Deze studie ontwikkelde een geïntegreerde strategie waarbij UHPLC–MS/MS en HRMS werden gecombineerd om te screenen op mogelijk hepatotoxische furanhoudende verbindingen in Dioscorea bulbifera L.
Methodenartikel
Deze studie ontwikkelde een geïntegreerde strategie waarbij UHPLC–MS/MS en HRMS werden gecombineerd om te screenen op mogelijk hepatotoxische furanhoudende verbindingen in Dioscorea bulbifera L.
Dioscorea bulbifera L. (DBL), een traditioneel kruidenmedicijn dat wordt gebruikt voor de behandeling van schildklieraandoeningen en tumoren, heeft aanzienlijke veiligheidszorgen gewekt vanwege de mogelijke hepatotoxische effecten. Eerder onderzoek suggereert dat deze leverbeschadiging mogelijk geassocieerd is met de metabole activatie van furanhoudende verbindingen (FCC's) die aanwezig zijn in DBL. Hier karakteriseerden we systematisch FCC's en hun reactieve metabolieten in DBL-extract door middel van een geïntegreerde analytische benadering die ultra-high performance vloeistofchromatografie combineert met tandem massaspectrometrie (UHPLC-MS/MS) en ultra-high performance vloeistofchromatografie gekoppeld aan tandem high-resolution mass spectrometry (UHPLC-HRMS). Met behulp van zowel gerichte als niet-gerichte massaspectrometrische analyses identificeerden we in totaal 849 bestanddelen in het waterige extract van DBL, waaronder 10 furanoditerpenoïden en 17 extra FCC's. Om de metabole activatieroutes te verduidelijken, gebruikten we glutathion (GSH) en 4-bromobenzylamine (BBA) als dubbele vangstoffen binnen een muizenlevermicrosomaal (MLM) incubatiesysteem. Via P450-gemedieerd metabolisme werden zeven overeenkomstige adducten, afgeleid van diosbulbine B (DSB), C (DSC), D (DSD), E (DSE), L (DSL), N (DSN) en 2-pentylfuran, succesvol gevangen en gekarakteriseerd. Deze studie stelt een gevoelige en specifieke benadering vast voor de uitgebreide profilering van potentieel hepatoxische furanverbindingen in DBL, en biedt waardevolle inzichten in de vorming van reactieve metabolieten en toxiciteitsmechanismen gerelateerd aan furanhoudende kruidengeneeskunde.
Veiligheidszorgen met betrekking tot traditionele Chinese geneeskunde (TCM), met name door medicijnen veroorzaakte leverschade (DILI), belemmeren hun brede klinische bruikbaarheid en modernisering 1,2,3. Groeiend bewijs suggereert dat de meeste bestanddelen van TCM niet intrinsiek giftig zijn; in plaats daarvan is hun hepatotoxiciteit het gevolg van metabole activatie in vivo 1,4,5. Furanhoudende verbindingen (FCC's) zijn goed erkend als prominente hepatototoxice voorlopers, die P450-gemedieerde metabole activatie ondergaan om sterk reactieve elektrofiele intermediairen te produceren, specifiek cis-enedialen, die cruciaal zijn voor het initiëren van levertoxiciteit. Deze elektrofiele metabolieten vormen covalente adducten met cystoïenthiolen en aminogroepen van essentiële eiwitten, waardoor de progressie van toxische effectenwordt bevorderd 6,7,8.
In de TCM wordt Dioscorea bulbifera L. (DBL) veelvuldig gebruikt voor de behandeling van schildklieraandoeningen, tumoren en huidaandoeningen 9,10. In totaal zijn 152 chemische bestanddelen geïsoleerd en gekarakteriseerd uit DBL, waaronder 41 furanoditerpenoïden(11). Onder deze factoren is aangetoond dat diosbulbine B (DSB), een belangrijk bioactief bestanddeel, leverschade induceert in muismodellen, een effect dat nauw verbonden is met de vorming van de door DSB afgeleide cis-endiaal (DDE)12,13. Gedreven door vooruitgang in analytische instrumentatie is massaspectrometrie een belangrijk hulpmiddel geworden voor het analyseren van complexe chemische componenten en metabolieten van TCM14,15. Conventioneel worden cis-enedialen geproduceerd door DSB-metabolisme gedetecteerd door elektrofiele soorten te vangen met N-acetyl-L-lysine in combinatie met glutathion of N-acetyl-L-cysteïne, gevolgd door LC-MS/MS-analyse van de resulterende chemisch stabiele pyrrolderivaten16,17. Voortbouwend op deze aanpak hebben we eerder een verbeterde strategie ontwikkeld waarbij we gelijktijdig vasthouden van furan-afgeleide metabole intermediairen met GSH en BBA, gecombineerd met LC-MS/MS-analyse met een neutrale verliesscan van 129 Da en een precursorion-scan van m/z 272 voor GSH-adducten, samen met een 1:1 precursorionen-scan van m/z 169 en 171 afkomstig van de BBA-groep voor pyrroldetectie (Figuur 1)18, 19. Hoewel effectief voor bekende furanoïden, vertoont deze aanpak aanzienlijke beperkingen wanneer toegepast op complexe mengsels, met name bij FCC's zonder voorafgaande structurele informatie. Daarom blijft er een dringende behoefte aan een uitgebreide analytische strategie die in staat is om een grondige chemische karakterisering van complexe TCM-matrices mogelijk te maken, terwijl tegelijkertijd efficiënte screening van hepatotoxice voorlopers wordt ondersteund.
Hier rapporteren we een geïntegreerde strategie voor de systematische karakterisering van potentieel hepatotoxische FCC's in DBL (Figuur 2). De strategie omvat drie belangrijke stappen: (i) uitgebreide chemische profilering van het waterige extract van DBL met behulp van breed gerichte metabolomics (WTM) gebaseerd op UHPLC–MS/MS; (ii) vangen van reactieve tussenproducten die worden gegenereerd uit FCC's met GSH en BBA; en (iii) detectie en structurele opheldering van GSH/BBA-adducten die gevormd zijn via metabole activatie van potentieel toxische bestanddelen met HPLC–MS/MS en UHPLC–MS/MS. Deze geïntegreerde aanpak maakt ondubbelzinnige identificatie mogelijk van belangrijke toxische precursoren die verantwoordelijk zijn voor door DBL veroorzaakte hepatotoxiciteit uit complexe TCM-matrices en biedt een zeer gevoelig en specifiek kader voor de veiligheidsbeoordeling van TCM.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
OPMERKING: De reagentia en de apparatuur die in deze studie zijn gebruikt, staan vermeld in de Materiaaltabel.
1. Voorbereiding van de DBL-testoplossing
2. Chemische karakterisering van DBL
3. Karakterisering van GSH/BBA-conjugaten die worden gegenereerd in MLM-incubaties
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Geïdentificeerde FCC's in DBL
Om het chemische profiel van de DBL te karakteriseren, werd een combinatie van triple quadrupole-gebaseerde WTM- en HRMS-profilering gebruikt. Deze dubbele benadering maakte de uitgebreide analyse van geëxtraheerde ionenparen mogelijk, wat zeer informatieve geëtraheerde ionchromatogrammen (EICs, Figuur 3A) en totale ionchromatogrammen (TICs, Figuur 3B) opleverde. Onder de geoptim...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Eerdere onderzoeken naar de hepatotoxiciteit van DBL richtten zich voornamelijk op de metabole intermediairen van individuele FCC's met behulp van gerichte vangststrategieën 9,22. Hoewel deze benaderingen waardevolle mechanistische inzichten bieden, wordt hun effectiviteit in complexe kruidenmatrices vaak beperkt door de slechte detecteerbaarheid van biogeactiveerde intermediairen met lage abundantie. In deze studie hebben we een...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door de Nationale Stichting voor Natuurwetenschappen van China (nr. 82360759), de Natuurwetenschappelijke Stichting van de provincie Guizhou (nr. ZK [2024]406, ZK [2024] 397, Postdoctoraal Station [2021]007, BSH [2024]005), en Guizhou University of Traditional Chinese Medicine TD Hopes [2023]005.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 4-Bromobenzylamine | Jiuding Chemical (Shanghai) Technology Co., Ltd | X114214A | |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd | 1000294000 | |
| Centrifuge | Wuxi BaiTaKe Biotechnology Co., Ltd | CR3180 | |
| Chromatographic sample bottles | Zhejiang ALWSCI Technology Co., Ltd | C0000008 | |
| diosbulbin B | Chengdu PufeiDe Biotech Co., Ltd | 18022603 | |
| Dioscorea bulbifera L. | - | DBL-1; DBL-2; DBL-3 | De plantmaterialen werden geauthenticeerd door Prof. Weike Jiang (Guizhou University of Traditional Chinese Medicine, Guiyang, China), met voucherexemplaren die zijn gedeponeerd bij het Key Laboratory of Basic Pharmacology van de provincie Guizhou. |
| Electronic Balance | Shanghai Anting Electronic Instrument Factory | FA1004B | |
| Formic acid | Thermo Fisher Scientific Co., Ltd | 195715 | |
| Glutathione | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd | SLBX5462 | |
| High speed crusher | Yongkang Biao Hardware Products Co., Ltd | XC-2000Y | |
| Kunming mice Liver Microsomes (male) | Dalian Meilun Biotechnology Co., Ltd. | MB12496-1 | |
| Magnesium Chloride | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd | M8161 | |
| Methanol | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co., Ltd | 646377 | |
| millipore filter | Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co., Ltd | Nylon66 | |
| NADPH Na4 | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd | 102X022 | |
| Oven | Tianjin Laboratorial Instrument & Equipment Co., Ltd | GFL125 | |
| Phosphate-Buffered Saline | Beyotime Biotechnology Co., Ltd | C0221B | |
| Thermostatic water bath oscillator | Shanghai Zijia Instrument Co., Ltd | THZ-82A | |
| Ultra-freezer | Thermo Fisher Scientific Co., Ltd | TDE60086FV-ULTS | |
| Ultrasonic Cleaner | Shanghai Zijia Instrument Co., Ltd | L10-250A | |
| Vortex Mixer | Jiangsu Haimen Medical Instrument Factory | VM-D |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen