Teil 2: Aus Cistanche Tubulosa isoliertes Echinacosid stimuliert mutmaßlich die Wachstumshormonsekretion über die Aktivierung des Ghrelin-Rezeptors

Aus Cistanche tubulosa isoliertes Echinacosid stimuliert mutmaßlich die Wachstumshormonsekretion über die Aktivierung des Ghrelin-Rezeptors

Chieh-Ju Wu 1, Mei-Yin Chien 2, Nan-Hei Lin 1, Yi-Chiao Lin 1, Wen-Ying Chen 3, Chao-Hsiang Chen 2,4,* und Jason TC Tzen 1,*

1 Graduate Institute of Biotechnology, National Chung-Hsing University, Taichung 402, Taiwan; baby159357520@gmail.com (C.-JW); CMNHEI@mohw.gov.tw (N.-HL); s9755702@gmail.com (Y.-CL)

2 Ko Da Pharmaceutical Co. Ltd., Taoyuan 324, Taiwan; rd1@koda.com.tw

3 Abteilung für Veterinärmedizin, Nationale Chung-Hsing-Universität, Taichung 402, Taiwan; wychen@dragon.nchu.edu.tw

4 Graduate Institute of Pharmacognosy, Taipei Medical University, Taipei 110, Taiwan

* Korrespondenz: gm@koda.com.tw (C.-HC); TCTZEN@dragon.nchu.edu.tw (JTCT); Tel.: plus 886-4-22840328 (Durchwahl 776) (JTCT); Fax: plus 886-4-22853527 (JTCT)

Akademischer Herausgeber: Pinarosa Avato

Eingegangen: 22. Januar 2019; Angenommen: 14. Februar 2019; Veröffentlicht: 17. Februar 2019

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Abstrakt:CistancheArt, dem Ginseng der Wüste, wurden viele biologische Aktivitäten im traditionellen chinesischen Arzneibuch nachgewiesen und als Anti-Aging-Medizin verwendet. Drei Phenylethanoidglykoside – Echinacosid, Tubulosid A undActeosid—wurden im Wasserextrakt von nachgewiesenCistanche Tubulus(Schenk) R. Wight und der Hauptbestandteil, Echinacosid, wurde weiter gereinigt. Echinacosid in einer Konzentration von mehr als 10_6 M zeigte eine signifikante Aktivität zur Stimulierung der Wachstumshormonsekretion von Rattenhypophysenzellen. Ähnlich wie beim Wachstumshormon-Releasing-Hormon -6, einem synthetischen Analogon von Ghrelin, wurde die Stimulierung der Wachstumshormonsekretion durch Echinacosid durch die [D-Arg1, D-Phe5, D-Trp7,9, Leu11]-Substanz P gehemmt , ein inverser Agonist des Ghrelin-Rezeptors. Molecular Modeling zeigte, dass alle drei Phenylethanoidglykoside angemessen mit der Bindungstasche des Ghrelinrezeptors wechselwirkten und Echinacosid eine etwas bessere Wechselwirkung mit dem Rezeptor zeigte als Tubulosid A und Acteosid. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Phenylethanoidglykoside, insbesondere Echinacosid, aktive Bestandteile sind, die mutmaßlich für die Anti-Aging-Wirkung von C. tubulosa verantwortlich sind, und man kann davon ausgehen, dass sie sich als Nicht-Peptidyl-Analoga von Ghrelin entwickeln.

Schlüsselwörter: Zistanchetubulosa; Echinacosid; Ghrelin; Wachstumshormonsekretion; Phenylethanoidglykoside

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EchinacosidinZistanchehat viele Wirkungen

Figur 4.Hemmung der [D-Arg1, D-Phe5, D-Trp7,9, Leu11]-Substanz P (GHSR-Antagonist) auf die stimulatorische Wirkung der GH-Sekretion durch GHRP-6 und Echinacosid-Behandlung.

Primäre Hypophysenvorderlappenzellen von Ratten wurden mit GHRP{{0}} (10_7 M) und Echinacosid (10_5 M) in Gegenwart und Abwesenheit von [D-Arg1, D-Phe5 , D-Trp7,9, Leu11]-Substanz P (0,5 uM) für 15 min.

Die Daten wurden als Mittelwerte o SD mit n=dargestellt6. Die durch den T-Test festgestellten Signifikanzniveaus waren * p < 0,05 gegenüber der Kontrolle, # p < 0,05 und ## p < 0,005 signifikante Unterschiede zwischen den Spalten.

2.3. Molekulares Andocken von Echinacosid, Tubulosid A und Acteosid an den Ghrelin-Rezeptor

Im Vergleich zu GHRP-6 sind die drei Phenylethanolglykoside inC. tubulosa—Echinacosid, Tubulosid A und Acteosid – wurden molekularer Modellierung und Andockung an die Bindungstasche des Ghrelin-Rezeptors, GHSR, unterzogen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle dreiPhenylethanolGlykosidekonnten an die Ghrelin-Bindungstasche von GHSR binden, obwohl ihre Wechselwirkungen innerhalb der Bindungstasche im Vergleich zu GHRP-6 relativ schwach waren (Abbildung 5A). Dazwischen wurden zwei Arten intermolekularer Wechselwirkungen gebildet, H-Brücken und StapelungEchinacosidund GHSR (Abbildung 5B). Zwischen Echinacosid und GHSR wurden sechs H-Brücken gebildet; zwei zwischen der C6-Hydroxylgruppe der Zuckereinheit und S207 von GHSR, eine zwischen der C6-Hydroxylgruppe der Zuckereinheit und V205 von GHSR, eine zwischen der C2-Hydroxylgruppe der Zuckereinheit und N305 von GHSR, eine zwischen der C2-Hydroxylgruppe von Glycosid -Einheit und R283 von GHSR, und eine zwischen der C3-Hydroxylgruppe der Dihydroxyphenylethanol-Einheit und Q120 von GHSR. Eine Stapelwechselwirkung wurde zwischen der Kaffeesäure von Echinacosid und F309 von GHSR gebildet. Zwischen Tubulosid A und GHSR wurde nur eine Art intermolekularer Wechselwirkung, H-Bindung, gebildet (Abbildung 5C). Dazwischen wurden fünf H-Brücken gebildetTubulosidA und GHSR; zwei zwischen der C3-Hydroxylgruppe der Rhamnoseeinheit und N305 von GHSR, eine zwischen der Hydroxylgruppe der Kaffeesäureeinheit und G208 von GHSR, eine zwischen der Hydroxylgruppe der Dihydroxyphenylethanoleinheit und R283 von GHSR und eine zwischen dem C4 von Glycosid Einheit und Q120 von GHSR. Zwischen Acteosid und GHSR wurden zwei Arten von intermolekularen Wechselwirkungen gebildet, H-Bindung und Stapelung (Abbildung 5D). Zwischen Acteosid und GHSR wurden vier H-Brücken gebildet; zwei zwischen den C2- und C3-Hydroxylgruppen der Rhamnoseeinheit und N305 von GHSR, eine zwischen der Hydroxylgruppe der Kaffeesäureeinheit und C198 von GHSR und eine zwischen der Hydroxylgruppe der Dihydroxyphenylethanoleinheit und E124 von GHSR. Eine Wechselwirkung wurde zwischen der Dihydroxyphenylethanoleinheit von Acteosid und F220 von GHSR gebildet. Dementsprechend zeigten die von GEMDOCK berechneten Bindungsaffinitäten (chemische Energie), dass Echinacosid, Tubulosid A und Acteosid eine vergleichbare Stärke der Ligand-Rezeptor-Wechselwirkung besaßen, während Echinacosid beim Andocken an die Bindungstasche eine etwas bessere Wechselwirkung mit dem Rezeptor zeigte als Tubulosid A und Acteosid des Ghrelin-Rezeptors konstruiert mit dem von GHRP-6 besetzten Taschenraum (Tabelle 1).

Abbildung 5.Modellierung von vier Liganden, GHRP-6 (A),Echinacosid(B), Tubulosid A (C) und Acteosid (D) docken an GHSR an,

und die detaillierten intermolekularen Wechselwirkungen in diesen komplexen Strukturen. Linkes Feld: Liganden (Kugel-Stab-Struktur) in der Ghrelin-Bindungsstelle von GHSR (Bandstruktur). Mittelfeld:

die Aminosäuren (Stabstruktur) in der Nähe von Liganden (Kugel-Stab-Struktur) in diesen komplexen Strukturen. Rechtes Feld: detaillierte intermolekulare Wechselwirkung zwischen Liganden und GHSR. Die Aminosäuren von GHSR

die an der Bildung von Wechselwirkungen mit Liganden beteiligt sind, sind in Quadraten dargestellt. Abstände von H-Brücken (rote Linien), Ladung-Ladung (grüne Linie) und Wechselwirkung (blaue Linien) sind angegeben.

Tabelle 1.Von GEMDOCK berechnete chemische Energie für die Wechselwirkung zwischen der Bindungstasche des Ghrelinrezeptors (GHSR) und drei Phenylethanoidglykosiden (Echinacosid, Tubulosid A und Acteosid).

3. Diskussion

In der Literatur werden Ghrelin (als körpereigenes Hormon bekannt) undEchinacosidals ein wichtiges Phenylethanoid-Glykosid in Cistanche-Spezies gefunden wurde, wurde dokumentiert, dass es mehrere äquivalente physiologische Aktivitäten besitzt, einschließlich Anti-Aging-Wirkungen, vermutlich über die Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse. Tatsächlich sind sowohl Ghrelin als auchEchinacosidwurden als Therapeutika bei der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit vorgeschlagen [3,4,8,25–27]. In dieser Studie zeigten wir, dass aus C. tubulosa isoliertes Echinacosid die Wachstumshormonsekretion aus primären Hypophysenvorderlappenzellen der Ratte mutmaßlich über die GHSR-Aktivierung in ähnlicher Weise wie Ghrelin stimulieren könnte. Die durch Echinacosid ausgelöste Stimulierung der Wachstumshormonsekretion scheint die allgemein anerkannten Anti-Aging-Wirkungen von Cistanche-Arten zu unterstützen, und Phenylethanoidglykoside, insbesondere Echinacosid, sind aktive Bestandteile, die mutmaßlich für die therapeutischen Wirkungen verantwortlich sind.

Geschätzt aus der relativen Fähigkeit, die Wachstumshormonsekretion aus Rattenhypophysenzellen zu stimulieren,Echinacosidschien ungefähr 100-mal schwächer als GHRP-6 zu sein, da dazwischen vergleichbare Stimulationsaktivitäten beobachtet wurdenEchinacosidvon 10_5 M und GHRP-6 von 10_7 M für Behandlungen von 15 und 30 Minuten (Abbildung 3). Die relativen Aktivitäten von Echinacosid und GHRP-6 bei der Induktion der Wachstumshormonsekretion stimmten gut mit der molekularen Modellierung überein, da GHRP-6 über drei Arten von Wechselwirkungen stark mit den Resten um die Bindungstasche von GHSR interagierte: H-Bindung, Ladung-Ladung und Wechselwirkung – während Echinacosid mit GHSR über zwei Arten von Wechselwirkungen interagierte – H-Bindung und Stapelung (Abbildung 5). Insbesondere wurde hervorgehoben, dass die Ladungswechselwirkung zwischen der positiv geladenen Ammoniumgruppe von GHRP-6 und dem negativ geladenen E124 von GHSR eine entscheidende Rolle bei der Bindung von GHRP-6 an den Ghrelinrezeptor spielt [28]. Möglicherweise kann die relativ schwache stimulierende Wirkung von Echinacosid auf die Induktion der Wachstumshormonsekretion aus Rattenhypophysenzellen hauptsächlich dem Fehlen einer Ladungs-Ladungs-Wechselwirkung in der Bindungstasche von GHSR zugeschrieben werden.

Gemäß dem Aktivitätsassay in dieser Studie (Abbildung 3) liegt die minimale wirksame Konzentration von Echinacosid (Mr 786) für die Stimulierung der Wachstumshormonsekretion aus Rattenhypophysenzellen bei etwa 10_6 M. Für einen Erwachsenen von 65 kg beträgt das Blutvolumen beträgt etwa 5 L (65 kg × 1/13 =1 kg ≈ 5 L), und somit sind etwa 4 mg Echinacosid erforderlich, um eine Konzentration von {{10}} M( 5 l × 10_6 M × 786=3,93 mg). Aus 1 g getrocknetem Stamm von C. tubulosa werden etwa 20 mg Echinacosid extrahiert [24]. Um 4 mg Echinacosid zu erhalten, benötigt man 0,2 g des getrockneten Stängels von C. tubulosa.

Üblicherweise wird bei der Herstellung von Arzneimitteln mehr als 1 g des getrockneten Stängels von C. tubulosa zugesetzt. Daher scheint die wirksame Dosierung von Echinacosid gut mit dem empirischen Konsum von C. tubulosa als pflanzliches Anti-Aging-Arzneimittel übereinzustimmen. Natürlich sollte die wirksame Dosierung von Echinacosid höher sein als die obige Schätzung, da die Verfügbarkeit von Echinacosid nach der Resorption im Darm und Passieren der Blut-Hirn-Schranke tendenziell verringert ist. Weitere Experimente sind erforderlich, um die wirksame Dosierung von Echinacosid bei Tieren genau zu bestimmen.

In unseren früheren Studien wurde auch gezeigt, dass Teaghrelin und Ginkgoghrelin, einzigartige acylierte Flavonoidglykoside, die aus Chin-shin-Oolong-Tee und Ginkgo-Biloba-Blättern isoliert wurden, die Wachstumshormonsekretion von Ratten-Hypophysenzellen über die Bindung an den Ghrelin-Rezeptor induzieren [20,22]. Interessanterweise wurde auch festgestellt, dass die minimale wirksame Konzentration von entweder Teaghrelin oder Ginkgoghrelin für die Stimulierung der Wachstumshormonsekretion aus Rattenhypophysenzellen bei etwa 10_6 M liegt und somit äquivalent ist

zu dem von Echinacosid. Die Gehalte an Teaghrelin und Ginkgoghrelin in Chin-shin-Oolong-Tee- und Ginkgo-Biloba-Blättern waren jedoch relativ gering; Es gab ungefähr 1 mg Teaghrelin in 1 g Chin-shin-Oolong-Tee und 0,33 mg Ginkgoghrelin in 1 g Ginkgo-Biloba-Blättern im Gegensatz zu 20 mg Echinacosid in 1 g von C. tubulosa. Daher liegen die effektiven Konsumdosen von Chin-shin-Oolong-Tee und Ginkgo-Biloba-Blättern bei etwa 5–10 g bzw. 10–20 g. Der drastische Unterschied in der effektiven Verzehrsdosis zwischen C. tubulosa (0,2 g) und Chin-shin-Oolong-Tee oder Ginkgo-biloba-Blättern scheint zu erklären, warum C. tubulosa als Anti-Aging-Kräutermedizin verwendet wird, während Chin-shin-Oolong-Tee und Ginkgo biloba verwendet werden Blätter werden als Kräuterteegetränke konsumiert.