активный ингредиент PhG, но также содержат большое количество флавоноидов. В частности, относительное содержание флавоноидов значительно выше, чем в сочных стеблях. Флавоноиды, благодаря своим антиоксидантным, противораковым, противовоспалительным и антимутагенным свойствам, а также их способности регулировать функцию ключевых клеточных ферментов, в настоящее время считаются важными ингредиентами в различных пищевых продуктах, лекарствах, лекарствах и косметических средствах. .32 Флавонолы представляют собой класс флавоноидов с 3-гидроксифлавоноидным скелетом (название IUPAC: 3-гидрокси-2-фенилхром-4-он). Их разнообразие связано с разным положением фенол-ОН группы.33 Таутомерия флавонолов вызывает двойную флуоресценцию (из-за внутримолекулярного переноса протона в возбужденном состоянии или ESIPT), что может способствовать защите растений от УФ-излучения.34 Поэтому мы рекомендуем повторно использовать соцветия C. Deserticola богаты флавоноидами, а не выбрасывают их.

Интересно, что мы обнаружили, что большинство дифференциальных метаболитов, связанных с соляно-щелочным стрессом у трех экотипов C. Deserticola, также были флавоноидами. Наши предыдущие исследования16 показали, что относительное содержание фенилэтаноидных гликозидов (ФГ) в суккулентных стеблях C. Deserticola (солончаково-щелочные земли) выше, чем у двух других экотипов. Засоление может вызывать различные неблагоприятные последствия для растений, и одним из его неизбежных последствий является избыточное производство активных форм кислорода (АФК). Фини и др. считали, что флавоноиды являются важной частью вторичной системы удаления АФК.35 Xu-mei Jia et al. предположили, что передача сигналов сахарозой регулирует гомеостаз АФК, индуцируя путь биосинтеза фенилпропана и синтез флавоноидов.36 Wang et al. считают, что, поскольку флавоноиды могут удалять вредные вещества, реагирующие на стресс (включая свободные радикалы, молекулы синглетного кислорода и перекиси), они могут повышать устойчивость растений к абиотическим и биотическим стрессам.37 Zhang et al. использовали транскриптомный анализ, чтобы выявить молекулярную реакцию листьев Cynanchum auriculatum на солевой стресс. Они обнаружили, что биосинтетический путь флавоноидов и фенилпропаноидов был активирован. В этом пути транс-коричная кислота 4-монооксигеназа (C4H) и изомеры халкона напрямую связаны с синтезом флавоноидов, при этом уровни их экспрессии повышались. Эти результаты показали, что было синтезировано больше флавоноидов, что может способствовать общей антиоксидантной способности C. auriculatum в ответ на стресс соленой воды. Точно так же Валия и соавт. сообщили, что большое количество генов в пути биосинтеза флавоноидов активировалось при солевом стрессе, что играло важную защитную роль в сопротивлении солевому стрессу. стебли и соцветия C. Deserticola. Мы решительно считаем засоленную почву лучшим типом почвы для выращивания C. Deserticola.

С одной стороны, мы получили уникальные флавоноиды в соцветиях, анализируя результаты метаболома. Принимая во внимание роль флавоноидов в противовоспалительных действиях, мы провели анализ молекулярной стыковки этих пяти соединений с мишенями, связанными с воспалением, чтобы направлять развитие нелекарственных ресурсов соцветий. С другой стороны, мы провели молекулярный докинг активных компонентов суккулентных стеблей C. Deserticola, чтобы восполнить пробел в этом отношении. В нем представлены некоторые направления терапевтического механизма активных ингредиентов C. Deserticola для лечения болезней старения. Чжан и др. обнаружили, что экстракт C. Deserticola обладает потенциальной активностью против остеопороза, и этот эффект, по крайней мере, частично связан с RANKL/RANK/TRAF6-опосредованной передачей сигналов NF-κB и PI3K/AKT и регуляцией уровней c-Fos и NFAT2.39 Опубликованные данные доказали, что несколько изолированных соединений C. Deserticola, включая эхинакозид, актеозид и цистанозид А, также, как сообщалось, проявляли активность против остеопороза. Соединения, связанные с мишенями, связанными с атеросклерозом, включают 2'-ацетилактеозид, актеозид, эхинакозид, даукостерол, изоактеозид, цистанозид А, арена внутри, цистанозинензид А и т. д. Хотя для дальнейшего подтверждения текущих результатов требуется дополнительная биологическая проверка, эта работа может предоставить новые возможности лечения болезней старения, таких как остеопороз, атеросклероз и т. д., и может открыть новые пути для открытия комбинаций лекарств из натуральных продуктов C. Deserticola.

В заключение, это исследование впервые выявило характеристики метаболических вариаций между соцветиями и сочными стеблями трех экотипов C. Deserticola. Более того, молекулярный докинг применялся для скрининга потенциальных терапевтических мишеней и соединений C. Deserticola. Были получены следующие выводы: (1) количество метаболитов в соцветии больше, чем в суккулентных стеблях, и большинство метаболитов, обнаруженных только в соцветии, представляют собой флавоноиды, которые могут быть использованы в качестве материала для развития новые лекарственные средства. (2) О-гексозид изорамнетина и О-гексозид розинидина можно использовать в качестве химических маркеров для различения сочных стеблей и соцветий в трех экотипах. (3) Солево-щелочной стресс приводит к большому накоплению флавоноидов у C. Deserticola. Мы предполагаем, что солончаково-щелочная земля является хорошим выбором для выращивания C. Deserticola. (4) Активные ингредиенты C. Deserticola обладают хорошим потенциальным терапевтическим эффектом при таких возрастных заболеваниях, как остеопороз, сосудистые заболевания и атеросклероз. Между тем, уникальные флавоноиды в соцветии C. Deserticola имеют высокие показатели стыковки с противовоспалительными мишенями, что обеспечивает новое направление развития и использования соцветия. Это исследование заложило теоретическую основу для искусственного выращивания и эффективного освоения ресурсов C. Deserticola. Наше исследование предлагает новые методы и теоретическое руководство для разработки и использования новых ресурсов лекарственных растений и открытия потенциальных терапевтических механизмов натуральных продуктов.

Финансирование

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (81473315 и U1812403-1), Национальной программой исследования фундаментальных ресурсов науки и технологий Китая (2018FY100701), Открытым исследовательским фондом Чэндуского университета традиционной китайской медицины. Лаборатория систематических исследований уникальных ресурсов китайской медицины на юго-западе Китая (003109034001) и Пекинский фонд естественных наук (7202135), которым мы выражаем благодарность.

Вклад автора

Все авторы внесли свой вклад в пересмотр рукописи, прочитали и одобрили представленную версию. XS, LF-H и YZ внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования; XS, PJ и BA собрали образцы; XS и YZ организовали базу данных; XS провел статистический анализ; XS и LF-H написали первый черновик рукописи; LF-H, YZ, JP и AB написали разделы рукописи.

Конфликт интересов

Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов.

Благодарности

Мы выражаем огромную благодарность Сян Чжан из Института развития лекарственных растений Китайской академии медицинских наук, Медицинского колледжа Пекинского союза, за рекомендации по молекулярному докингу.

Рекомендации

1 T. Wang, X. Zhang and W. Xie, Am. Дж. Чин. мед., 2012, 40, 1123–1141.

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

3 Л. Гу, В.-Т. Сюн, К. Ван, Х.-Х. Вс, Г.-Ф. Li and X. Liu, Asian J. Androl., 2013, 15, 838.

4 Н.А. Стефанова, А.З. Фурсова, К.Н. Сарсенбаев, Н.Г. Колосова, Ж. Этнофарм., 2011, 138, 624–632.

5 C. Gu, X. Yang и L. Huang, Front. Фармакол., 2016, 7, 289.

6 С. Чжэн, С. Цзян, Л. Ву, З. Ван и Л. Хуанг, PLoS One, 2014, 9, e98061.

7 XJ Qin, W. Ni, CX Chen and HY Liu, Nat. Произв. Биопроспект., 2018, 8, 265–278.

8 Ян Ф., Ци Ю., Лю В., Ли Дж., Ван Д., Фан Л., Чжан Ю., Молекулы, 2019, 24(19), 3448.

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

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

11 E. Gemperline, C. Keller and L. Li, Anal. хим., 2016, 88, 3422–3434.

12 Б. Уорли и Р. Пауэрс, Curr. Метаболомика, 2013, 1, 92–107.

13 S. Wei, X. Yang, G. Huo, G. Ge, H. Liu, L. Luo, J. Hu, D. Huang and P. Long, Int. Дж. Мол. наук, 2020, 21, 1481.

14 J. Xu, J. Yan, W. Li, Q. Wang, C. Wang, J. Guo, D. Geng, Q. Guan and F. Ma, Int. Дж. Мол. наук, 2020, 21, 4797.

15 W. Xin, L. Zhang, W. Zhang, J. Gao, J. Yi, X. Zhen, M. Du, Y. Zhao and L. Chen, Int. Дж. Мол. наук, 2019, 20, 5893.

16 X. Сунь, Л. Ли, Дж. Пей, К. Лю и Л.-Ф. Хуанг, Завод Мол. биол., 2020, 102, 253–269.

17 W. Liu, Q. Song, Y. Cao, N. Xie, Z. Li, Y. Jiang, J. Zheng, P. Tu, Y. Song and J. Li, J. Pharm. Биомед. анал., 2019, 162, 16–27.

18 P. Zou, Y. Song, W. Lei, J. Li, P. Tu and Y. Jiang, Acta Pharm. Грех. Б, 2017, 7, 647–656.

19 С. Ли и Б. Чжан, Китай. Дж. Нат. мед., 2013, 11, 110–120.

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng and L. Huang, Curr. Белковый пепт. наук, 2019, 20, 964–975.

21 W. Wu, Z. Zhang, F. Li, Y. Deng, M. Lei, H. Long, J. Hou and W. Wu, Int. Дж. Мол. наук, 2020, 21, 1766.

22 Дж. Лю, Дж. Чжу, Дж. Сюэ, З. Цинь, Ф. Шен, Дж. Лю, С. Чен, С. Ли, З. Ву, В. Сяо, С. Чжэн и Ю. Ван, Научная . респ., 2017, 7, 16364.

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

24 Л. Гу, В. Т. Сюн, К. Ван, Х. Х. Сун, Г. Ф. Ли и С. Лю, Asian J. Androl., 2013, 15, 838–840.

25 Z. Li, H. Lin, L. Gu, J. Gao and CM Tzeng, Front. Фармакол., 2016, 7, 41.

26 T. Wang, X. Zhang and W. Xie, Am. Дж. Чин. мед., 2012, 40, 1123–1141.

27 J. Stamos, MX Sliwkowski и C. Eigenbrot, J. Biol. хим., 2002, 277, 46265–46272.

28 П.А. Харрис, М. Ченг, Р.Н. Хантер, 3-й, М.Л. Браун, Дж.М. Вил, Р.Т. Нолти, Л. Ван, В. Лю, Р.М. Кросби, Дж.Х. Джонсон, А.Х. Мед. хим., 2005, 48, 1610–1619.

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

30 М. Козисек, М. Лепшик, К. Гранц Санскова, Дж. Брында, Дж. Конвалинка и П. Резацова, 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 and CV Mering, Nucleic Acids Res. , 2019, 47, Д607–Д613.

32 А. Панче, А. Диван и С. Чандра, Дж. Нутр. наук, 2016, 5, с47. 33 Дж. Б. Харборн и К. А. Уильямс, Флавоноиды, Springer, 1975, стр. 376–441.

34 Г. Дж. Смит и К. Р. Маркхэм, J. Photochem. Фотобиол., А, 1998, 118, 99–105.

35 А. Фини, К. Брунетти, М. Ди Фердинандо, Ф. Феррини и М. Таттини, Сигнальное поведение растений, 2011, 6, 709–711.

36 XM Jia, YF Zhu, Y. Hu, R. Zhang, L. Cheng, ZL Zhu, T. Zhao, X. Zhang and YX Wang, Hortic. рез., 2019, 6, 91.

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li and Q. Yao, Mol. Жене. Геномика, 2016, 291, 1545–1559.

38 Х. Валия, К. Уилсон, П. Кондамин, К. Лю, А. М. Исмаил, Л. Цзэн, С.И. 822–835.

39 Б. Чжан, Л.-Л. Ян, С.-К. Дин, Дж.-Дж. Лю, Ю.-Х. Донг, Ю.-Т. Ли, Н. Ли, X.-J. Чжао, К.-Л. Ху и Ю. Цзян, Фронт. Фармакол., 2019, 10, 1412.

40 Ли Ф., Ян С., Ян Ю., Го Ч., Чжан Ч., Ян З., Ли П., Фитомедицина, 2013, 20, 549–557.

41 С.-Ю. Ли, К.-С. Ли, С.Х. Йи, С.-Х. Кук и Ж.-К. Ли, PLoS One, 2013, 8, e80873.

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

【Для получения дополнительной информации: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】