3.4 Pemetaan metabolit diferensial terkait dengan jalur biosintesis feniletanoid (PhGs)

Sebelumnya, kami telah mengintegrasikan analisis transkriptomik dan metabolisme untuk mengeksplorasi jalur biosintetik PhG di batang sukulen C. deserticola.16 Untuk menemukan mekanisme molekuler yang mengarah pada perbedaan metabolisme antara perbungaan dan batang sukulen, kami merekonstruksi jalur biosintetik PhGs (Gbr. 4). Ini terutama berisi empat jalur KEGG: "biosintesis fenilpropanoid (Ko00940)", "biosintesis fenilalanin, tirosin dan triptofan (Ko00400)", "metabolisme tirosin (Ko00350)" dan "metabolisme fenilalanin (Ko00360)". Hasil pada Gambar. 4 menunjukkan bahwa kandungan relatif senyawa dalam jalur biosintesis PhG bervariasi dengan jaringan (perbungaan dan batang sukulen) dan ekotipe (tanah salin-alkali, padang rumput, dan tanah berpasir) C. deserticola. Dalam ekotipe padang rumput, kandungan relatif tirosin dan asam sinamat diatur ke atas dalam batang sukulen. Baik di tanah salin-alkali dan ekotipe padang rumput, kandungan relatif asam caffeic diatur ke atas dalam perbungaan. Analisis metabolisme mendeteksi tiga phenylethanoid glycosides (PhGs), yaitu isoacteoside, acteoside, dan 2′-acetylacteoside, dan kandungan relatifnya adalah yang tertinggi pada kelompok A2.

Menurut penelitian yang relevan, cistanche adalah ramuan umum yang dikenal sebagai "ramuan ajaib yang memperpanjang hidup". Komponen utamanya adalah cistanoside, yang memiliki berbagai efek seperti antioksidan, anti-inflamasi, dan peningkatan fungsi kekebalan tubuh. Mekanisme antara cistanche dan pemutihan kulit terletak pada efek antioksidan glikosida cistanche. Melanin pada kulit manusia dihasilkan dari oksidasi tirosin yang dikatalisis oleh tirosinase, dan reaksi oksidasi tersebut membutuhkan partisipasi oksigen, sehingga radikal bebas oksigen dalam tubuh menjadi faktor penting yang mempengaruhi produksi melanin. Cistanche mengandung cistanoside yang merupakan antioksidan dan dapat mengurangi pembentukan radikal bebas dalam tubuh, sehingga menghambat produksi melanin.

Klik Suplemen Cistanche Tubulosa untuk Memutihkan

【Untuk info lebih lanjut: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Selain itu, cistanche juga berfungsi untuk meningkatkan produksi kolagen yang dapat meningkatkan elastisitas dan kilau kulit serta membantu memperbaiki sel-sel kulit yang rusak. Cistanche Phenylethanol Glycosides memiliki efek pengaturan ke bawah yang signifikan pada aktivitas tirosinase, dan efek pada tirosinase terbukti menjadi penghambat kompetitif dan reversibel, yang dapat memberikan dasar ilmiah untuk mengembangkan dan memanfaatkan bahan pemutih di Cistanche. Oleh karena itu, cistanche memiliki peran kunci dalam memutihkan kulit. Dapat menghambat produksi melanin untuk mengurangi perubahan warna dan kusam; dan meningkatkan produksi kolagen untuk meningkatkan elastisitas dan cahaya kulit. Karena efek cistanche ini sudah dikenal luas, banyak produk pemutih kulit yang mulai menginfus bahan herbal seperti Cistanche untuk memenuhi permintaan konsumen, sehingga meningkatkan nilai komersial Cistanche pada produk pemutih kulit. Singkatnya, peran cistanche dalam pemutihan kulit sangat penting. Efek antioksidan dan efek penghasil kolagennya dapat mengurangi perubahan warna dan kusam, meningkatkan elastisitas dan kilau kulit, sehingga mencapai efek pemutihan. Selain itu, aplikasi Cistanche yang luas dalam produk pemutih kulit menunjukkan bahwa perannya dalam nilai komersial tidak dapat diremehkan.

3.5 Analisis docking molekul komponen aktif utama C. deserticola

45 target penyakit terkait yang dikumpulkan secara molekuler digabungkan dengan 127 senyawa C. deserticola. Berdasarkan hasil perbandingan literatur dan molekuler docking, 15 mark dan 88 senyawa akhirnya disaring (Tabel S2 dan S3). Tabel S2 menunjukkan informasi tentang target, penyakit, dan prediksi gen. Untuk lebih memahami hubungan komprehensif antara senyawa terpilih, gen prediksi terpilih, dan penyakit, analisis jaringan komprehensif dilakukan menggunakan Cytoscape versi 3.7.0 (Gbr. 5a). Jaringan rumit terbentuk di antara senyawa terpilih dan target potensial mereka mengenai osteoporosis, penyakit pembuluh darah, aterosklerosis, cedera miokard, penyakit Alzheimer, Parkinson, takikardia ventrikel, dan kanker rektal. Tingkat jaringan pada interaksi senyawa-target digambarkan pada Tabel S2, yang menunjukkan bahwa prediksi gen CTSK dan FDPS terkait dengan osteoporosis, dan gen target ACE tentang penyakit vaskular memiliki nilai derajat yang lebih tinggi, menunjukkan bahwa lebih banyak senyawa dalam C .deserticola dapat bekerja pada gen target ini.

Interaksi antara 12 gen dianalisis dan divisualisasikan menggunakan database STRING. Jaringan interaksi protein-protein (PPI) (Gbr. 5b) dibangun di bawah "kepercayaan sedang (0.4 secara default)". Menggunakan database DAVID, 14 jalur KEGG dari 12 gen yang diprediksi divisualisasikan pada Gambar. 5c. Jalur KEGG yang diperkaya oleh gen ini terutama meliputi sinaps serotonergik, hepatitis B, proteoglikan pada kanker, dan karsinogenesis virus. Daftar 12 gen prediksi yang disaring diunggah ke database DAVID untuk analisis pengayaan GO (Gbr. 5d). Target terlibat dalam banyak proses biologis (BP) termasuk "aktivasi trombosit", "regulasi positif proses apoptosis neuron", dan "pengembangan hippocampus". "Sitosol", "nukleoplasma", dan "mitokondria" menempati peringkat tertinggi dalam kategori komponen seluler (CC). Pada saat yang sama "aktivitas kinase", "aktivitas protein kinase", dan "aktivitas protein serin/treonin kinase" adalah fungsi molekuler utama (MF) yang terlibat.

Tabel S3 menunjukkan hasil penambatan molekuler dari komponen efektif batang sukulen C. deserticola dan target penyakit. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4, 2′-acetylacteoside, acteoside dan isoacteoside dalam PhGs C. deserticola merespons tekanan garam-alkali. Gambar 6a dan S4a mendemonstrasikan gambaran rinci tentang docking molekuler dari ketiga senyawa ini dengan target skor tinggi. 2′-Acetylacteoside memiliki docking yang sangat baik dengan target yang terkait dengan aterosklerosis (3TL5) dan penyakit vaskular (4BZR). Isoacteoside memiliki skor docking yang tinggi dengan target terkait osteoporosis (4X6H) dan penyakit vaskular (4BZR). Acteoside memiliki docking yang lebih baik dengan target terkait penyakit vaskular (4BZR) dan takikardia ventrikel (4GQS). Gambar 6b ​​dan S4b menunjukkan hasil docking molekuler antara empat flavonoid yang terdeteksi hanya pada perbungaan dan target peradangan yang dipilih. Tabel S4 menunjukkan bahwa chrysoeriol dan cynaroside memiliki skor lebih tinggi dengan 2 target.

4. Diskusi

Studi kami menunjukkan perbungaan C. deserticola tidak hanya mengandung bahan aktif utama PhG tetapi juga mengandung sejumlah besar flavonoid. Secara khusus, kandungan relatif flavonoid jauh lebih tinggi daripada batang sukulen. Flavonoid, karena sifat antioksidan, anti-kanker, sifat anti-inflamasi dan anti-mutageniknya, dan kemampuannya untuk mengatur fungsi enzim sel kunci, sekarang dianggap sebagai bahan penting dalam berbagai aplikasi makanan kesehatan, obat-obatan, obat-obatan, dan kosmetik. .32 Flavonol adalah kelas flavonoid dengan kerangka 3-hidroksi flavonoid (nama IUPAC: 3-hidroksi-2-fenilkrom-4-satu). Keragamannya berasal dari posisi yang berbeda dari gugus fenol-OH.33 Tautomerisme flavonol menyebabkan fluoresensi ganda (karena transfer proton intramolekuler keadaan tereksitasi atau ESIPT), yang dapat meningkatkan perlindungan UV pada tanaman.34 Oleh karena itu, kami merekomendasikan penggunaan kembali perbungaan C. deserticola kaya akan flavonoid daripada membuangnya.

Menariknya, kami menemukan bahwa sebagian besar metabolit diferensial yang terkait dengan stres salin-alkali pada tiga ekotipe C. deserticola juga merupakan flavonoid. Penelitian kami sebelumnya16 menemukan bahwa kandungan relatif phenylethanoid glycosides (PhGs) pada batang sukulen C. deserticola (tanah salin-alkali) lebih tinggi daripada dua ekotipe lainnya. Salinitas dapat menyebabkan berbagai efek buruk pada tanaman, dan salah satu konsekuensi yang tak terhindarkan adalah produksi spesies oksigen reaktif (ROS) yang berlebihan. Fini dkk. percaya bahwa flavonoid merupakan bagian penting dari sistem pemulungan ROS sekunder.35 Xu-mei Jia et al. berspekulasi bahwa pensinyalan sukrosa mengatur homeostasis ROS dengan menginduksi jalur biosintesis fenilpropana dan sintesis flavonoid.36 Wang et al. percaya bahwa karena flavonoid dapat menghilangkan zat respon stres yang berbahaya (termasuk radikal bebas, molekul oksigen singlet, dan peroksida), mereka dapat meningkatkan toleransi tanaman terhadap cekaman abiotik dan biotik.37 Zhang et al. menggunakan analisis transkriptom untuk mengungkap respons molekuler daun Cynanchum auriculatum terhadap stres garam. Mereka menemukan bahwa jalur biosintesis flavonoid dan fenilpropanoid diaktifkan. Dalam jalur ini, isomer asam trans-cinnamic 4-monooxygenase (C4H) dan chalcone berhubungan langsung dengan sintesis flavonoid, di mana tingkat ekspresinya diatur ke atas. Hasil ini menunjukkan bahwa lebih banyak flavonoid yang disintesis, yang dapat berkontribusi pada kapasitas antioksidan total sebagai respons terhadap cekaman air asin C. auriculatum. Begitu pula dengan Walia et al. melaporkan bahwa sejumlah besar gen dalam jalur biosintesis flavonoid diatur ke atas di bawah tekanan garam, yang memainkan peran protektif penting dalam melawan tekanan garam.38 Singkatnya, kami percaya bahwa tekanan salin-alkali mendorong akumulasi flavonoid di kedua batang dan perbungaan C. deserticola. Kami sangat menganggap tanah salin sebagai jenis tanah terbaik untuk budidaya C. deserticola.

Di satu sisi, kami memperoleh flavonoid unik dalam perbungaan dengan menganalisis hasil metabolisme. Mempertimbangkan peran flavonoid dalam anti-inflamasi, kami melakukan analisis docking molekuler dari lima senyawa ini dengan target terkait peradangan, untuk memandu pengembangan sumber daya perbungaan non-obat. Di sisi lain, kami melakukan docking molekuler komponen aktif batang sukulen C. deserticola untuk menutupi celah dalam hal ini. Ini memberikan beberapa arahan untuk mekanisme terapeutik dari bahan aktif C. deserticola untuk pengobatan penyakit penuaan. Zhang dkk. menemukan bahwa ekstrak C. deserticola memiliki potensi aktivitas anti-osteoporosis, dan efek ini setidaknya sebagian terlibat dalam transduksi sinyal NF-κB dan PI3K/AKT yang dimediasi oleh RANKL/RANK/TRAF6 dan regulasi level c-Fos dan NFAT2.39 data yang diterbitkan membuktikan bahwa beberapa senyawa terisolasi dari C. deserticola, termasuk echinacoside, acteoside, dan cistanoside A, juga dilaporkan memproses aktivitas anti-osteoporosis.40–42 Senyawa yang terkait dengan target terkait aterosklerosis meliputi 2′-acetylacteoside, acteoside, echinacoside, daucosterol, isoacteoside, cistanoside A, arena inside, cistanosinenside A, dll. Meskipun lebih banyak validasi biologis diperlukan untuk lebih memvalidasi hasil saat ini, pekerjaan ini dapat memberikan peluang pengobatan baru untuk penyakit penuaan seperti osteoporosis, aterosklerosis, dll., dan dapat membuka cara baru untuk penemuan kombinasi obat dari produk alami C. deserticola.

Kesimpulannya, penelitian ini adalah yang pertama mengungkap karakteristik variasi metabolisme antara perbungaan dan batang sukulen dari tiga ekotipe C. deserticola. Selain itu, docking molekul diterapkan untuk menyaring target terapi potensial dan senyawa C. deserticola. Didapatkan kesimpulan sebagai berikut: (1) jumlah metabolit pada perbungaan lebih banyak dibandingkan pada batang sukulen, dan sebagian besar metabolit yang hanya terdeteksi pada perbungaan adalah flavonoid, yang dapat digunakan sebagai bahan pengembangan tanaman sukulen. sumber obat baru. (2) Isorhamnetin O-hexoside dan rosinidin O-hexoside dapat digunakan sebagai penanda kimia untuk membedakan sukulen batang dan perbungaan pada ketiga ekotipe. (3) Stres salin-alkali menyebabkan akumulasi besar flavonoid di C. deserticola. Kami menyarankan bahwa tanah salin-alkali adalah pilihan yang baik untuk membudidayakan C. deserticola. (4) Bahan aktif C. deserticola memiliki efek terapeutik potensial yang baik pada penyakit penuaan seperti osteoporosis dan penyakit pembuluh darah dan aterosklerosis. Sementara itu, flavonoid unik dalam perbungaan C. deserticola memiliki skor docking yang tinggi dengan target anti-inflamasi, yang memberikan arah baru untuk pengembangan dan pemanfaatan perbungaan. Penelitian ini telah meletakkan landasan teoritis untuk budidaya buatan dan pengembangan sumber daya C. deserticola yang efektif. Studi kami memberikan metode baru dan panduan teoretis untuk pengembangan dan pemanfaatan sumber daya baru tanaman obat dan penemuan mekanisme terapi potensial dari produk alami.

Pendanaan

Karya ini didukung oleh National Science Science Foundation of China (81473315 dan U1812403-1), National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Program of China (2018FY100701), Open Research Fund of Chengdu University of Traditional Chinese Medicine Key Laboratorium Riset Sistematis Sumber Daya Pengobatan Tiongkok Khas di Tiongkok Barat Daya (003109034001) dan Yayasan Ilmiah Alami Beijing (7202135), yang kami ucapkan terima kasih.

Kontribusi penulis

Semua penulis berkontribusi pada revisi manuskrip, dan membaca serta menyetujui versi yang dikirimkan. XS, LF-H, dan YZ menyumbangkan konsepsi dan desain penelitian; XS, PJ, dan BA mengumpulkan sampel; XS dan YZ mengatur database; XS melakukan analisis statistik; XS dan LF-H menulis draf pertama naskah; LF-H, YZ, JP, dan AB menulis bagian naskah.

Konflik kepentingan

Para penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan.

Terima kasih

Kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Xiang Zhang dari Institut Pengembangan Tanaman Obat, Akademi Ilmu Kedokteran Tiongkok, Perguruan Tinggi Kedokteran Persatuan Peking, atas pedoman untuk docking molekuler.

Referensi

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

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

3 L.Gu, W.-T. Xiong, C.Wang, H.-X. Sun, G.-F. Li dan X. Liu, Asian J. Androl., 2013, 15, 838.

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

5 C. Gu, X. Yang dan L. Huang, Depan. Pharmacol., 2016, 7, 289.

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

7 XJ Qin, W.Ni, CX Chen dan HY Liu, Nat. Melecut. Bioprospek., 2018, 8, 265–278.

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

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

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

11 E. Gemperline, C. Keller dan L. Li, Anal. Kimia, 2016, 88, 3422–3434.

12 B. Worley dan R. Powers, Curr. Metabolomik, 2013, 1, 92–107.

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

16 X. Sun, L. Li, J. Pei, C. Liu dan L.-F. Huang, Tanaman 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 dan J. Li, J. Pharm. Bioma. Anal., 2019, 162, 16–27.

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

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

20 X. Zhang, D. Wang, X. Ren, AG Atanasov, R. Zeng dan L. Huang, Curr. Protein Pept. Sci., 2019, 20, 964–975.

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

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

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

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

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

27 J. Stamos, MX Sliwkowski dan C. Eigenbrot, J. Biol. Kimia, 2002, 277, 46265–46272.

28 PA Harris, M. Cheung, RN Hunter, 3rd, ML Brown, JM Veal, RT Nolte, L. Wang, W. Liu, RM Crosby, JH Johnson, AH Epperly, R. Kumar, DK Luttrell and JA Stafford, J .Med. Kimia, 2005, 48, 1610–1619.

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

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

32 A. Panche, A. Diwan dan S. Chandra, J. Nutr. Sci., 2016, 5, e47. 33 JB Harborne dan CA Williams, The flavonoids, Springer, 1975, hlm. 376–441.

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

35 A. Fini, C. Brunetti, M. Di Ferdinando, F. Ferrini and 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 dan YX Wang, Hortic. Res., 2019, 6, 91.

37 F. Wang, W. Kong, G. Wong, L. Fu, R. Peng, Z. Li and Q. Yao, Mol. Genet. Genomics, 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 and 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 dan Y. Jiang, Depan. Pharmacol., 2019, 10, 1412.

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

41 S.-Y. Daun bawang. Lee, SH Yi, S.-H. Kook dan J.-C. Lee, PLoS One, 2013, 8, e80873.

42 X. Xu, Z. Zhang, W. Wang, H. Yao dan X. Ma, Molekul, 2017, 22, 197.

【Untuk info lebih lanjut: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】