1부: 당뇨병 및 관련 합병증에 대한 Isorhamnetin의 효과: 시험관 내 및 생체 내 연구 검토 및 관련 분자 경로의 사후 전사체 분석
Mar 29, 2022
더 많은 정보를 위해서. 연락하다tina.xiang@wecistanche.com
추상적인: 당뇨병진성, 특히 2형(T2DM)은 전 세계적으로 주요 공중 보건 문제입니다. DM은 인슐린 저항성으로 알려진 세포의 손상된 인슐린 분비 및 인슐린 감수성으로 인한 높은 수준의 혈당 및 인슐린혈증을 특징으로 합니다. T2DM은 다양한 내부 조직, 특히 췌장, 심장, 지방 조직, 간 및 신장에서 세포 산화 손상을 일으키는 신병증, 신경병증 및 망막병증과 같은 복합적이고 심각한 합병증을 유발합니다. 식물 추출물과 그 생리활성 식물화학물질은 T2DM 및 관련 합병증에 대한 새로운 치료 및 예방 대안으로 관심을 받고 있습니다. 이와 관련하여 식물인 isorhamnetin은플라보노이드, 잠재적인 항당뇨 효과에 대해 오랫동안 연구되어 왔습니다. 이 리뷰는 시험관 내 및 생체 내 연구에서 보고된 관련 신호 경로를 조절하여 포도당 수준을 낮추고, 산화 상태를 개선하고, 염증을 완화하고, 지질 대사 및 지방 세포 분화를 조절하여 당뇨병 관련 장애를 줄이는 데 미치는 영향을 설명합니다. 또한 줄기 세포 기반 도구를 사용하여 isorhamnetin의 생물학적 활성에 대한 사후 전체 게놈 전사체 분석을 포함합니다.
키워드: 이소르함네틴; 케르세틴; 생물학적 활동; 당뇨병; 분자 경로; 마이크로어레이
1. 소개
식물은 고대부터 세계의 거의 모든 대륙에서 전통 약재로 사용되었습니다. 의학적 용도에 대한 과학적 연구는 생리 활성 분자의 탐색으로 이어졌습니다. 극한의 환경 조건에서 자라는 극한성 식물은 관심 있는 생체 활성 분자의 좋은 잠재적 공급원으로 간주됩니다. 사실, 이러한 환경적 제약은 활성 산소종(ROS)을 증가시켜 산화 스트레스로 이어지는 기능 장애 산소 대사의 기원에 있습니다[1,2]. 염생식물과 같은 일부 식물은 강력한항산화제이러한 유해한 화합물을 제거하는 시스템. 관심있는 생리 활성 분자 중에는 페놀 화합물이 있습니다. 여러 연구에서 실험실의 제한 조건이 있거나 없는 폴리페놀이 풍부한 식물을 평가했습니다[{0}}]. 폴리페놀이 풍부한 추출물은 항염증 및 항암 활성과 같은 여러 생물학적 효과에 기인합니다[11-13]. 다른 연구에서는 isorhamnetin의 항산화, 항균[8,{4}}]과 항비만, 항당뇨병 및 항간 지방증[17-19] 효과를 보여주었습니다. 이러한 폴리페놀 중플라보노이드구별됩니다. 이 그룹에는 플라보놀과 같은 여러 하위 그룹이 포함됩니다. Isorhamnetin은 플라보놀의 주요 화합물 중 하나입니다. Isorhamnetin은 모노메톡시 플라본 또는 플라보노이드 계열의 O-메틸화 플라보놀입니다. 그것은이다케르세틴여기서 메톡시기는 위치 3'의 히드록시기를 대체한다. isorhamnetin 3-O{2}}d-glucopyranoside, isorhamnetin 3-O-neohesperidoside, isorhamnetin 3-O-rutinoside와 같은 일부 isorhamnetin 유도체는 자연에 존재합니다. [20]. Isorhamnetin은 항산화[21], 항암[22], 항균[23], 항바이러스[24], 항염 및 항당뇨 효과[21,{16}}]와 같은 중요한 생물학적 특성을 나타냅니다.
이 리뷰에서 첫 번째 초점은 isorhamnetin의 식물 화학적 측면뿐만 아니라 기원, 화학 구조, 분리 및 추출 방법입니다. 그런 다음 두 번째 부분에서는 포도당 수치 감소, 산화 상태 개선, 염증 완화, 지질 대사 및 지방 세포 분화 조절을 통한 당뇨병 관련 장애 감소를 통해 이 플라보놀의 잠재적인 항당뇨 효과를 설명하는 데 중점을 둡니다. 마지막으로, 우리는 줄기 세포 기반 도구에서 isorhamnetin의 당뇨병 관련 생체 활성을 조사하기 위해 이전에 게시된 전체 게놈 마이크로어레이 데이터의 2차 분석을 수행했습니다. 우리는 또한 이 연구 분야에서 사용되는 시험관 내 및 생체 내 연구를 보고함으로써 관련 신호 전달 경로의 조절에 대한 이 분자의 효과를 강조하는 것을 목표로 합니다. 이 리뷰에서 우리는 isorhamnetin과 비교하여 항당뇨 활성의 특성을 드러냈습니다.케르세틴isorhamnetin의 대사 산물이자 당뇨병의 자연 치료에 중요한 참고 자료로 간주됩니다.
2. 특정 폴리페놀 및 플라보노이드의 생리활성 분자에 대한 일반 개요
2.1. 식물의 생리 활성 분자의 기원으로서의 산화 스트레스
여러 식물은 다양한 환경 조건(염분, 가뭄, 자외선, 중금속, 극한 온도, 영양 결핍, 대기 오염 및 병원체 공격)에 노출될 수 있습니다. 이러한 제약은 활성 산소 종(ROS)을 증가시켜 산화 스트레스를 생성하는 산소 대사 기능 장애의 근원입니다. 산소 분자(O2)는 광합성 유기체에서 중요한 역할을 합니다. 원래 고등 식물과 조류에서는 낮 동안 이산화탄소를 포획하고 산소를 생성함으로써 엽록체에서 전자를 포함하는 가스 교환이 발생합니다. 이 가스 교환에는 전자가 포함됩니다. 실제로, 심각한 환경적 제약의 경우, 엽록체의 적절한 기능과 전자 전달의 불균형으로 인해 산소의 많은 부분이 환원되지 않고 식물 세포의 일부 소기관에서 ROS를 생성할 수 있습니다[1,2]. 1]. 또한, 위에서 언급한 환경적 제약하에서 하이드록실 라디칼(OH), 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼(O,-), 알콕실 및 퍼옥실 라디칼(각각 RO: 및 RO2), 과산화수소(H2O2, ), 차아염소산염 라디칼(-OCl), 일중항 산소(O2), 산화질소 라디칼(NO) 및 기타 지질 과산화물(예: 말론디알데히드 및 4-히드록시노넨알)[2,34,35]. 때때로 ROS는 식물의 생리적 행동에서 세포 신호 전달에 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 종자 성장 및 발달, 조직 발달, 분화 초기 단계에서 세포 증식에서 세포 연장으로의 전환 과정에서와 같이 세포 신호 전달 역할을 할 수 있습니다. . 높은 수준에서 이러한 분자는 막의 지질 과산화, 단백질 및 DNA 변형, 세포 사멸과 같은 분자 손상을 유발합니다[1,35,37]. 염생식물과 같은 일부 식물은 강력한 항산화 시스템을 통해 이러한 조건에 잘 적응할 수 있습니다. 염생식물은 폴리페놀[{18}}]과 같은 2차 대사산물의 공급원으로 알려져 있습니다. 이 저자들은 가혹한 조건에서 폴리페놀이 합성되어 스트레스 유발 산화 손상으로부터 보호하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 이들 페놀 화합물의 생합성, 함량 및 활성은 식물에서 이들의 함량 및 분포에 영향을 미치는 여러 외부(빛, 온도, 염도 및 건조도) 및 고유(유전자형, 기관 및 발달 단계) 매개변수의 함수입니다. 8,38,39]. 예를 들어, Pyracantha coccinea에서 플라바논, 플라본 및 플라보놀과 같은 일부 플라보노이드는 식물 단계에서는 싹에 존재하고 생식 단계에서는 독점적으로 뿌리에 존재합니다 40]. 반면에 몇몇 저자들은 이러한 페놀 화합물이 항염증 및 항암 활성과 같은 다른 생물학적 특성을 가지고 있음을 보여주었습니다[11-13]. 다른 연구에서는 페놀 추출물의 항산화, 항균[8,{27}}] 및 항당뇨병[18,41,42] 효과를 보여주었습니다.
2.2. 천연 항산화제의 분류
항산화 시스템은 이러한 성분의 성질에 따라 효소적 화합물과 비효소적 화합물로 분류할 수 있습니다. 첫 번째는 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD), 카탈라제(CAT), 아스코르베이트 퍼옥시다제 및 글루타티온 환원효소[1,3542-44]입니다. 이들 효소와 관련된 유전자는 저장 뿌리의 수확 후 생리학적 악화 동안, 그리고 삼투압 스트레스 및 앱시스산(abscisic acid) 및 Xanthomonas axonopodis 감염에 대한 반응에서 그 중요성을 밝혔습니다[44]. 두 번째 그룹은 주로 페놀 화합물, 카로티노이드, 비타민 및 삼투질을 포함합니다[1]. 페놀 화합물은 하나 이상의 벤젠 고리의 존재를 특징으로 하며 기본 분자의 복잡성, 수산기의 수와 위치, 중합도가 다릅니다. 이러한 화합물은 3개의 광범위한 그룹으로 분류되는 2차 대사산물입니다. 페놀산(벤조산 및 신남산의 유도체), 플라보노이드(플라보놀, 플라보놀, 플라바논, 플라본, 안토시아닌) 및 탄닌(가수분해성 탄닌 및 프로안토시아니딘)입니다. 이러한 분자 외에도 스틸벤, 리그난 및 쿠마린도 구별됩니다[45].
2.3. 플라보노이드, 특히 Isorhamnetin의 기원과 생화학적 구조
페놀 화합물은 식물에서 널리 퍼진 2차 대사 산물입니다. 이 화합물은 하나 이상의 수산기(OH)를 가진 방향족 고리를 가지고 있으며 단순한 페놀산에서 탄닌과 같은 중합된 화합물에 이르는 분자를 포함합니다. 페놀 화합물의 합성은 여러 단계를 거치는 복잡한 과정입니다. 페놀 화합물은 두 가지 기원 경로를 갖는 생리활성 분자입니다. 한쪽에는 시키믹산이 있고 다른 한쪽에는 페닐프로파노이드 분자가 있습니다. isorhamnetin과 같은 플라보노이드의 생합성은 이러한 경로를 기반으로 합니다. 사실, 한편으로 시키메이트는 하나 이상의 하이드록실 기능을 갖는 하나 이상의 벤젠 고리(C6)를 갖는 폴리페놀의 기본 골격을 제공합니다. 반면에 페닐알라닌이 신남산으로 축합되어 형성된 C6-C3 염기의 합성이 있습니다(그림 1)[46].
보다 정확하게는, 시키믹산은 페놀 화합물의 개시제인 방향족 아미노산의 골격을 나타내는 여러 반응의 기초에 있습니다. 첫 번째 단계는 포스포에놀피루베이트와 에리트로스 4-인산염이라는 두 분자의 조합으로 구성되며, 이 분자는 네 가지 반응 후에 페놀릭의 첫 번째 골격인 시키메이트 또는 시키믹산(CHoO)을 형성합니다. 이것은 나중에 두 개의 수산기를 가진 페놀을 특징짓는 첫 번째 고리를 나타냅니다. 시키메이트는 첫 번째 아미노산인 페닐알라닌으로 끝나는 6가지 반응을 겪습니다. 페닐알라닌 암모니아 분해효소(PAL)와 신나메이트{2}}수산화효소(C4H)의 두 가지 핵심 효소 덕분에 페닐알라닌은 신나메이트와 p-쿠마레이트를 연속적으로 형성합니다. 이 단계에서 PAL 활성 수준은 페놀 화합물. p-쿠마레이트 분자는 쿠마린 유도체의 기원에 있습니다. 페닐프로파노이드 분자의 합성 경로는 4-쿠마르산 CoA 리가제(4CL)라고 하는 핵심 효소의 존재를 특징으로 하며, 이는 코엔자임 A(CoA) p-쿠마르산의 티올 기능이 있을 때 촉매 작용을 합니다. 산을 4-쿠마로일 CoA(C30Ha2N-O18P, S)로. 플라보노이드의 방향족 A 고리는 말로닐-CoA(-C6)의 세 분자의 축합에서 제공됩니다.
이어서, 4-쿠마로일 CoA는 방향족 B-고리와 칼콘(C6-C3-)의 3C 고리 사이의 연결을 설명하는 나린제닌 칼콘을 생성했습니다. 찰콘은 2개의 벤젠 고리로 구성된 15개의 탄소 골격을 기반으로 하는 모든 플라보노이드의 전구체이기 때문에 이 주제의 핵심 요소입니다. 그 후 chalcone은 chalcone isomerase(CHI)의 작용에 의해 naringenin(flavanone 또는 trihydroxy flavone이라고도 함)으로 전환됩니다. 한편으로는 apigenin, acacetin, chrysin 또는 luteolin과 같은 플라본이 플라본 존재 하에 나린제닌으로부터 합성됩니다. 신타제(FNS). 한편, 다른 플라보놀과 숙신산 화합물은 두 가지 효소의 존재 하에 나린제닌으로부터 생성됩니다. 플라바논 3-디옥시게나제(F3D) 및 플라보놀 합성효소(FS). 플라보놀 유도체 외에도 kaempferol, myricetin 및 quercetin과 같은 다른 화합물도 생산됩니다. S-adenosyl-L-methionine으로부터의 methyl group transfer에 의해 isorhamnetin은 flavone 3'-O-methyltransferase(FMT)의 존재하에서 생성된다[47,48]. 그러면 isorhamnetin은 모노메톡시 플라본 또는 플라보노이드 계열의 O-메틸화 플라보놀입니다. 3' 위치의 히드록시기가 메톡시기로 치환된 케르세틴(전구체)입니다. isorhamnetin 3-O{19}}d-glucopyranoside, isorhamnetin 3-O-neohesperidoside 및 isorhamnetin 3-O-rutinoside와 같은 일부 isorhamnetin 유도체는 자연에 존재합니다. .[20].
사실, 플라보노이드는 폴리페놀 계열의 가장 중요한 그룹 중 하나로 간주됩니다. 그들은 닫힌 피란 고리(C 고리)를 형성하는 3개의 탄소 사슬로 연결된 2개의 벤젠 고리(고리 A와 B, 그림 2 참조)가 있는 디페닐 프로판 유형을 기반으로 하는 구조를 가지고 있습니다. 따라서 구조를 C6-C3-C6이라고 합니다. O-글리코실화 위치는 플라본, 이소플라본, 플라바논 및 플라보놀에서 C7이고 플라보놀 및 안토시아니딘에서 C3입니다. C-글리코실화 위치는 플라본에서 C6과 C8입니다[49]. 또한, 페놀 화합물의 항산화 역할의 중요성은 분자의 수산화 정도와 관련이 있습니다. 플라보노이드에는 이소플라본, 플라본, 플라바논 및 이들의 배당체와 플라보놀을 이소르함네틴으로 포함하며, 이는 3'-메톡시 케르세틴 및 3-메틸 케르세틴이라고도 합니다[50]. 식물에서 효소인 UDP 의존성 글리코실트랜스퍼라제는 이소르함네틴(이소르함네틴 3-O-글루코시드)의 배당체 형태를 담당합니다. 이 효소는 뉴클레오티드 이인산 당, 일반적으로 우리딘 이인산(UDP)-당을 사용하여 메틸 그룹을 회로로 옮기고 배당체 기능을 이소르함네틴과 연관시킵니다[51].
2.4.약용 식물 유래 일소르함네틴의 분리 및 분석
약용 식물에서 isorhamnetin의 분포는 매우 광범위하며 추출 및 분석 방법이 다양합니다. 이소르함네틴 유도체가 특히 요망된다. 하이드록실 및 메틸 그룹은 특성화에 도움이 됩니다. 이소르함네틴을 추출하는 데 몇 가지 방법이 사용되며 그 중 화학 측정법, 효소 및 초임계 유체 추출(SFE-CO2)을 사용하여 분별을 기반으로 합니다. 첫째, 분별은 지질 함유 샘플에서 모든 오일 및 친유성 안료를 제거하여 추출을 단순화하는 데 사용할 수 있습니다. 탈지된 샘플은 또한 메탄올과 물의 혼합물에서 침용되기 전에 초음파 처리됩니다. 그런 다음 크로마토그래피는 페놀 화합물, 특히 플라보노이드 분석에 사용할 수 있습니다[49]. 이러한 마지막 화합물의 경우 LC-MS를 사용하며 ESI(electrospray ionization)와 대기압 화학 이온화를 모두 적용하는 경우가 많으며 일반적으로 음이온 모드에서 플라보노이드에 대한 최상의 감도를 얻을 수 있습니다[49]. 예를 들어, 튀니지 사막에서 수집한 Calligonum Azel Maire 식물 분획의 식물화학이 평가되었으며 4중 비행 시간 질량 분석 UHPLC-ESI-QTOF와 결합된 초고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 플라본 중 페놀 성분을 식별했습니다. 및 확인된 가장 풍부한 페놀 화합물인 플라바놀[52]. 보다 구체적으로, LC/ESI-MS/MS 기술을 이용하여 식용 할로파이트 Mesembryanthemum edule의 잎에서 주요 화합물로 isorhamnetin glucoside와 isorhamnetin glucosyl-rhamnoside의 존재를 확인하였다[3]. 이 작업은 LC-ESI-TOF-MS를 사용하여 많은 폴리페놀을 특성화한 다른 사람들이 따랐습니다. 그 중 플라보노이드는 Arthrocnemum indicum[5], Tamarix gallica[16], Glaucium flavum[13], Salsola kali[8]와 같은 염생식물의 만개 단계의 공중 부분에서 확인되었습니다. 지난 연구와 유사하게 쑥의 LC-ESI-TOF-MS 및 GC-MS 프로파일링을 수행하여 플라본, 플라보놀 및 플라보노이드 알칼로이드와 같은 페놀류를 식별했습니다[7]. Pancratium maritimum에 대한 또 다른 작업이 수행되었으며 HPLC-DAD-ESI/MS에 의한 분석은 isorhamnetin di-hexoside와 같은 5산화물 및 헥소사이드 접합체와 함께 이소르함네틴으로 플라보놀을 포함한 플라보노이드의 존재를 밝혀냈습니다[53].
무지방 화합물로서 플라보놀은 헥산에 의해 분리될 수 있습니다. 그 다음, 에탄올과 같은 극성 용매를 사용할 수 있다. HPLC를 사용한 Limoniastrum Guyonianum에 대한 연구에서는 많은 페놀 화합물이 존재함을 보여주었습니다. 그 중 isorhamnetin-3-O-rutinoside[54]가 있습니다.
페놀 추출물과는 거리가 먼 페놀 화합물은 올리브 오일과 같은 오일에서도 발견됩니다[55]. 이 화합물은 산화로부터 오일을 보호하고 오일의 영양가를 향상시키는 능력이 있습니다. 페놀 화합물인 Isorhamnetin은 석유 또는 헥산의 대안으로 2-메틸 테트라히드로푸란(MeTHF)과 같은 녹색 용매로 얻은 튀니지 블랙 커민(Nigella sativa L.) 종자의 오일 추출물에서도 검출되었습니다. 오일이 풍부한 페놀 화합물을 추출하기 위한 기반 용매 [10]. 이소르함네틴의 존재는 HPLC 분석에 의해 승인되었습니다. 다이오드 어레이 검출기(LC-DAD)가 있는 액체 크로마토그래피를 사용한 분석은 MeTHF 및 헥산으로 블랙 커민에서 오일 추출 후 6.3에서 6.6(ug/g oil) 범위의 높은 양의 이소르함네틴을 나타냈습니다. 또한 H 핵자기 공명(HNMR) 및 C 핵 자기 공명(CNMR)을 사용하여 kaempferol{10}}O-rutinoside(니코티플로린) 및 isorhamnetin{12}}O-rutinoside(나르시시즘)와 같은 일부 플라보놀 배당체 이란 Kurdistan 지방 Marivan 시에서 채집한 Peucedanum aucheri Boiss의 공중 부분에서 특징지어졌다[56]. NMR 방법은 화합물의 특정 원자핵이 자기장과 상호 작용하는 특성을 감지합니다. 특정 주파수에서 자기공명을 일으키는 이 성질은 분자의 구조에 대한 정보를 제공한다. 둘째, 수학적 모델을 선택하여 플라보놀 추출의 효율성을 평가하고 특히 isorhamnetin{15}}O-rutinoside를 얻는 가장 좋은 방법을 이해합니다[20]. Calendula officinalis의 꽃을 이용하여 다변량 요인 분석을 수행하였다. 선형, 2차, 전체 3차 및 특수 3차 모델을 분석했습니다. 최종 전체 입방체는 이소함네틴{18}}O-루티노사이드의 추출 효율을 60%까지 높일 수 있는 가장 적절한 입방체였습니다. 본 연구에서는 압력, 온도, pH, 시간 및 에탄올 수용액과 같은 초임계 CO2 조건에서 효소 활성에 영향을 미치는 몇 가지 중요한 요소에서 Rapides Maxi Fruit 및 Viscozyme 효소를 사용했습니다. 마지막으로 초임계 유체 추출 방법을 사용하여 플라보놀과 같은 페놀 화합물을 추출했습니다. 수년 전, 초임계 유체 추출 절차는 물, 에틸 아세테이트 및 에탄올과 함께 순수하고 수정된 CO2를 사용하여 처음으로 유칼립투스 구상나무 껍질에 사용되었습니다[57]. 저자들은 에탄올과 결합된 초임계 CO2가 이소르함네틴을 포함한 상당한 양의 페놀 화합물을 추출할 수 있음을 보여주었습니다. HPLC-MS 정량화는 isorhamnetin-hexoside(추출물의 0.26 gg-I) 및 단순 isorhamnetin(추출물의 14.29 mg:gI)과 같은 일부 플라보놀을 결정했습니다. 공용매로 에탄올을 사용하였다. 정량은 포토다이오드 어레이 검출기가 장착된 고압 액체 크로마토그래피로 수행하였다. Isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnosyl-rhamnoside, isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnosyl-pentoxide, isorhamnetin 3-O-glucosyl-rhamnoside 및 isorhamnetin 3-O-글루코실 -pentoxide는 O. ficus-indica 초임계 추출물에서 추출한 가장 풍부한 flavonol입니다. 앞에서 언급했듯이 고압 액체 크로마토그래피 또는 HPLC는 페놀 화합물을 분석하는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다. 사과 주스와 배 주스에서 isorhamnetin 3-O-glucoside가 검출되었습니다. 사실, HPLC 및 질량 분석에 의한 "Brettacher" 사과 추출물의 플라보놀 배당체 분리는 isorhamnetin 3-O-glucose 및 isorhamnetin 3-O-galactoside와 같은 두 가지 배당체 형태의 존재를 나타냈습니다. 58].
