To badanie wykazało, że tybetańska surowica zawierająca Jiangtangle może poprawić dysfunkcję mitochondriów poprzez zwiększenie mitochondrialnego i glikolitycznego poziomu ATP.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł badawczy
* These authors contributed equally
To badanie wykazało, że tybetańska surowica zawierająca Jiangtangle może poprawić dysfunkcję mitochondriów poprzez zwiększenie mitochondrialnego i glikolitycznego poziomu ATP.
β spowodowana dysfunkcją mitochondriów jest podstawową cechą cukrzycy typu 2 (T2DM). Medycyna tybetańska Jiangtangle, składająca się z Berberis kansuensis, Curcumaelongae Rhizoma, Malvae Fructus, Tribuli Fructus, Thlaspi arvense L. i Phyllanthus emblica L., może być stosowana w leczeniu cukrzycy typu 2. Jednak jego wpływ na funkcję mitochondriów pozostaje niejasny. Badanie to ma na celu wyjaśnienie farmakologicznego wpływu tybetańskiej medycyny Jiangtangle na mitochondria. Po 7 dniach od podania tybetańskiej medycyny Jiangtangle, surowicę szczura uzyskano przez pobranie krwi z aorty brzusznej. Komórki β wysp trzustkowych szczura (RIN-m5F) podzielono na grupy kontrolne, modelowe i surowicę zawierającą Jiangtangle. Model i grupy surowicy zawierające Jiangtangle zostały wywołane w celu uszkodzenia za pomocą pożywki DMEM zawierającej 50 mM glukozy przez 24 godziny. Grupę kontrolną leczono pożywką DMEM niezawierającą glukozy przez 24 godziny. Następnie pożywkę dodano do grupy kontrolnej i modelowej, podczas gdy grupy surowicy zawierające Jiangtangle inkubowano przez 24 godziny z pożywką zawierającą 2,5%, 5% i 10% surowicy zawierającej Jiangtangle. Wyniki UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS wskazały na 90 związków w Jiangtangle, z czego 6 prototypowych związków dostało się do krwi. Do pomiaru żywotności komórek wykorzystano CCK 8, Seahorse XFe wykorzystano do oceny metabolizmu energii mitochondrialnej i oceniono wpływ surowicy zawierającej Jiangtangle na model hiperglikemiczny komórek RIN-m5F. Surowica zawierająca Jiangtangle zwiększała żywotność komórek RIN-m5F, mitochondrialny poziom ATP, glikolityczny poziom ATP, glikolizę podstawową, glikolizę kompensacyjną, OCR, wyciek protonów i maksymalne oddychanie.
Cukrzyca jest przewlekłą chorobą metaboliczną powszechnie rozpowszechnioną na świecie. Jego złożona patogeneza stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, będąc poważnym problemem zdrowia publicznego, który należy pilnie rozwiązać1. Cukrzyca dzieli się głównie na cukrzycę typu 1, cukrzycę typu 2 (T2DM), cukrzycę ciążową i określone typy cukrzycy2. Wraz ze zmianą stylu życia i przyspieszeniem procesu starzenia, częstość występowania cukrzycy wykazała gwałtowną tendencję wzrostową w ciągu ostatnich kilku dekad. Chiny mają największą populację diabetyków na świecie, z ponad 118 milionami osób cierpiących na cukrzycę, co stanowi około 22% globalnej całości, z czego ponad 90% to T2DM3,4,5. We wszystkich zgłoszonych patogenezach stwierdzono, że dysfunkcja komórek β wysp trzustkowych jest kluczowym mechanizmem podczas procesu T2DM6,7.
Mitochondria, będące centrum metabolizmu energetycznego komórki, są suborganellami zaangażowanymi w podstawowe funkcje wyspy β-cell8. Obecne badania wykazały, że występowanie i rozwój cukrzycy typu 2 są ściśle związane z aktywnością, funkcją i stresem oksydacyjnym mitochondriów. Niewydolność komórek β spowodowana dysfunkcją mitochondriów jest podstawową cechą T2DM9. β-komórki znajdujące się w wyspach trzustkowych są odpowiedzialne za syntezę i wydzielanie insuliny, hormonu niezbędnego do regulacji poziomu cukru we krwi. W trakcie rozwoju cukrzycy typu 2 nieprawidłowa funkcja mitochondriów, wzmocnione reaktywne formy tlenu i reakcja na stres oksydacyjny zaburzają dynamiczną równowagę mitochondriów komórek β oraz wpływają na wydzielanie i metabolizm insuliny10.
Medycyna tybetańska Jiangtangle składa się z Berberis kansuensis, Curcumaelongae Rhizoma, Malvae Fructus, Tribuli Fructus, Thlaspi arvense L. i Phyllanthus emblica L. (Rysunek 1). Jest to żółty proszek o pachnącym zapachu i gorzkim smaku. Może być stosowany do leczenia suchości w ustach, polidypsji, wychudzenia, wielomoczu, stopy cukrzycowej, swędzenia skóry i innych objawów spowodowanych cukrzycą. Istniejące dowody kliniczne wykazały, że alkaloidy kory berberysu mogą skutecznie łagodzić cukrzycę typu 2 poprzez obniżenie poziomu cukru we krwi, poprawę insulinooporności i zmniejszenie stanu zapalnego11. Kurkumina ma potencjał do łagodzenia cukrzycy typu 2 poprzez obniżenie poziomu glukozy we krwi, zwiększenie wrażliwości na insulinę, modulację profili lipidowych oraz wywieranie działania przeciwzapalnego i przeciwutleniającego12. Ponadto Malave Fructus, Tribulifructus, Thlaspi arvense L. i Phyllanthus emblica L. mają również działanie przeciwcukrzycowe lub przeciwutleniające13,14,15. Obecnie skuteczność, podstawa materialna i mechanizm działania tybetańskiej medycyny Jiangtangle w terapii cukrzycy typu 2 nie są jeszcze znane. Skład chińskiej medycyny tybetańskiej jest złożony, a jej zapobieganie i terapia chorób opierają się na teorii stosowania narkotyków w ujęciu holistycznym i systematycznym. Obecnie farmakochemia chińskiej surowicy materia medica może częściowo wyjaśnić składniki wchłaniania we krwi i stała się ważnym środkiem do zbadania materialnych podstaw leków tybetańskich16. Badanie to początkowo wyjaśniło ochronny wpływ tybetańskiej medycyny Jiangtangle na mitochondria in vitro, koncentrując się na przetestowaniu nowej hipotezy, że surowica zawierająca Jiangtangle może łagodzić dysfunkcję mitochondriów w komórkach β wysp trzustkowych trzustki szczura (RIN-m5F) pod wpływem stresu związanego z wysokim poziomem glukozy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Komitet Administracyjny Sichuan Scientist Biological Testing Biotechnology Co., Ltd. zatwierdził protokół dla zwierząt (numer rekordu: SYST-2024-019). Samce szczurów Sprague Dawley (SD) w wieku 8-10 tygodni i ważące 260-300 g były trzymane w niezależnych klatkach wentylacyjnych w kontrolowanym środowisku o temperaturze 23 ± 2 °C i wilgotności względnej 55%-60%. Te specyficzne zwierzęta wolne od patogenów zostały pozyskane od komercyjnego dostawcy (patrz tabela materiałów). Wszystkie szczury przeszły 1-tygodniowy okres karmienia adaptacyjnego, aby zaaklimatyzować się w nowym środowisku przed rozpoczęciem eksperymentu, z nieograniczonym dostępem do wody i pożywienia.
Przygotowanie eksperymentalne
Wymagane leki i odczynniki zostały przygotowane zgodnie ze schematem eksperymentalnym (patrz Tabela materiałów). W tym badaniu wykorzystano szczury z filtrem SPF SD (8-10 tygodni, 260-300 g). Wszystkie zwierzęta zostały zakupione od komercyjnego dostawcy (patrz Tabela Materiałów). Po kwarantannie zwierzęta były utrzymywane w stałej temperaturze pokojowej z cyklem światła i ciemności 12:12 h i karmione standardową dietą i wodą dla gryzoni.
Leczenie zwierząt i pobieranie surowicy
Wszystkie szczury, które przeszły adaptacyjne karmienie, otrzymywały tybetańską medycynę Jiangtangle przez zgłębnik przez 7 dni. Dawka kliniczna wynosiła 0,6 g/d, która została przeliczona na dawkę 1,26 g/kg17. Po 1 godzinie od ostatniego podania szczury znieczulono izofluranem w dawce 3%-4% w celu indukcji i 2% w celu utrzymania. Znieczulone szczury zostały następnie zabezpieczone na stole operacyjnym, a miejsce operacji zostało zdezynfekowane jodoforem. Wykonano nacięcie wzdłuż linii środkowej brzucha w celu odsłonięcia aorty brzusznej. Krew powoli pobierano za pomocą strzykawki z heparyną z aorty (8 ml) i przenoszono do probówki wirówkowej w celu odwirowania. Pobraną krew odwirowywano w temperaturze 2360 x g przez 10 minut w temperaturze 4 °C w celu oddzielenia surowicy. Próbki surowicy zostały następnie przelane do probówek kriogenicznych po 5 ml na probówkę i przechowywane w lodówce medycznej o temperaturze -80 °C (patrz tabela materiałów) w celu późniejszej analizy.
UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS analiza
Przygotowanie próbek materiału leczniczego: Tybetańska medycyna Jiangtangle (140.0 mg) została dokładnie zważona i rozpuszczona w 25 ml metanolu (patrz Tabela Materiałów), a następnie 30 min sonikacji przy 40 kHz, 300 W. Otrzymany roztwór przefiltrowano przez membranę o grubości 0,22 μm w celu uzyskania próbki testowej.
Przygotowanie próbki surowicy: 100 μL surowicy dokładnie zmieszano z 400 μL zimnego metanolu i acetonitrylu (v/v, 1:1; patrz Tabela Materiałów) przez wirowanie. Mieszaninę przetwarzano metodą sonikacji (40 kHz, 300 W) przez 1 godzinę w łaźni lodowej. Mieszaninę inkubowano następnie w temperaturze -20 °C przez 1 godzinę i odwirowywano w temperaturze 4 °C przez 20 minut przy 14 000 x g. Supernatanty zostały następnie zebrane i wysuszone w próżni do analizy UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS.
Warunki chromatograficzne: Supernatanty zostały zmierzone za pomocą systemu UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS (patrz Tabela Materiałów). Do separacji LC zastosowano kolumnę ACQUITY UPLC HSS T3 (2,1 mm x 100 mm, 1,8 μm). Faza ruchoma składała się z A (0,1% kwasu mrówkowego w wodzie) i B (100% acetonitrylu). Natężenie przepływu wynosiło 0,3 ml/min, przy określonym programie gradientu 5%-95% B (0-30 min), 95% B (30-35 min). Objętość iniekcji wynosiła 5 μl. Dane MS uzyskano oddzielnie w dodatnim i ujemnym trybie ESI. Źródło HESI miało ustawione warunki dla napięcia rozpylania, temperatury kapilary, przepływu gazu itp. Przyrząd skanował przez m/z 70-1050 Da, z różnymi rozdzielczościami dla pełnego MS i MS/MS. Surowe dane MS zostały przetworzone przy użyciu MS-DIAL w celu wyrównania pików. Skład medycyny tybetańskiej Jiangtangle został zidentyfikowany na podstawie dokładnych danych masowych i MS/MS w publicznych bazach danych. Zachowane zostały tylko zmienne o ponad 50% wartości niezerowych w co najmniej jednej grupie.
Hodowla komórkowa i leczenie
Komórki RIN-m5F (patrz Spis materiałów) zostały wyhodowane za pomocą zmodyfikowanej pożywki Eagle (DMEM) firmy Dulbecco, 10% płodowej surowicy bydlęcej i 1% penicyliny/streptomycyny w kontrolowanym inkubatorze 5% CO2 (patrz Tabela materiałów) w temperaturze 37 °C. Komórki RIN-m5F w fazie wzrostu logarytmicznego zostały pobrane, policzone po trawieniu i zaszczepione na 96-dołkowych płytkach z 1 x 105 komórek na studzienkę. Używając 10-60 mM glukozy, przeprowadzono indukcję komórek, aby naśladować środowisko o wysokim poziomie glukozy w cukrzycy typu 2. Komórki RIN-m5F podzielono na grupy kontrolne, modelowe i 2,5%, 5% i 10% surowicy zawierającej Jiangtangle. Komórki w grupie kontrolnej były leczone DMEM, a inne grupy były indukowane DMEM zawierającym glukozę przez 24 godziny. Grupy kontrolne i modelowe dodano z pożywką, podczas gdy każdą grupę surowicy dodano DMEM zawierającym 2,5%, 5% i 10% surowicy zawierającej Jiangtangle i inkubowano przez 24 godziny w temperaturze 37 °C z 5% CO2 .
Analiza CCK 8
Żywotność komórek została zmierzona za pomocą CCK 8 (patrz Tabela Materiałów). Komórki RIN-m5F inokulowano w 96-dołkowych płytkach i traktowano glukozą (0, 10, 20, 30, 40, 50 i 60 mM). Następnie do studzienek dodano 100 μl DMEM z surowicą zawierającą Jiangtangle i inkubowano w temperaturze 37 °C z 5% CO2 przez 24 godziny. Każda grupa składała się z 6 replikowanych studni. Po 24 godzinach inkubacji z glukozą i 24 godzinach inkubacji z surowicą zawierającą Jiangtangle, dodano 10 μl roztworu CCK 8 i inkubowano w temperaturze 37 °C przez kolejne 1,5 godziny. Czytnik mikropłytek o pełnej długości fali (patrz Tabela materiałów) został użyty do wykrycia wartości absorbancji każdego otworu przy 450 nm16.
Analiza funkcji mitochondriów
Jak już wcześniej informowaliśmy18, analizator Seahorse XFe 24 (patrz Tabela materiałów) został użyty do oceny szybkości produkcji ATP i glikolizy w czasie rzeczywistym. Komórki RIN-m5F inokulowano w mikropłytkach Seahorse XFe24 V24. Komórki wysiewano na płytkach do hodowli komórkowych XF24 przy użyciu dwuetapowego protokołu: 100 μl zawiesiny komórkowej dozowano do każdej studzienki, a płytkę pozostawiono w nienaruszonym stanie przez 1 godzinę. Następnie płytkę przeniesiono do inkubatora o temperaturze 37 °C, 5% CO2 na 4 godziny, aby ułatwić wstępne przyłączenie. Następnie do każdej studzienki dodano 150 μL DMEM. Po modelowaniu przez 24 godziny i podawaniu leku przez 24 godziny, roztwór detekcyjny przygotowano poprzez dodanie 1% glukozy, 1% pirogronianu i 1% glutaminy do podłoża Seahorse XF DMEM. Następnie komórki przemyto dwukrotnie 1 ml roztworu detekcyjnego. W celu użycia zestawu do pomiaru szybkości ATP w czasie rzeczywistym i zestawu do oznaczania szybkości glikolizy, 56 μl oligomycyny i 62 μl rotenonu/antymycyny A zawieszono ponownie i dodano odpowiednio do studzienek wkładu czujnika A i B. Płytkę do hodowli komórkowej umieszczono w inkubatorze do hodowli komórkowych wolnym od CO2 na 60 minut. Wreszcie, tempo produkcji ATP i tempo glikolizy były monitorowane w czasie rzeczywistym przez automatyczny system wtryskowy. Wszystkie eksperymenty przeprowadzono w temperaturze 37 °C, a dane analizowano za pomocą oprogramowania XF Wave19.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Analiza UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS wykazała, że tybetański lek Jiangtangle zawiera takie związki jak fenole, alkaloidy, flawonoidy, nukleozydy, kwasy organiczne, aminokwasy, terpenoidy, kumaryny, glikozydy, taniny, lignany, steroidy i inne.Rycina 2, Tabela 1). Szczurom linii SD podawano doustnie lek tybetański Jiangtangle w dawce 1,26 g/kg raz na dobę. Przegląd strategii bramkowania surowicy przedstawiono w Rysunek 3...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Cukrzyca typu 2 jest ogólnie uważana za przewlekłą chorobę metaboliczną o ukrytym początku i wysokiej częstości występowania, której towarzyszy wiele powikłań związanych z cukrzycą, takich jak dysfunkcja oczu, układu krążenia i nerek 20,21,22,23. Jej objawy kliniczne obejmują podwyższony poziom cukru we krwi, wielomocz, polidypsję, utratę masy ciała, a nawet ślepotę, które poważnie zagrażają ży...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Projekt Budowy Konotacji 14. Planu Pięcioletniego Uniwersytetu Medycyny Tybetańskiej (2023ZYYGH05) oraz Wydział Nauki i Technologii Prowincji Syczuan (2024NSFSC1845). Autorzy pragną podziękować dr Lu Yangowi, starszemu inżynierowi sprzętu w Innowacyjnym Instytucie Medycyny Chińskiej i Phamacy/Academy for Interdiscipline, za świadczenie usług technicznych w zakresie technik Seahorse XF.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| -80 ° C lodówka medyczna | Mether | MDF-86H118 | |
| 0,22 i mikro; m membrana wodna | Jinteng | JTMF0445 | |
| 0,22 &mikro; m Mikroporowata membrana filtracyjna typu igłowego | Jinteng | JTSFM013001 | |
| Acetonitryl | Aladdin | A104440 | |
| Oprogramowanie Agilent OpenLab | Agilent | Wersja 2.X | |
| Szafa bezpieczeństwa biologicznego | Airtech | BSC-1004 II A2 | |
| Zestaw do liczenia komórek-8 | Bioground | BG0025 | |
| CelMate CO2 Inkubator | Esco Micro Pte Sp. z o.o. | CLM-240B-8 | |
| Kolumna chromatograficzna | Agilent | SB-C18 | |
| Wytrząsarka do odbarwiania | Kylin-Bell | TS-2 | |
| Zmodyfikowane podłoże orła | firmy Dulbecco Gibco | 8121587 | |
| Bufor do elektroforezy | NCM Biotech | 20230801 | |
| Kwas mrówkowy | Aladdin | F298778 | |
| Glukoza | Chengdu Herbpurify Co., Ltd. | P012-180-180222 | |
| Oprogramowanie GraphPad Prism | Oprogramowanie GraphPad, LLC | Wersja 9.5.1 | |
| Wirówka z chłodzeniem o dużej prędkości | Thermo Fisher Scientific | Legend Micro 17R | |
| Wirówka wolnoobrotowa | Hallon | NH5 | |
| Metanol | Aladyn | M116118 | |
| Penicylina-streptomycyna | NCM Biotech | C125C5 | |
| Solanka fizjologiczna buforowana fosforanami (1&razy;) | Gibco | 8120485 | |
| Szczur trzustka wyspa trzustkowa i beta;-komórki | ATCC | CRL-11605 | |
| ReadMax 1500 enzym absorpcji światła o pełnej długości fali | Zestaw | ReadMax 1500 | |
| Seahorse XF | Agilent | 103344-100 | |
| Seahorse XF zestaw do pomiaru szybkości ATP w czasie rzeczywistym | Analizator Agilent | 103592-100 | |
| Seahorse XFe 24 | Agilent | XFe24 | |
| Trypsyna (0,25%, 1&razy;) | Analizator HyClone | J210045 | |
| UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS | Thermo Scientific | QE Q Exactive | |
| Vortex | Kylin-Bell | XW-80A |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
