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

Анализ сырых и обработанных образцов корневища ципери методом жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии у крыс с первичной дисменореей

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

Здесь представлен сравнительный анализ сырых и обработанных образцов корневища Cyperi (CR) с использованием сверхвысокоэффективной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии высокого разрешения (UPLC-MS/MS) у крыс с первичной дисменореей. Изменения уровня метаболитов в крови и компонентов образца были исследованы между крысами, получавшими CR, и CR, обработанным уксусом (CRV).

Abstract

Корневище ципери (КР) широко используется в гинекологии и является общим лекарством для лечения женских заболеваний в Китае. Поскольку обезболивающий эффект CR усиливается после обработки уксусом, CR, обработанный уксусом (CRV), обычно используется клинически. Однако механизм, с помощью которого обезболивающий эффект усиливается при обработке уксусом, неясен. В этом исследовании метод жидкостной хроматографии сверхвысокого давления тандемной масс-спектрометрии (UPLC-MS / MS) использовался для изучения изменений в уровнях экзогенных компонентов и метаболитов в крови между крысами, получавшими CR, и крысами, получавшими CRV, с дисменореей. Результаты показали различные уровни 15 компонентов и двух метаболитов в крови этих крыс. Среди них уровни (-)-миртенола и [(1R,2S,3R,4R)-3-гидрокси-1,4,7,7-тетраметилбицикло[2.2.1]гепт-2-ил]уксусной кислоты в группе CRV были значительно выше, чем в группе CR. CRV снижал уровень простаноидов 2-й серии и лейкотриенов 4-й серии с провоспалительной, агрегационной и вазоконстрикционной активностью и обеспечивал анальгезирующий эффект за счет модуляции метаболизма арахидоновой кислоты и линолевой кислоты и биосинтеза ненасыщенных жирных кислот. Это исследование показало, что обработка уксусом усиливает обезболивающий эффект CR и способствует нашему пониманию механизма действия CRV.

Introduction

Первичная дисменорея (БП) является наиболее распространенным заболеванием в клинической гинекологии. Он характеризуется болью в спине, отеком, болью в животе или дискомфортом до или во время менструации без патологии органов малого таза в репродуктивной системе1. Отчет о его распространенности показал, что 85,7% студентов страдают от БП2. Низкие дозы оральных контрацептивов являются стандартной терапией, но их неблагоприятные побочные эффекты, такие как тромбоз глубоких вен, привлекают все большее внимание3. Распространенность тромбоза глубоких вен среди пользователей оральных контрацептивов составляет >1 на 1000 женщин, и риск наиболее высок в течение первых 6-12 месяцев и у пользователей старше 40 лет4.

Давно используемая в традиционной китайской медицине (ТКМ), корневище ципери (CR) получают из высушенного корневища Cyperus rotundus L. семейства Cyperaceae. CR регулирует нарушения менструального цикла и снимает депрессию и боль5. КР широко применяется в гинекологии и считается общим лекарством для лечения женскихболезней6. CR, обработанный уксусом (CRV), обычно используется клинически. По сравнению с CR, CRV показывает усиленную регуляцию менструации и облегчение боли. Современные исследования показали, что CR ингибирует циклооксигеназу-2 (ЦОГ-2) и последующий синтез простагландинов (ПГ), достигая таким образом противовоспалительного эффекта. Между тем, CR проявляет обезболивающий эффект без побочных эффектов7, что делает CR хорошим выбором для пациентов с дисменореей. Однако механизм, лежащий в основе регуляции менструации и обезболивания с помощью CRV, неясен. Исследования CR в основном были сосредоточены на изменениях в его активных химических компонентах и фармакологической активности, таких как его противовоспалительное, антидепрессивное и обезболивающее действие 8,9,10,11,12.

Хотя ингредиенты ТКМ сложны, они всасываются в кровь и должны достигать определенной концентрации в крови, чтобы быть эффективными13. Область скрининга активных ингредиентов ТКМ может быть сужена за счет использования стратегии определения компонентов в крови. Слепоты можно избежать при изучении химических компонентов in vitro, а односторонности можно избежать при изучении отдельных компонентов14. Сравнивая составы CR и CRV в крови, можно эффективно и быстро обнаружить изменения в активных ингредиентах обработанного CR. Эффективность лекарства – это процесс, посредством которого лекарство влияет на организм. Изменения компонентов препарата, обусловленные метаболическим ответом организма, которые могут быть связаны с механизмом действия препарата, могут быть определены с помощью метабономики. Метабономика направлена на измерение общих и динамических метаболических реакций, что согласуется с определением общей эффективности традиционной китайской медицины15. Кроме того, метаболиты являются конечным продуктом экспрессии генов, которая наиболее тесно связана с фенотипами16. Таким образом, метабономика может быть пригодна для изучения различий в метаболических путях между CR и CRV при лечении БП. Нецелевая метаболомика на основе жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии высокого разрешения (ЖХ-МС/МС) характеризуется высокой пропускной способностью, высокой чувствительностью и высоким разрешением и может использоваться для измерения множества различных низкомолекулярных компонентов17,18 . Этот метод позволяет одновременно определять эндогенные метаболиты и экзогенные составляющие, всасываемые в кровь. Метабономика широко используется в исследованиях ТКМ19, токсикологиилекарств 20, управления здоровьем21, спорта22, продуктов питания23 и других областях.

В этом исследовании различия в экзогенных компонентах, всасываемых в кровь, и эндогенных метаболитов были измерены между крысами-дисменореей, обработанными CR, и крысами, обработанными CRV, с использованием нецелевой метаболомики на основе LC-MS / MS, чтобы выявить механизмы анальгетических эффектов CRV.

Protocol

Все эксперименты, связанные с животными, проводились с одобрения Комитета по этике экспериментов Чунцинского института ТКМ. В этом эксперименте использовались двадцать четыре самки крыс Sprague Dawley (SD) в возрасте 8-10 недель и весом 200 г ± 20 г. 1. Подготовка экстракции…

Representative Results

Анализ модельного эксперимента по дисменорееВ контрольной группе в течение 30 минут не было кривого ответа, потому что этим крысам не вводили внутрибрюшинно окситоцин и бензоат эстрадиола, чтобы вызвать боль. Крысы в группах модели, CR и CRV показали значительные извивающиеся ?…

Discussion

Из-за большого разнообразия и разной природы ТКМ эти травы иногда не работают в клинической практике, и это может быть связано с неправильной обработкой и отваром ТКМ. Механизмы ТКМ становятся все более очевидными с использованием современной науки и техники29,30<sup class…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Научно-техническим проектом китайской медицины Комиссии по здравоохранению и планированию семьи Чунцина (номер проекта: ZY201802297), Общим проектом Чунцинского фонда естественных наук (номер проекта: cstc2019jcyj-msxmX065), Характерным планом создания команды высокоэффективной системы инноваций в области сельскохозяйственных технологий для современной горной местности Чунцина на 2022 год [10] и Проектом строительства ключевой дисциплины Китайской материи муниципальной комиссии по здравоохранению Чунцина Медикаментозная обработка.

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