Bagian1: Pengaruh Isorhamnetin Pada Diabetes Dan Komplikasi Terkaitnya: Tinjauan Studi In Vitro Dan In Vivo Dan Analisis Transkriptom Post Hoc Jalur Molekul Terlibat

Untuk informasi lebih lanjut. kontak{0}}

Abstrak: Diabetesmellitus, khususnya tipe 2 (DMT2), merupakan masalah kesehatan masyarakat yang utama secara global. DM ditandai dengan tingginya kadar glikemia dan insulinemia akibat gangguan sekresi insulin dan sensitivitas insulin sel, yang dikenal dengan resistensi insulin. T2DM menyebabkan komplikasi multipel dan berat seperti nefropati, neuropati, dan retinopati yang menyebabkan kerusakan oksidatif sel di berbagai jaringan internal, terutama pankreas, jantung, jaringan adiposa, hati, dan ginjal. Ekstrak tumbuhan dan fitokimia bioaktifnya menarik minat sebagai alternatif terapi dan pencegahan baru untuk DMT2 dan komplikasi terkaitnya. Dalam hal ini, isorhamnetin, tanamanflavonoida, telah lama dipelajari untuk potensi efek anti-diabetes. Ulasan ini menjelaskan dampaknya pada pengurangan gangguan terkait diabetes dengan menurunkan kadar glukosa, memperbaiki status oksidatif, mengurangi peradangan, dan memodulasi metabolisme lipid dan diferensiasi adiposit dengan mengatur jalur pensinyalan yang terlibat yang dilaporkan dalam studi in vitro dan in vivo. Selain itu, kami menyertakan analisis transkriptom seluruh genom post hoc dari aktivitas biologis isorhamnetin menggunakan alat berbasis sel punca.

Kata kunci: isorhamnetin; kuersetin; aktivitas biologis; diabetes; jalur molekuler; mikroarray

Klik di sini untuk mempelajari lebih banyak kontak

1. Perkenalan

Tumbuhan telah digunakan sebagai obat tradisional di hampir semua benua di dunia sejak zaman dahulu. Penelitian ilmiah tentang alasan penggunaan obat mereka telah mengarah pada eksplorasi molekul bioaktif. Tanaman ekstrofil yang tumbuh dalam kondisi lingkungan yang ekstrim dianggap sebagai sumber potensial yang baik dari molekul bioaktif yang menarik. Faktanya, kendala lingkungan ini adalah asal dari metabolisme oksigen disfungsional, yang mengarah pada stres oksidatif dengan meningkatkan spesies oksigen reaktif (ROS) [1,2]. Beberapa tanaman, seperti halofit, memiliki efek yang kuatantioksidansistem untuk menghilangkan senyawa berbahaya ini. Di antara molekul bioaktif yang menarik, ada senyawa fenolik. Beberapa penelitian telah menilai tanaman kaya polifenol dengan atau tanpa kondisi terbatas di laboratorium [3-10]. Beberapa efek biologis dikaitkan dengan ekstrak yang kaya polifenol, seperti aktivitas anti-inflamasi dan antikanker [11-13]. Studi lain menunjukkan antioksidan, antimikroba [8,14-16] serta anti-obesitas, anti-diabetes dan anti-hepatik steatosis [17-19] efek isorhamnetin. Di antara polifenol ini,flavonoiddibedakan. Kelompok ini mencakup beberapa subkelompok, seperti flavonol. Isorhamnetin merupakan salah satu senyawa utama flavonol. Isorhamnetin adalah flavon monometoksi atau flavonol O-metilasi dari kelas flavonoid. Diakuersetindi mana gugus metoksi menggantikan gugus hidroksi pada posisi 3'. Beberapa turunan isorhamnetin terdapat di alam, seperti isorhamnetin 3-O- -d-glucopyranoside, isorhamnetin 3-O-neohesperidoside, dan isorhamnetin 3-O-rutinoside dari Calendula officinalis L [20]. Isorhamnetin menyajikan sifat biologis yang signifikan seperti antioksidan [21], antikanker [22], antimikroba [23], antivirus [24], efek anti-inflamasi dan anti-diabetes [21,25-33].

Dalam ulasan ini, fokus pertama adalah pada asal, struktur kimia, isolasi, dan metode ekstraksi, serta aspek fitokimia isorhamnetin. Kemudian, di bagian kedua, kami fokus untuk menggambarkan potensi efek anti-diabetes dari flavonol ini melalui pengurangan gangguan terkait diabetes dengan menurunkan kadar glukosa, memperbaiki status oksidatif, mengurangi peradangan, dan memodulasi metabolisme lipid dan diferensiasi adiposit. Akhirnya, kami melakukan analisis sekunder dari data microarray seluruh genom yang diterbitkan sebelumnya untuk mengeksplorasi bioaktivitas isorhamnetin terkait diabetes dalam alat berbasis sel punca. Kami juga bertujuan untuk menyoroti efek molekul ini pada regulasi jalur pensinyalan yang terlibat dengan melaporkan studi in vitro dan in vivo yang digunakan dalam bidang penelitian ini. Dalam ulasan ini, kami memaparkan karakteristik aktivitas anti-diabetes isorhamnetin dibandingkan dengankuersetinyang dianggap sebagai metabolit isorhamnetin dan referensi penting dalam pengobatan alami diabetes.

2. Gambaran Umum Molekul Bioaktif Dalam Polifenol dan Flavonoid Tertentu

2.1. Stres Oksidatif sebagai Asal Molekul Bioaktif pada Tumbuhan

Beberapa tanaman dapat mengalami berbagai kondisi lingkungan (salinitas, kekeringan, sinar UV, logam berat, suhu ekstrim, kekurangan nutrisi, polusi udara, dan serangan patogen). Kendala ini adalah asal dari disfungsi metabolisme oksigen, yang menghasilkan stres oksidatif dengan meningkatkan spesies oksigen reaktif (ROS). Molekul oksigen (O2) memainkan peran penting dalam organisme fotosintesis. Awalnya, pada tumbuhan tingkat tinggi dan alga, pertukaran gas yang melibatkan elektron terjadi di kloroplas dengan menangkap karbon dioksida di siang hari dan menghasilkan oksigen. Pertukaran gas ini melibatkan elektron. Memang, dalam kasus kendala lingkungan yang parah, sebagian besar oksigen tidak berkurang dan dengan demikian dapat menghasilkan ROS di beberapa organel dari sel tanaman [1,2] karena ketidakseimbangan dalam berfungsinya kloroplas dan transfer elektron [1,2] 1]. Selain itu, di bawah batasan lingkungan yang disebutkan di atas, banyak ROS diproduksi, seperti radikal hidroksil (OH), radikal anion superoksida (O,-), radikal alkoxyl dan peroksil (RO: dan RO2, masing-masing), hidrogen peroksida (H2O2, ), radikal hipoklorit (-OCl), oksigen tunggal (O2), radikal oksida nitrat (NO) dan peroksida lipid lainnya (seperti malondialdehid dan 4-hidroksinonenal)[2,34,35]. Kadang-kadang, ROS mungkin memiliki peran dalam pensinyalan sel dalam perilaku fisiologis tanaman, misalnya dalam proses pertumbuhan dan perkembangan benih, perkembangan jaringan, dan transisi dari proliferasi seluler ke pemanjangan sel selama tahap awal diferensiasi [36] . Pada tingkat yang tinggi, molekul-molekul ini menyebabkan kerusakan molekuler seperti peroksidasi lipid pada membran, perubahan protein dan DNA, dan kematian sel [1,35,37]. Beberapa tanaman, seperti halofit, memiliki kapasitas untuk beradaptasi dengan baik pada kondisi ini melalui sistem antioksidan yang kuat. Halophytes diketahui sebagai sumber metabolit sekunder seperti polifenol [3-10]. Para penulis ini menunjukkan bahwa dalam kondisi yang parah, polifenol disintesis untuk memainkan peran penting dalam melindungi terhadap kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh stres. Biosintesis, kandungan, dan aktivitas senyawa fenolik ini merupakan fungsi dari beberapa parameter ekstrinsik (cahaya, suhu, salinitas, dan kekeringan) dan intrinsik (genotipe, organ, dan tahap perkembangan) yang mempengaruhi kandungan dan distribusinya pada tanaman. 8,38,39]. Sebagai contoh, pada Pyracantha coccinea, beberapa flavonoid seperti flavanon, flavon, dan flavonol terdapat di pucuk selama fase vegetatif dan di akar secara eksklusif selama fase reproduktif. Di sisi lain, beberapa penulis telah menunjukkan bahwa senyawa fenolik ini memiliki sifat biologis lain seperti aktivitas anti-inflamasi dan antikanker [11-13]. Studi lain menunjukkan antioksidan, antimikroba [8,14-16] serta anti-diabetes [18,41,42] efek ekstrak fenolik.

2.2. Klasifikasi Antioksidan Alami

Sistem antioksidan dapat diklasifikasikan menurut sifat komponennya menjadi senyawa enzimatik atau non enzimatik. Yang pertama termasuk superoksida dismutase (SOD), katalase (CAT), askorbat peroksidase, dan glutathione reduktase [1,3542-44]. Gen yang berkaitan dengan enzim ini mengungkapkan pentingnya mereka selama kerusakan fisiologis pascapanen akar penyimpanan dan dalam menanggapi stres osmotik dan asam absisat serta infeksi Xanthomonas axonopodis [44]. Kelompok kedua terutama mengandung senyawa fenolik, karotenoid, vitamin, dan osmolit [1]. Senyawa fenol dicirikan oleh adanya satu atau lebih cincin benzena dan berbeda dalam kompleksitas molekul basa, jumlah dan lokasi hidroksil, dan derajat polimerisasi. Senyawa ini merupakan metabolit sekunder yang terbagi dalam tiga kelompok besar: asam fenolik (turunan dari asam benzoat dan asam sinamat), flavonoid (flavonol, flavonol, flavanon, flavon, antosianin), dan tanin (tanin terhidrolisis dan proanthocyanidins). Selain molekul-molekul ini, stilben, lignan, dan kumarin juga dibedakan [45].

2.3. Asal dan Struktur Biokimia Flavonoid, Khususnya, Isorhamnetin

Senyawa fenolik merupakan metabolit sekunder yang banyak terdapat pada tumbuhan. Senyawa ini memiliki cincin aromatik dengan satu atau lebih gugus hidroksil (OH) dan mengandung molekul mulai dari asam fenolik sederhana hingga senyawa terpolimerisasi seperti tanin. Sintesis senyawa fenolik merupakan proses kompleks yang melalui beberapa tahapan. Senyawa fenolik adalah molekul bioaktif dengan dua jalur asal: di satu sisi asam sikimat dan di sisi lain, molekul fenilpropanoid. Biosintesis flavonoid seperti isorhamnetin didasarkan pada jalur ini. Faktanya, di satu sisi, shikimate memberikan kerangka dasar polifenol yang memiliki satu atau lebih cincin benzena (C6) yang membawa satu atau lebih fungsi hidroksil. Di sisi lain, ada sintesis basa C6-C3 yang dibentuk oleh kondensasi fenilalanin menjadi asam sinamat (Gambar 1)[46].

Lebih tepatnya, asam shikimat berada di dasar beberapa reaksi, mewakili kerangka asam amino aromatik, yang merupakan inisiator senyawa fenolik. Langkah pertama terdiri dari kombinasi dua molekul: fosfoenolpiruvat dan eritrosa 4-fosfat, yang setelah empat reaksi, mengarah pada pembentukan kerangka pertama fenolat: shikimate atau asam shikimat (CHoOs). Ini kemudian menyajikan cincin pertama, yang mencirikan fenolat dengan dua gugus hidroksil. Shikimate mengalami enam reaksi yang berakhir pada asam amino pertama: fenilalanin. Berkat dua enzim kunci, fenilalanin amonia-liase (PAL) dan sinamat-4-hidroksilase(C4H), fenilalanin berturut-turut membentuk sinamat dan p-kumarat.Pada langkah ini, tingkat aktivitas PAL secara kuantitatif dapat mengatur akumulasi senyawa fenolik. Molekul p-kumarat adalah asal dari turunan kumarin. Jalur untuk sintesis molekul fenilpropanoid ditandai dengan adanya enzim kunci yang disebut 4-coumarate CoA ligase (4CL), yang mengkatalisis adanya fungsi tiol dari koenzim A(CoA) p-coumaric asam menjadi 4-coumaroyl CoA(C30Ha2N-O18P, S). Cincin A aromatik pada flavonoid terbentuk dari kondensasi tiga molekul malonil-KoA (-C6).

Selanjutnya, 4-coumaroyl CoA menghasilkan naringenin chalcone, menjelaskan hubungan antara cincin B aromatik dan chalcone 3C(C6-C3-). Kalkon adalah elemen kunci dalam topik ini karena merupakan prekursor semua flavonoid berdasarkan kerangka lima belas karbon yang terdiri dari dua cincin benzena. Setelah itu, kalkon diubah menjadi naringenin (juga disebut flavanon atau trihidroksi flavon) oleh aksi kalkon isomerase (CHI). Di satu sisi, flavon seperti apigenin, acacetin, chrysin, atau luteolin disintesis dari naringenin dengan adanya flavon sintase (FNS). Di sisi lain, senyawa flavonol dan asam suksinat yang berbeda dihasilkan dari naringenin dengan adanya dua enzim; flavanon 3-dioksigenase (F3D) dan flavonol sintase (FS). Selain turunan flavonol, juga dihasilkan senyawa lain seperti kaempferol, myricetin, dan quercetin. Dengan transfer gugus metil dari S-adenosil-L-metionin, isorhamnetin diproduksi dengan adanya flavon 3'-O-metiltransferase (FMT)[47,48]. Kemudian, isorhamnetin adalah flavon monometoksi atau flavonol termetilasi-O dari golongan flavonoid. Ini adalah quercetin (prekursor) di mana gugus hidroksi pada posisi 3' digantikan oleh gugus metoksi. Beberapa turunan isorhamnetin terdapat di alam, seperti isorhamnetin 3-O- -d-glucopyranoside, isorhamnetin 3-O-neohesperidoside, dan isorhamnetin 3-O-rutinoside dari Calendula officinalis L .[20].

Faktanya, flavonoid dianggap sebagai salah satu kelompok terpenting dari keluarga polifenol. Mereka memiliki struktur berdasarkan jenis difenil propana dengan dua cincin benzena (cincin A dan B, lihat Gambar 2) dihubungkan oleh rantai tiga karbon yang membentuk cincin piran tertutup (cincin C). Oleh karena itu, strukturnya disebut sebagai C6-C3-C6. Posisi O-glikosilasi adalah C7 pada flavon, isoflavon, flavanon, dan flavonol, dan C3 pada flavonol dan antosianidin. Posisi C-glikosilasi adalah C6 dan C8 dalam flavon [49]. Selain itu, pentingnya peran antioksidan senyawa fenolik terkait dengan derajat hidroksilasi molekul. Flavonoid termasuk isoflavon, flavon, flavanon, dan glikosida dan flavonolnya sebagai isorhamnetin, yang juga disebut 3'-metoksi quercetin dan 3-metil quercetin [50]. Pada tumbuhan, suatu enzim, glikosiltransferase yang bergantung pada UDP, bertanggung jawab atas bentuk glikosida dari isorhamnetin (isorhamnetin 3-O-glukosida). Enzim ini menggunakan gula nukleotida difosfat, biasanya gula uridin difosfat (UDP), untuk mentransfer gugus metil ke siklus dan mengaitkan fungsi glikosida dengan isorhamnetin [51].

2.4.Isolasi dan Analisis Ilsorhamnetin Berasal dari Tumbuhan Obat

Distribusi isorhamnetin pada tanaman obat sangat luas dan metode ekstraksi serta analisisnya bervariasi. Turunan isorhamnetin sangat diinginkan. Gugus hidroksil dan metil membantu dalam karakterisasi mereka. Beberapa metode yang digunakan untuk mengekstrak isorhamnetin, di antaranya berdasarkan fraksinasi, menggunakan pendekatan kemometrik, enzim, dan ekstraksi cairan superkritis (SFE-CO2). Pertama, fraksinasi dapat digunakan untuk menyederhanakan ekstraksi dengan menghilangkan semua minyak dan pigmen lipofilik dari sampel yang mengandung lipid. Sampel yang dihilangkan lemaknya juga disonikasi sebelum maserasi dalam campuran metanol dan air. Kromatografi kemudian dapat digunakan untuk analisis senyawa fenolik, terutama flavonoid [49]. Untuk senyawa terakhir ini, LC-MS digunakan dan ionisasi elektrospray (ESI) dan ionisasi kimia tekanan atmosfer sering diterapkan, dan sensitivitas terbaik untuk flavonoid umumnya dicapai dalam mode ion negatif [49]. Misalnya, fitokimia fraksi tanaman Calligonum Azel Maire, yang dikumpulkan dari gurun Tunisia, telah dinilai dan kromatografi cair kinerja sangat tinggi yang digabungkan dengan waktu empat kali lipat spektrometri massa penerbangan UHPLC-ESI-QTOF digunakan untuk mengidentifikasi fenolik di antaranya flavon dan flavanol, yang merupakan senyawa fenolik yang paling banyak diidentifikasi [52]. Lebih khusus lagi, keberadaan isorhamnetin glukosida dan isorhamnetin glukosil-rhamnosida dikonfirmasi sebagai senyawa utama dalam daun edible halophyte Mesembryanthemum edule menggunakan teknologi LC/ESI-MS/MS [3]. Pekerjaan ini diikuti oleh orang lain yang telah menggunakan LC-ESI-TOF-MS untuk mengkarakterisasi banyak polifenol; Di antara mereka, flavonoid diidentifikasi dari bagian udara dari tahap berbunga penuh halofit seperti Arthrocnemum indicum [5], Tamarix gallica [16], Glaucium flavum [13], dan Salsola kali [8]. Mirip dengan karya-karya terakhir, LC-ESI-TOF-MS dan GC-MS profiling herbal Artemisia dilakukan untuk mengidentifikasi fenolat, seperti flavon, flavonol, dan alkaloid flavonoid [7]. Pekerjaan lain dilakukan pada Pancratium maritimum dan analisis dengan HPLC-DAD-ESI/MS mengungkapkan adanya flavonoid termasuk flavonol sebagai isorhamnetin dengan konjugat pentoksida dan heksosidanya seperti isorhamnetin di-hexoside [53].

Sebagai senyawa tidak berlemak, flavonol dapat diisolasi dengan heksana. Kemudian, pelarut polar seperti etanol dapat digunakan. Sebuah studi tentang Limoniastrum guyonianum menggunakan HPLC menunjukkan adanya banyak fenolat, di antaranya isorhamnetin-3-O-rutinoside [54].

Jauh dari ekstrak fenolik, senyawa fenolik juga ditemukan dalam minyak seperti minyak zaitun [55]. Senyawa ini memiliki kemampuan untuk melindungi minyak terhadap oksidasi dan meningkatkan nilai gizi minyak. Isorhamnetin, sebagai senyawa fenolik, juga telah terdeteksi dalam ekstrak minyak dari biji jintan hitam Tunisia (Nigella sativa L.) yang diperoleh dengan pelarut hijau seperti 2-metil tetrahidrofuran (MeTHF) sebagai alternatif minyak bumi atau heksana pelarut berbasis minyak untuk mengekstrak senyawa fenolik yang diperkaya minyak [10]. Kehadiran isorhamnetin telah disetujui oleh analisis HPLC. Analisis menggunakan Kromatografi Cair dengan Diode Array Detector (LC-DAD) mengungkapkan jumlah isorhamnetin yang tinggi berkisar antara 6,3 dan 6,6（ug/g minyak） setelah ekstraksi minyak dari jintan hitam oleh MeTHF dan heksana, masing-masing. Selain itu, menggunakan resonansi magnetik nuklir H (HNMR) dan resonansi magnetik nuklir C (CNMR), beberapa glikosida flavonol seperti kaempferol-3-O-rutinoside (nicotiflorin) dan isorhamnetin-3-O-rutinoside (narsisme) dicirikan dari bagian udara Peucedanum aucheri Boiss yang dikumpulkan di kota Marivan, provinsi Kurdistan, Iran [56]. Metode NMR mendeteksi sifat bahwa inti atom tertentu dari senyawa berinteraksi dengan medan magnet. Sifat ini, yaitu menghasilkan resonansi magnetik pada frekuensi tertentu, memberikan informasi tentang struktur molekul. Kedua, model matematika dipilih untuk mengevaluasi efisiensi ekstraksi flavonol, terutama untuk memahami cara terbaik untuk mendapatkan isorhamnetin-3-O-rutinoside [20]. Analisis faktorial multivariat dilakukan dengan menggunakan bunga Calendula officinalis. Model linier, kuadrat, kubik penuh, dan kubik khusus dianalisis. Kubus penuh terakhir adalah yang paling tepat, memungkinkan efisiensi yang lebih besar dalam ekstraksi isorhamnetin-3-O-rutinosida sebesar 60 persen . Untuk penelitian ini, enzim, Rapides Maxi Fruit dan Viscozyme digunakan di bawah beberapa faktor penting yang mempengaruhi aktivitas enzim di bawah kondisi CO2 superkritis seperti tekanan, suhu, pH, waktu, dan larutan etanol berair. Akhirnya, metode ekstraksi cairan superkritis digunakan untuk mengekstrak senyawa fenolik seperti flavonol. Bertahun-tahun yang lalu, prosedur ekstraksi cairan superkritis digunakan pada kulit kayu Eucalyptus globulus untuk pertama kalinya, menggunakan CO2 murni dan dimodifikasi dengan air, etil asetat, dan etanol [57]. Penulis menunjukkan bahwa CO2 superkritis yang dikombinasikan dengan etanol dapat mengekstraksi sejumlah besar senyawa fenolik, termasuk isorhamnetin. Kuantifikasi HPLC-MS menentukan beberapa flavonol, seperti isorhamnetin-hexoside (0,26 gg-I dari ekstrak) dan isorhamnetin sederhana (14,29 mg:gI dari ekstrak). Etanol digunakan sebagai co-pelarut. Kuantifikasi dilakukan dengan kromatografi cair tekanan tinggi yang dilengkapi dengan detektor array fotodioda. Isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnosyl-rhamnoside, isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnosyl-pentoxide, isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnoside, dan isorhamnetin 3-O-glucosyl -pentoksida adalah flavonol paling melimpah yang diekstraksi dari ekstrak superkritis O. ficus-indica. Seperti disebutkan sebelumnya, kromatografi cair tekanan tinggi atau HPLC adalah metode yang umum digunakan untuk menganalisis senyawa fenolik. Dalam jus apel dan jus pir, isorhamnetin 3-O-glukosida terdeteksi. Faktanya, pemisahan glikosida flavonol dalam ekstrak apel "Brettacher" dengan HPLC dan spektrometri massa mengungkapkan adanya dua bentuk glikosida seperti isorhamnetin 3-O-glukosa dan isorhamnetin 3-O-galaktosida [ 58].