パート1：Cistancheハーブの潜在的な栽培地域の化学的多様性と予測

連絡先：Audrey Hu Whatsapp / hp：0086 13880143964メール：audrey.hu@wecistanche.com

敵対的な成長環境と関連する生産の増加により、Cistanche植物数が減っています。 本研究の目的は、高速液体クロマトグラフィーとMaxEntモデルによって、2つの公式種と2つの非公式種（C.salsaとC.sinensis）の品質を評価し、潜在的に適切な領域を予測することでした。 結果は、2'-アセチルアクテオシドがニクジュヨウ。 化合物は、区別するための潜在的な化学マーカーとして使用できますニクジュヨウ他の3つからCistanche植物。 アントシアニンAとカロテノイドFは、2つの公式種のみの共通成分であり、したがって、公式種と非公式種を区別するための化学的マーカーとして使用できます。 潜在的に適切な分布の予測結果は、C。sinensisが他の種よりも潜在的な分布のためにはるかに広い領域を持っていることを示しました。 最後に、エキナコシドの内容はニクジュヨウは2つの適切な潜在的分布の間で大幅に異なり、内モンゴルのサンプルの含有量は甘粛省のサンプルよりも大幅に高かった。 これは、化学成分の含有量と漢方薬の品質評価のためのMaxEntモデルの結果の組み合わせの最初のアプリケーションです。 私たちの結果は、絶滅危惧種のホンオニク属の種の持続可能な利用のための参照を提供する可能性があります。

第72回世界保健総会以来、伝統医学は国際疾病分類（第11版）に含まれています。これは主に伝統的な漢方薬に由来し、日本、韓国、インドなどの東南アジア諸国でも広く受け入れられています。 会議は、伝統医学が健康規制において重要な役割を果たしていることを示しました。 薬草は、鍼灸や操作に加えて、伝統医学の材料ベースです。 さまざまなハーブの正確な使用法と組み合わせによって、伝統的な薬の究極の効果が決まります1–3。 さらに、ハーブの有効成分の含有量と種類は、植物の起源と成長環境によって変動します。 したがって、適切な植物の起源と適切な成長環境は、臨床の有効性と安全性にとって不可欠です。

Cistanche植物は、中国、日本、および一部の東南アジア諸国で、男性のケアのための貴重な強壮剤および食用ハーブとして利用されています4,5。 この属の4種は、中国での潜在的な薬効で知られています。ニクジュヨウ, Cistancheカンカニクジュヨウ, Cistanche サルサ、 とCistanche シネンシス。 最初の2種の乾燥した多肉植物の茎は、Chinese Pharmacopoeia（2015年版）に記録されています。Cistanches Herba。 これらの種は腎臓と腸管に有益です。 他の2種は、いくつかの場所で消費されているか、Cistanches Herba。 C.サルサは甘粛省（1992年版）と新疆ウイグル自治区（1987年版）の地方の薬草基準で記録されました。 C.シネンシスは中国で唯一の種です。 現代の化学的および薬理学的研究は、これらのハーブからの化学成分が、脳機能の改善、媚薬効果、および免疫増強効果などのいくつかの効果を持っていることを示しています。

公開された研究は、異なる間の化学成分の含有量とタイプの違いを示していますCistanche植物、ベタイン、クレブス回路中間体、フェニルエタノイド配糖体、とイリドイドは、間の判別分析に関与する4つの化学マーカーと見なされていましたCistancheニクジュヨウとカンカニクジュヨウ7,8。 詳細な研究では、カンプネオシドII、シスタノシドC、およびシスタノシドAの異性体が3つの可能性があることが示されました

上記の2つの種を区別するための化学的マーカー9。 さらなる研究により、8つのフェニルエタノイド配糖体を識別のための化学的マーカーとして選択できることが示されました。Cistanche種、主に含まれていますCistancheニクジュヨウ, Cistancheカンカニクジュヨウ、およびC.sinensis10。 さらに、化学成分の含有量は地理的な起源によって異なります。 周と彼の共著者は、7つの指標成分（カスタノシドA、エキナコシド、イソアクテオシド、2'-アクチルアクテオシド、カスタノシドC、およびツブルオシドB）の合計含有量がカンカニクジュヨウ新疆の南からは、中国のクイトゥンとハミの約6倍でした11。 これらの化学成分の中で、アクテオシドとエキナコシド漢方薬の品質管理のための指標要素と見なされます。 2つの成分は脳機能を改善することが報告されており、アクテオシドは主に媚薬効果に寄与しています。

種分布モデル（SDM）は、種の生態学的要件を推測するために既存の環境変数を使用して確立された統計モデルです。 このようなモデルは、観察された分布データに基づいて、対象種の潜在的な分布をマッピングすることができます12。 現在まで、SDMは、気候変動時の絶滅危惧植物や生態系植物の分布傾向の予測にうまく適用されてきました13,14。 これらのモデルの中で、MaxEntモデルは、存在のみのデータを使用して生息地の適合性分布を予測する簡単な手段として一般的に使用され、不完全なデータ、小さなサンプルサイズ、およびギャップでうまく機能します14。 一部のソフトウェア（ArcGISなど）と組み合わせると、調査によってサンプルの収集サイトの環境変数と気候変数を抽出できます。 さらに、潜在的に適切な場所は、3つまたは4つのレベルに分けることができます15–17。 しかし、ハーブ医学の品質管理のために、分割後の潜在的な適切な場所と化学成分の含有量を組み込んだ組み合わせ戦略を報告した研究はありません。

本研究では、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）による品質評価のために、4つの絶滅危惧種のホンオニク植物を収集し、7つの化学成分を指標として使用しました。 さらに、26の環境変数を備えたMaxEntモデルを利用して、さらなる使用のために最適な種を調査するための潜在的に適切な領域を予測しました。 最後に、これらの絶滅危惧種の開発と利用を改善するために、インデックスコンポーネントの内容と適切な領域の組み合わせを体系的に分析しました。Cistanche中国および他の国の植物。

結果

7つの化学成分の含有量は、それらの検量線に基づいて計算されました。 検量線の7つの方程式は、Y{{0}}。540 0 Xと0。1616（2'-アセチルラクトシド、R {{ 7}}。9992）、Y= 18。5640 X plus 0。3724（acteoside、R=0 .9821）、Y= 15。635 0 Xplus0。0090（isoacteoside、R=0。9999）、Y= 12。7460Xplus0.0103（tubuloside A 、R=0。9999）、Y=10。638Xプラス0.1615（cistanoside A、R=0。9997）、Y=21。533X-0.0006（cistanoside F、R=1）、およびY=13。0740Xと1.1381（echinacoside、R=0。9821）; 濃度（X）は横軸、ピーク面積（Y）は縦軸です。 Rは相関係数であり、これらの検量線間の優れた線形相関を示します。 精度実験（同じサンプル抽出物の6回の連続注入）により、精度が良好であり、ピーク面積の相対標準偏差（RSD）が0.3％から0.8％の間であることが示されました。 同様に、再現性（同じサンプル抽出物の6回の連続注入）および安定性テスト（0、2、4、8、12、および24時間後の同じサンプル抽出物の6回の注入）により、0.56〜1.46パーセントおよび1.06〜のRSDが得られました。それぞれ3.60パーセント。

7つのインデックス構成要素のさらなる内容分析は、視覚的な比較結果と小文字の重要な違いを含むグループ化された水平ボックスに表示されました。 7つの構成要素の回復テスト結果は99.25パーセントから104.10パーセントまで変化し、RSDは0.69パーセントから3.45パーセントの間でした。 したがって、この方法は正確でした。

4つの種の7つのインデックス構成要素の内容と、同じ種の地理的起源は、グループ化された水平のボックスに表示されます。 一部の化学成分の含有量は検出限界を下回っていました。 したがって、図の一部だけが4つのCistanche種を含んでいました。 化学成分2'-アセチルアクテオシドは、ニクジュヨウ、一方、他の種では本発明の方法では検出されなかった。 しかし、2'-アセチルアクテオシドに焦点を当てたさまざまな地理的起源の間で内容の違いが観察されました。 内モンゴルのAlashanzuoqiの成分の含有量は、他の3つの州の含有量よりも大幅に高かったのに対し、甘粛省のMinqininのTingtuhuの種の含有量は、他の場所の含有量よりも大幅に低かった（図1A）。 ツブロシドAはで検出されましたニクジュヨウとカンカニクジュヨウ。2つの種の間、および地理的に異なる起源の同じ種の植物の間でさえ、顕著な違いは観察されませんでした（図1B）。 4つの種は同じ化学成分（アクテオシド）を含んでいました。 新疆ウイグル自治区のTachengのJianga'erhanから収集されたC.salsaのアクテオシドの含有量は、他の種および異なる栽培地域の同じ種の含有量よりも有意に高かった。 対照的に、アクテオシドの含有量は、ニクジュヨウ（この所見は、ツブロシドAの所見と同じでした;図1C）。 シスタノシドAはで検出されましたニクジュヨウとC.サルサ。 新疆ウイグル自治区のTachengのJianga'erhanからのC.salsaサンプルの含有量は、ニクジュヨウ他の場所からのサンプル。 さらに、場所の変化はコンポーネントの内容に影響を与えませんでした。 この条件は、ツブロシドAおよびアクテオシドの条件と同じでした（図1D）。 シスタノシドAの場合、インデックスコンポーネントの内容は、種や地理的起源の変化によって変動しませんでした（図1E）。 新疆ウイグル自治区のTuoliのHejiaokeからのC.salsaサンプルのエキナコシド含有量は、新疆ウイグル自治区のTachengのJianga'erhanからのサンプルの含有量よりも有意に高かった。 からのサンプルのコンポーネントの内容ニクジュヨウとカンカニクジュヨウ、収集された場所に関係なく、他の場所（新疆ウイグル自治区のTachengのJianga'erhan）よりも大幅に低かった。 また、肝吸虫では化学成分を検出できませんでした（図1F）。 イソアクテオシドは、C。サルサを除くすべてのCistanche種で検出されました。 のイソアクテオシド含有量カンカニクジュヨウ中国の原産地に関係なく、他の2つの種よりも有意に高かった（図1G）。 ここでは、すべての重要な差異はP<0.5未満でした。 これらの化学成分の総含有量は、7つのスチレン配糖体の比較を改善するために図2に積み重ねられています。="">

MaxEntとArcGISの計算を組み合わせて、4つのCistanche種のハーブに適した可能性のある領域を計算しました。 結果を表1に示します。上記のセクションのカテゴリと同様に、潜在的に適切な領域は4つのクラスに分類されました。 高い生息地適合性クラスに関しては、3つの種が世界中で約30 km2広い適切な領域を持っていました（ニクジュヨウ：29.2210 km2、C。sinensis：31.3034 km2、C。salsa：30。8633 km2）、C。tubulosa（10.6866 km2）と比較。 高い生息地適合性クラスの比較によって示されるように、ニクジュヨウ適度に適切なクラス（カンカニクジュヨウ：12.4069 km2、C。sinensis：32.1292 km2、C。salsa：38.5764 km2）、カンカニクジュヨウまだ最小でした。

適切な耕作地の潜在的な分布と見なされる潜在的な領域の観点から、高い生息地の適合性と適度に適切なクラスは次のように議論されます。 に適した領域のほとんど（約90パーセント）ニクジュヨウ主に中国の北部と北西部に分布していた。 さらに、米国南部、イラン南西部、トルコ東部、モンゴル南部、カザフスタン東部で、潜在的な栽培条件のあるいくつかの地域が特定されました（図3）。 上記の種とは異なり、C。tubulosaは、中国西部、南アメリカ北西部、アフリカ北部、および中国とアフリカの間のいくつかの国をカバーして、世界中によく分布しているように見えました。 しかし、カンカニクジュヨウ潜在的な分布が広く、生息地の適合性が高く中程度のクラスの総面積が23.0935 km2であった他の3種と比較して、種の総面積は最小でした。 2つのクラスに関しては、エジプト北部、サウジアラビア王国の西部地域、イエメン南部、アラブ首長国連邦北部、イラン南部、パキスタンで、種の成長に適した潜在的な地域はわずかしか見つかりませんでした。 最大の地域は依然として中国にあり、予測地域全体は国の西に位置していました（図4）。 に似ているニクジュヨウ、C。サルサは主に中国の北西部と北部に分布しており、標本には記録があります。 MaxEntモデルによる予測後、米国およびカザフスタンとキルギスタンの東部に適切な成長環境となる可能性のある小さな予測領域がありました（図5）。 C. sinensisの予測される場所のほとんどは、中国北部と西部に分布していました。 さらに、モロッコ中部、アルジェリア南東部、チャドとイラン北西部でいくつかの地域が特定されました（図6）。

MaxEntによって計算された潜在的に適切な領域は、図1および2の右下隅に表示されます。 3–6は、中国における4種の予測分布を示しています。 ここで、予測分布マッピングの最小単位は、中国の州に基づいていました。 世界の分析と同様に、このセクションの分析は、高い生息地の適合性と中程度のクラスに基づいていました。 予測領域は次のことを示しましたニクジュヨウ主に新疆ウイグル自治区、内モンゴル自治区、寧夏回族自治区、甘粛省、青海省に分布していました。 他の州ではいくつかの分布域が見つかりましたが、それらはクラス2に属していました。したがって、これらの地域はあまり適切ではなく、したがって種の栽培には推奨されませんでした。 為にカンカニクジュヨウ、この種のすべての潜在的に適切な地域は、中国の新疆ウイグル自治区で予測されました。 興味深いことに、C。salsaは、新疆ウイグル自治区、内モンゴル自治区、寧夏回族自治区、甘粛省、青海省、陝西省、陝西省、河北省など、中国で幅広い潜在的な分布を示しました。 さらに、寧夏回族自治区全体がこの種の栽培可能地域であるように思われました。 C. salsaと同様に、C。Sinensisも新疆ウイグル自治区を除いて潜在的な分布の広い地域を持っていました（しかし、それはXizang省に予測地域を持っていました）

各種モデルの評価。

モデルのパフォーマンスは、失敗、悪い、普通、良い、優れた5つのカテゴリに分類されました（{{0}}。9

適合性に対する変数の応答分析。

応答曲線は、生息地の適合性と環境変数（存在のロジスティック確率としても知られています）の間の定量的な関係を示しています14。 本研究では、ジャックナイフテストと順列の重要性（寄与率）の間の共通変数を使用して、適合性に対する変数の応答を分析しました。 の面ではニクジュヨウ、bio09とwind10は一般的な変数でした。 最も乾燥した四半期（bio09）の適切な平均気温は、-12.71227957度から-1.296478534度の間でした。 種の分布に有益な10月の最適風速（wind10）は、0.5841〜3.2581 m・s-1でした（図S5）。 2つの一般的な変数が、カンカニクジュヨウモデル。 最初のものは5月の日射であり、適切な範囲は24661.0800 kJ・m-2・day-1を超えていました。 もう1つは10月の降水量（pre10）で、最適値は5.4640 mm未満でした（図S6）。 ジャックナイフテストの結果は、4つの変数がC.サルサモデルの生物気候要因の寄与に関する他の2つの評価方法の変数と同じであることを示しました。 最初の2つの変数は、6月と11月の日射量（srad06とsrad11）で、範囲はそれぞれ23298.9691〜25137.457と6709.6219〜10687.2852 kJ・m-2・day-1でした。 3つ目は、最も乾燥した四半期（bio09）の平均気温で、最適範囲は-12。6159–2.8479度です。 4番目の変数は9月の降水量（pre09）で、適切な範囲は8.3762〜32.4312 mmでした（図S7）。 C. SinensisのMaxEntモデルには、種の潜在的な分布に主に寄与する3つの重要な変数がありました。 12月の日射量（srad12）の適切な範囲は6138.3161–9488.8316 kJ・m-2・day-1であり、11月の最高気温（tmax11）の範囲は-1。9115–9.6048度でした。 さらに、8月の風速の適切な範囲（wind08）は2.1005〜3.3054 m・s-1でした（図S8）。 4種の潜在的な分布に寄与する他の重要な変数は、図1および2に要約されています。 S5〜S8。

化学成分と生物気候変数の間の相関。 主要な分布地域からの最も人気のある種（ニクジュヨウ）を比較して、相関分析を終了し、環境条件による7つのインデックスコンポーネントのコンテンツの変動を調査しました。 種の適切な潜在的分布を分析した後、これらの潜在的分布領域は4つのカテゴリーに分けられました。 ここでは、22のサンプルを含む6つの収集サイトが、種のMaxEntモデルの結果から抽出された中国の地図にマッピングされました（図8）。 その結果、2つの収集場所がクラス1（生息地適合性の高いクラス）にあり、2つの収集場所がクラス2（適度に適切なクラス）に属していることがわかりました。 2つの最終サイトはクラス3（低適切クラス）として分類されました。 2'-アセチルアクテオシド含有量の有意差は、CD-TG（甘粛省民勤県ティントゥフ）とCD-AI（内モンゴル内モンゴルアラシャンズオキ）の間で観察され、それぞれクラス2と1に属していました。 さらに、クラス3に属するCD-AX（Aibi Lake地域、Tacheng、Xinjiang）およびCD-CG（Changcheng、Liangzhou、Gansu Province）の成分の含有量は、他の4つの成分と有意な差はありませんでした。クラス1とクラス2に属していたサイト。他の6つの化学成分については、これらの成分の含有量に関して、異なる地理的起源の間で有意差は確認されませんでした。

討論

漢方薬は、病気の体系的な標的化に寄与する多くの化学成分の複雑な混合物です。 さらに、あるタイプのハーブ材料は、類似の特性または有効成分を有する異なる植物種から収集することができる。 たとえば、Coptidis Rhizomaは、頻繁に使用される漢方薬です。 これは、3つの同属植物（Coptis chinensis、C。deltoidea、およびC. teeta）から得られ、さまざまなベルベリンの助けを借りて、湿気の保持によって引き起こされる下痢を治療するために使用されます18。 さらに、Polygonatum Rhizomaは、免疫調節のために中国の日常生活で機能性食品として一般的に利用されています。 粗製物質は、Polygonatum kingianum、P。sibiricum、およびP.cyrtonema19の根茎です。 本研究には4種が含まれ、そのうち2種は中国薬局方で公式に記録されています（ニクジュヨウとカンカニクジュヨウ2015バージョン）。