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Articolo di ricerca

Effetti protettivi del siero contenente la medicina tibetana Jiangtangle sulla funzione mitocondriale nelle cellule β pancreatiche RIN-m5F

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DOI:

10.3791/68319

27 giugno 2025

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Questo studio ha dimostrato che il siero contenente Jiangtangle della medicina tibetana potrebbe migliorare la disfunzione mitocondriale aumentando i livelli di ATP mitocondriale e glicolitico.

Abstract

L'insufficienza β cellulare causata dalla disfunzione mitocondriale è la caratteristica principale del diabete mellito di tipo 2 (T2DM). La medicina tibetana Jiangtangle, composta da Berberis kansuensis, Curcumaelongae Rhizoma, Malvae Fructus, Tribuli Fructus, Thlaspi arvense L. e Phyllanthus emblica L., può essere utilizzata per rimediare al T2DM. Tuttavia, i suoi effetti sulla funzione mitocondriale rimangono poco chiari. Questo studio mira a chiarire gli effetti farmacologici della medicina tibetana Jiangtangle sui mitocondri. A 7 giorni dalla pre-somministrazione del farmaco tibetano Jiangtangle, il siero di ratto è stato ottenuto mediante prelievo di sangue dell'aorta addominale. Le cellule β delle isole pancreatiche di ratto (RIN-m5F) sono state suddivise in gruppi di controllo, modello e siero contenente Jiangtangle. Il modello e i gruppi di siero contenenti Jiangtangle sono stati indotti per lesioni con terreno DMEM contenente 50 mM di glucosio per 24 ore. Il gruppo di controllo è stato trattato con terreno DMEM senza glucosio per 24 ore. Quindi, il terreno è stato aggiunto ai gruppi di controllo e modello, mentre i gruppi di siero contenenti Jiangtangle sono stati incubati per 24 ore con un terreno contenente il 2,5%, 5% e 10% di siero contenente Jiangtangle. I risultati di UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS hanno indicato 90 composti in Jiangtangle, tra cui 6 composti prototipici che entrano nel sangue. CCK 8 è stato utilizzato per misurare la vitalità cellulare, Seahorse XFe è stato impiegato per valutare il metabolismo energetico mitocondriale ed è stato valutato l'effetto del siero contenente Jiangtangle sul modello iperglicemico delle cellule RIN-m5F. Il siero contenente Jiangtangle ha aumentato la vitalità delle cellule RIN-m5F, il livello di ATP mitocondriale, il livello di ATP glicolitico, la glicolisi basale, la glicolisi compensatoria, l'OCR, la perdita di protoni e la respirazione massima.

Introduzione

Il diabete mellito è una malattia metabolica cronica ampiamente diffusa nel mondo. La sua complessa patogenesi rappresenta una seria minaccia per la salute umana, essendo un grave problema di salute pubblica da risolvere urgentemente1. Il diabete si divide principalmente in diabete mellito di tipo 1, diabete mellito di tipo 2 (T2DM), diabete gestazionale e tipi specifici di diabete2. Con il cambiamento dello stile di vita e l'accelerazione del processo di invecchiamento, la prevalenza del diabete ha mostrato una forte tendenza al rialzo negli ultimi decenni. La Cina ha la più grande popolazione diabetica del mondo, con oltre 118 milioni di persone che soffrono di diabete, che rappresentano circa il 22% del totale globale, con oltre il 90% di diabete di tipo 3,4,5. In tutte le patogenesi riportate, è stato annunciato che la disfunzione delle β delle cellule insulari è un meccanismo cardine durante il processo di T2DM 6,7.

I mitocondri, essendo il centro del metabolismo energetico cellulare, sono suborganelli coinvolti nelle funzioni di base dell'isolotto β-cellula8. Gli studi attuali hanno dimostrato che l'insorgenza e lo sviluppo del diabete di tipo 2 sono strettamente correlati all'attività mitocondriale, alla funzione e allo stress ossidativo. L'insufficienza β cellulare causata da disfunzione mitocondriale è la caratteristica principale del T2DM9. Le cellule β situate nelle isole sono responsabili della sintesi e della secrezione dell'insulina, un ormone necessario per regolare i livelli di zucchero nel sangue. Nel corso dello sviluppo del diabete di tipo 2, la funzione mitocondriale anormale, le specie reattive dell'ossigeno fortificate e la reazione allo stress ossidativo rompono l'equilibrio dinamico mitocondriale delle cellule β e influenzano la secrezione e il metabolismo dell'insulina10.

La medicina tibetana Jiangtangle è composta da Berberis kansuensis, Curcumaelongae Rhizoma, Malvae Fructus, Tribuli Fructus, Thlaspi arvense L. e Phyllanthus emblica L. (Figura 1). È una polvere gialla con un odore fragrante e un sapore amaro. Può essere usato per curare secchezza delle fauci, polidipsia, deperimento, poliuria, piede diabetico, prurito della pelle e altri sintomi causati dal diabete. Le prove cliniche esistenti hanno dimostrato che gli alcaloidi della corteccia di Berberis possono alleviare efficacemente il diabete di tipo 2 abbassando la glicemia, migliorando la resistenza all'insulina e riducendo l'infiammazione11. La curcumina ha il potenziale per migliorare il diabete di tipo 2 riducendo i livelli di glucosio nel sangue, migliorando la sensibilità all'insulina, modulando i profili lipidici ed esercitando effetti antinfiammatori e antiossidanti12. Inoltre, anche il Malave Fructus, il Tribulifructus, il Thlaspi arvense L. e il Phyllanthus emblica L. hanno un'attività antidiabetica o antiossidante 13,14,15. Al momento, l'efficacia, le basi materiali e il meccanismo della medicina tibetana Jiangtangle nella terapia del diabete di tipo 2 non sono ancora stati resi noti. La composizione della medicina tibetana cinese è complessa e la sua prevenzione e terapia delle malattie si basano sulla teoria dell'uso di droghe in visioni olistiche e sistematiche. Attualmente, la farmacochimica del siero cinese materia medica può spiegare in parte i componenti di assorbimento nel sangue ed è diventato un mezzo importante per esplorare le basi materiali delle medicine tibetane16. Questo studio ha inizialmente chiarito l'effetto protettivo della medicina tibetana Jiangtangle sui mitocondri in vitro, con particolare attenzione alla verifica della nuova ipotesi che il siero contenente Jiangtangle possa mitigare la disfunzione mitocondriale nelle cellule β delle isole pancreatiche di ratto (RIN-m5F) sotto stress da glucosio elevato.

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Protocollo

Il Comitato Amministrativo del Sichuan Scientist Biological Testing Biotechnology Co., Ltd. ha approvato il protocollo sugli animali (Numero di registrazione: SYST-2024-019). I ratti maschi di Sprague Dawley (SD), di età compresa tra 8 e 10 settimane e del peso di 260-300 g, sono stati tenuti in gabbie di ventilazione indipendenti in un ambiente controllato di 23 ± 2 °C e 55%-60% di umidità relativa per questo studio. Questi specifici animali privi di agenti patogeni sono stati acquistati da un fornitore commerciale (vedi Tabella dei materiali). Tutti i ratti sono stati sottoposti a un periodo di 1 settimana di alimentazione adattativa per acclimatarsi al nuovo ambiente prima dell'inizio dell'esperimento, con accesso illimitato all'acqua e al cibo.

Preparazione sperimentale

I farmaci e i reagenti necessari sono stati preparati secondo il diagramma di flusso sperimentale (vedi Tabella dei materiali). In questo studio sono stati utilizzati ratti SPF SD (8-10 settimane, 260-300 g). Tutti gli animali sono stati acquistati da un fornitore commerciale (vedi Tabella dei materiali). Dopo la quarantena, gli animali sono stati mantenuti a una temperatura ambiente costante con un ciclo luce-buio di 12:12 ore e nutriti con una dieta standard per roditori e acqua.

Trattamento degli animali e raccolta del siero

A tutti i ratti sottoposti ad alimentazione adattativa è stato somministrato il farmaco tibetano Jiangtangle per sonda gastrica per 7 giorni. La dose clinica era di 0,6 g/die, che è stata convertita in una dose di ratto di 1,26 g/kg17. Dopo 1 ora dall'ultima somministrazione, i ratti sono stati anestetizzati con isoflurano al 3%-4% per l'induzione e al 2% per il mantenimento. I ratti anestetizzati sono stati quindi fissati su un tavolo chirurgico e il sito chirurgico è stato disinfettato con iodoforo. È stata praticata un'incisione lungo la linea mediana dell'addome per esporre l'aorta addominale. Il sangue è stato prelevato lentamente utilizzando una siringa eparinizzata dall'aorta (8 mL) e trasferito in una provetta da centrifuga per la centrifugazione. Il sangue raccolto è stato centrifugato a 2360 x g per 10 minuti a 4 °C per separare il siero. I campioni di siero sono stati quindi aliquotati in provette criogeniche a 5 mL per provetta e conservati in un frigorifero medico a -80 °C (vedi Tabella dei materiali) per le successive analisi.

Analisi UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS

Preparazione dei campioni di materiale medicinale: il Jiangtangle della medicina tibetana (140,0 mg) è stato accuratamente pesato e disciolto in 25 mL di metanolo (vedi Tabella dei materiali), seguito da 30 minuti di sonicazione a 40 kHz, 300 W. La soluzione risultante è stata filtrata attraverso una membrana da 0,22 μm per ottenere il campione di prova.

Preparazione del campione di siero: 100 μL di siero sono stati accuratamente miscelati con 400 μL di metanolo freddo e acetonitrile (v/v, 1:1; vedi Tabella dei materiali) mediante vortex. La miscela è stata elaborata mediante sonicazione (40 kHz, 300 W) per 1 ora in bagno di ghiaccio. La miscela è stata quindi incubata a -20 °C per 1 ora e centrifugata a 4 °C per 20 minuti a 14.000 x g. I surnatanti sono stati quindi raccolti ed essiccati sotto vuoto per l'analisi UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS.

Condizioni cromatografiche: I surnatanti sono stati misurati con un sistema UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS (vedi Tabella dei materiali). Per la separazione LC è stata utilizzata una colonna ACQUITY UPLC HSS T3 (2,1 mm x 100 mm, 1,8 μm). La fase mobile era costituita da A (0,1% di acido formico in acqua) e B (100% di acetonitrile). La velocità di flusso è stata di 0,3 mL/min, con un programma di gradiente specifico del 5%-95% B (0-30 min), 95% B (30-35 min). Il volume di iniezione era di 5 μL. I dati MS sono stati acquisiti separatamente in modalità ESI positiva e negativa. La sorgente HESI aveva impostato le condizioni per la tensione di spruzzatura, la temperatura del capillare, i flussi di gas, ecc. Lo strumento ha scansionato su m/z 70-1050 Da, con diverse risoluzioni per MS completo e MS/MS. I dati grezzi MS sono stati elaborati utilizzando MS-DIAL per l'allineamento dei picchi. La composizione della medicina tibetana Jiangtangle è stata identificata da dati accurati di massa e MS/MS rispetto a database pubblici. Sono state mantenute solo le variabili con valori diversi da zero superiori al 50% in almeno un gruppo.

Coltura cellulare e trattamento

Le cellule RIN-m5F (vedi Tabella dei materiali) sono state coltivate con il terreno Modified Eagle (DMEM) di Dulbecco, il 10% di siero fetale bovino e l'1% di penicillina/streptomicina in un incubatore controllato al 5% di CO2 (vedi Tabella dei materiali) a 37 °C. Le cellule RIN-m5F allo stadio di crescita logaritmica sono state prelevate, contate dopo la digestione e inoculate in piastre a 96 pozzetti con 1 x 105 cellule per pozzo. Utilizzando 10-60 mM di glucosio, l'induzione cellulare è stata eseguita per imitare un ambiente ad alto contenuto di glucosio di T2DM. Le cellule RIN-m5F sono state suddivise in gruppi di controllo, modello e gruppi di siero contenenti Jiangtangle al 2,5%, 5% e 10%. Le cellule del gruppo di controllo sono state trattate con DMEM e altri gruppi sono stati indotti con DMEM contenente glucosio per 24 ore. I gruppi di controllo e modello sono stati aggiunti con il terreno, mentre ogni gruppo di siero è stato aggiunto con DMEM contenente il 2,5%, 5% e 10% di siero contenente Jiangtangle e incubato per 24 ore a 37 °C con CO2 al 5%.

Analisi – CCK 8

La vitalità cellulare è stata misurata con CCK 8 (vedi Tabella dei materiali). Le cellule RIN-m5F sono state inoculate in piastre a 96 pozzetti e trattate con glucosio (0, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 mM). Quindi, 100 μL di DMEM con siero contenente Jiangtangle sono stati aggiunti ai pozzetti e incubati a 37 °C con CO2 al 5% per 24 ore. Ogni gruppo comprendeva 6 pozzetti replicati. Dopo 24 ore di incubazione con glucosio e 24 ore di incubazione con siero contenente Jiangtangle, sono stati aggiunti 10 μL di soluzione di CCK 8 e incubati a 37 °C per altre 1,5 ore. Un lettore di micropiastre a lunghezza d'onda completa (vedi Tabella dei materiali) è stato utilizzato per rilevare i valori di assorbanza di ciascun foro a 450 nm16.

Analisi della funzione mitocondriale

Come abbiamo precedentemente riportato18, l'analizzatore Seahorse XFe 24 (vedi Tabella dei materiali) è stato utilizzato per valutare in tempo reale il tasso di produzione di ATP e il tasso di glicolisi. Le cellule RIN-m5F sono state inoculate in micropiastre Seahorse XFe24 V24. Le cellule sono state seminate nelle piastre di coltura cellulare XF24 utilizzando un protocollo in due fasi: 100 μL di sospensione cellulare sono stati erogati in ciascun pozzetto e la piastra è stata lasciata indisturbata per 1 ora. Quindi la piastra è stata trasferita in un incubatore a 37 °C, 5% CO2 per 4 ore per favorire l'attacco iniziale. Successivamente, sono stati aggiunti 150 μL di DMEM a ciascun pozzetto. Dopo la modellazione per 24 ore e la somministrazione del farmaco per 24 ore, la soluzione di rilevamento è stata preparata aggiungendo l'1% di glucosio, l'1% di piruvato e l'1% di glutammina al terreno Seahorse XF DMEM. Quindi, le cellule sono state lavate due volte con 1 mL di soluzione di rilevamento. Per l'utilizzo del kit di misurazione del tasso di ATP in tempo reale e del kit di dosaggio del tasso di glicolisi, 56 μL di oligomicina e 62 μL di rotenone/antimicina A sono stati risospesi e aggiunti ai pozzetti della cartuccia del sensore A e B, rispettivamente. E la piastra di coltura cellulare è stata posta in un incubatore per colture cellulari privo di CO2 per 60 minuti. Infine, il tasso di produzione di ATP e il tasso di glicolisi sono stati monitorati in tempo reale da un sistema di iniezione automatico. Tutti gli esperimenti sono stati condotti a 37 °C e i dati sono stati analizzati utilizzando il software XF Wave19.

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Risultati

UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS ha dimostrato che la medicina tibetana Jiangtangle conteneva composti come fenoli, alcaloidi, flavonoidi, nucleosidi, acidi organici, aminoacidi, terpenoidi, cumarine, glicosidi, tannini, lignani, steroidi e altri. (Figura 2, Tabella 1). Ai ratti SD sono stati somministrati per via orale 1,26 g/kg di Jiangtangle, medicinale tibetano, una volta al giorno. Una panoramica della strategia di gating del siero è presentata ne...

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Discussione

Il diabete di tipo 2 è generalmente considerato una malattia metabolica cronica con un esordio nascosto e un'alta prevalenza ed è accompagnato da molte complicanze legate al diabete come disfunzione oculare, cardiovascolare e renale 20,21,22,23. Le sue manifestazioni cliniche includono glicemia elevata, poliuria, polidipsia, perdita di peso e persino cecità, ch...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato supportato dal Progetto di Costruzione delle Connotazioni del 14° Piano Quinquennale dell'Università di Medicina Tibetana (2023ZYYGH05) e dal Dipartimento di Scienza e Tecnologia della Provincia del Sichuan (2024NSFSC1845). Nel frattempo, gli autori desiderano ringraziare il Dr. Lu Yang, ingegnere senior presso l'Innovative Institute of Chinese Medicine e Phamacy/Academy for Interdiscipline, per aver fornito servizi tecnici per le tecniche Seahorse XF.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
 -80 ° C frigorifero medicoMetherMDF-86H118
0.22 µ membrana acquosaJintengJTMF0445
0,22 µ m membrana filtrante microporosa ad agoJintengJTSFM013001
AcetonitrileAladinoA104440
Agilent Software OpenLabAgilentVersione 2.X
Cabina di biosicurezzaAirtechBSC-1004 II A2
Kit di conteggio cellulare-8BiogroundBG0025
CelMate CO2 IncubatriceEsco Micro Pte Ltd.CLM-240B-8
Colonna cromatograficaAgilentSB-C18
Agitatore di decolorazioneKylin-BellTS-2
Dulbecco's modified eagle mediumGibco8121587
Tampone per elettroforesiNCM Biotech20230801
Acido formicoAladinoF298778
GlucosioChengdu Herbpurify Co., Ltd.P012-180-180222
Software GraphPad PrismSoftware GraphPad, LLCVersione 9.5.1
Centrifuga refrigerata ad alta velocitàThermo Fisher ScientificLegend Micro 17R
Centrifuga a bassa velocitàHallonNH5
MetanoloAladinoM116118
Penicillina-streptomicinaNCM BiotechC125C5
Soluzione salina tamponata con fosfato (1×)Gibco8120485
Isola pancreatica di ratto β-celluleATCCCRL-11605
ReadMax 1500 enzima a lunghezza d'onda completa di assorbimento della luce FlashReadKit
dosaggio del tasso di glicolisi del cavalluccio marino XFAgilent103344-100
Kit per la misurazione del tasso di ATP in tempo reale del cavalluccio marino XFAgilent103592-100
Analizzatore del cavalluccio marino XFe 24AgilentXFe24
Tripsina (0,25%, 1&volte;)HyCloneJ210045
Analizzatore UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MSThermo ScientificQE Q
Kylin-BellXW-80A
per il Miscelatore a vortice esattivo

Riferimenti

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