JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicina

ניתוח דגימות Rhizoma Cyperi גולמיות ומעובדות באמצעות ספקטרומטריית מסה כרומטוגרפית נוזלית-טנדם בחולדות עם דיסמנוריאה ראשונית

Published: December 23, 2022
doi:
10.3791/64691
, , , , ,
1Chongqing Engineering Research Center of Pharmaceutical Evaluation of Chinese Medicine,Chongqing Academy of Chinese Materia Medica

Summary

כאן, ניתוח השוואתי של דגימות ריזומה גולמית ומעובדת של Cyperi rhizoma (CR) מוצג באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים במיוחד – ספקטרומטריית מסה טנדם ברזולוציה גבוהה (UPLC-MS/MS) בחולדות עם דיסמנוריאה ראשונית. השינויים ברמות המטבוליטים בדם ומרכיבי הדגימה נבדקו בין חולדות שטופלו ב-CR ו-CR שעובדו בחומץ (CRV).

Abstract

Cyperi rhizoma (CR) נמצא בשימוש נרחב בגינקולוגיה והוא רפואה כללית לטיפול במחלות נשים בסין. מאז ההשפעה משכך כאבים של CR משופר לאחר עיבוד עם חומץ, CR מעובד עם חומץ (CRV) משמש בדרך כלל מבחינה קלינית. עם זאת, המנגנון שבו אפקט משכך כאבים משופר על ידי עיבוד חומץ אינו ברור. במחקר זה, טכניקת ספקטרומטריית המסה של כרומטוגרפיה נוזלית בלחץ גבוה במיוחד (UPLC-MS/MS) שימשה לבחינת שינויים ברמות הדם של המרכיבים האקסוגניים והמטבוליטים בין חולדות שטופלו ב-CRV לבין חולדות שטופלו ב-CRV עם דיסמנוריאה. התוצאות חשפו רמות שונות של 15 מרכיבים ושני מטבוליטים בדמן של חולדות אלה. ביניהם, הרמות של (-)-myrtenol ו-[(1R,2S,3R,4R)-3-hydroxy-1,4,7,7-tetramethylbicyclo[2.2.1]hept-2-yl] חומצה אצטית בקבוצת CRV היו גבוהות במידה ניכרת מאשר בקבוצת CR. CRV הפחית את הרמה של פרוסטנואידים מסדרה 2 ולויקוטריאנים מסדרה 4 עם פעילויות פרו-דלקתיות, צבירת טסיות דם והתכווצות כלי דם וסיפק השפעות משככות כאבים על ידי ויסות מטבוליזם של חומצה ארכידונית וחומצה לינולאית וביוסינתזה של חומצות שומן בלתי רוויות. מחקר זה גילה כי עיבוד חומץ משפר את אפקט משכך הכאבים של CR ותורם להבנתנו את מנגנון הפעולה של CRV.

Introduction

דיסמנוריאה ראשונית (PD) היא המצב השכיח ביותר בגינקולוגיה קלינית. הוא מאופיין בכאבי גב, נפיחות, כאבי בטן או אי נוחות לפני או במהלך הווסת ללא פתולוגיה של האגן במערכת הרבייה1. דו”ח על שכיחותה הראה כי 85.7% מהתלמידים סובלים מפרקינסון2. גלולות למניעת הריון במינון נמוך הן הטיפול הסטנדרטי, אך תופעות הלוואי השליליות שלהן, כגון פקקת ורידים עמוקים, משכו תשומת לב גוברת3. השכיחות של פקקת ורידים עמוקים בקרב משתמשים בגלולות למניעת הריון היא >1 ל-1,000 נשים, והסיכון הוא הגבוה ביותר במהלך 6-12 החודשים הראשונים ובמשתמשות מעל גיל 404.

בשימוש ארוך ברפואה הסינית המסורתית (TCM), קנה שורש Cyperi (CR) נגזר מקנה השורש המיובש של Cyperus rotundus L. ממשפחת Cyperaceae. CR מסדיר הפרעות מחזור ומקל על דיכאון וכאב5. CR נמצא בשימוש נרחב בגינקולוגיה ונחשב לרפואה כללית לטיפול במחלות נשים6. CR מעובד עם חומץ (CRV) משמש בדרך כלל מבחינה קלינית. בהשוואה ל- CR, CRV מראה ויסות משופר של הווסת והקלה על כאבים. מחקרים מודרניים הראו כי CR מעכב cyclooxygenase-2 (COX-2) ואת הסינתזה הבאה של prostaglandins (PGs), ובכך להשיג השפעה אנטי דלקתית. בינתיים, CR מציג אפקט משכך כאבים ללא תופעות לוואי7, מה שהופך את CR לבחירה טובה עבור חולי דיסמנוריאה. עם זאת, המנגנון העומד בבסיס ויסות הווסת ומתן הקלה בכאב על ידי CRV אינו ברור. מחקר CR התמקד בעיקר בשינויים ברכיבים הכימיים הפעילים שלו ובפעילויות הפרמקולוגיות שלו, כגון ההשפעות האנטי דלקתיות, נוגדות הדיכאון ומשככי הכאביםשלו 8,9,10,11,12.

למרות המרכיבים של TCM הם מורכבים, הם נספגים לתוך הדם חייב להגיע ריכוז דם מסוים כדי להיות יעיל13. ניתן לצמצם את היקף בדיקת החומרים הפעילים של TCM על ידי שימוש באסטרטגיה של קביעת המרכיבים בדם. ניתן להימנע מעיוורון בחקר המרכיבים הכימיים במבחנה, ומחד-צדדיות בחקר המרכיבים הבודדים14. על ידי השוואת הרכבים של CR ו- CRV בדם, ניתן לזהות שינויים בחומרים הפעילים של CR המעובד ביעילות ובמהירות. יעילות התרופה היא התהליך שבו תרופה משפיעה על הגוף. שינויים במרכיבי התרופה עקב התגובה המטבולית של הגוף, אשר עשויים להיות קשורים למנגנון הפעולה של התרופה, ניתן לקבוע עם metabonomics. Metabonomics שואפת למדוד את התגובות המטבוליות הכוללות והדינמיות, אשר עולה בקנה אחד עם קביעת היעילות הכוללת של הרפואה הסינית המסורתית15. יתר על כן, מטבוליטים הם התוצר הסופי של ביטוי גנים, אשר קרוב ביותר לפנוטיפים16. לפיכך, מטבונומיה עשויה להתאים לחקר ההבדלים במסלולים המטבוליים בין CR ו- CRV בטיפול בפרקינסון. כרומטוגרפיה נוזלית – ספקטרומטריית מסה טנדם ברזולוציה גבוהה (LC-MS/MS) – מבוססת מטבולומיקה לא ממוקדת מאופיינת בתפוקה גבוהה, רגישות גבוהה ורזולוציה גבוהה וניתן להשתמש בה למדידת רכיבים מולקולריים קטנים רבים ושונים17,18 . שיטה זו יכולה לקבוע בו זמנית את המטבוליטים האנדוגניים והמרכיבים האקסוגניים הנספגים בדם. Metabonomics כבר בשימוש נרחב במחקרים על TCM19, טוקסיקולוגיה סמים20, ניהול בריאות21, ספורט22, מזון23, ותחומים אחרים.

במחקר זה, ההבדלים בין המרכיבים האקסוגניים שנספגו בדם לבין המטבוליטים האנדוגניים נמדדו בין חולדות מודל דיסמנוריאה שטופלו ב-CRV לבין חולדות מודל דיסמנוריאה שטופלו ב-CRV באמצעות מטבולומיקה לא ממוקדת מבוססת LC-MS/MS כדי לחשוף את מנגנוני ההשפעות משככות הכאבים של CRV.

Protocol

כל הניסויים הקשורים בבעלי חיים נערכו באישור ועדת האתיקה של הניסויים של מכון צ’ונגצ’ינג לרפואה סינית מסורתית. בניסוי זה נעשה שימוש בעשרים וארבע נקבות חולדות מסוג Sprague Dawley (SD) שהיו בנות 8-10 שבועות ושקלו 200 גרם ±-20 גרם. 1. הכנת המיצוי חישובתכננו לתת את תמצית CR או C…

Representative Results

ניתוח ניסוי מודל דיסמנוריאהלא הייתה תגובה מתפתלת תוך 30 דקות בקבוצת הביקורת, כי לחולדות האלה לא הוזרקו אוקסיטוצין ואסטרדיול בנזואט תוך צפקית כדי לגרום לכאב. החולדות בקבוצות המודל, CR ו-CRV הראו תגובות התפתלות משמעותיות לאחר הזרקת האוקסיטוצין. תוצאות אלה מדגימות את היעילות של שילו…

Discussion

בשל המגוון הרחב והאופי השונה של TCMs, צמחי מרפא אלה לפעמים לא עובדים בפועל קליני, וזה יכול להיות בגלל עיבוד לא מתאים decocting של TCMs. המנגנונים של TCM הופכים ברורים יותר עם השימוש במדע וטכנולוגיה עכשוויים29,30. מחקר זה מראה כי הן ל-CRV והן ל-CRV יש השפעות טיפוליות בחולדות מ…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי ועדת הבריאות ותכנון המשפחה העירונית של צ’ונגצ’ינג פרויקט המדע והטכנולוגיה של הרפואה הסינית (מספר פרויקט: ZY201802297), פרויקט כללי של קרן צ’ונגצ’ינג למדעי הטבע (מספר פרויקט: cstc2019jcyj-msxmX065), אזור ההר המודרני של צ’ונגצ’ינג מאפיין יעילות גבוהה תוכנית גיבוש צוות חדשנות של מערכת טכנולוגיה חקלאית 2022 [10], ופרויקט בניית משמעת מפתח של ועדת הבריאות העירונית של צ’ונגצ’ינג של מטריה סינית עיבוד מדיקה.

Materials

Acetonitrile  Fisher Scientific, Pittsburg, PA, USA 197164
BECKMAN COULTER Microfuge 20 Beckman Coulter, Inc. MRZ15K047
Estradiol benzoate Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd C10042616
formic acid Fisher Scientific, Pittsburg, PA, USA 177799
LC 30A system Shimadzu, Kyoto, Japan 228-45162-46
Olive oil Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd H25A11P111909
Oxytocin synthetic Zhejiang peptide biology Co., Ltd  2019092001
Rat PGF2α ELISA kit Shanghai lmai Bioengineering Co., Ltd 202101
Rat PGFE2 ELISA kit Shanghai lmai Bioengineering Co., Ltd EDL202006217
SPF Sprague-Dawley rats Hunan SJA Laboratory Animal Co., Ltd Certificate number SCXK (Hunan) 2019-0004
Tecan Infinite 200 PRO   Tecan Austria GmbH, Austria 1510002987
Triple TOF 4600 system SCIEX, Framingham, MA, USA BK20641402
water Fisher Scientific, Pittsburg, PA, USA 152720
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. Yu, W. Y., et al. Acupuncture for primary dysmenorrhea: A potential mechanism from an anti-inflammatory perspective. Evidence-Based Complementary and Alternative. 2021, 1907009 (2021).
  2. Rafique, N., Al-Sheikh, M. H. Prevalence of primary dysmenorrhea and its relationship with body mass index. Journal of Obstetrics and Gynaecology Research. 44 (9), 1773-1778 (2018).
  3. Tong, H., et al. Bioactive constituents and the molecular mechanism of Curcumae Rhizoma in the treatment of primary dysmenorrhea based on network pharmacology and molecular docking. Phytomedicine. 86, 153558 (2021).
  4. Ferries-Rowe, E., Corey, E., Archer, J. S. Primary dysmenorrhea: Diagnosis and therapy. Obstetrics & Gynecology. 136 (5), 1047-1058 (2020).
  5. Lu, J., et al. The association study of chemical compositions and their pharmacological effects of Cyperi Rhizoma (Xiangfu), a potential traditional Chinese medicine for treating depression. Journal of Ethnopharmacology. 287, 114962 (2021).
  6. Lu, J., et al. Quality status analysis and intrinsic connection research of growing place, morphological characteristics, and quality of Chinese medicine: Cyperi Rhizoma (Xiangfu) as a case study. Evidence-Based Complementary and Alternative. 2022, 8309832 (2022).
  7. Taheri, Y., et al. Cyperus spp.: A review on phytochemical composition, biological activity, and health-promoting effects. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021, 4014867 (2021).
  8. El-Wakil, E. A., Morsi, E. A., Abel-Hady, H. Phytochemical screening, antimicrobial evaluation and GC-MS analysis of Cyperus rotundus. World Journal Of Pharmacy And Pharmaceutical Sciences. 8 (9), 129-139 (2019).
  9. Rocha, F. G., et al. Preclinical study of the topical anti-inflammatory activity of Cyperus rotundus L. extract (Cyperaceae) in models of skin inflammation. Journal of Ethnopharmacology. 254, 112709 (2020).
  10. Hao, G., Tang, M., Wei, Y., Che, F., Qian, L. Determination of antidepressant activity of Cyperus rotundus L extract in rats. Tropical Journal of Pharmaceutical Research. 16 (4), 867-871 (2017).
  11. Kakarla, L., et al. Free radical scavenging, α-glucosidase inhibitory and anti-inflammatory constituents from Indian sedges, Cyperus scariosus R.Br and Cyperus rotundus L. Pharmacognosy Magazine. 12 (47), 488-496 (2016).
  12. Shakerin, Z., et al. Effects of Cyperus rotundus extract on spatial memory impairment and neuronal differentiation in rat model of Alzheimer’s disease. Advanced Biomedical Research. 9 (1), 17-24 (2020).
  13. Li, J., et al. Pharmacokinetics of caffeic acid, ferulic acid, formononetin, cryptotanshinone, and tanshinone IIA after oral Administration of naoxintong capsule in rat by HPLC-MS/MS. Evidence-Based Complementary and Alternative. 2017, 9057238 (2017).
  14. Zhang, A., et al. Metabolomics: Towards understanding traditional Chinese medicine. Planta Medica. 76 (17), 2026-2035 (2010).
  15. Li, L., Ma, S., Wang, D., Chen, L., Wang, X. Plasma metabolomics analysis of endogenous and exogenous metabolites in the rat after administration of Lonicerae Japonicae Flos. Biomedical Chromatography. 34 (3), 4773 (2020).
  16. Guijas, C., Montenegro-Burke, J. R., Warth, B., Spilker, M. E., Siuzdak, G. Metabolomics activity screening for identifying metabolites that modulate phenotype. Nature Biotechnology. 36 (4), 316-320 (2018).
  17. Hu, L., et al. Functional metabolomics decipher biochemical functions and associated mechanisms underlie small-molecule metabolism. Mass Spectrometry Reviews. 39 (5-6), 417-433 (2020).
  18. Cui, L., Lu, H., Lee, Y. Challenges and emergent solutions for LC-MS/MS based untargeted metabolomics in diseases. Mass Spectrometry Reviews. 37 (6), 772-792 (2018).
  19. Liu, F., et al. Metabonomics study on the hepatoprotective effect of Panax notoginseng leaf saponins using UPLC/Q-TOF-MS analysis. The American Journal of Chinese Medicine. 47 (3), 559-575 (2019).
  20. Zhao, L., Hartung, T. Metabonomics and toxicology. Methods in Molecular Biology. 1277, 209-231 (2015).
  21. Martin, F. J., Montoliu, I., Kussmann, M. Metabonomics of ageing – Towards understanding metabolism of a long and healthy life. Mechanisms of Ageing and Development. 165, 171-179 (2017).
  22. Heaney, L. M., Deighton, K., Suzuki, T. Non-targeted metabolomics in sport and exercise science. Journal of Sports Sciences. 37 (9), 959-967 (2019).
  23. Yang, Y., et al. Metabonomics profiling of marinated meat in soy sauce during processing. Journal of the Science of Food and Agriculture. 98 (4), 1325-1331 (2018).
  24. Xu, S. Y. . Methodology of Pharmacological Experiment. , (2002).
  25. Ma, B., et al. An integrated study of metabolomics and transcriptomics to reveal the anti-primary dysmenorrhea mechanism of Akebiae Fructus. Journal of Ethnopharmacology. 270, 113763 (2021).
  26. Li, X., et al. Regulation of mild moxibustion on uterine vascular and prostaglandin contents in primary dysmenorrhea rat model. Evidence-Based Complementary and Alternative. 2021, 9949642 (2021).
  27. Smith, C. A., Want, E. J., O’Maille, G., Abagyan, R., Siuzdak, G. XCMS: Processing mass spectrometry data for metabolite profiling using nonlinear peak alignment, matching, and identification. Analytical Chemistry. 73 (3), 779-787 (2006).
  28. Wang, D., et al. UPLC-MS/MS-based rat serum metabolomics reveals the detoxification mechanism of Psoraleae Fructus during salt processing. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2021, 5597233 (2021).
  29. Wang, X., et al. Rhodiola crenulata attenuates apoptosis and mitochondrial energy metabolism disorder in rats with hypobaric hypoxia-induced brain injury by regulating the HIF-1α/microRNA 210/ISCU1/2(COX10) signaling pathway. Journal of Ethnopharmacology. 241, 111801 (2019).
  30. Xie, H., et al. Raw and vinegar processed Curcuma wenyujin regulates hepatic fibrosis via bloking TGF-β/Smad signaling pathways and up-regulation of MMP-2/TIMP-1 ratio. Journal of Ethnopharmacology. 246, 111768 (2020).
  31. Jung, S. H., et al. α-Cyperone, isolated from the rhizomes of Cyperus rotundus, inhibits LPS-induced COX-2 expression and PGE2 production through the negative regulation of NFkappaB signalling in RAW 264.7 cells. Journal of Ethnopharmacology. 147 (1), 208-214 (2013).
  32. Dantas, L. B. R., et al. Nootkatone inhibits acute and chronic inflammatory responses in mice. Molecules. 25 (9), 2181 (2020).
  33. Xu, Y., et al. Nootkatone protects cartilage against degeneration in mice by inhibiting NF- κB signaling pathway. International Immunopharmacology. 100, 108119 (2021).
  34. Heimfarth, L., et al. Characterization of β-cyclodextrin/myrtenol complex and its protective effect against nociceptive behavior and cognitive impairment in a chronic musculoskeletal pain model. Carbohydrate Polymers. 244, 116448 (2020).
  35. Viana, A., et al. (-)-Myrtenol accelerates healing of acetic acid-induced gastric ulcers in rats and in human gastric adenocarcinoma cells. European Journal of Pharmacology. 854, 139-148 (2019).
  36. Bejeshk, M. A., et al. Anti-inflammatory and anti-remodeling effects of myrtenol in the lungs of asthmatic rats: Histopathological and biochemical findings. Allergologia et Immunopathologica. 47 (2), 185-193 (2019).
  37. Christie, W. W., Harwood, J. L. Oxidation of polyunsaturated fatty acids to produce lipid mediators. Essays in Biochemistry. 64 (3), 401-421 (2020).
  38. Wiktorowska-Owczarek, A., Berezinska, M., Nowak, J. Z. PUFAs: Structures, metabolism and functions. Advances in Clinical and Experimental. 24 (6), 931-941 (2015).
  39. Araujo, P., et al. The effect of omega-3 and omega-6 polyunsaturated fatty acids on the production of cyclooxygenase and lipoxygenase metabolites by human umbilical vein endothelial cells. Nutrients. 11 (5), 966 (2019).
  40. Shahidi, F., Ambigaipalan, P. Omega-3 polyunsaturated fatty acids and their health benefits. Annual Review of Food Science and Technology. 9, 345-381 (2018).
  41. Meier, S., Ledgard, A. M., Sato, T. A., Peterson, A. J., Mitchell , M. D. Polyunsaturated fatty acids differentially alter PGF(2α) and PGE2 release from bovine trophoblast and endometrial tissues during short-term culture. Animal Reproduction Science. 111 (2), 353-360 (2009).
  42. Cheng, Z., et al. Altering n-3 to n-6 polyunsaturated fatty acid ratios affects prostaglandin production by ovine uterine endometrium. Animal Reproduction Science. 143 (1-4), 38-47 (2013).
  43. Sultan, C., Gaspari, L., Paris, F. Adolescent dysmenorrhea. Endocrine Development. 22, 171-180 (2012).
  44. Zeev, H. M. D., Craig, L. M. D., Suzanne, R. M. D., Rosalind, V. M. D., Jeffrey, D. M. D. Urinary leukotriene (LT) E4 in adolescents with dysmenorrhea: A pilot study. Journal of Adolescent Health. 27 (3), 151-154 (2000).
  45. Fajrin, I., Alam, G., Usman, A. N. Prostaglandin level of primary dysmenorrhea pain sufferers. Enfermería Clínica. 30, 5-9 (2020).
  46. Iacovides, S., Avidon, I., Baker, F. C. What we know about primary dysmenorrhea today: a critical review. Human Reproduction Update. 21 (6), 762-778 (2015).
  47. Barcikowska, Z., Rajkowska-Labon, E., Grzybowska, M. E., Hansdorfer-Korzon, R., Zorena , K. Inflammatory markers in dysmenorrhea and therapeutic options. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (4), 1191 (2020).
  48. Wang, T., et al. Arachidonic acid metabolism and kidney inflammation. International Journal of Molecular Science. 20 (15), 3683 (2019).
  49. Szczuko, M., et al. The role of arachidonic and linoleic acid derivatives in pathological pregnancies and the human reproduction process. International Journal of Molecular Sciences. 21 (24), 9628 (2020).
  50. Serrano-Mollar, A., Closa, D. Arachidonic acid signaling in pathogenesis of allergy: Therapeutic implications. Current Drug Targets-Inflammation and Allergy. 4 (2), 151-155 (2005).
  51. Toit, R. L., Storbeck, K. H., Cartwright, M., Cabral, A., Africander, D. Progestins used in endocrine therapy and the implications for the biosynthesis and metabolism of endogenous steroid hormones. Molecular and Cellular Endocrinology. 441, 31-45 (2017).
  52. Ghayee, H. K., Auchus, R. J. Basic concepts and recent developments in human steroid hormone biosynthesis. Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders. 8 (4), 289-300 (2007).
  53. Liang, J. J., Rasmusson, A. M. Overview of the molecular steps in steroidogenesis of the GABAergic neurosteroids allopregnanolone and pregnanolone. Chronic Stress. 2, 2470547018818555 (2018).
  54. Pettus, B. J., et al. The sphingosine kinase 1/sphingosine-1-phosphate pathway mediates COX-2 induction and PGE2 production in response to TNF-α. The FASEB Journal. 17 (11), 1411-1421 (2003).
  55. Zeidan, Y. H., et al. Acid ceramidase but not acid sphingomyelinase is required for tumor necrosis factor-α-induced PGE2 production. Journal of Biological Chemistry. 281 (34), 24695-24703 (2006).
  56. Kawamori, T., et al. Role for sphingosine kinase 1 in colon carcinogenesis. The FASEB Journal. 23 (2), 405-414 (2009).
  57. Hannun, Y. A., Obeid, L. M. Sphingolipids and their metabolism in physiology and disease. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 19 (3), 175-191 (2018).

Tags

MetabonomicsTraditional Chinese MedicineCyperi RhizomaRaw And Processed SamplesLiquid Chromatography-tandem Mass SpectrometryPrimary DysmenorrheaEndogenous MetabolitesExogenous ConstituentsPrincipal Component Analysis

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Chen, Y., Li, N., Wang, D., Fan, J., Chu, R., Li, S. Analysis of Raw and Processed Cyperi Rhizoma Samples Using Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry in Rats with Primary Dysmenorrhea. J. Vis. Exp. (190), e64691, doi:10.3791/64691 (2022).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image