Пребиотични свойства на Джиаогулан в контекста на чревния микробиом
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.
СЪКРАЩЕНИЯ В СТАТИЯТА:
Чревната микробиота (GM)
Джиаогулан (Gp)
Сапонините на Джиаогулан (GpS)
Полизахаридите на Джиаогулан (GpP)
Резюме
Джиаогулан | Jiaogulan ( Gynostemma pentaphyllum) е традиционна китайска лечебна билка, която се използва широко в храни и хранителни добавки. През последните 20 години бяха проведени обширни изследвания за изследване на медицинските перспективи на jiaogulan и в това отношение бяха изолирани повече от 200 съединения с различни лечебни свойства като противоракови, против затлъстяване, противовъзпалителни и антиоксидантни.
По отношение на потенциалните ползи, пазарът на Джиаогулан расте и различните хранителни продукти, съставени от Джиаогулан (напитки, спортни напитки, кола, бира, чай, хляб и паста) са комерсиализирани в Съединените американски щати, Китай и други азиатски страни. Съвсем наскоро се засили интересът към пребиотичния потенциал на Jiaogulan, особено на чревната микробиота.
Този преглед се фокусира върху пребиотичните и терапевтичните аспекти на сапонините и полизахаридите на чай Джиаогулан, чрез обобщаване на литературата за рак, затлъстяване, антиоксидантна активност и имуномодулиращи свойства.
Това изследване обобщава терапевтичните и пребиотичните свойства на различни сапонини и полизахариди от Джиаогулан. Проучването също така подчертава модулиращите чревната микробиота (GM) свойства на различни съединения от jiaogulan. Този преглед подчертава терапевтичния ефект на jiaogulan върху разнообразието и състава на GM.
ВЪВЕДЕНИЕ
Gynostemma pentaphyllum Makino (Cucurbitaceae; Gp) е многогодишно пълзящо растение и се използва за билков чай (наречен Джиаогулан) в Тайланд, Япония, Китай. От векове билковият чай, приготвен от надземната част (включително стъбла и листа) на Gp се е консумирал в Китай като общ тоник. Днес той прогресивно се популяризира в целия свят за понижаване на нивата на серумните липиди и холестерол (Chen et al.,1991 ; Lin et al.,2000). Подобно на зеления чай, чаят Джиаогулан също има антиканцерогенна и антиоксидантна активност (Lin et al.,2000; Razmovski-Naumovski et al.,2005). Нарастващият изследователски интерес към Gp е очевиден от търсене в базата данни PubMed.
Традиционно Джиаогулан се прилага широко за лечение на различни заболявания, включително хепатит, диабет и сърдечно-съдови заболявания (Li et al.,2019). През последните 20 години обаче бяха проведени обширни изследвания за изследване на медицинските перспективи на Джиаогулан, което доведе до откриването на повече от 230 съединения с лечебни свойства. Тези съединения са показали различни фармакологични свойства:
- противовъзпалителни (Cai et al.,2016 ; Quan & Qian,2010 )
- антиоксидантни (Zhao et al.,2014 )
- антипролиферативни (Yan, Wang, Niu, et al. ,2014 )
- анксиолитични дейности (Choi et al.,2013 )
- противоракови (Hou et al.,1991 ))
- регулиране на липидния метаболизъм (Qin et al.,2012 )
- антидиабет (Gao et al.,2016 )
- лечение на сърдечно-съдови заболявания (Circosta et al.,2005 ).
От 230 съединения, 189 са сапонини, известни също като гипенозиди (Li et al.,2016). Сред тези гипенозиди 165 са класифицирани в 12 типа въз основа на природата на агликоновата част (Lin,2011). Подробностите за тези гипенозиди и техните фармакологични свойства са обсъдени другаде (Nguyen et al.,2021). Гипенозидите притежават няколко терапевтични свойства, включително противоракови и против затлъстяване (Lee et al., 2019 ; Lu et al., 2010).
Подобно на други фундаментални изследвания, изследванията в китайската медицина навлизат в нова парадигма от модел един ген-един фенотип към много сложен и сложен модел, известен като omics стратегии, който се основава на управлявано от данни нецеленасочено управление, диагностика и лечение (Cagan et al., 2013 ; Yoo et al., 2018 ). Китайската медицина е холистична по природа и би било непрактично да се разбере с конвенционални изследователски инструменти. Ето защо напоследък изследователите започнаха да оценяват пребиотичния потенциал на Джиаогулан на границата на чревната микробиота (GM).
Фармакологичните свойства на Джиаогулан на границата на GM трябва да се оценяват като коменсали (симбиоза – изгода за единия организъм (коменсал), другият не е повлиян), които играят важна роля в човешката физиология. Например, човешкият микробиом съставлява около 47% от тялото ни според броя на клетките и кодира 1000 пъти повече гени, отколкото гените на собственото ни тяло (Институт за геномни науки,2017 ; Knight et al.,2017 ). Изчислено е, че човешкият микробиом кодира 2–20 милиона гени, които надхвърлят ~20 000 човешки гени (Knight et al.,2017 ). Тези микробни гени се представят на гостоприемника за храносмилане, метаболизъм и съзряване на имунната система (Cani, 2009 г.).
Целенасочената интервенция за ремоделиране на GM състава показа окуражаващи резултати в превенцията и лечението на заболяванията. Все повече доказателства показват, че различни биоактивни природни продукти, като диетични фибри, фенолни съединения и несмлени въглехидрати, могат да регулират полезните чревни микроби, да подобрят чревната хомеостаза и да облекчат симптомите на заболяването (Makki et al., 2018 ).
В този преглед ние подчертаваме някои ключови констатации, чрез оценка на екстрактите от Джиаогулан и терапевтичния характер на пречистените съединения (гипенозиди, полизахариди и флавоноиди) на границата на GM. Проучването се фокусира по-специално върху противораковите, против затлъстяване и антидиабетните свойства на Джиаогулан.
ПРОТИВОРАКОВИ СВОЙСТВА
Известно е, че Джиаогулан притежава мощни противоракови способности. Досега са определени няколко механизма на действие по отношение на противораковите действия на Джиаогулан, включително антиоксидант (Li et al.,2015), спиране на клетъчния цикъл, апоптоза, предотвратяване на инвазия и метастази (Yan, Wang, Niu, et al.,2014) и имуномодулиращи дейности. Например , G. pentaphyllum saponin (GpS) се съобщава за противоракови свойства чрез регулиране на експресията на Prdx1 и Prdx2 и потискане на Ras, RAF/MEK/ERK/STAT, PI3K/AKT/mTOR сигнализация (Tai et al.,2016). Друго in vitro проучване също показа, че GpS разкрива антипролиферативния ефект чрез спиране на клетъчния цикъл във фазата G0/G1 и индуцира апоптоза на HepG2 клетки чрез рецептор на смъртта и митохондриален път (Hussain et al., 2020). Ян, Уанг, Уанг и др. ( 2014) показаха, че GpS може значително да повиши вътреклетъчното ниво на ROS, което индуцира клетъчна токсичност, апоптоза и митохондриално увреждане в колоректалните ракови клетки. Противораковите способности на Джиаогулан, както преки, така и непреки, са обобщени на фигурата по-долу.
Противоракови свойства на сапонина на Джиаогулан
За разлика от in vitro системата, сапонините се абсорбират слабо и имат дълго време на престой в червата, когато са тествани в предклинични модели (Navarro del Hierro et al., 2018 ). Въпреки това, чрез неотдавнашното интегриране на билковата медицина и изследванията на GM, дългото пребиваване на сапонина в червата се оказа, че подобрява неговата ефикасност. Ние и няколко други проучвания показахме, че GpS подобрява микробния състав на червата чрез насърчаване на растежа на полезни бактерии и потискане на потенциални патогени (Chen et al., 2015 , 2016 ; Huang et al., 2017 , 2018 ; Khan et al., 2019 ; Shen, Zhong et al., 2020 г. ). Докато оценява противораковите ефекти на GpS в Apc Min/+ миши модел, GpS показа стимулиращ ефект върху изобилието от Lactococcus, Bifidobacterium, Lactobacillus и късоверижни мастни киселини (SCFAs), произвеждащи бактерии. Въпреки това, растежът на потенциални патогени, например Dysgonomonas spp., Helicobacter spp., сулфат-редуциращи бактерии, беше потиснат след въвеждане на GpS в червата на мишка (Chen et al., 2015 , 2016 ; Huang et al., 2017 ; Khan et al., 2019 ; Liao et al., 2020 ).
След като забелязахме стимулиращия ефект на GpS в производителя на SCFAs в червата на мишката, ние доказахме, че GpS може да увеличи растежа на Bifidobacterium animalis, Lactobacillus casei и Lactobacillus reuteri (Liao et al., 2020 ). Чрез сондираане на B . animalis и бутират (отделно) към предклиничен миши модел на рак и забелязвайки противоракови ефекти, ние доказахме, че противораковият ефект на GpS е отчасти чрез стимулиране на растежа на полезни бактерии в червата (Liao et al., 2020).
Противораковата ефикасност на GpS може да бъде подобрена в присъствието на полизахариди. Потвърдихме засилените превантивни срещу рак свойства на GpS, когато се прилага в комбинация с полизахаридите на Ganoderma lucidum (Lingzhi). Беше наблюдавано, че GpS и полизахаридите от луцидум могат значително да подобрят възпалената чревна бариера на Apc Min/+ мишки чрез инхибиране на образуването на полипи, промяна на макрофагите M1 на M2 на дебелото черво, спиране на онкогенните сигнални молекули и увеличаване на E-cadherin/N-cadherin съотношение (Khan et al., 2019 ).
Противоракови свойства на полизахаридите на Джиаогулан
В допълнение към GpS, полизахаридите на Gp (GpP) също се съобщават за противоракови свойства. Полизахаридите са потенциални пребиотични полимери, които са широко изследвани. Те насърчават растежа на определени полезни бактерии (напр. Bifidobacterium, Lactobacillus ) и в дебелото черво се метаболизират в млечна киселина и SCFA, които подобряват физиологията на гостоприемника, особено стомашно-чревното здраве (Azmi et al., 2012 ; Devillé et al., 2007 ; Zaporozhets и др., 2014).
Натрупващите се доказателства съобщават, че GpP разкрива противораковия ефект in vivo и in vitro. Молекулното тегло, степента на разклоняване и разтворимостта на GpP са тясно свързани с неговите противоракови свойства. Различни молекулни тегла в диапазона от 10 3 –10 6 Da са открити в различни GpP при различни експериментални условия (Ji et al., 2018 ). Установено е, че неутрална полизахаридна фракция на Gp ефективно инхибира (потиска, спира действието) растежа на солиден тумор на H22 хепатокарцином, трансплантиран в ICR мишки (Liu et al., 2014 ).
Друго проучване показа, че GpP подобрява съотношението и митохондриалното ниво на Т клетките и насърчава секрецията на IL-2 и IFN-γ в асцита на мишки (He et al., 2020 ). Ю и др. (2020 ) съобщават, че нов киселинен полизахарид от GP показва значителни апоптотични характеристики, като клетъчно свиване, намалено клетъчно прилепване и появата на апоптотични тела в SPC-A-1 и MGC-803 клетки. Д-р Чен и др. ( 2011 ) изолира нов GpP и синтезира четири сулфатирани полизахарида от този GpP, използвайки метода на хлоросулфоновата киселина. Резултатите показват, че полизахаридите значително инхибират растежа на HepG2 клетки и Hela клетки.
Противоракови свойства на флавоноида на Джиаогулан
Флавоноидът е основно полифенолно съединение, което се среща широко в билковите лекарства. Флавоноидът също е основна съставка на Gp и разкрива определени биоактивности, особено противоракови и антиоксидантни ефекти. Установено е, че флавоноидът от GP (GpF) и GpS може еднакво да потисне растежа на рак на простатата PC-3 клетки, със стойности на IC50 съответно 39,3 и 33,3 μg/ml. Тези две Gp фракции индуцират спиране на клетъчния цикъл както при S, така и при G2/M фази, както и апоптоза (Cheng et al., 2011). Друго изследване съобщава, че GpF индуцира апоптоза и съпътстващо променя баланса на експресията на BCL-2 и BAX, както и експресията на каспаза-3 в клетъчните линии на рак на белия дроб A549 и H469. Въпреки това, авторите откриват, че GpF индуцира спиране на клетъчния цикъл както при S, така и при G2/M фази и регулира експресията на клетъчни протеини циклин A, B, p53 и p21 в A549, но не и в H460 (Tsui et al., 2014 ). Д-р Лин и др. ( 2019 ) изолират четири флавоноида от Gp с помощта на хроматография и откриват, че флавоноидите могат да действат срещу индуцираното от AAPH окислително увреждане в LLC-PK1 клетки чрез потискане на увеличаването на MDA и намаляването на супероксид дисмутаза (SOD) и глутатиона. Wang, Yang и др. ( 2018 г) показаха, че GpF проявява антиоксидантен ефект върху A549 с индуциран от H2O2 оксидативен стрес, чрез увеличаване на експресията на супероксид дисмутаза (SOD), GSH и HO-1 и едновременно с това намаляване на експресията на ROS и MDA. Д-р Jang и др. ( 2016 ) изолират осем флавоноида от Gp, включително ново съединение, и оценяват антиоксидантния ефект чрез DPPH анализ за отстраняване на радикали. Резултатите показват, че рутинът притежава най-силните антиоксидантни свойства.
ЕФЕКТ ПРОТИВ ЗАТЛЪСТЯВАНЕ
AMPK е вътреклетъчен енергиен сензор и регулира енергийния баланс на цялото тяло и клетката в отговор на търсенето и предлагането на енергия. Nguyen и др. ( 2011 ) демонстрира, че глюкозидите от дамаранов тип от Gp са потенциалният активатор на AMPK.
По-нататъшно проучване от този изследователски екип също показа, че Gp, обогатен със сапонини, може да подобри затлъстяването при мишки, чрез активиране на AMPK (Gauhar et al., 2012 ).). Лий и др. демонстрира, че екстрактът от Gp, обогатен с гипенозиди, може да намали серумните нива на триглицеридите, общия холестерол и LDL-холестерола и да покаже ефекта против затлъстяване при затлъстяване, предизвикано от HFD. Изследователският механизъм показа, че GpS може да увеличи активирането на AMPK и да потисне адипогенезата чрез намаляване на CCAAT/енхансер-свързващия протеин-α (C/EBPα), PPARγ, стерол регулаторен елемент-свързващ протеин-1c (SREBP1c), PPARγ коактиватор-1α, мастна киселина синтаза, адипоцитен протеин 2 и сиртуин 1 (Lee et al., 2019 ). Инхибирането на активността на панкреасната липаза се счита за една от стратегиите за лечение на затлъстяването.
Предишни доклади показват, че GpS може да инхибира активността на панкреасната липаза и вероятно да притежава ефект срещу затлъстяване (Bai et al., 2010 ; Su et al., 2016). Liu и др. установяват, че GpS значително намалява телесното тегло, плазмения общ холестерол и оценения индекс на инсулинова резистентност на хомеостазния модел в HDF-индуциран модел на затлъстели мишки. Авторите също показаха, че GpS може да увеличи активността на кафявата адипоцитна тъкан и покафеняването на бялата мастна тъкан. Генната експресия, участваща в митохондриалната активност и β-окислението на мастни киселини, също се повишава както в кафявите, така и в белите адипоцитни тъкани. Освен това GpS намалява съотношението на Firmicutes към Bacteroidetes и увеличава изобилието на Akkermansia muciniphila в GM (Liu et al., 2017 ).
АНТИДИАБЕТЕН ЕФЕКТ
Съобщава се, че сапонинът от Gynostemma pentaphyllum има хипогликемични свойства, чрез усилване на Nrf2 сигналния път при индуцирани от стрептозотоцин диабетни плъхове (Gao et al., 2016 ). Gp, съдържащ стандартизирани гипенозиди, значително повишава плазмената концентрация на инсулин и повлиява дълбоко интраперитонеалния тест за инсулинова поносимост в сравнение с контролната група (Wang, Ha, et al., 2018 ).
В модела на индуциран от стрептозотоцин диабетна мишка, GpS показва хипогликемичен ефект чрез усилване на Nrf2 сигналния път. Резултатите също така показват, че GpS повишава нивото на инсулин в кръвта, както и повишава активността на супероксид дисмутаза (SOD) и Глутатион пероксидаза (GSH-px) (Gao et al., 2016 ). Норберг и др. ( 2004 г) изолира нов гипенозид от GpS, който е наречен фанозид, и резултатите показват, че фанозидът и неговите стереоизомери могат значително да стимулират секрецията на инсулин. Wang, Ha и др. ( 2018 ) установяват, че две съединения от гипенозиди могат значително да подобрят усвояването на 2-дезокси-2-[(7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол-4-ил)амино]-D-глюкоза (2-NBDG) и глюкозата транслокация на транспортер 4 (GLUT4) чрез активиране на сигналния път на AMPK и ацетил-CoA карбоксилаза.
Наскоро, в проучване, профилиране и скрининг на активните съединения на Gp в модел на диабетен плъх, 27 тритерпеноиди от тип дамаран бяха характеризирани, чрез масспектрометрия и NMR спектроскопия. Един от тези тритерпеноиди показва глюкозо-зависима инсулинова секреционна активност (Lundqvist et al., 2019 ).). Тези проучвания предоставиха потенциални кандидати за разработването на антидиабетни средства на GpS.
Освен споменатите ефекти, GpS притежава и други биоактивни свойства. Изследванията показват, че GpS притежава свойства против умора и при умора, предизвикана от упражнения. GpS може да удължи времето за плуване на мишките, ефективно да забави понижаването на глюкозата в кръвта и да предотврати увеличаването на лактат (Ding et al., 2010 ). Aktan и др. ( 2003 ) установиха, че GpS може да потисне синтеза на NO в миши макрофаги чрез инхибиране на ензимната активност на iNOS и отслабване на NF-κB-медиирана експресия на iNOS протеин. Цанг и др. ( 2019 ) съобщават, че GpS индуцира меланогенеза и активира cAMP/PKA и Wnt/β-катенин сигнални пътища както в B16, така и в B16F10 клетки. Yang и др. ( 2013 г) установяват, че два нови сапонина от Gp могат да инхибират липополизахарид (LPS)-индуцирана експресия на IL-1β, IL-6 и COX-2 mRNA в RAW 264.7, което показва подчертан противовъзпалителен ефект.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Това проучване обобщава терапевтичните и пребиотичните свойства на различни сапонини и полизахариди от Джиаогулан. Проучването също подчертава GM-модулиращите свойства на различни съединения от Джиаогулан. Този преглед допълнително подчертава терапевтичния ефект на Джиаогулан върху разнообразието и състава на GM.