Изолиране, структури и биоактивност на полизахаридите от Джиаогулан (Gynostemma pentaphyllum)
Коментар от Orange Pear
Тази статия е с много съкращения, поради факта, че е написана на високо професионален академичен език. Извадили сме най-важното от оригинала и сме се постарали да Ви предадем информацията на по-разбираем език. В края на статията има линк към оригиналната публикация, която е от Националната Медицинска Библиотека на САЩ.
Резюме
Полизахаридите, получени от Джиаогулан (Gynostemma pentaphyllum) (Thunb.) Makino, имат обещаващи перспективи във функционални храни и хранителни добавки, поради широкия си спектър от биологични дейности, включително антиоксидантни, имуномодулиращи, противотуморни, хепатопротективни, невропротективни и против умора дейности. Тези полезни биологични дейности са свързани с химическия състав и структурата на полизахаридите на Джиаогулан (G. pentaphyllum) .
Молекулното тегло, монозахаридният състав и химичните структури могат да бъдат повлияни от двете различни техники за екстракция/пречистване, използвани за получаване на продукти, обогатени с полизахариди. Целта на тази статия е да направи преглед на предишна и настояща литература относно екстракцията, пречистването, структурната характеристика и биологичната активност наG. pentaphyllum полизахариди. Този преглед предоставя полезна библиография за по-нататъшно изследване, производство и приложение на полизахаридите на G. pentaphyllum, като функционални храни и хранителни добавки.
Понастоящем много продукти от G. pentaphyllumса пуснати на пазара в Съединените щати, Китай и няколко други азиатски и европейски страни, включително чай, таблетки, разтворим прах, капсули, перорална течност и хапчета. Освен това има добавки, направени от G. pentaphyllum за употреба в напитки, спортни напитки, кола, бира, бисквити, хляб и паста [9,10].
Въведение
Джиаогулан (Gynostemma pentaphyllum) (Thunb.) Makino, наречена “Jiao-Gu-Lan” на китайски, принадлежи към семейство Cucurbitaceae и род Gynostemma Bl. и е широко разпространен в североизточна и югоизточна Азия [ 1 – 3 ]. G. pentaphyllum се използва в храни и допълнителни продукти от стотици години в Китай, където се разпространява главно на юг от планините Qinling и река Яндзъ [ 4 , 5 ]. Според традиционната китайска медицина вкусът и природата на G. pentaphyllum са леко горчиви, неутрални и топли [ 6 ]. Смята се, че консумацията лекува хематурия, оток, болка във фаринкса, топлина и оток на шията, както и тумори и травми [ 7 ]. Книгата „Билки за глад“, публикувана по време на династията Мин (1368-1644 г. сл. Хр.), описва употребата на G. pentaphyllum, като зеленчук, който е подходящ, като храна или диетична добавка по време на глад [ 6 , 8 ].
През последните десетилетия фармакологичните проучвания съобщават за много функции на G. pentaphyllum , включително антимикробни, противоракови, против стареене, против умора, против язви, хиполипидемични и имуномодулиращи дейности [ 11 – 15 ]. Многобройните фармакологични ефекти на G. pentaphyllum се приписват на неговите различни химически съставки, включително сапонини, аминокиселини, полизахариди, флавоноиди, органични киселини, микроелементи и други химикали [ 16 , 17 ] (Прочетете нашата статия за сапонините, полизахаридите и флавоноидите).
Полизахаридите са едни от най-разпространените компоненти на G. pentaphyllum и представляват основна група от биологично активни съставки. Полизахаридите, изолирани с различни методи за екстракция и пречистване са показали, че са структурно разнообразни биомакромолекули с различни функции, включително противовъзпалителни [ 18 ], противотуморни [ 19 ], имуномодулиращи [ 20 , 21 ] и антиоксидантни активности [ 22 ], свойства против умора при упражнения [ 23 , 24 ], хепатопротективни [ 25 ] и невропротективни [ 26 ] дейности и като терапевтичен агент за лечение на хиперлипидемични разстройства [ 27 ].
Доколкото ни е известно, не е имало преглед на техниките за екстракция и пречистване или структурните характеристики и биологичната активност на полизахаридите на G. pentaphyllum . Следователно една от целите на този преглед е да докладва връзките между структурните характеристики и биологичните активности на полизахаридите на G. pentaphyllum , за да подпомогне по-доброто разбиране и последващото използване на тези макромолекули.
Биологични активности
Въз основа на теорията на традиционната китайска медицина, G. pentaphyllum се използва широко за намаляване на нивата на холестерола, насърчаване на производството на телесни течности, регулиране на кръвното налягане, укрепване на имунната система, лечение на хроничен бронхит и гастрит и намаляване на възпалението [63 – 66 ] . Според много изследвания, полизахаридите са основен клас биоактивни съединения в G. pentaphyllum , допринасяйки за неговите благоприятни ефекти върху човешкото здраве и неговите фармакологични дейности. Множеството биоактивности и ползи за здравето от полизахаридите на G. pentaphyllum са обобщени и сравнени подробно по-долу.
Антиоксидантна активност
Естествените материали са многообещаващ източник на антиоксиданти и широка гама от биоактивни съставки на растения, гъби и животни, особено полизахариди имат антиоксидантна активност [ 67-70 ]. Антиоксидантните дейности са били в центъра на много изследвания на механизмите, лежащи в основата на хранителните и терапевтичните ефекти на традиционните китайски лекарства, въз основа на различни методи за анализ и индекси на активност [ 46 , 67 ].
Много изследователски групи са демонстрирали антиоксидантната активност на полизахаридите на G. pentaphyllum in vitro и in vivo . Li et al. наскоро демонстрира, че GPA1, GPA2 и GPA3, получени от G. pentaphyllum с помощта на комбинация от водна екстракция, йонообмен и гел-проникваща хроматография, имат антиоксидантна активност [ 4 ].
Резултатите показват, че GPA3 има по-силна активност на пречистване на 2,2-дифенил-1-пикрилхидразил (DPPH) и хидроксилни радикали; по-силна хелатна активност на железни йони; и по-силна редуцираща сила от GPA1 и GPA2 in vitro .
Нов хетерополизахарид (GPP-TL), изолиран от тетраплоид G. pentaphyllum (Makino) лист чрез екстракция с гореща вода, анионен обмен и гелпроникваща хроматография има DPPH • стойност на капацитет за изчистване от 15,92 μmol TE/g; стойност на HOSC от 36,42 μ mol TE/g; и стойност на ORAC от 10,83 μ mol TE/g при експерименталните условия [ 9 ]. Три фракции от полизахариди, GMA, GMB и GMC, бяха изолирани и пречистени от G. pentaphyllum и техните антиоксидантни активности бяха оценени с помощта на супероксиден радикал, хидроксилен радикал и 1,2,3-фентриол анализи за самоокисление [ 62] .].
Резултатите показват, че GMC притежава силен ефект на пречистване на супероксидните радикали и инхибира самоокислението на 1,2,3-фентриол, което може да е свързано с физикохимичния и монозахаридния състав на тези полизахариди.
GPP1-a, съставен от Ara, Gal и Glc с моларни съотношения 0,18:0,72:1,00, значително удължава времето за упражнение до изтощение при мишки; повишени нива на гликоген и някои антиоксидантни ензимни активности; и понижени нива на малондиалдехид (MDA) в мускулите. Резултатите показват, че продължителното време на упражнения, води до изтощение на опитните животни и може да е свързано с извличането на реактивни кислородни видове (ROS) [ 22 ]. (Прочетете още за свободните радикали (ROS) в нашата статия)
Имуномодулираща активност
Имуномодулацията се счита за важна биологична функция на естествените полизахариди, които действат като имуномодулатори и/или модификатори на биологичния отговор [ 71 , 72 ]. Проучванията установяват, че полизахаридите на G. pentaphyllum насърчават клетъчния имунитет, хуморалния имунитет и неспецифичния имунитет. Имуномодулаторните активности на полизахаридните конюгати на G. pentaphyllum (GPMPP) са изследвани преди това от Shang et al. при плъхове [ 13 ].
Техните резултати показват, че GPMPP значително повишава индексите на далака и тимуса; активирани макрофаги и NK клетки; и проявява активност върху нормални и Con A/LPS-стимулирани спленоцити по дозозависим начин при C57BL/6 плъхове. GPMPP повишен CD4 +Броят на Т-лимфоцитите, както и съотношението CD4 + /CD8 + по дозозависим начин и повишава нивата на IL-2 в серума и далака на Cy-имуносупресирани мишки. Освен това, GPMPP също значително повишава нивата на SOD, GSH-Px, T-AOC, GSH и CAT и намалява нивата на MDA (Прочетете повече за най-важните антиоксиданти ТУК).
Резултатите показват, че GPMPP може да играе важна роля в превенцията на оксидативно увреждане в имунната система и показва, че GPMPP има имуномодулираща активност in vivo . Yang и др. съобщава, че PSGP (водоразтворим полизахарид от билков чай G. pentaphyllum) намалява перитонеалните макрофаги за освобождаване на азотен оксид, ROS и тумор некрозисфактор-алфа и инхибира пролиферацията на човешки карцином на дебелото черво HT-29 и SW-116 клетки in vitroпо дозозависим начин [ 73 ].
Антитуморна активност
Съобщава се, че противораковите ефекти на полизахаридите имат силна връзка с формата на размера на техните молекули, степента на разклоняване и разтворимостта във вода. Както споменахме преди, много предишни проучвания показват, че полизахаридите упражняват силна антитуморна активност чрез различни механизми [ 30 , 74 , 75 ]:
(1) предотвратяване на онкогенезата чрез перорално приложение на полизахариди;
(2) подобряване на имунния отговор към тумори;
(3) директна антитуморна активност чрез индуциране на апоптоза на туморни клетки;
(4) предотвратяване на разпространението или миграцията на туморни клетки в тялото [ 30 , 72 – 76 ].
Li et al. съобщава, че няколко G. pentaphyllum полизахаридните фракции (GP-B1 и GP-C1) имат значителен инхибиторен ефект върху растежа на клетките на меланома B16 in vivo и in vitro [ 42 ]. Въпреки това, GP-B1 и GP-C1 са различни по своите химични състави и молекулни тегла, а формата с по-ниско молекулно тегло на GP-B1 има по-високи антитуморни активности. Антитуморните действия на киселинните полизахариди са свързани с техните молекулни тегла, химически състав и гликозидни връзки [ 30 ].
Хепатопротективна активност
Само няколко проучвания са показали директните хепатопротективни ефекти на полизахаридите на G. pentaphyllum . Следователно са необходими по-подробни изследвания за изясняване на особеностите на състава и хепатопротективната активност на тези полизахариди. Song и др. съобщават, че прилагането на GPS-3 в дози от 50, 100 или 200 mg/kg телесно тегло предотвратява чернодробното увреждане, предизвикано от erguotou ликьор (16 mL/kg) при мишки по дозозависим начин. Освен това, при тези дози, GPS-3 може значително да инхибира повишаването на серумните нива на AST и ALT, да намали съдържанието на MDA в хепатоцитите, да увеличи съдържанието на GSH и да намали некрозата на хепатоцитите при увредените мишки [50 ] .
Ниски и високи дози полизахариди на G. pentaphyllum (съответно 40 и 80 g/kg) са хранени на мишки с увреден черен дроб, предизвикан от въглероден тетрахлорид. Полизахаридите на G. pentaphyllum значително намаляват нивата на AST и ALT при плъхове с увреден черен дроб, докато експресията на iNOS mRNA в чернодробната тъкан се регулира надолу.
В допълнение, нивата на антиапоптотичния протеин, Bcl-2/Bax, бяха повишени в чернодробната тъкан и имаше намалено чернодробно увреждане. Резултатите показват, че полизахаридите на G. pentaphyllum имат защитни ефекти върху CCl4 – индуцирано увреждане на черния дроб при плъхове и чийто механизъм на действие може да е свързан с инхибирането на цитотоксичността и антиапоптозните пътища [ 77 ].
Невропротективна активност
Много изследователски групи са изследвали невропротективните ефекти на полизахаридите в различни клетъчни модели [ 78 – 80 ]. In vivo и in vitro проучвания демонстрират способността на богатите на полизахариди екстракти да осигурят невропротективни ефекти чрез насърчаване на невритния растеж и активиране на NF- κ B, PI3K/Akt, MAPK, Nrf2/HO-1 сигнални пътища [ 81 ]. GPP1 (пречистен полизахарид от G. pentaphyllum ) ефективно защитава PC-12 клетките срещу A β(25-35)-индуцирана цитотоксичност, вероятно чрез предотвратяване на оксидативен стрес, прекомерен вътреклетъчен приток на свободен калций или загуба на потенциал на митохондриалната мембрана или чрез повишаване на експресията на Bax/Bcl-2 и разцепен протеин на каспаза-3 или евентуално чрез комбинация от тези ефекти. Тези констатации предполагат, че GPP1 упражнява невропротективен ефект срещу A β (25-35)-индуцирана невротоксичност в PC12 клетки, поне частично, чрез инхибиране на оксидативния стрес и потискане на митохондриалния апоптотичен път [ 41 ].
Действие против умора
Консумацията и изчерпването на енергийни източници [ 82 ], производството и натрупването на метаболитни продукти [ 83 ], дисфункцията на имунната система [ 84 ] и прекомерното генериране на ROS, които са силно реактивни молекули, които могат да атакуват и увредят клетъчната структура , всички насърчават умората, предизвикана от упражнения [ 85 , 86 ]. Много проучвания се опитват да идентифицират естествени полизахариди против умора без неблагоприятни ефекти, за подобряване на атлетичните способности, отлагане на умората и ускоряване на премахването на умората при хората [ 87]. Третирането с GPP1 – значително удължава времето за изтощително упражнение на мишки. Основните механизми, чрез които GPP1-a удължава това изчерпателно време за упражнение, може да са били свързани с ролята на GPP1-a в изчистването на прекомерните ROS, произведени по време на режима на упражнения [60 ] .
Други
Показано е, че полизахаридите на G. pentaphyllum имат значителни in vivo антидиабетни ефекти при модел на диабет тип 2 на плъх, индуциран чрез инжектиране на стрептозотоцин след консумация на диета с високо съдържание на мазнини/захар. Прилагането на полизахариди значително понижава нивата на кръвната захар, общия холестерол, триглицеридите, липопротеините с ниска плътност и малондиалдехида и повишава инсулина в кръвта, супероксиддисмутазата и липопротеините с висока плътност.
Резултатите показват, че полизахаридите на G. pentaphyllum имат хипогликемични и хиполипидемични ефекти при плъхове с индуциран от стрептозотоцин диабет тип 2 и че основният механизъм, свързан с тези ефекти, може да е свързан с повишаване на серумния инсулин и антиоксидантна активност [27 ] .
Фармакологичните изследвания на полизахаридите хвърлиха малко светлина върху нов аспект на функционалните храни за предотвратяване на стареенето [ 88 , 89 ]. Най-очевидното е 55,44% инхибиране на COX-2 от GPP-S. Инхибирането на IL-1 β и IL-6 е съответно 30,58% и 20,54% [ 18 ].
Заключения и перспективи
Джиаогулан (G. pentaphyllum) (Thunb.) Makino е източник на многообещаващи традиционни лекарства и функционални храни и по този начин привлича все повече внимание. През последните тридесет години полизахаридите са изолирани и пречистени от G. pentaphyllum с различни методи за екстракция, основно с помощта на микровълни или ултразвук. Полизахаридите на G. pentaphyllum имат широк спектър от мощни биоактивности, включително антиоксидантни, имуномодулиращи, противотуморни, хепатопротективни, невропротективни и действия против умора.
Подобно на много други полизахариди [ 30 ], изолирането, структурната характеристика и биоактивността на полизахаридите от G. pentaphyllumса обстойно изследвани през последните години.
За да се определят по-добре ефектите на полизахаридните метаболити на G. pentaphyllum върху човешкото здраве, трябва да се проведат in vivo проучвания, както при животни, така и клинични проучвания, тъй като ограничението на тези in vitro изследвания, проведени върху човешки тъкани и клетки. Друг важен въпрос е изследването на мощни нови технологии, като технологиите „omics“ (т.е. геномика, транскриптомика, метаболомика и протеомика) и биоинформатика за изясняване на различните механизми, лежащи в основата на ефектите на полизахаридите на G. pentaphyllum върху техните биоактивности . Това знание ще помогне на изследователите да проектират по-мощни фармацевтични продукти, насърчаващи здравето, и функционални храни, базирани на G. pentaphyllum полизахаридни химични модификации.