Клиничен метаболитен анализ, комбиниран с проследимост на биосинтетичния път: нов подход към маркера за качество на китайската Materia Medica

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

Акценти

„Откриване на клинични активни съставки като насока, обратен анализ на метаболитни трансформации като връзка и проследимост на пътищата на биосинтеза като ключ“, нова изследователска стратегия за откриване на маркер за качество на китайската materia medica (CMM), насърчава стандарт за качество на CMM

цистанчемогалекуват бъбречно заболяванеподобряване на бъбречната функция

Резюме

Маркерът за качество (Q-маркер) на китайската materia medica (CMM) играе важна роля в контрола на качеството наCMMпродукти. Изследователската му стратегия и техника обаче остават неясни. Въз основа на факта, че стандартът за качество наCMMтрябва да се свързва с клиничната ефикасност. Вземете лечение с таблетки Jing1 Jiangtangдиабет тип 2като пример. Q-маркерът, свързан с активността чрез обратния анализ на метаболизма на лекарствата в клиниките и проследимостта на ботаническите биосинтетични пътища, е открит и валидиран. Затова предложихме нова изследователска стратегия на Q-маркера на CMM с „Откриване на клинични активни съставки като насока, обратен анализ на метаболитни трансформации като връзка и проследимост на пътищата на биосинтеза като ключ“, за подобряване на контрола на качеството наCMMпродукти.

Ключови думи: китайски медицински материал, маркер за качество, клиничен метаболитен анализ, биосинтетичен път, таблетка Jinqi Jiangtang,Диабет тип 2

Съкращения: Q-маркер, Маркер за качество; CMMCитайска материя медика; CAS,(S)-канадин синтаза; STOXX, (S)-тетрахидро протоберберин оксидаза; JOJTT, Jinqi Jiangtang таблетки; UPLC, ултра-ефективна течна хроматография; UPLC-MS/MS, ултра-ефективна течна хроматография-тандемна масспектрометрия; STZ, стрептозоцин; HFD, диета с високо съдържание на мазнини; FBG Кръвна захар на гладно; PBG Постпрандиална кръвна глюкоза; OGTT, Орален тест за глюкозен толеранс.

актеозидвцистанчеимат добри ефекти върхубъбрек

Заден план

Контрол на качеството наКитайска материя медика (CMM)е важна основа за осигуряване на безопасността и ефикасността на CMM и също така е ключов и труден въпрос в изследванията за стандартизация на китайската медицина от дълго време. Маркерът за качество (O-маркер) на CMM се превърна в горещ проблем в традиционнитекитайска медицинас важна роля в контрола на качеството на CMM [1]. Неговата изследователска идея и техника се превърнаха в ключови научни въпроси, които изискват да бъдат разширени и подобрени. Понастоящем тестът за разделяне и биоактивност на активните съставки са основната изследователска стратегия за откриване на Q-маркера на CMM. Въпреки това, този подход може да бъде до голяма степен сляп, несигурен, отнемащ време и трудоемък. За да се обогати и подобри теорията, техническите методи и изследователските пътища на Q-маркера на CMM, е необходимо да се насърчат трансформациите и развитието на модела за оценка на качеството на CMM с Q-маркера като ядро. Стратегията, базирана на обратния анализ на лекарствения метаболизъм в клиниките и проследимостта на ботаническите биосинтетични пътища до откриването на Q-маркера на CMM, ще бъде полезна добавка за разширяване на настоящите идеи и подходи за изследване на Q-маркера в китайската медицина.

Следователно, въз основа на концепцията, принципа и първоначалното намерение на Q-маркера на CMM, ние предлагаме нова изследователска идея за откриването и валидирането на Q-маркера, избирайки Jinqi Jiangtang таблетки (JQJTT) със значителна клинична ефикасност като модел на лекарство [2,3]. Въз основа на факта, че стандартът за качество на CMM трябва да бъде свързан с клиничната ефикасност, би било ефективно да се започне с идентифициране на биоактивни съставки в клинични проби (напр. кръв, урина), последвано от проследяване чрез ботанически биосинтетични пътища за откриване на биоактивните и присъщи ключови вторични метаболити, които могат да бъдат потенциалният О-маркер. С окончателно валидиране чрез класическия хипогликемичен модел за оценка, потвърденият О-маркер може да бъде предаден и проследен, което позволява неговата наличност в контрола на качеството на целия производствен процес на JOJTT. Тази стратегия набляга на "ОБРАТНОТО" - от клиничния профил на метаболизма на лекарството до ключов ботанически междинен продукт в биосинтетичните пътища - което гарантира, че откритият Q-маркер е клинично и ботанически свързан, директно свързвайки естественото свойство и клиничното значение на CMM. Тази нова концепция за Q-маркера на CMM с „Откриване на клинично активни съставки като насока, обратен анализ на метаболитни трансформации като връзка и проследимост на пътищата на биосинтеза като ключ“, предоставя полезна стратегия за теоретични иновации, технологичен пробив и изследвания идея за разширяване на контрола на качеството на CMM.

JQJTT, класическа древна формула, появила се за първи път в Qianjin Fang, публикувана през 652 г. сл. Хр. (китайската династия Тан), е записана в изданието на Китайската фармакопея от 2015 г. (том 1), което се състои от Coptis Chinensis, Astragalus membranaceus и Lonicera японика). Според изданието на Китайската фармакопея от 2015 г. (том 1), трите части от отвара са приготвени в алкалоиден екстракт,

екстракт от сапонин и екстракт от органична киселина, съответно; и се смесва за приготвяне на таблетки. С биоактивности като понижаване на кръвната глюкоза, подобряване на липидния метаболизъм и инсулиновата чувствителност, беше потвърдено, че JQJTT има определен терапевтичен ефект върху диабет тип 2 чрез двойно-сляпо плацебо-контролирано рандомизирано клинично изпитване [4]. Въпреки това стандартът за качество на JQJTT все още трябва да бъде допълнително подобрен.

Концепция и текущи изследвания на Q-маркера на CMN

O-маркерът на CMM е химически съставки, които са присъщи на суровото лекарство или се образуват по време на обработката, тясно свързани с атрибута на CMM и индикатори, отразяващи безопасността и ефикасността на CMM в клиниката. Q-маркерът трябва да отговаря на четири основни изисквания [1]: (1) Q-маркерът съществува в сурови лекарства, екстракти и (или) формулировки; (2) O-маркерът трябва да бъде качествено идентифициран и количествено определен и да бъде тясно свързан с функционалните свойства на CMM; (3) Q-маркерът е в съответствие с теорията и практиката на традиционната китайска медицина; (4) Q-маркерът има характеристики за прехвърляне и проследяване. Иновативната академична концепция за Q-маркера на CMM има важна академична стойност и практическо значение за изучаването на стандартите за качество на CMM. Неговата изследователска идея и технически методи се превърнаха в ключови научни въпроси, които изискваха да бъдат подобрени.

Основен път на изследване на Q-маркера на CMM

Основният изследователски път за намиране на Q-маркера е чрез идентифициране на химична съставка, откриване на изключителна съставка и валидиране на нейната биоактивност, чрез което беше постигнат успех в няколко случая [5,6]. Като обичаен изследователски път в тази област, такъв метод обаче има някои неизбежни дефекти. Химическите съставки в обикновения CMM вече са широко проучени и е трудно и трудоемко да се намерят нови съставки. Все още не е известно дали изключителната съставка може да бъде открита или дали те са свързани с биоактивност. Освен това обикновено е трудно да се потвърди дали намерената съставка е наистина изключителна, че изключителната съставка ще бъде неизключителна с развитието на фитохимията . Например, коптизинът обикновено се счита за изключителна съставка на C. Chinensis, но се съобщава, че коптизинът може да бъде изолиран и от Corydalis yanhusuo WT Wang[7]. Освен това биоактивността на изключителната съставка може да бъде трудна за оценка, ако е ниска или трудна за концентрация. Следователно, съгласно принципа на Q-маркера на CMM, ние проучваме нов изследователски подход, базиран на конотацията на Q-маркера, че той трябва да бъде свързан с клиничната ефикасност и може да се използва за оценка на качеството на CMM, който подчертава основните атрибути „свързана клинична ефикасност, ботанически присъща, проследима при обработка и качествено и количествено откриваема“.

Както е известно на всички, след като голям брой съставки (потенциален Q-маркер) са получени чрез фитохимично разделяне, трябва да се проследи оценката на тяхната биоактивност за потвърждение. Въпреки това, освен факта, че е невъзможно да се оценят биоактивностите на всички изолирани съставки, връзката между изследвания в клетки или животни и клиничната ефикасност е слабо изяснена, което води до откриването на "псевдо-Q-маркер", който е трудно да се определи контрол на качеството и свързване с клиника [8-11]. Следователно, активните съставки могат да бъдат открити от терминалния клиничен ефект. Всъщност, изяснявайки тяхното правило за метаболизъм in vivo, и прототипът или метаболитите нагоре по веригата могат да бъдат анализирани обратно, което е фундаментално за изследване на свързания с клиниката потенциален Q-маркер.

Вътрешното свойство и асоциацията на биоактивността на вторичните метаболити осигуряват важна следа за изследване на Q-маркера

Вторичните метаболити в растителните биосинтетични пътища са основният източник на активни съставки в CMM, които се влияят от почвата, климата, симбиотичните организми, методите на култивиране и други фактори по време на растежа и развитието на растенията, образувайки свои собствени уникални биосинтетични пътища [12] . С други думи, въпреки че химическите съставки (прекурсори, междинни продукти и вторични метаболити) на растенията от един и същи източник имат различни структури, те са съставени предимно от определена основна структурна единица и се образуват в различни присъщи съставки. Освен това са постигнати адекватни постижения в биосинтетичните пътища на активните съставки (вторични метаболити) на обикновения CMM [13-15]. Например, пътят на биосинтеза на берберин, една от активните съставки на C. Chinensis, принадлежи към пътя на синтез на бензилизохинолинов алкалоид. Бензилизохинолиновият алкалоиден синтез започва от L-тирозин, който образува два ключови междинни продукта, включително (S)-скорелин и (S)-тетрахидроколумбамин чрез многоетапна ензимна реакция. След това (S)-тетрахидроколумбаминът се трансформира в берберин (Фигура 1), както и в структурно подобни активни съставки като коптизин, палматин, колумбамин и магнофлорин [16], което води до научен въпрос дали контролът на качеството на C. Chinensis може да се реализира чрез контролиране на (S)-тетрахидроколумбамин или (S)-scoreline, обичайното ключово междинно съединение нагоре по веригата на известните активни съставки на C. Chinensis. Ако това стане, е възможно да се свържат и контролират няколко активни съставки надолу по веригата с подобни структури и ефекти, за да се оцени качеството на CMM. Следователно стратегията за нов подход – „активните съставки се откриват от клиниката, прототипите нагоре по веригата или метаболитите на активните съставки се анализират обратно чрез метаболитно правило in vivo и тези присъщи съставки служат като потенциален Q-маркер“, е иновативна разработка за разширяване настоящи изследователски пътища на Q-маркера на CMM (Фигура 2).

Q-маркерът на JQJTT може да бъде изследван чрез стратегия за интегриране – „Откриване на клинични активни съставки, обратен анализ на метаболитни трансформации и проследимост на пътищата на биосинтеза“

Понастоящем качеството на JQJTT се контролира чрез качествено и количествено определяне на частични съставки и общи изисквания за препаратите, които са недостатъчни, за да отразят цялостното качество на адаптираното мляко и е трудно да се свържат предаването на качеството и следите от сурови лекарства, парчета отвара и препарати. Със своя относително прост състав, до голяма степен проучен метаболизъм на биоактивни съставки in vivo и ботанически биосинтетични пътища, JQJTT може да бъде модел, насърчаващ изследванията за откриването и валидирането на Q-маркера на CMM.

Производство и контрол на качеството на представителна проба от JQJTT и колекция от серум на пациенти, на които е прилаган JQJTT

Препаратът JQJTT се произвежда с квалифицирани Coptis Chinensis, Astragalus membranaceus и Lonicera japonica, като се следва техниката в изданието на Китайската фармакопея 2015 (том 1). Въз основа на националните законови стандарти, определянето на много съставки и химическият пръстов отпечатък могат да бъдат приложени за по-интегрална оценка на качеството на сурови лекарства, парчета отварки и препарати, което гарантира, че последващите резултати от изследването могат да бъдат сравними и проследими. Освен това, следвайки медицинската етика и критериите за включване и изключване, пациентите сдиабет тип 2получават JQJTT и техните серумни проби се събират.

Идентифициране на абсорбираните съставки и метаболитни продукти на JQJTT и техния обратен анализ според трансформациите

Въз основа на установената методология, абсорбираните съставки и техните метаболитни продукти на JQJTT се определят чрез UPLC-QTOF/MSE или UPLC-Q-Orbitrap MS/MS и може да се спекулира с неизвестната структура на съединението и несъответстващите съставки. След това, следвайки стратегията на обратния анализ, съставките на JOJTT, абсорбирани в кръвта, и тяхното правило за трансформация могат да бъдат спекулирани и изяснени, в съответствие със структурните метаболитни характеристики на съставките и техните продукти (Фигура 3).

Правилото за трансформация на съставките в JQJTT може да се проследи след „сурови лекарства, парчета отвара и препарати“

С изясняването на съставките, абсорбирани в кръвта и техните метаболити, тези съставки в сурови лекарства, парчета отвара и препарати, свързани с JQJTT, се откриват от UPLC или UPLC-MS/MS, за да се проследи и анализира обратно и евентуално да се гарантира какви трябва да бъдат вторичните метаболити фокусирани върху сурови лекарства или растения.

С изясняването на съставките, абсорбирани в кръвта и техните метаболити, тези съставки в сурови лекарства, парчета отвара и препарати, свързани с JQJTT, се откриват от UPLC или UPLC-MS/MS, за да се проследи и анализира обратно и евентуално да се гарантира какви трябва да бъдат вторичните метаболити фокусирани върху сурови лекарства или растения.

Откриването на потенциален Q-маркер на JQJTT чрез ботанически биосинтетични пътища

С изяснените биосинтетични пътища като улика, абсорбираните съставки с способност за качествено предаване и проследими характеристики се избират, за да се анализират техните вторични метаболити нагоре по веригата или ключови междинни продукти, които могат да бъдат определени като потенциални Q-маркери, ако са биоактивни, присъщи и способен да предава качество и може да бъде проследен и открит.

Валидирането на Q-маркера на JQJTT чрез класически модел за оценка, свързан с терапевтичния ефект

Потенциалните Q-маркери на JQJTT се анализират качествено и количествено чрез UPLC или UPLC-MSMS. Следвайки Китайската фармакопея, биотестовете на различни партиди JQJTT се провеждат в установения хипогликемичен модел в клетки (клетъчен модел на инсулинова резистентност, установен с помощта на HepG2 клетки) [17] и животни (плъхове, хранени с диета с високо съдържание на мазнини, последвана от интраперитонеално инжектиране на стрептозоцин)[18]. С помощта на мултивариантен статистически анализ се оценява интегралното значение между O-маркера и хипогликемичната активност и Q-маркерът на JQJTT е окончателно потвърден. Може да се приложи ретроспективно клинично наблюдение за проверка, когато е необходимо.

За всичко по-горе, ние комбинираме общите идеи и техники, за да формираме нов подход към Q-маркера на CMM,

който се основава на "Откриване на клинични активни съставки, обратен анализ на метаболитни трансформации и проследимост на пътищата на биосинтеза", така че да обогати и подобри теорията и техническите методи на CMM'Q-маркера (Фигура 4).

Дискусия

Предложението за иновативна концепция, Q-маркер, компенсира дефицита на текущия контрол на качеството, който има важни академични стойности и практическо значение. И за насърчаване на революцията и развитието на контрола на качеството в CMM с O-маркер като ядро, изследователската идея и техника трябва да бъдат разширени и подобрени.

В тази статия, по отношение на факта, че стандартът за качество на CMM трябва да бъде свързан с клиничния терапевтичен ефект, ние предлагаме нова идеология, че откриването на О-маркера може да започне от идентифицирането на биоактивни съставки от клинично наблюдение, последвано от обратен анализ за метаболизма на лекарствата in vivo. Тази стратегия преодолява дефекта, че конвенционалните изследвания относно контрола на качеството е трудно да се свържат с клиничната безопасност и ефикасност, и предотвратява това конвенционалните изследвания да бъдат слепи и случайни. Нашето предложение насърчава текущия контрол на качеството на CMM да бъде идеално обновен, с определен терапевтичен ефект и изяснен път на биосинтеза, които да бъдат предпоставки. Освен това трябва да отбележим, че новата стратегия е ново изследване, а не отричане на настоящия метод за изследване на Q-маркера на CMM. Разбира се, нашите методи за изследване на Q-маркера на CMM имат неизбежни ограничения. Например, тази изследователска стратегия може да се приложи към ботанически, а не към животински или минерални лекарства. И ботаническите биосинтетични пътища и химичните вещества на субектите трябва да бъдат частично изяснени. В допълнение, получаването на клинични проби може да е неудобно за някои лаборатории. Независимо от това, в съответствие с концепцията, принципа и първоначалното намерение на O-маркера на CMM, изследователският път трябва да бъде разнообразен. Всяка изследователска стратегия има определен обхват на приложение. Той трябва да бъде избран и променен според различни изследователски обекти, така че съвместно да насърчава иновациите и развитието на теорията и техническите методи на Q-маркера на CMM.

Препратки

1. Liu CX, Cheng YY, Guo DA и др. Нова концепция за маркер за качество за оценка на качеството и контрол на процеса на китайски лекарства. Chin Herb Med, 2017. 9: 3−13.

2. Yue SJ, Liu J, Feng WW и др. Системна фармакологична дисекция на синергичния механизъм на Huangqi и Huanglian за захарен диабет. Front Pharmacol 2017. 8: 694.

3. Gao LH, Liu Q, Liu SN, et al. Рафинираната таблетка JinQi-JiangTang облекчава преддиабета чрез намаляване на инсулиновата резистентност и подобряване на бета-клетъчната функция при мишки. J Ethnopharmacol 2014. 151: 675−685.

4. Chao M, Zou D, Zhang Y, et al. Подобряване на инсулиновата резистентност с традиционна китайска медицина при пациенти с диабет тип 2. Endocr, 2009. 36 (2): 268.

5. Zhong Y, Zhu J, Yang Z и др. Стратегия, базирана на Q-маркери за изследване на CMC на китайската медицина: Казус от сапонини Panax Notoginseng. Фитомедицина, 2018. 44: 129-137.

6. Liao M, Shang H, Li Y, et al. Интегриран подход за разкриване на качествени маркери, лежащи в основата на ефектите на Alisma Orientale върху липидния метаболизъм, използвайки химичен анализ и мрежова фармакология. Фитомедицина, 2018. 45: 93−104.

7. Shi JM, Han WL, Ye WC и др. Проучване на химическите съставки на Corydalis yanhusuo WTWang. Nat Prod Res Dev (Чин), 2011. 23: 647−651.

8. Feng WW, Zhang Y, Tang JF и др. Комбинация от химически пръстови отпечатъци с биотест, предпочитан подход за контрол на качеството на инжектиране на шафран. Anal Chim Acta, 2018. 1003: 56−63.

9. Yan D, Xiong Y, Ma LN и др. Предложение за установяване на модел за оценка на качеството и подходящ режим за китайската materia medica въз основа на клиничната ефикасност. Chin Tradit Билкови лекарства (Chin), 2013. 44 (1): 1−5.

10. Риърдън С. Къщичката на мишката може да провали експериментите: Факторите на околната среда стоят зад много невъзпроизводими експерименти с гризачи. Природа, 2016. 530: 264.

11. Yan D, Liu J, Wang AT, et al. Проучване на изследователски идеи за механизма на доминиращите заболявания в традиционната китайска медицина въз основа на медицина, основана на доказателства. Chin J Chin Mater Med (Chin), 2018. 13: 2633−2638.

12. Zi J, Mafu S, Peters RJ. Към гиберелините и отвъд! Проучване на еволюцията на (Di) терпеноидния метаболизъм. Annu Rev Plant Biol, 2014. 65 (1): 259−286.

13. He SM, Liang YL, Cong K, et al. Идентифициране и характеризиране на гени, участващи в биосинтезата на бензилизохинолин алкалоид при видовете Coptis. Front Plant Sci, 2018. 9: 731.

14. Kojima M, Uritani I. Проучвания върху биосинтезата на хлорогенна киселина в кореновата тъкан на сладък картоф със специално позоваване на изолирането на междинен продукт на хлорогенна киселина. Физиология на растенията, 1973. 51: 768−771.

15. Moses T, Papadopoulou KK, Osbourn A. Метаболитно и функционално разнообразие на сапонини, биосинтетични междинни продукти и полусинтетични производни. Crit Rev Biochem Mol Biol, 2014. 49: 439−462.

16. Ma Y, Guo J, Mao YP и др. Анализ на биосинтетичните пътища на активните съставки в лечебните растения и тяхната наличност. Chin J Tradit Chin Med Pharm, 2017. 32: 2079−2083.

17. Song JJ, Wang Q, Du M, et al. Произведеният от казеин гликомакропептид пептид IPPKKNQDKTE подобрява индуцираната от висока глюкоза инсулинова резистентност в HepG2 клетки чрез активиране на AMPK сигнализиране. Mol Nutr Food Res, 2017 г. 61: 1600301.

18. Mansor LS, Gonzalez ER, Cole MA, et al. Сърдечен метаболизъм при нов плъх модел на диабет тип 2, използващ диета с високо съдържание на мазнини и ниска доза стрептозотоцин. Cardiovasc Diabetol, 2013 г. 12: 136-136.