Deel 3: Effecten van isorhamnetine op diabetes en de bijbehorende complicaties: een overzicht van in vitro en in vivo studies en een post-hoc transcriptoomanalyse van de betrokken moleculaire route

Voor meer informatie. contacttina.xiang@wecistanche.com

5. Een post-hoc transcriptoomanalyse voorspelt het potentiële effect van isorhamnetine op diabetes in een op stamcellen gebaseerd hulpmiddel

We hebben een op stamcellen gebaseerd hulpmiddel ontwikkeld met behulp van een perinatalestamcel, menselijke amnionepitheelcellen (hAEC's), om de biologische activiteiten van natuurlijke verbindingen te evalueren met behulp van microarray-analyse van het hele genoom [71,140-144]. In de afgelopen jaren is een steeds groter aantal bioactieve stoffen in medicinale planten gescreend op hun potentiële therapeutische en preventieve effecten. In deze context krijgen op stamcellen gebaseerde benaderingen met behulp van menselijke pluripotente stamcellen (hPSC's) veel aandacht als fysiologisch relevantere in vitro menselijke modellen voor het screenen en valideren van duizenden verbindingen in zowel academisch onderzoek als de farmaceutische industrie[{{4} }]. hPSC's, inclusief embryonale stamcellen (hESC's) en geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC's), hebben echter beperkte celbronnen, vereisen invasieve extractieprocedures, dure herprogrammering van cellen en kritische onderhoudsprocedures, evenals ethische beperkingen, en daarom zijn minder gunstig als praktische bron voor drugsscreening. Aan de andere kant zijn hAEC's afgeleid van afgedankte term placenta, een medisch afvalproduct. Ze vereisen geen invasieve oogstprocedures en hebben minimale ethische bezwaren. Bovendien zijn hAEC's afgeleid van de pluripotente epiblasten en behouden ze zo ESC-achtig multilineage-differentiatiepotentieel en kunnen ze worden gedifferentieerd in cellen uit alle drie de kiemlagen [148-151].

Het is vermeldenswaard dat bij een geschikt differentiatieprotocol hAEC's kunnen worden gedifferentieerd in hepatocytachtige cellen [152-155], cholangiocyten [156] en, belangrijker nog, pancreasachtige insulineproducerende cellen[157-160 ]. Transplantatie van door hAEC geïnduceerde pancreascellen in door streptozotocine geïnduceerde diabetische muizen zou de bloedglucosespiegel kunnen normaliseren [161]. hAEC's [162], evenals exosomen afgeleid van hAEC's [163], zouden diabetische wondgenezing kunnen versnellen door angiogenese en fibroblastfunctie te bevorderen en ontsteking te verminderen. Het opnemen van hAEC's in eilandjesorganoïden [164] en het afschermen van inheemse eilandjes met een laag hAEC's [165] zou de implantatie en revascularisatie van eilandjes in diabetische muizenmodellen kunnen verbeteren. Bovendien is gemeld dat van hAEC afgeleide hepatocytachtige cellen, evenals hAEC zelf, therapeutische werkzaamheid hebben bij leverziekten, waaronder leverfibrose [166,167], cirrose [168] en leverfalen [169].

Gezien de complexe pathofysiologie van DM, is hAEC mogelijk geen ideaal in vitro-model om de antidiabetische effecten van verbindingen te bestuderen. Vanwege zijn stamcelachtige eigenschappen kan het echter worden gebruikt voor de eerste screening van doelverbindingen. We hebben eerder het antifibrotische [71] en leverdifferentiatie-inducerende [170] potentieel van isorhamnetine in hAEC's onderzocht. In de huidige studie hebben we een gerichte secundaire analyse uitgevoerd van onze eerder gepubliceerde gegevens [71] om de mogelijke functionaliteiten van isorhamnetine insuikerziekte(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 en p-waarde<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="">

Klik hier om meer producten te leren

5.1. Celtype Handtekening Gensets

In onze eerdere studies over hAEC's, ontdekten we dat verschillende soorten verbindingen de differentiatie van hAEC's naar verschillende cellijnen konden sturen, zoals een cafeïnezuurester, rozemarijnzuur [142] en een caffeoylquininezuurderivaat3,4,5- Tri-O-Caffeoylquinic Acid (TCQA) [140] dat de differentiatie van neurale cellen zou kunnen verbeteren, terwijl een anthocyanine, cyanidine -3- O-glucoside (Cy3G), adipocytdifferentiatie [143] in hAEC's induceerde. We hebben waargenomen dat de biologische activiteiten of functionaliteiten van natuurlijke verbindingen in het algemeen door de DEG's konden worden voorspeld uit de verrijkte celtypen.

We onderzochten de significant verrijkte datasets voor celtypesignatuur met behulp van de Molecular Signatures Database (MSigDB) ver. 7.4 van GSEA online software (https://software. broadinstitute.org/gsea/index.jsp; geraadpleegd op 26 november 2021)[171]. Deze genensets bevatten clustermarker-signatuurgenen voor celtypen die zijn geïdentificeerd in onderzoeken naar de sequentiebepaling van eencellig menselijk weefsel en vergemakkelijken de celtypetoewijzingen in datasets, zoals experimenten voor het ontwikkelen van organoïde modellen.

We ontdekten dat de meest significant verrijkte genenset van het celtype mesenchymale stromale cellen van de pancreas was [172] (Figuur 4A). Bovendien waren pancreatische ductale en endotheliale celtypen significant verrijkt [172]. Pancreassignatuurgenen in met isorhamnetine behandelde hAEC's zijn betrokken bij epitheliale-mesenchymale overgang, TGF-signalering, TNF-signalering via NF-KB, KRAS-signalering en vetzuurmetabolisme. Verschillende hepatische kenmerkende genensets waren ook significant verrijkt, zoals HSC's, kupffer-cellen, galkanaalcellen [173] en mesotheelcellen van de foetale lever [174]. Er waren ook verschillende significant verrijkte genensets voor skeletspieren, waaronder fibrillin1 plus fibro-adipogene voorlopercellen (FBN1 plus FAP) cellen, fibro-adipogene voorlopercellen (FAP) en skeletspierpericyten [175]. De biologische functies van hepatische kenmerkende genen in met isorhamnetine behandelde hAEC's omvatten verschillende ontstekingsreactieroutes, terwijl kenmerkende skeletspiergenen wondgenezing, collageenvezelorganisatie en MAPK-cascade reguleren. De significantie werd gemeten als de valse ontdekkingssnelheid, een analoog van hypergeometrische p-waarde na Benjamini en Hochberg-correctie voor het testen van meerdere hypothesen (FDR q-waarde<>

5.2.Aanzienlijk verrijkte Hallmark-genensets

Vervolgens onderzochten we de significant verrijkte kenmerkende genensets op MSigDB (opgehaald op 26 november 2021). Hallmark-gensets vertegenwoordigen specifieke, goed gedefinieerde biologische toestanden of processen die zijn gegenereerd op basis van het identificeren van overlappingen van genensets en het behouden van genen die coherente expressie vertonen. De kenmerken hebben een verzameling van 50 genensets gecondenseerd uit meer dan 4000 overlappende genensets en hebben dus minder ruis en redundantie [176].

Aanzienlijk verrijkte kenmerkende genensets omvatten genen die de epitheliale-mesenchymale overgang definiëren, genen die worden opgereguleerd als reactie op hypoxie, genen die worden gereguleerd door NF-kB als reactie op TNF, genen die worden verhoogd en verlaagd door KRAS-activering, genen die apoptose mediëren door activering van caspasen, genen die betrokken zijn bij myogenese, genen die zijn opgereguleerd als reactie op TGF- 1, genen die zijn opgereguleerd door STAT5 als reactie op IL-2-stimulatie, genen die de ontstekingsreactie definiëren, genen die betrokken zijn bij p53-routes en -netwerken, en genen die coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij glycolyse en gluconeogenese (Figuur 4B). Significantie werd overwogen bij FDR q-waarde<>

Een interessante bevinding is de verrijking van KRAS-activering door de DEG's van de met isorhamnetine behandelde hAEC's. Verschillende KRAS-geïnduceerde genexpressies bleken significant te worden gedownreguleerd door isorhamnetine, zoals MMP9, TSPAN1 en ITGBL1. Hyperglykemie veroorzaakt genomische instabiliteit die leidt tot KRAS-mutaties in pancreascellen [177] en is ook in verband gebracht met een verhoogd risico en invasiviteit van pancreas [178] en colonkankers [179]. Wang et al. meldden dat isorhamnetine de proliferatie van pancreasadenocarcinoomcellijn PANC-1 onderdrukt door de activiteit van de Ras/MAPK-signaleringsroute neerwaarts te reguleren [134]. Daarom is, zoals vermeld in rubriek 4.2.4, het effect van isorhamnetine op het door KRAS geïnduceerde risico op kankers bij diabetes, met name pancreaskanker, de moeite waard om nader te onderzoeken.

5.3. Aanzienlijk verrijkte paden

Verdere padanalyse van de DEG's werd uitgevoerd met behulp van de Comparative Toxicogenomics Database (CTD) (//ctdbase.org/; geraadpleegd op 29 november 2021) [180]. CTD vertegenwoordigt de Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) en REACTOME-routes. We vonden dat meerdereopruiendroutes, collageenvorming en assemblage, PI3K-Akt-signaleringsroute en AGE-RAGE-signaleringsroute bij diabetische complicaties waren significant verrijkt (Figuur 4C).

Geavanceerde glycatie-eindproducten (AGE's) worden geproduceerd door de niet-enzymatische glycatie en oxidatie van eiwitten, lipiden en nucleïnezuren. De receptoren voor geavanceerde glycatie-eindproducten (RAGE) behoren tot de superfamilie van immunoglobuline. AGE/RAGE-signalering is een complexe en ingewikkelde cascade die meerdere intracellulaire signaalroutes activeert waarbij proteïnekinase C, NADPH-oxidase en MAPK's betrokken zijn, wat resulteert in door NF-kB geïnduceerde expressie van IL-1, IL-6, TNF-, VCAM-1 en VEGF. In het bijzonder is AGE/RAGE-signalering betrokken bij diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie door activering van TGF-gemedieerde fibrose-, NFkB- en ERK1/2-routes [181-184]. We ontdekten dat isorhamnetine de AGE/RAGE-signaleringsgerelateerde genexpressie significant verminderde, zoals COL1A1, COL1A2, COL4A6, FN1, MMP2 en SERPINE1. Zoals besproken in de eerdere sectie, zijn de antifibrotische effecten van isorhamnetine goed gedocumenteerd [71,74,99,119], en daarom kan worden beweerd dat isorhamnetine ook gunstige effecten kan hebben bij door diabetes geïnduceerde vasculaire pathologie.

5.4. Aanzienlijk verrijkte stofwisselingsziekten en gerelateerde genexpressies

Gecureerde gen-ziekte-associatiegegevens werden opgehaald uit de CTD (opgehaald op 29 november 2021). We hebben alleen aanzienlijk verrijkte stofwisselingsziekten samengesteld. De significantie van verrijking werd berekend door de hypergeometrische verdeling aangepast door de Bonferroni-methode. Aanzienlijk verrijkte metabole ziekten omvatten DM, glucose en lipidenmetabolismestoornissen, hyperglykemie en obesitas (Figuur 4D). Heatmap laat zien dat PPAR's, TGF's, TNF's, IL's, collageen en apoptose-inducerende genexpressies significant werden gedownreguleerd in met isorhamnetine behandelde hAEC's (Figuur 4E). Aan de andere kant waren insulinereceptoren, lipoproteïnelipasen en apoptoseremmers significant opgereguleerd in met isorhamnetine behandelde hAEC's.

Onze gerichte microarray-gegevensanalyse van met isorhamnetine behandelde hAEC's bevestigde ook het potentieel van isorhamnetine bij het reguleren van biologische functies die verband houden met DM en de bijbehorende complicaties.

6. Biologische beschikbaarheid en intestinale absorptie van isorhamnetine-aglycon en zijn geglycosyleerde derivaten

Met de aanwezigheid van verschillende categorieën vanflavonoïdenin de natuur is het interessant om de aanwezigheid van deze verbindingen in het lichaam te analyseren. Als we het hebben over het metabolisme van isorhamnetine en de beschikbaarheid ervan in het menselijk lichaam na consumptie, hebben we het over de oorsprong, het metabolisme en het transport. Dit is gebaseerd op een waarneming gedaan door chromatografie van sommige flavonoïden zoals flavonolen in menselijk serum. Vloeistofchromatografie-massaspectrometrie geeft inzicht in de biologische beschikbaarheid van bepaalde flavonoïden in hun aglycon- en glycosidevormen in het lichaam [49]. Massaspectrometrie kan worden gebruikt om flavonoïden in biologische monsters te bepalen [185]. Een studie rapporteerde 23 gemengde sulfaat-, methyl-, glucuronide- en glucosederivaten vanquercetinein zowel urine als plasma van menselijke vrijwilligers 1 uur na inname van licht gebakken rode uien. Deze studie detecteerde glycosiden van zowel quercetine als isorhamnetine in plasma [186].

Verschillende factoren spelen een rol bij het binnendringen van voedingsstoffen via het spijsverteringskanaal. Zo beïnvloeden enzymen uit de darmmicrobiota de binnenkomst van fenolische verbindingen.

Een studie uitgevoerd op de ginkgo-bladextracten in een muizenmodel toonde het belang aan van de darmmicrobiota op de biologische beschikbaarheid en absorptie uit het maagdarmkanaal van sommige bioactieve moleculen, vooral isorhamnetine [187]. In deze stap produceren enzymen van de darmmicrobiotaflavonoïdeaglyconen en een verscheidenheid aan ringsplijtingsproducten. Analyses van de volbloedmonsters gaven aan dat de opname van isorhamnetine werd verhoogd door antibacteriële behandeling, wat suggereert dat enzymen in de darmmicrobiota een negatief effect hebben op de farmacokinetiek van natuurlijke moleculen, zoals isorhamnetine.antibacterieelof probiotische consumptie kan de biologische beschikbaarheid van de glycosidevorm van isorhamnetine verhogen. Bovendien verschilden de in vitro biotransformatiesnelheden en verblijftijden van bioactieve moleculen tussen normale, diabetische en diabetische nefropathieratten [188].

Aan de andere kant regelen verschillende membraantransporters het transport van flavonoïden, zoals de natriumafhankelijke glucosetransporter 1 (SGLT1) en de multidrug-resistentie-geassocieerde eiwitten 2 en 3 (MRP2 en MRP3) [189]. In deze context reguleren MRP-transporters de transcellulaire en paracellulaire transportroutes van isorhamnetine [190]. Binnen cellen was het transport van isorhamnetine van de apicale naar de basale zijde 6,8-9.3-voudig hoger. In figuur 5 zijn de antidiabetische effecten van isorhamnetine samengevat.

7. Conclusies

Isorhamnetine is een fenolische verbinding van de familie van de flavonoïden, meer bepaald van de flavonolen. Oorspronkelijk is het een quercetinemolecuul, maar het heeft methylering ondergaan. Isorham-netin wordt in het plantenrijk gedistribueerd in veel wilde en cosmetische planten. Bovendien produceren verschillende medicinale planten dit molecuul en verschillende onderzoeken hebben het antidiabetische effect onder andere biologische activiteiten aangetoond. Al deze gegevens tonen dus de interesse van isorhamnetine in de therapeutische industrie. Vanuit dit perspectief zou het zeer interessant zijn om het effect van isorhamnetine en zijn derivaten, met name geïsoleerd uit natuurlijke hulpbronnen, op stofwisselingsstoornissen te onderzoeken. Het is ook noodzakelijk om de klinische onderzoeken die in dit verband zijn uitgevoerd met flavonoïde-rijke fracties en natuurlijke producten te benadrukken en te herzien om de impact van bijwerkingen veroorzaakt door synthetische en chemische geneesmiddelen te voorkomen.

Referenties

1. Gill, SS; Tuteja, N. Reactieve zuurstofsoorten en antioxidantmachines in abiotische stresstolerantie in gewassen. Planten Fysiol. Biochem. 2010, 48, 909-930. [CrossRef] [PubMed]

2. Corpas, FJ; Gupta, DK; Palma, JM Productielocaties van reactieve zuurstofsoorten (ROS) in organellen van plantencellen. In reactieve zuurstofsoorten en oxidatieve schade in planten onder stress; Springer: Berlijn/Heidelberg, Duitsland, 2015; blz. 1-22.

3. Falleh, H.; Oueslati, S.; Guyot, S.; Dali, AB; Magne, C.; Abdelly, C.; Kouri, R. LC/ESI-MS/MS karakterisering van procyanidinen en propelargonidinen die verantwoordelijk zijn voor de sterke antioxiderende activiteit van de eetbare halofyt Mesembryanthemum edule L. Food Chem. 2011, 127, 1732-1738. [Kruisref]

4. Trabelsi, N.; Oueslati, S.; Falleh, H.; Waffo-Téguo, P.; Papastamoulis, Y.; Mérillon, J.-M.; Abdelly, C.; Ksouri, R. Isolatie van krachtige antioxidanten van de medicinale halofyt Limoniastrum guyonianum. Voedsel 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. In vitro antiproliferatief effect van Arthrocnemum Indicum-extracten op Caco-2-kankercellen door celcycluscontrole en verwante fenol-LC-TOF-MS-identificatie. Evid.-gebaseerd complement. alternatief. Med. 2013, 2013, 529375. [CrossRef]

6. Karker, M.; De Tommasi, N.; Smaoui, A.; Abdelly, C.; Ksouri, R.; Braca, A. Nieuwe gesulfateerde flavonoïden van Tamarix Africana en biologische activiteiten van het polaire extract. Planta Med. 2016, 82, 1374-1380. [Kruisref]

7. Bourgou, S.; Rebey, IB; Mkadmini, K.; Isoda, H.; Kouri, R.; Kouri, WM LC-ESI-TOF-MS en GC-MS profilering van Artemisia kruiden en evaluatie van de bioactieve eigenschappen. Voedsel res. Int. 2017, 99, 702-712. [Kruisref]

8. Boulaaba, M.; Medini, F.; Hajlaoui, H.; Mkadmini, K.; Falleh, H.; Kouri, R.; Isoda, H.; Smaoui, A.; Abdelly, C. Biologische activiteiten en fytochemische analyse van fenolische extracten van Salsola kali L. Rol van endogene factoren bij de selectie van de beste plantenextracten. S. Afr. J. Bot. 2019, 123, 193-199. [Kruisref]

9. Najjar, H.; Abdelkarim, BA; Doria, E.; Boubakri, A.; Trabelsi, N.; Falleh, H.; Tlili, H.; Neffati, M. Fenolische samenstelling van sommige Tunesische geneeskrachtige planten geassocieerd met een antiproliferatief effect op MCF-7-cellen van menselijke borstkanker. EuroBiotechnol. J. 2020, 4, 104-112. [Kruisref]

10. Bourgou, S.; Bettaieb Rebey, I.; Ben Kaab, S.; Hammami, M.; Dakhlaoui, S.; Sawsen, S.; Msaada, K.; Isoda, H.; Ksouri, R.; Fauconnier, M.-L. Groen oplosmiddel ter vervanging van hexaan voor extractie van bioactieve lipiden uit zwarte komijn- en basilicumzaden. Voedingsmiddelen 2021, 10, 1493. [CrossRef]