パート3：糖尿病とそれに関連する合併症に対するイソラムネチンの効果：invitroおよびinvivo研究のレビューと関与する分子経路の事後トランスクリプトーム分析
Mar 29, 2022
詳細については。 コンタクトtina.xiang@wecistanche.com
5.事後トランスクリプトーム分析は、幹細胞ベースのツールで糖尿病に対するイソラムネチンの潜在的な効果を予測します
周産期を利用した幹細胞ベースのツールを確立しました幹細胞、ヒト羊膜上皮細胞（hAEC）、全ゲノムマイクロアレイ分析を使用して天然化合物の生物活性を評価する[71、140-144]。 近年、薬用植物中のますます多くの生物活性化合物が、それらの潜在的な治療および予防効果についてスクリーニングされてきた。 これに関連して、ヒト多能性幹細胞（hPSC）を使用した幹細胞ベースのアプローチは、学術研究と製薬業界の両方で、薬物のスクリーニングと数千の化合物の検証に生理学的に関連するinvitroヒトモデルとして大きな注目を集めています[{{4} }]。 ただし、胚性幹細胞（hESC）や人工多能性幹細胞（hiPSC）を含むhPSCは、細胞リソースが限られており、侵襲的な抽出手順、高価な細胞の再プログラミング、重要なメンテナンス手順が必要であり、倫理的な制約があります。薬物スクリーニングの実用的な情報源としてはあまり好ましくありません。 一方、hAECは、医療廃棄物である廃棄されたタームプラセンタから派生しています。 それらは侵襲的な収穫手順を必要とせず、倫理的な懸念は最小限です。 さらに、hAECは多能性エピブラストに由来するため、ESCのような多系統分化能を維持し、3つの胚葉すべてから細胞に分化することができます[148-151]。
適切な分化プロトコルにより、hAECは肝細胞様細胞[152-155]、胆管細胞[156]、そして最も重要な膵臓様インスリン産生細胞[157-160に分化できることは注目に値します。 ]。 ストレプトゾトシン誘発糖尿病マウスへのhAEC誘発膵臓細胞の移植は、血糖値を正常化する可能性があります[161]。 hAEC [162]、およびhAEC [163]に由来するエクソソームは、血管新生と線維芽細胞機能を促進し、炎症を軽減することにより、糖尿病性創傷治癒を促進する可能性があります。 hAECを膵島オルガノイドに組み込み[164]、ネイティブ膵島をhAECの層でシールドする[165]と、糖尿病マウスモデルにおける膵島の生着と血行再建術を強化することができます。 さらに、hAEC由来の肝細胞様細胞、およびhAEC自体が、肝線維症[166,167]、肝硬変[168]、肝不全[169]などの肝疾患に治療効果があることが報告されています。
DMの複雑な病態生理学を考慮すると、hAECは、化合物の抗糖尿病効果を研究するための理想的なinvitroモデルではない可能性があります。 ただし、幹細胞のような特性があるため、ターゲット化合物の初期スクリーニングに使用できます。 我々は以前に、hAECにおけるイソラムネチンの抗線維化[71]および肝分化誘導[170]の可能性を調査しました。 本研究では、以前に公開されたデータ[71]の対象を絞った二次分析を実行して、イソラムネチンの潜在的な機能を調査しました。糖尿病(Figure 4). Data analysis was conducted for three biological replicates of day 10 control (n = 3) and isorhamnetin-treated (n =3) hAECs. The cells were grown in 3D cell culture. Control cells were maintained in placental basal epithelial cell medium(Promo Cell, Cat.#C-26140)in absence of any differentiation medium or growth factors, whereas treatment cells were supplemented with 20 mM of isorhamnetin (Sigma-Aldrich, Japan) for 10 days. Differentially expressed genes (DEGs) are referred to as genes with a linear fold change>2とp値<0.05(one-way between-subjects="" anova).="" a="" total="" of="" 303="" degs="" were="" identified;="" among="" them,="" 60="" were="" upregulated="" and="" 243="" were="" downregulated.="" details="" of="" methodology="" have="" been="" explained="" elsewhere="" [71,170].="" all="" microarray="" data="" are="" available="" at="" gene="" expression="" omnibus(geo)="" under="" accession="" number:="" gse153149="" (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc="GSE153149,accessed" on="" 24="" november="">
5.1。 細胞型シグネチャ遺伝子セット
hAECに関するこれまでの研究では、さまざまな種類の化合物が、カフェイン酸エステル、ロスマリン酸[142]、カフェオイルキナ酸誘導体3,4、5-などのさまざまな細胞系統に向けてhAECの分化を誘導できることを発見しました。トリ-O-カフェオイルキナ酸（TCQA）[140]は神経細胞の分化を促進する可能性がありますが、アントシアニンであるシアニジン-3- O-グルコシド（Cy3G）はhAECで脂肪細胞の分化を誘導しました[143]。 天然化合物の生物活性または機能性は、一般に、DEGによって濃縮された細胞型から予測できることを観察しました。
分子署名データベース（MSigDB）verを使用して、大幅に強化された細胞型署名データセットを調べました。 GSEAオンラインソフトウェアの7.4（https://software.broadinstitute.org/gsea/index.jsp; 2021年11月26日にアクセス）[171]。 これらの遺伝子セットには、ヒト組織のシングルセルシーケンシング研究で特定された細胞型のクラスターマーカーシグネチャー遺伝子が含まれており、オルガノイドモデルの開発実験などのデータセットでの細胞型の割り当てが容易になります。
最も有意に濃縮された細胞型遺伝子セットは、膵臓間葉系間質細胞であることがわかりました[172]（図4A）。 さらに、膵管および内皮細胞型は有意に濃縮されていました[172]。 イソラムネチンで処理されたhAECの膵臓シグネチャー遺伝子は、上皮間葉転換、TGFシグナル伝達、NF-kBを介したTNFシグナル伝達、KRASシグナル伝達、および脂肪酸代謝に関与しています。 HSC、クッパー細胞、胆管細胞[173]、胎児肝中皮細胞[174]など、いくつかの肝シグネチャー遺伝子セットも大幅に濃縮されました。 フィブリリン1と線維脂肪生成前駆細胞（FBN1とFAP）細胞、線維脂肪生成前駆細胞（FAP）細胞、骨格筋周囲細胞など、いくつかの有意に濃縮された骨格筋シグネチャー遺伝子セットもありました[175]。 イソラムネチン処理hAECにおける肝シグネチャー遺伝子の生物学的機能には、いくつかの炎症反応経路が含まれますが、骨格筋シグネチャー遺伝子は、創傷治癒、コラーゲン原線維組織化、およびMAPKカスケードを調節します。 有意性は、偽発見率として測定されました。これは、多重仮説検定（FDR q値）のBenjaminiおよびHochberg補正後の超幾何p値の類似物です。<>
5.2。大幅に強化された特徴的な遺伝子セット
次に、MSigDB（2021年11月26日に取得）で大幅に濃縮された特徴的な遺伝子セットを調べました。 特徴的な遺伝子セットは、遺伝子セットの重複を特定し、コヒーレントな発現を示す遺伝子を保持することに基づいて生成された、特定の明確な生物学的状態またはプロセスを表します。 特徴は、4000を超える重複遺伝子セットから凝縮された50の遺伝子セットのコレクションを持っているため、ノイズと冗長性が低減されています[176]。
著しく濃縮された特徴的な遺伝子セットには、上皮間葉移行を定義する遺伝子、低酸素に応答してアップレギュレートされる遺伝子、TNFに応答してNF-kBによって調節される遺伝子、KRAS活性化によってアップおよびダウンレギュレートされる遺伝子、カスパーゼの活性化によってアポトーシスを媒介する遺伝子、筋原性、TGF - 1に応答してアップレギュレートされる遺伝子、IL -2刺激に応答してSTAT5によってアップレギュレートされる遺伝子、炎症応答を定義する遺伝子、p53経路およびネットワークに関与する遺伝子、および糖分解に関与するタンパク質をコードする遺伝子グルコネオジェネシス（図4B）。 FDRのq値で有意性が考慮されました<>
興味深い発見は、イソラムネチンで処理されたhAECのDEGによるKRAS活性化の濃縮です。 いくつかのKRAS誘導遺伝子発現は、MMP9、TSPAN1、ITGBL1などのイソラムネチンによって有意にダウンレギュレーションされることがわかりました。 高血糖は、膵臓細胞のKRAS変異につながるゲノム不安定性を引き起こし[177]、膵臓がん[178]および結腸がん[179]のリスクと侵襲性の増加にも関連しています。 Wangらは、イソラムネチンがRas/MAPKシグナル伝達経路の活性をダウンレギュレーションすることで膵臓腺癌細胞株PANC-1の増殖を抑制することを報告しました[134]。 したがって、セクション4.2.4で述べたように、イソラムネチンがKRASによって誘発される糖尿病の癌、特に膵臓癌のリスクに及ぼす影響については、さらに調査する価値があります。
5.3。 大幅に強化された経路
比較トキシコゲノミクスデータベース（CTD）（http://ctdbase.org/; 2021年11月29日にアクセス）[180]を使用して、DEGのさらなる経路分析を実施しました。 CTDは、Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）およびREACTOMEパスウェイを表しています。 いくつかのことがわかりました炎症性糖尿病合併症における経路、コラーゲンの形成と集合、PI3K-Aktシグナル伝達経路、およびAGE-RAGEシグナル伝達経路は有意に濃縮されていました（図4C）。
高度な糖化最終産物（AGE）は、タンパク質、脂質、および核酸の非酵素的糖化および酸化によって生成されます。 高度な糖化最終産物（RAGE）の受容体は、免疫グロブリンスーパーファミリーに属しています。 AGE / RAGEシグナル伝達は、プロテインキナーゼC、NADPHオキシダーゼ、MAPKが関与する複数の細胞内シグナル経路を活性化する複雑で複雑なカスケードであり、NF-kBが誘導するIL -1、IL-6の発現をもたらします。 TNF-、VCAM -1、およびVEGF。 特に、AGE / RAGEシグナル伝達は、TGFを介した線維症、NFkB、およびERK1/2経路の活性化を介した糖尿病を介した血管石灰化に関係している[181-184]。 イソラムネチンは、COL1A1、COL1A2、COL4A6、FN1、MMP2、SERPINE1などのAGE/RAGEシグナル伝達関連遺伝子発現を有意に減少させることがわかりました。 前のセクションで説明したように、イソラムネチンの抗線維化効果は十分に文書化されており[71,74,99,119]、したがって、イソラムネチンは糖尿病誘発性血管病変にも有益な効果があると断言できます。
5.4。著しく濃縮された代謝性疾患および関連する遺伝子発現
キュレートされた遺伝子疾患関連データは、CTDから取得されました（2021年11月29日に取得）。 有意に濃縮された代謝性疾患のみをキュレートしました。 濃縮の重要性は、ボンフェローニ法によって調整された超幾何分布によって計算されました。 著しく濃縮された代謝性疾患には、DM、グルコース、および脂質代謝障害、高血糖症、および肥満が含まれていました（図4D）。 ヒートマップは、PPAR、TGF、TNF、IL、コラーゲン、およびアポトーシス誘導遺伝子発現が、イソラムネチンで処理されたhAECで有意にダウンレギュレーションされたことを示しています（図4E）。 一方、インスリン受容体、リポタンパク質リパーゼ、およびアポトーシス阻害剤は、イソラムネチンで処理されたhAECで有意にアップレギュレーションされました。
イソラムネチンで処理されたhAECのターゲットマイクロアレイデータ分析でも、DMとそれに関連する合併症に関連する生物学的機能の調節におけるイソラムネチンの可能性が確認されました。
6.イソラムネチンアグリコンとそのグリコシル化誘導体のバイオアベイラビリティと腸管吸収
のさまざまなカテゴリの存在でフラボノイド自然界では、体内のこれらの化合物の存在を分析することは興味深いことです。 イソラムネチンの代謝と消費後の人体でのその利用可能性について話すとき、私たちは起源、代謝、および輸送について話します。 これは、ヒト血清中のフラボノールなどのいくつかのフラボノイドのクロマトグラフィーによって行われた観察に基づいています。 液体クロマトグラフィー-質量分析は、体内のアグリコンおよびグリコシド型の特定のフラボノイドのバイオアベイラビリティに関する洞察を提供します[49]。 質量分析は、生物学的サンプル中のフラボノイドを測定するために使用できます[185]。 ある研究では、硫酸塩、メチル、グルクロニド、およびグルコースの混合誘導体23種類が報告されています。ケルセチン軽く揚げた赤玉ねぎを摂取してから1時間後のヒトボランティアの尿と血漿の両方で。 この研究では、血漿中のケルセチンとイソラムネチンの両方の配糖体が検出されました[186]。
消化管を介した栄養素の流入には、いくつかの要因が関与しています。 たとえば、腸内細菌叢からの酵素は、フェノール化合物の侵入に影響を与えます。
マウスモデルのイチョウの葉抽出物で実施された研究は、いくつかの生物活性分子、特にイソラムネチンのバイオアベイラビリティと胃腸管からの吸収に対する腸内細菌叢の重要性を示しました[187]。 このステップでは、腸内細菌叢の酵素が生成しますフラボノイドアグリコンとさまざまな核分裂生成物。 全血サンプルの分析は、イソラムネチンの取り込みが抗菌処理によって増加したことを示し、腸内細菌叢酵素がイソラムネチンなどの天然分子の薬物動態に悪影響を与えることを示唆しています。抗菌またはプロバイオティクスの消費は、イソラムネチンの配糖体型の生物学的利用能を高める可能性があります。 さらに、生体内での生体内変化率と生体活性分子の滞留時間は、正常、糖尿病、および糖尿病性腎症のラット間で異なっていた[188]。
一方、ナトリウム依存性グルコーストランスポーター1（SGLT1）や多剤耐性関連タンパク質2および3（MRP2およびMRP3）などの異なる膜トランスポーターがフラボノイドの輸送を制御します[189]。 これに関連して、MRPトランスポーターはイソラムネチンの経細胞および傍細胞輸送経路を調節します[190]。 細胞内では、イソラムネチンの頂端側から基底側への輸送は6。8-9。3-倍高かった。 図5に、イソラムネチンの抗糖尿病効果を要約します。
7.結論
イソラムネチンは、フラボノイドファミリー、より正確にはフラボノールのフェノール化合物です。 もともとはケルセチン分子ですが、メチル化されています。 Isorham-netinは、多くの野生植物や化粧品植物の植物界に分布しています。 さらに、いくつかの薬用植物がこの分子を生成し、いくつかの研究は、他の生物学的活動の中でその抗糖尿病効果を証明しています。 したがって、これらすべてのデータは、治療業界におけるイソラムネチンの関心を示しています。 この観点から、特に天然資源から分離されたイソラムネチンとその誘導体が代謝障害に及ぼす影響を調査することは非常に興味深いでしょう。 また、合成および化学薬品によって引き起こされる副作用の影響を回避するために、フラボノイドに富む画分および天然物を使用してこの文脈で実施された臨床研究を強調し、レビューする必要があります。
参考文献
1.ギル、SS; Tuteja、N.作物植物の非生物的ストレス耐性における活性酸素種と抗酸化機構。 植物の生理。 生化学。 2010、48、909〜930。 [CrossRef] [PubMed]
2.コーパス、FJ; グプタ、DK; パルマ、JM植物細胞からの細胞小器官における活性酸素種（ROS）の生産サイト。 ストレス下の植物における活性酸素種と酸化的損傷; スプリンガー：ベルリン/ハイデルベルク、ドイツ、2015年; pp。1–22。
3.ファレ、H .; Oueslati、S .; ギヨー、S .; ダリ、AB; マグネ、C .; アブデリー、C .; Kouri、R.食用塩生植物Mesembryanthemum edule L.FoodChem。の強力な抗酸化活性に関与するプロシアニジンおよびプロペラルゴニジンのLC/ESI-MS/MS特性評価。 2011、127、1732〜1738。 [CrossRef]
4. Trabelsi、N .; Oueslati、S .; ファレ、H .; Waffo-Téguo、P .; Papastamoulis、Y .; メリヨン、J.-M .; アブデリー、C .; Ksouri、R.薬用塩生植物Limoniastrumguyonianumからの強力な抗酸化物質の分離。 食品化学。 2012、135、1419〜1424。 [CrossRef] [PubMed]
5. Boulaaba、M .; Mkadmini、K .; Tsolmon、S .; ハン、J .; Smaoui、A .; カワダ、K .; Ksouri、R .; 磯田秀樹; Abdelly、C.細胞周期制御および関連するフェノールLC-TOF-MS同定による、Caco-2癌細胞に対するArthrocnemumIndicum抽出物のinvitro抗増殖効果。 Evid.-BasedComplement。 オルタナ。 Med。 2013、2013、529375。[CrossRef]
6. Karker、M .; De Tommasi、N .; Smaoui、A .; アブデリー、C .; Ksouri、R .; Braca、A.TamarixAfricanaからの新しい硫酸化フラボノイドとその極性抽出物の生物活性。 プランタメッド。 2016、82、1374〜1380。 [CrossRef]
7. Bourgou、S .; Rebey、IB; Mkadmini、K .; 磯田秀樹; Kouri、R .; Kouri、WM LC-ESI-TOF-MSおよびGC-MSによるArtemisiaハーブのプロファイリングと、その生物活性特性の評価。 食品解像度 Int。 2017、99、702〜712。 [CrossRef]
8. Boulaaba、M .; メディニ、F .; Hajlaoui、H .; Mkadmini、K .; ファレ、H .; Kouri、R .; 磯田秀樹; Smaoui、A .; Abdelly、C. SalsolakaliL.からのフェノール抽出物の生物活性と植物化学分析。最良の植物抽出物の選択における内因性因子の役割。 S.Afr。 J.ボット 2019、123、193〜199。 [CrossRef]
9. Najjar、H .; アブデルカリム、BA; ドリア、E .; Boubakri、A .; Trabelsi、N .; ファレ、H .; Tlili、H .; Neffati、M.ヒト乳がんMCF-7細胞に対する抗増殖効果に関連するいくつかのチュニジアの薬用植物のフェノール組成。 EuroBiotechnol。 J. 2020、4、104–112。 [CrossRef]
10. Bourgou、S .; Bettaieb Rebey、I .; ベンカーブ、S .; はまみ、M .; Dakhlaoui、S .; Sawsen、S .; Msaada、K .; 磯田秀樹; Ksouri、R .; フォーコニエ、M.-L。 ブラッククミンとバジルの種子からの生物活性脂質抽出の代わりにヘキサンを使用するグリーンソルベント。 食品2021、10、1493。[CrossRef]
