JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Analyse van ruwe en verwerkte Cyperi Rhizoma-monsters met behulp van vloeistofchromatografie-tandemmassaspectrometrie bij ratten met primaire dysmenorroe

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

Hier wordt een vergelijkende analyse van ruwe en verwerkte Cyperi rhizoma (CR) monsters gepresenteerd met behulp van ultra-high performance vloeistofchromatografie-hoge resolutie tandem massaspectrometrie (UPLC-MS / MS) bij ratten met primaire dysmenorroe. De veranderingen in de bloedspiegels van de metabolieten en de bestanddelen van het monster werden onderzocht tussen ratten behandeld met CR en CR verwerkt met azijn (CRV).

Abstract

Cyperi rhizoma (CR) wordt veel gebruikt in de gynaecologie en is een algemeen geneesmiddel voor de behandeling van vrouwenziekten in China. Omdat het analgetische effect van CR wordt versterkt na verwerking met azijn, wordt CR verwerkt met azijn (CRV) over het algemeen klinisch gebruikt. Het mechanisme waarmee het pijnstillende effect wordt versterkt door azijnverwerking is echter onduidelijk. In deze studie werd de ultrahoge druk vloeistofchromatografietandem massaspectrometrie (UPLC-MS/MS) techniek gebruikt om veranderingen in de bloedspiegels van de exogene bestanddelen en metabolieten tussen CR-behandelde en CRV-behandelde ratten met dysmenorroe te onderzoeken. De resultaten onthulden verschillende niveaus van 15 bestanddelen en twee metabolieten in het bloed van deze ratten. Onder hen waren de niveaus van (-)-myrtenol en [(1R,2S,3R,4R)-3-hydroxy-1,4,7,7-tetramethylbicyclo[2.2.1]hept-2-yl]azijnzuur in de CRV-groep aanzienlijk hoger dan in de CR-groep. CRV verminderde het niveau van 2-serie prostanoïden en 4-serie leukotriënen met pro-inflammatoire, bloedplaatjesaggregatie en vasoconstrictieactiviteiten en zorgde voor pijnstillende effecten door het moduleren van arachidonzuur en linolzuurmetabolisme en de biosynthese van onverzadigde vetzuren. Deze studie toonde aan dat azijnverwerking het pijnstillende effect van CR verbetert en bijdraagt aan ons begrip van het werkingsmechanisme van CRV.

Introduction

Primaire dysmenorroe (PD) is de meest voorkomende aandoening in de klinische gynaecologie. Het wordt gekenmerkt door rugpijn, zwelling, buikpijn of ongemak voor of tijdens de menstruatie zonder bekkenpathologie in het voortplantingssysteem1. Een rapport over de prevalentie toonde aan dat 85,7% van de studenten lijdt aan PD2. Lage dosis orale anticonceptiva zijn de standaardtherapie, maar hun nadelige bijwerkingen, zoals diepe veneuze trombose, hebben steeds meer aandacht getrokken3. De prevalentie van diepe veneuze trombose onder gebruikers van orale anticonceptiva is >1 per 1.000 vrouwen, en het risico is het hoogst tijdens de eerste 6-12 maanden en bij gebruikers ouder dan 40 jaar4.

Lang gebruikt in de traditionele Chinese geneeskunde (TCM), is Cyperi rhizoma (CR) afgeleid van de gedroogde wortelstok van de Cyperus rotundus L. van de Cyperaceae-familie. CR reguleert menstruatiestoornissen en verlicht depressie en pijn5. CR wordt veel gebruikt in de gynaecologie en wordt beschouwd als een algemeen geneesmiddel voor de behandeling van vrouwenziekten6. CR verwerkt met azijn (CRV) wordt meestal klinisch gebruikt. In vergelijking met CRV toont CRV een verbeterde regulatie van menstruatie en pijnverlichting. Moderne studies hebben aangetoond dat CR cyclooxygenase-2 (COX-2) en de daaropvolgende synthese van prostaglandinen (PG’s) remt, waardoor een ontstekingsremmend effect wordt bereikt. Ondertussen vertoont CR een analgetisch effect zonder bijwerkingen7, waardoor CR een goede keuze is voor dysmenorroepatiënten. Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de regulering van de menstruatie en het verstrekken van pijnverlichting door CRV is echter onduidelijk. CR-onderzoek heeft zich voornamelijk gericht op veranderingen in de actieve chemische componenten en farmacologische activiteiten, zoals de ontstekingsremmende, antidepressieve en pijnstillende effecten 8,9,10,11,12.

Hoewel de ingrediënten van TCM complex zijn, worden ze opgenomen in het bloed en moeten ze een specifieke bloedconcentratie bereiken om effectief te zijn13. De reikwijdte van het screenen van de actieve ingrediënten van TCM kan worden beperkt door gebruik te maken van de strategie van samenstellingsbepaling in het bloed. Blindheid kan worden vermeden bij het bestuderen van de chemische componenten in vitro, en eenzijdigheid kan worden vermeden bij het bestuderen van de afzonderlijke bestanddelen14. Door de samenstellingen van CR en CRV in het bloed te vergelijken, kunnen veranderingen in de actieve ingrediënten van de verwerkte CR effectief en snel worden gedetecteerd. De werkzaamheid van geneesmiddelen is het proces waarbij een medicijn het lichaam beïnvloedt. Veranderingen in de geneesmiddelcomponenten als gevolg van de metabole respons van het lichaam, die mogelijk verband houden met het werkingsmechanisme van het medicijn, kunnen worden bepaald met metabonomics. Metabonomics is gericht op het meten van de algemene en dynamische metabole reacties, wat consistent is met het bepalen van de algehele werkzaamheid van de traditionele Chinese geneeskunde15. Bovendien zijn metabolieten het eindproduct van genexpressie, dat het nauwst verwant is aan fenotypen16. Metabonomics kan dus geschikt zijn voor het onderzoeken van de verschillen in de metabole routes tussen CR en CRV bij de behandeling van PD. Vloeistofchromatografie-hoge resolutie tandem massaspectrometrie (LC-MS/MS)-gebaseerde ongerichte metabolomica wordt gekenmerkt door een hoge doorvoer, hoge gevoeligheid en hoge resolutie en kan worden gebruikt om veel verschillende kleine moleculaire componenten te meten17,18 . Deze methode kan tegelijkertijd de endogene metabolieten en exogene bestanddelen bepalen die in het bloed worden opgenomen. Metaboonomics is op grote schaal gebruikt in studies over TCM19, drug toxicologie 20, gezondheidsmanagement 21, sport22, voedsel 23 en andere gebieden.

In deze studie werden de verschillen in de exogene bestanddelen die in het bloed werden geabsorbeerd en de endogene metabolieten gemeten tussen CR-behandelde en CRV-behandelde dysmenorroe-modelratten met behulp van LC-MS / MS-gebaseerde ongerichte metabolomica om de mechanismen van de pijnstillende effecten van CRV te onthullen.

Protocol

Alle diergerelateerde experimenten werden uitgevoerd met goedkeuring van de Experiment Ethics Committee van het Chongqing Institute of TCM. Vierentwintig vrouwelijke Sprague Dawley-ratten (SD) die 8-10 weken oud waren en 200 g ± 20 g wogen, werden in dit experiment gebruikt. 1. Voorbereiding van de extractie BerekeningPlan om het CR- of CRV-extract gedurende 3 dagen toe te dienen aan een behandelingsgroep van zes Sprague-Dawley-ratten (10 g/[kg∙dag]). Gebr…

Representative Results

Analyse van het dysmenorroe model experimentEr was geen kronkelende respons binnen 30 minuten in de controlegroep omdat deze ratten niet intraperitoneaal werden geïnjecteerd met oxytocine en oestradiolbenzoaat om pijn te veroorzaken. De ratten in de model-, CR- en CRV-groepen vertoonden aanzienlijke kronkelende reacties na de oxytocine-injectie. Deze uitkomsten tonen de werkzaamheid aan van de combinatie van oestradiolbenzoaat en oxytocine voor het induceren van dysmenorroe. De verschillen in de PGF…

Discussion

Vanwege de grote verscheidenheid en verschillende aard van TCM’s werken deze kruiden soms niet in de klinische praktijk, en dit kan te wijten zijn aan de onjuiste verwerking en decocting van TCM’s. De mechanismen van TCM worden duidelijker met het gebruik van hedendaagse wetenschap en technologie29,30. Deze studie toont aan dat zowel CR als CRV therapeutische effecten hebben bij PD-modelratten en dat het therapeutische effect van CRV substantiëler is. Het werkin…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door het Chongqing Municipal Health and Family Planning Commission Chinese Medicine Science and Technology Project (projectnummer: ZY201802297), Algemeen project van Chongqing Natural Science Foundation (projectnummer: cstc2019jcyj-msxmX065), Chongqing Modern Mountain Area Characteristic High-efficiency Agricultural Technology System Innovation Team Building Plan 2022 [10], en Chongqing Municipal Health Commission Key Discipline Construction Project of Chinese Materia Medica-verwerking.

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

References

  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

Keywords: MetabonomicsTraditional Chinese MedicineCyperi RhizomaRaw And Processed SamplesLiquid Chromatography-tandem Mass SpectrometryPrimary DysmenorrheaEndogenous MetabolitesExogenous ConstituentsPrincipal Component Analysis
check_url/64691?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image