Part 1: Efectes de l'isorhamnetina sobre la diabetis i les seves complicacions associades: una revisió dels estudis in vitro i in vivo i una anàlisi post hoc del transcriptoma de la via molecular implicada

Per a més informació. contactetina.xiang@wecistanche.com

Resum: Diabetismellitus, especialment el tipus 2 (DM2), és un problema de salut pública important a nivell mundial. La DM es caracteritza per alts nivells de glucèmia i insulinèmia a causa de la alteració de la secreció d'insulina i la sensibilitat a la insulina de les cèl·lules, coneguda com a resistència a la insulina. La DM2 provoca múltiples i greus complicacions com la nefropatia, la neuropatia i la retinopatia que causen dany oxidatiu cel·lular en diferents teixits interns, especialment al pàncrees, cor, teixit adipós, fetge i ronyons. Els extractes de plantes i els seus fitoquímics bioactius estan guanyant interès com a noves alternatives terapèutiques i preventives per a la DM2 i les seves complicacions associades. En aquest sentit, l'isorhamnetina, una plantaflavonoide, s'ha estudiat durant molt de temps pels seus possibles efectes antidiabètics. Aquesta revisió descriu el seu impacte en la reducció de trastorns relacionats amb la diabetis mitjançant la disminució dels nivells de glucosa, la millora de l'estat oxidatiu, l'alleujament de la inflamació i la modulació del metabolisme dels lípids i la diferenciació d'adipòcits mitjançant la regulació de les vies de senyalització implicades reportades en estudis in vitro i in vivo. A més, incloem una anàlisi post hoc del transcriptoma de tot el genoma de les activitats biològiques de l'isorhamnetina mitjançant una eina basada en cèl·lules mare.

Paraules clau: isorhamnetina; quercetina; activitats biològiques; diabetis; vies moleculars; microarray

Feu clic aquí per conèixer més contactes

1. Introducció

Les plantes s'han utilitzat com a medicines tradicionals a gairebé tots els continents del món des de l'antiguitat. La investigació científica sobre els motius dels seus usos medicinals ha portat a l'exploració de molècules bioactives. Les plantes extremòfiles que creixen en condicions ambientals extremes es consideren una bona font potencial de molècules bioactives d'interès. De fet, aquestes limitacions ambientals són l'origen del metabolisme disfuncional de l'oxigen, que condueix a l'estrès oxidatiu en augmentar les espècies reactives d'oxigen (ROS) [1,2]. Algunes plantes, com les halòfites, tenen un poderósantioxidantsistema per eliminar aquests compostos nocius. Entre les molècules bioactives d'interès, hi ha compostos fenòlics. Diversos estudis han valorat plantes riques en polifenols amb o sense condicions restrictives al laboratori [3-10]. S'atribueixen diversos efectes biològics als extractes rics en polifenols, com ara activitats antiinflamatòries i anticancerígenes [11-13]. Altres estudis van mostrar els efectes antioxidants, antimicrobians [8,14-16] i anti-obesitat, antidiabètics i anti-hepàtics [17-19] de l'isorhamnetina. Entre aquests polifenols,flavonoideses distingeixen. Aquest grup inclou diversos subgrups, com els flavonols. L'isorhamnetina és un dels principals compostos dels flavonols. L'isorhamnetina és una monometoxi flavona o un flavonol O-metilat de la classe dels flavonoides. Ésquercetinaen què un grup metoxi substitueix el grup hidroxi a la posició 3'. Alguns derivats d'isorhamnetina estan presents a la natura, com ara l'isorhamnetina 3-O{- -d-glucopiranòsid, l'isorhamnetina 3-O-neohesperidóside i l'isorhamnetina 3-O-rutinósida de Calendula officinalis L [20]. L'isorhamnetina presenta propietats biològiques importants com ara efectes antioxidants [21], anticancerígens [22], antimicrobians [23], antivirals [24], antiinflamatoris i antidiabètics [21,25-33.

En aquesta revisió, el primer focus se centra en l'origen, l'estructura química, l'aïllament i els mètodes d'extracció, així com l'aspecte fitoquímic de la isorhamnetina. A continuació, a la segona part, ens centrem a descriure els possibles efectes antidiabètics d'aquest flavonol mitjançant la reducció de trastorns relacionats amb la diabetis mitjançant la disminució dels nivells de glucosa, la millora de l'estat oxidatiu, l'alleujament de la inflamació i la modulació del metabolisme dels lípids i la diferenciació dels adipòcits. Finalment, vam realitzar una anàlisi secundària de les nostres dades de microarrays de genoma sencer publicades anteriorment per explorar les bioactivitats de l'isorhamnetina relacionades amb la diabetis en una eina basada en cèl·lules mare. També pretenem destacar l'efecte d'aquesta molècula en la regulació de les vies de senyalització implicades informant dels estudis in vitro i in vivo utilitzats en aquest camp d'investigació. En aquesta revisió, vam exposar les característiques de l'activitat antidiabètica de l'isorhamnetina en comparació ambquercetinaque es considera un metabòlit de la isorhamnetina i un referent important en el tractament natural de la diabetis.

2. Visió general de les molècules bioactives en polifenols i flavonoides particulars

2.1. L'estrès oxidatiu com a origen de molècules bioactives en plantes

Diverses plantes poden estar sotmeses a diverses condicions ambientals (salinitat, sequera, raigs UV, metalls pesants, temperatures extremes, deficiència de nutrients, contaminació de l'aire i atacs de patògens). Aquestes limitacions són l'origen de disfuncions del metabolisme de l'oxigen, que generen estrès oxidatiu augmentant les espècies reactives d'oxigen (ROS). La molècula d'oxigen (O2) té un paper important en els organismes fotosintètics. Originàriament, a les plantes superiors i les algues, l'intercanvi de gasos amb electrons es produeix als cloroplasts mitjançant la captura de diòxid de carboni durant el dia i la producció d'oxigen. Aquest intercanvi de gasos implica electrons. De fet, en el cas de restriccions ambientals severes, una gran part de l'oxigen no es redueix i, per tant, pot generar ROS en alguns orgànuls de cèl·lules vegetals [1,2] a causa d'un desequilibri en el bon funcionament dels cloroplasts i la transferència d'electrons [1] . 1]. A més, sota les limitacions ambientals esmentades anteriorment, es produeixen molts ROS, com el radical hidroxil (OH), el radical anió superòxid (O,-), radicals alcoxil i peroxil (RO: i RO2, respectivament), peròxid d'hidrogen (H2O2, ), el radical hipoclorit (-OCl), l'oxigen singlet (O2), el radical d'òxid nítric (NO) i altres peròxids lipídics (com el malondialdehid i 4-hidroxinonenal)[2,34,35]. De vegades, les ROS poden tenir un paper en la senyalització cel·lular en el comportament fisiològic de les plantes, per exemple en el procés de creixement i desenvolupament de llavors, desenvolupament de teixits i la transició de la proliferació cel·lular a l'allargament cel·lular durant les primeres etapes de diferenciació [36] . A un nivell elevat, aquestes molècules causen danys moleculars com ara la peroxidació lipídica de les membranes, l'alteració de proteïnes i l'ADN i la mort cel·lular [1,35,37]. Algunes plantes, com les halòfites, tenen la capacitat d'adaptar-se bé a aquestes condicions mitjançant un potent sistema antioxidant. Se sap que els halòfits són una font de metabòlits secundaris com els polifenols [3-10]. Aquests autors demostren que en condicions severes, els polifenols es sintetitzen per tenir un paper important en la protecció contra el dany oxidatiu induït per l'estrès. La biosíntesi, el contingut i les activitats d'aquests compostos fenòlics són funció de diversos paràmetres extrínsecs (llum, temperatura, salinitat i sequedat) i intrínsecs (genotip, òrgan i fase de desenvolupament) que influeixen en el seu contingut i distribució a les plantes. 8,38,39]. Per exemple, a Pyracantha coccinea, alguns flavonoides com flavanones, flavones i flavonols estan presents als brots durant la fase vegetativa i a les arrels exclusivament durant la reproductiva 40]. D'altra banda, diversos autors han demostrat que aquests compostos fenòlics tenen altres propietats biològiques com activitats antiinflamatòries i anticancerígenes [11-13]. Altres estudis van mostrar els efectes antioxidants, antimicrobians [8,14-16] i antidiabètics [18,41,42] dels extractes fenòlics.

2.2. Classificació dels antioxidants naturals

El sistema antioxidant es pot classificar segons la naturalesa d'aquests components en compostos enzimàtics o no enzimàtics. Els primers inclouen la superòxid dismutasa (SOD), la catalasa (CAT), l'ascorbat peroxidasa i la glutatió reductasa [1,3542-44]. Els gens relacionats amb aquests enzims van revelar la seva importància durant el deteriorament fisiològic postcollita de l'arrel d'emmagatzematge i en resposta a l'estrès osmòtic i l'àcid abscísic, així com a la infecció per Xanthomonas axonopodis [44]. El segon grup conté principalment compostos fenòlics, carotenoides, vitamines i osmòlits [1]. Els compostos fenòlics es caracteritzen per la presència d'un o més anells de benzè i es diferencien en la complexitat de la molècula base, el nombre i la ubicació de l'hidroxil i el grau de polimerització. Aquests compostos són metabòlits secundaris que es divideixen en tres grans grups: àcids fenòlics (derivats dels àcids benzoic i cinàmic), flavonoides (flavonols, flavonols, flavanones, flavones, antocianines) i tanins (tanins hidrolizables i proantocianidines). A més d'aquestes molècules, també es distingeixen estilbens, lignans i cumarines [45].

2.3. Orígens i estructura bioquímica dels flavonoides, en particular, Isorhamnetina

Els compostos fenòlics són metabòlits secundaris predominants a les plantes. Aquests compostos tenen un anell aromàtic amb un o més grups hidroxil (OH) i contenen molècules que van des d'àcids fenòlics simples fins a compostos polimeritzats com els tanins. La síntesi de compostos fenòlics és un procés complex que passa per diverses etapes. Els compostos fenòlics són molècules bioactives amb dues vies d'origen: d'una banda l'àcid shikimic i de l'altra, les molècules de fenilpropanoide. La biosíntesi de flavonoides com l'isorhamnetina es basa en aquestes vies. De fet, d'una banda, el shikimat dóna l'esquelet bàsic de polifenols que tenen un o més anells de benzè (C6) que porten una o més funcions hidroxil. D'altra banda, hi ha la síntesi de la base C6-C3 formada per la condensació de fenilalanina a àcid cinàmic (Figura 1)[46].

Més precisament, l'àcid shikimic està a la base de diverses reaccions, representant l'esquelet dels aminoàcids aromàtics, que són els iniciadors dels compostos fenòlics. El primer pas consisteix en una combinació de dues molècules: fosfoenolpiruvat i eritrosa 4-fosfat, que després de quatre reaccions, porten a formar el primer esquelet de fenòlics: el shikimat o àcid shikimic (CHoOs). Aquest posteriorment presenta el primer anell, que caracteritza els fenòlics amb dos grups hidroxil. El shikimat experimenta sis reaccions que acaben en el primer aminoàcid: la fenilalanina. Gràcies a dos enzims clau, la fenilalanina amoníaco-liasa (PAL) i la cinamat-4-hidroxilasa (C4H), la fenilalanina forma successivament cinamat i p-cumarat. En aquest pas, el nivell d'activitat de PAL podria regular quantitativament l'acumulació de compostos fenòlics. La molècula p-cumarat és a l'origen dels derivats de la cumarina. La via per a la síntesi de molècules fenilpropanoides es caracteritza per la presència d'un enzim clau anomenat 4-cumarat CoA lligasa (4CL), que catalitza en presència de la funció tiol del coenzim A(CoA) el p-cumàric. àcid en 4-cumaroil CoA (C30Ha2N-O18P, S). L'anell A aromàtic dels flavonoides proporciona a partir de la condensació de tres molècules de malonil-CoA (-C6).

Posteriorment, el 4-cumaroil CoA va produir la calcona de naringenina, explicant l'enllaç entre l'anell B aromàtic i el 3C de la calcona (C6-C{3-). La calcona és un element clau en aquest tema perquè és un precursor de tots els flavonoides basats en un esquelet de quinze carbonis format per dos anells de benzè. Després, la calcona es converteix en naringenina (també anomenada flavanona o trihidroxi flavona) per l'acció de la calcone isomerasa (CHI). sintasa (FNS). D'altra banda, a partir de la naringenina es produeixen diferents flavonols i compostos d'àcid succínic en presència de dos enzims; flavanona 3-dioxigenasa (F3D) i flavonol sintasa (FS). A part dels derivats de flavonol, també es produeixen altres compostos, com el kaempferol, la miricetina i la quercetina. Mitjançant una transferència de grup metil de la S-adenosil-L-metionina, la isorhamnetina es produeix en presència de la flavona 3'-O-metiltransferasa (FMT)[47,48]. Aleshores, l'isorhamnetina és una monometoxi flavona o un flavonol O-metilat de la classe dels flavonoides. És la quercetina (precursora) en la qual el grup hidroxi a la posició 3' es substitueix per un grup metoxi. Alguns derivats d'isorhamnetina estan presents a la natura, com ara l'isorhamnetina 3-O{- -d-glucopiranòsid, l'isorhamnetina 3-O-neohesperidóside i l'isorhamnetina 3-O-rutinósida de Calendula officinalis L .[20].

De fet, els flavonoides es consideren un dels grups més importants de la família dels polifenols. Tenen una estructura basada en un tipus difenil propà amb dos anells de benzè (anell A i B, vegeu la figura 2) units per una cadena de tres carbonis que forma un anell de pirà tancat (anell C). Per tant, la seva estructura s'anomena C6-C3-C6. Les posicions d'O-glicosilació són C7 en flavones, isoflavones, flavanones i flavonols, i C3 en flavonols i antocianidines. Les posicions de C-glicosilació són C6 i C8 a les flavones [49]. A més, la importància del paper antioxidant dels compostos fenòlics està relacionada amb el grau d'hidroxilació de la molècula. Els flavonoides inclouen les isoflavones, flavones, flavanones i els seus glucòsids i flavonols com a isorhamnetina, que també s'anomena 3'-metoxi quercetina i 3-metil quercetina [50]. A les plantes, un enzim, les glicosiltransferases dependents de la UDP, és responsable de la forma glicòsid de la isorhamnetina (isorhamnetina 3-O-glucòsid). Aquest enzim utilitza sucres difosfat de nucleòtids, normalment sucres de difosfat d'uridina (UDP), per transferir el grup metil al cicle i associar la funció dels glucòsids amb la isorhamnetina [51].

2.4.Aïllament i anàlisis d'ilsorhamnetina originada a partir de plantes medicinals

La distribució de l'isorhamnetina a les plantes medicinals és molt àmplia i els mètodes d'extracció i anàlisi són variats. Els derivats d'isorhamnetina són especialment desitjats. Els grups hidroxil i metil ajuden a la seva caracterització. S'utilitzen alguns mètodes per extreure isorhamnetina, entre ells basats en el fraccionament, mitjançant enfocaments quimiomètrics, extracció enzimàtica i fluid supercrític (SFE-CO2). En primer lloc, el fraccionament es pot utilitzar per simplificar l'extracció eliminant tot l'oli i els pigments lipòfils de les mostres que contenen lípids. La mostra desgreixada també es sonica abans de la maceració en una barreja de metanol i aigua. Aleshores, la cromatografia es pot utilitzar per a anàlisis de compostos fenòlics, especialment flavonoides [49]. Per a aquests darrers compostos, s'utilitza LC-MS i s'aplica amb freqüència tant la ionització per electrospray (ESI) com la ionització química a pressió atmosfèrica, i la millor sensibilitat per als flavonoides s'aconsegueix generalment en el mode d'ions negatius [49]. Per exemple, s'ha avaluat la fitoquímica de les fraccions vegetals de Calligonum Azel Maire, recollides del desert de Tunísia, i s'ha utilitzat una cromatografia líquida d'ultra alt rendiment acoblada a l'espectrometria de masses de vol quàdruple UHPLC-ESI-QTOF per identificar fenòlics entre ells flavones. i flavanols, que van ser els compostos fenòlics més abundants identificats [52]. Més concretament, es va confirmar la presència d'isorhamnetina glucòsid i isorhamnetina glucosil-ramnòsid com els principals compostos a les fulles de l'halòfit comestible Mesembryanthemum edule mitjançant la tecnologia LC/ESI-MS/MS [3]. Aquest treball va ser seguit per altres que han utilitzat LC-ESI-TOF-MS per caracteritzar molts polifenols; entre ells, es van identificar flavonoides de parts aèries de l'etapa de floració completa d'halòfits com Arthrocnemum indicum [5], Tamarix gallica [16], Glaucium flavum [13] i Salsola kali [8]. De manera similar als darrers treballs, es van realitzar perfils LC-ESI-TOF-MS i GC-MS d'Artemisia herbal per identificar fenòlics, com ara flavones, flavonols i alcaloides flavonoides[7]. Es va realitzar un altre treball sobre Pancratium maritimum i l'anàlisi per HPLC-DAD-ESI/MS va revelar la presència de flavonoides inclòs el flavonol com a isorhamnetina amb els seus conjugats de pentòxid i hexòsids com l'isorhamnetina di-hexòsid [53].

Com a compost no gras, els flavonols es podrien aïllar per hexà. Aleshores, es pot utilitzar un dissolvent polar com l'etanol. Un estudi sobre Limoniastrum guyonianum mitjançant HPLC va mostrar la presència de molts fenòlics, entre ells l'isorhamnetina -3-O-rutinoside [54].

Lluny dels extractes fenòlics, els compostos fenòlics també es troben en olis com l'oli d'oliva [55]. Aquests compostos tenen la capacitat de protegir els olis de l'oxidació i millorar el valor nutricional de l'oli. L'isorhamnetina, com a compost fenòlic, també s'ha detectat en un extracte d'oli de llavors de comí negre de Tunísia (Nigella sativa L.) obtingut amb un dissolvent verd com el 2-metil tetrahidrofuran (MeTHF) com a alternativa al petroli o l'hexà. dissolvent a base d'oli per extreure compostos fenòlics enriquits amb oli [10]. La presència d'isorhamnetina es va aprovar mitjançant anàlisi HPLC. Les anàlisis utilitzant cromatografia líquida amb detector de matriu de díodes (LC-DAD) van revelar una gran quantitat d'isorhamnetina que oscil·lava entre 6,3 i 6,6 (ug/g d'oli) després de l'extracció d'oli del comí negre mitjançant MeTHF i hexà, respectivament. A més, utilitzant la ressonància magnètica nuclear H (HNMR) i la ressonància magnètica nuclear C (CNMR), alguns glicòsids de flavonol com el kaempferol-3-O-rutinoside (nicotiflorina) i l'isorhamnetina-3-O-rutinoside (narcisisme) es van caracteritzar a partir de les parts aèries de Peucedanum aucheri Boiss recollides a la ciutat de Marivan, província del Kurdistan, Iran [56]. El mètode de RMN detecta la propietat que determinats nuclis atòmics del compost interactuen amb un camp magnètic. Aquesta propietat, que és produir ressonància magnètica a una freqüència determinada, proporciona informació sobre l'estructura de la molècula. En segon lloc, s'escullen models matemàtics per avaluar l'eficiència de l'extracció de flavonols, especialment per entendre la millor manera d'obtenir l'isorhamnetina-3-O-rutinoside [20]. Es va realitzar una anàlisi factorial multivariant utilitzant flors de Calendula officinalis. Es van analitzar models lineals, quadràtics, cúbics complets i cúbics especials. El cúbic complet final va ser el més adequat, ja que va permetre una major eficiència en l'extracció d'isorhamnetina-3-O-rutinoside en un 60 per cent. Per a aquest estudi, els enzims Rapides Maxi Fruit i Viscozyme es van utilitzar sota alguns factors importants que afecten l'activitat de l'enzim en condicions de CO2 supercrítiques, com ara pressió, temperatura, pH, temps i solució aquosa d'etanol. Finalment, es va utilitzar el mètode d'extracció de fluids supercrítics per extreure compostos fenòlics com els flavonols. Fa molts anys, el procediment d'extracció de fluids supercrítics es va utilitzar per primera vegada a l'escorça d'Eucalyptus globulus, utilitzant CO2 pur i modificat amb aigua, acetat d'etil i etanol [57]. Els autors van demostrar que el CO2 supercrític combinat amb etanol podria extreure quantitats significatives de compostos fenòlics, inclosa la isorhamnetina. La quantificació per HPLC-MS va determinar alguns flavonols, com ara isorhamnetina-hexòsid (0,26 gg-I d'extracte) i isorhamnetina simple (14,29 mg:gI d'extracte). L'etanol es va utilitzar com a cosolvent. La quantificació es va dur a terme amb cromatografia líquida d'alta pressió equipada amb un detector de fotodíodes. Isorhamnetina 3-O-glucosil-ramnosil-ramnòsid, isorhamnetina 3-O-glucosil-ramnosil-pentòxid, isorhamnetina 3-O-glucosil-ramnòsid i isorhamnetina 3-O-glucosil -el pentòxid van ser els flavonols més abundants extrets dels extractes supercrítics d'O. ficus-indica. Com s'ha esmentat abans, la cromatografia líquida d'alta pressió o HPLC és un mètode utilitzat habitualment per analitzar compostos fenòlics. En suc de poma i suc de pera, s'ha detectat l'isorhamnetina 3-O-glucòsid. De fet, la separació dels glucòsids de flavonol en un extracte de poma "Brettacher" mitjançant HPLC i espectrometria de masses va revelar la presència de dues formes de glicòsids com la isorhamnetina 3-O-glucosa i la isorhamnetina 3-O-galactoside [ 58].