Evaluering af tarmtransporten af ​​et phenylethanoid-glycosid-rigt ekstrakt fra Cistanche Deserticola på tværs af Caco-2-cellemonolagsmodellen

Introduktion

Caco-2-cellelinjen, som blev afledt af humane colon-adenokarcinomer, udviser enterocytlignende egenskaber. Under normale forhold differentierer Caco-2-celler sig spontant fra modne celler og danner intakte monolag. De tilstødende celler adhærerer via tætte forbindelser dannet på den apikale side af monolaget, som kan skelne passivtog aktivt transporterede lægemidler hen over epitellaget. På grund af den morfologiske og biokemiske lighed med normale enterocytter fungerer Caco-2-cellemonolag som en velaccepteret in vitro-model til undersøgelse af lægemidlers intestinale absorptionspotentiale og transportegenskaber.

I modsætning til kemikalier er planteekstrakter (PE) blandinger, hvis biologiske aktivitet og aktive bestanddele ofte ikke er godt identificeret. Desuden er tarmtransportegenskaberne af PE, i modsætning til egenskaberne af dets bestanddele, tæt forbundet med klinisk brug. Fluxmålinger for en testprøve på tværs af et Caco-2-cellemonolag involverer almindeligvis kemiske metoder, såsom HPLC, LC/MS osv. Selvom disse metoder er kraftfulde værktøjer, er de komplekse, tidskrævende, dyre og lejlighedsvis kræver sofistikeret udstyr. Endnu vigtigere er det, at hverken en enkelt eller en minoritetskomponent kan afspejle PE som helhed. Der skal således etableres en ny tilgang, der er uafhængig af bestemmelsen af ​​bestanddele, for at identificere og evaluere PE's transportegenskaber.

Cistanche deserticola YC Ma (CD), en holoparasitisk plante, er en almindelig traditionel kinesisk medicin, der hovedsageligt bruges til at behandle nyremangel, kropssvaghed og forstoppelse, og disse anvendelser er officielt registreret i den kinesiske farmakopé.Phenylethanoid glycosider (PhG'er), herunder echinacosid (EC), acteosid (AC) og isoacteosid (IS), etc., er en klasse af polyphenoliske forbindelser. De betragtes som en af ​​de vigtigste bioaktive bestanddele af Cistanche-arter. Farmakologiske undersøgelser har vist, at bioaktiviteten af ​​PhG'er er forskelligartet og inkluderer antioxidative, anti-trætheds-, leverbeskyttende, immunmodulerende, anti-inflammatoriske og neurobeskyttende virkninger. Imidlertid er tarmtransportegenskaberne for PhG'er ikke blevet undersøgt. I denne undersøgelse undersøgte vi den intestinale permeabilitet af et PhG-rigt ekstrakt (PRE) fra CD som et integreret system og permeabiliteten af ​​tre store PhG'er (AC, IS og EC) i differentierede Caco-2-celler. Vores resultater indikerede, at PRE primært transporteres via dårligt absorberet passiv diffusion ned ad en koncentrationsgradient uden efflux, hvilket giver det farmakokinetiske grundlag for den kliniske anvendelse af PhG'er i CD.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA TIL FORBEDRING AF SEKSUEL FUNKTION PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Materialer og metoder

Materialer

The human intestinal Caco-2 cell line was obtained from the American Type Culture Collection (ATCC, Rockville, MD, USA). AC, IS, and EC (>98%) blev købt fra Must Biotechnology Co. (Chengdu, Kina). Dulbeccos modificerede Eagles medium (DMEM), føtalt bovint serum (FBS) og ikke-essentielle aminosyrer (NEAA) blev produceret af Gibco BRL (Grand Island, NY, USA). 6-brønd TranswellTM plader (insert membran vækstområde 4,67 cm2) blev opnået fra Corning (Costar) Inc. (Tewksbury, MA, USA). Rottehale-kollagen blev opnået fra Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Alle reagenser og kemikalier til HPLC-analysen var af analytisk kvalitet.

Udarbejdelse af PRE fra CD

Det lufttørrede CD-materiale blev pulveriseret og ekstraheret ved perkolering med 70% ethanol. Den PhG-rige fraktion blev fremstillet som tidligere beskrevet og ekstraheret med vandmættet n-butylalkohol. Ekstraktluden blev koncentreret og tørret under reduceret tryk. Makroporøs harpiks-UV-spektrofotometri målte et PhG-indhold på 78,4%. Den endelige prøve repræsenterede et 1,75% udbytte af råmateriale i tørvægt. Den opnåede prøve blev opbevaret ved -20 grader indtil videre brug.

Bestemmelse af AC, IS og EC ved HPLC

Et Shimadzu HPLC-system udstyret med LC-opløsningssoftware blev brugt til at analysere indholdet af AC, IS og EC i PRE. En omvendt fase Intersil C18-søjle (4,6 mm × 250 mm, 5 μm) blev brugt og holdt ved stuetemperatur. De mobile faser var acetonitril og vand indeholdende 0,1 % phosphorsyre (v/v) med gradienteluering (tabel 1) ved en strømningshastighed på 1,0 ml/min. UV-spektrofotometerdetektoren blev indstillet til 334 nm. For nøjagtigt at bestemme fluxen af ​​AC og IS udviklede vi en ny HPLC-fluorescensdetektionsmetode (HPLC-FLD). Efter en strukturel analyse og fluorescensbølgelængdescanning (data ikke vist) opnåede vi de optimale fluorescensdetektionsbetingelser for AC (eks.: 338 nm, Em: 448 nm) og IS (eks.: 320 nm, Em: 434 nm).

HPLC-analysemetoden blev valideret ved hjælp af følgende ydeevnekarakteristika: stabilitet, linearitet, følsomhed, præcision (intra- og inter-dag variabilitet) og nøjagtighed. Analytterne i transportbufferen blev opbevaret ved 25 grader i mørke i 24 timer, og deres stabilitet blev målt. Analytterne var yderst stabile i nærvær af vitamin C (0,4 %), fordi de relative standardafvigelsesværdier (RSD) i topområderne var < 3,5 %. Den lineære regressionsligning, korrelationskoefficient, linearitetsområde, LOD og LOQ for AC, IS og EC er vist i tabel 2. LOD'erne (18-30 nM) og LOQ'erne (60-100 nM) værdier illustrerer, at HPLC-FLD- og HPLC-UV-metoderne er meget følsomme. RSD-værdierne, der udtrykker metodens præcision, var alle < 2 % for intra- og inter-dag variabilitet, hvilket indikerer god præcision. Til udvindingsevaluering blev AC, IS og EC tilsat til transportbufferen for at give tre (høje, medium og lave) koncentrationsniveauer. Genfindingsværdierne for metoden for analytterne er opsummeret i tabel 3. De gennemsnitlige genfindinger varierede fra 90,0 % til 96,4 %, hvilket indikerer god nøjagtighed. Som konklusion er de etablerede HPLC-metoder tilfredsstillende med hensyn til linearitet, følsomhed, præcision og nøjagtighed til kvantificering af AC, IS og EC i transportbuffer.

Bestemmelse af PRE ved bioassaysystem

Bioassayet (total antioxidativ kapacitet) var baseret på FRAP (ferric reducing/antioxidant power) assayet, som vi tidligere har beskrevet [16] og valideret med hensyn til linearitet og præcision (intra- og inter-dag-variabilitet). Lineariteten af ​​bioassaymetoden blev bestemt baseret på kalibreringskurverne. Koncentrationsområdet for linearitet var 0.0625 − 40 ug/ml (y=0.0258x+0.0968, R2=0.996). Præcisionen af ​​den etablerede bioassaymetode blev bestemt i forhold til intra- og inter-dag-variabiliteten for en analyse af PRE (10,0 ug/ml). Metodens repeterbarhed i løbet af dagen blev bestemt baseret på fem på hinanden følgende bestemmelser på samme dag. Repeterbarheden mellem dage blev målt baseret på fem på hinanden følgende bestemmelser på tre forskellige dage. RSD-værdierne for metodens præcision var henholdsvis 1,014 % og 4,72 % for intra- og inter-dag-variabilitet, hvilket indikerer god præcision. Den etablerede bioassaymetode er således tilfredsstillende med hensyn til linearitet, præcision og nøjagtighed for kvantificeringen af ​​PRE i en transportbuffer.

Cellekultur

Caco{{0}}-celler blev dyrket ved 37 grader og 95 % relativ luftfugtighed i en atmosfære indeholdende 5 % CO2 og et medium bestående af DMEM, 10 % FBS, 1 % NEAA, 1 % L-glutamin, penicillin (100 U/ml) og streptomycin (100 ug/ml). Mediet blev skiftet hver anden dag under cellevækst og differentiering. Cellerne blev dyrket i 75-cm2 plastikflasker og høstet hver 3.-5. dag med 0,05 % EDTA-trypsin. Til transporteksperimenterne blev cellerne podet ved en tæthed på 1 x 105 celler/cm2 på Transwell-inserts belagt med kollagen. Cirka 21 dage efter podning blev monolagene brugt til transportforsøgene. Deres integritet blev bestemt ved at måle den trans-epiteliale elektriske modstand (TEER) på tværs af monolagene med en EVOM udstyret med ENDOHM-SNAP (World Precision Instruments, Inc., USA). TEER-værdierne for Caco-2-cellemonolaget skal overstige 500 O∙cm2.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA TIL BEREGENDE OG AFFØRENDE PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Transportforsøg

Monolaget blev vasket med transportbuffer (P-buffer indeholdende 10 mM HEPES, 1 mM natriumpyruvat, 10 mM glucose, 3 mM CaCl2 og 145 mM NaCl, pH 7,4) og derefter præ-inkuberet i 20 min. ved 37 grader. Efter fjernelse af transportbufferen blev frisk transportbuffer indeholdende testprøver tilsat til det apikale (AP) kammer (1,5 ml) i AP til basolaterale (BL) retningsbestemte undersøgelser eller BL-kammeret (2,5 ml) i BL til AP retningsbestemte undersøgelser. Til AC-, IS- og EC-assays under anvendelse af HPLC blev en alikvot (300 µl) fjernet fra hvert modtagerkammer med forskellige tidsintervaller (30, 60, 90 og 120 minutter). Modtagerkammeret blev genopfyldt med det samme volumen frisk forvarmet (37 grader) transportbuffer efter hver prøveudtagning. De indsamlede prøver blev opbevaret ved -20 grader til videre brug. Til PRE-bestemmelse ved hjælp af bioassay blev kun prøverne taget efter 120 minutter. På grund af ustabiliteten af ​​PRE, AC, IS og EC blev 0,4 % (vægt/volumen) C-vitamin tilsat for at stabilisere prøverne for at bestemme AC-, IS- og EC-indholdet ved HPLC, og prøverne til PRE-bioassayet blev analyseret umiddelbart efter prøvetagning. Den tilsyneladende permeabilitetskoefficient (Papp eller 'Papp) værdi for hver prøve blev beregnet.

Dataanalyse

Papp-værdierne i AP BL- eller BLAP-retningerne for AC, IS og EC blev beregnet ud fra følgende ligning: Papp {{0}} (4Q/4t)/(AC0), hvor Papp er den tilsyneladende permeabilitetskoefficient (cm/s) bestemt ved HPLC. (4Q/4t) er hastigheden for udseendet af testforbindelsen (AC, IS eller EC) på modtagersiden (μmol/s); A er indsatsens overfladeareal (cm2); C0 er den indledende testforbindelseskoncentration på donorsiden (μmol/ml). Specifikt blev masseenheden "ug" brugt i stedet for "μmol", når 'Papp-værdierne blev beregnet. Dataene er udtrykt som middel ± SD.

Resultater

Sammensætning af AC, IS og EC i PRE fra CD

Fordi AC, IS og EC betragtes som de vigtigste bioaktivePhG'er af Cistanche-arter, analyserede vi deres indhold i PRE via HPLC-UV. Det repræsentative kromatogram er vist i fig. 1. Identifikationen af ​​disse bestanddele var baseret på sammenligning af retentionstiderne og UV-spektret med dem for autentiske standarder ved en bølgelængde på 334 nm. Indholdet af AC, IS og EC i PRE var henholdsvis 26,60 %, 1,84 % og 32,83 %. Disse tre forbindelser udgør således 61,27% af PRE; desuden indikerer ovenstående resultater, at PhG-indholdet i PRE er 78,4%. Derfor udgør AC, IS og EC cirka 80% af PhG'erne i PRE.

Samlede antioxidative kapaciteter af PRE, AC, IS og EC

Studier afantioxidativ aktivitet af PhG'erfra CD er blevet rapporteret, og AC, IS og EC tegner sig for ca. 80% af PhG'erne i PRE. Således blev den samlede antioxidative kapacitet af PRE, AC, IS og EC analyseret og udtrykt ved hjælp af FRAP-værdierne (× 10-6 mmol). Som vist i fig. 2, når FRAP-værdien var 8 × 10-6 mmol, var slutkoncentrationerne af PRE, AC, IS og EC 6,20 ug/ml, 3,14 ug/ml, 22,92 ug/ml og 4,89 ug. hhv./ml, hvilket indikerer, at den samlede antioxidative kapacitet af disse fire prøver rangeres som følger: AC > EC > PRE > IS. Bioaktiviteten af ​​PRE tilskrives dets aktive ingrediensgrupper (AIG). For ca. 60 % af PRE viste AC og EC stærkere total antioxidativ aktivitet end PRE og IS. Fordi IS (1,84%) udgør en meget lille del af PRE, er andre komponenter, såsom den svagt antioxidative IS, også klart aktive i PRE. Overraskende nok afveg den totale antioxidative aktivitet næsten 7- gange mellem AC og dens isomer IS, hvilket indikerer, at ikke kun antallet af phenoliske hydroxylgrupper, men også placeringen af ​​phenoliske hydroxylgrupper i molekylet påvirkede den antioxidative effekt .

Validering af Caco-2 monolagene

For at validere Caco-2 celle monolagsystemet blev Papp-værdierne for propranolol (en godt transporteret markør) og Lucifer gul (en dårligt transporteret markør) fra AP til BL på tværs af Caco-2 monolagene. bestemt til henholdsvis 1,51 × 10-5 cm/s og 2,8 × 10-7 cm/s, og disse værdier stemte overens med dem, der er offentliggjort i tidligere rapporter. Analysen af ​​alkalisk fosfataseaktivitet bekræftede også, at Caco-2-cellemonolagene var kvalitativt sammenlignelige med tyndtarmsepitel.

Permeabiliteten af ​​AC, IS og EC

In general, the Papp values of well-absorbed drugs were high (>1.0 × 10-5 cm/s), hvorimod dem for dårligt absorberede lægemidler var lave (< 1.0 × 10–6 cm/s) [3]. As shown in Table 4, the Papp values of AC, IS, and EC were nearly on the order of 10–7 cm/s, indicating that these compounds were poorly permeable. Furthermore, efflux or active transport was not observed because the ratios of Papp BL to AP / Papp AP to BL for AC, IS, and EC were between 0.90 ~ 1.55, and the criterion of net efflux proposed by the FDA Guidance is a ratio less than 2. Based on the kinetic curves presented in Fig. 3, the bidirectional transport percentages of AC, IS, and EC at 200 μM increased linearly with time. The transport rate (TR) values of the three compounds increased linearly in both directions between approximately 100 and 300 μM (Fig. 4). These results indicate that the main transport mechanism of AC, IS, and EC is also passive diffusion. 

Permeabiliteten af ​​PRE

Ovenstående resultater indikerer, at den totale antioxidative kapacitet af PRE i det mindste skyldes 61,27% af AIG fra PRE. Således evaluerede vi TR for PRE baseret på dens koncentration-effekt-kurve for total antioxidativ kapacitet og beregnede 'Papp-værdierne for at afspejle PRE's transportegenskaber. 'Papp-værdierne for PRE for AP!BL og BL!AP var (2,16 ± 0,26) × 10-7 cm/s og (3,13 ± 0,29) × 10-7 cm/ s, hvilket indikerer, at denne forbindelse var dårligt permeabel. Ydermere var efflux eller aktiv transport ikke tydelig, fordi forholdet mellem 'Papp BL til AP / 'Papp AP til BL for PRE' var 1,45. Desuden steg den tovejs TR for PRE lineært mellem ca. 300 og 900 ug/ml (fig. 5). Manglen på retningsbestemt præference af resultaterne tyder på, at passiv diffusion er PRE's vigtigste transportmekanisme.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA TIL FORBEDRING AF IMMUNITET PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Diskussion

Sammenlignet med højt oprensede lægemidler er PE generelt blandinger, der består af hundredvis af bestanddele med vidt forskellige fysisk-kemiske egenskaber. Derfor udøver PE systematisk, multitarget og multikanal synergistisk handling på grund af deres komplekse AIG [21], som hindrer analysen af ​​PEs transportegenskaber. For at evaluere transportegenskaberne af PE mere videnskabeligt har nogle forskere identificeret flere komponenter, snarere end en enkelt komponent, i PE [22-24]. Ikke desto mindre kan et begrænset antal bestanddele ikke afspejle PE som helhed. Det er dog umuligt at bestemme alle komponenter i PE. Desuden, hvis forskellige komponenter i PE udviser helt forskellige transportegenskaber, vil de holistiske transportkarakteristika for PE være vanskelige at identificere.

I 1990'erne blev bioassaysystemer brugt til at evaluere TR af antimikrobielle midler [25]. I 2005 havde Eguchi og hans kolleger [26] evalueret den antioxidative aktivitet af gulerodsekstrakt ved at bruge BL-medier fra differentierede Caco-2-celler; denne tilgang er mere passende til at afspejle in vivo-situationer.

Baseret på en tidligere rapport om aktiviteten af ​​PhG'er og vores resultater (fig. 2) kan TR'en af ​​AIG i PRE evalueres ved at bestemme den totale antioxidative kapacitet af mediet i modtagerkammeret. Efter transportforsøgene fandt vi, at TR for PRE var ens i begge retninger, og denne transport var umættet og dårligt absorberet ('Papp < ​​1.0 × 10-6 cm/s), og det gjorde den ikke indikerer efflux, hvilket tyder på, at passiv diffusion ned ad en koncentrationsgradient er PRE's vigtigste transportmekanisme (fig. 5). Desuden er PRE's transportegenskaber i overensstemmelse med dem for AC, IS og EC, de effektive komponenter, der udviser antioxidativ aktivitet i PRE (fig. 4 og tabel 4). Dette resultat var forventet og indikerede, at det nuværende bioassaysystem er passende og pålideligt til evaluering af transportegenskaberne for AIG i PRE i differentierede Caco-2-celler.

I modsætning til den kanoniske Papp-værdi, som almindeligvis bruges til at afspejle transporten af ​​en enkelt forbindelse, afspejler 'Papp-værdien opnået fra TR baseret på koncentration-effekt-kurven muligvis ikke kun de komponenter, der penetrerer monolag med en intakt struktur, men involverer også andre faktorer relateret til målaktiviteten, såsom komponenternes metabolitter, kemisk nedbrudte produkter og endda nogle cytokiner udskilt fra Caco-2-celler som reaktion på stimulering, der kan påvirke målbioaktiviteten. Multifaktoren nævnt ovenfor, snarere end kun de transporterede intakte komponenter, bestemmer 'Papp-værdien. Derfor kan 'Papp korrelere stærkere med in vivo-situationer end den kanoniske Papp-værdi. I denne undersøgelse afklarede vi den passivt diffuse og dårligt absorberede natur af PRE baseret på dens 'Papp-værdi, og denne karakter kan være relateret til den høje dosis og lange kliniske behandlingsperiode for CD. Ikke desto mindre vil disse resultater give mere systematisk vejledning til klinikere i anvendelsen af ​​CD, når kun transportegenskaberne for de fleste AIG i CD, ikke kun PhG'er, er blevet identificeret.

Det valgte bioaktivitetselement skal dog være tilstrækkeligt følsomt til at blive detekteret i mediet i modtagerkammeret, hvilket udgør en udfordring for etableringen af ​​et bioassaysystem til at evaluere PE's transportegenskaber. Desuden bør bioaktiviteten også afhænge af så mange komponenter som muligt. I vores undersøgelse var den totale antioxidative kapacitetsanalyse mere passende end flere andre metoder (S1 Fig.). Men alligevel kan vores assay kun detektere TR af PRE ved 120 min.

Samlet etablerede denne undersøgelse et nyt bioassay-system til at evaluere den intestinale permeabilitet af PRE i differentierede Caco-2-celler. De opnåede resultater viste, at en dårligt absorberet passiv diffusion ned ad en koncentrationsgradient uden efflux er PRE's vigtigste transportmekanisme (fig. 5), som giver det farmakokinetiske grundlag for den kliniske anvendelse af PhG'er i CD. Det er muligt at bruge et nyt bioassay-system til at evaluere TR og derved beregne 'Papp-værdierne for at vurdere tarmtransportegenskaberne for AIG i PE'er. Denne tilgang kan også være egnet til andre PE givet passende bioaktivitet.

NATURLIG CISTANCHE TUBULOSA TIL FORBEDRING AF SEKSUEL FUNKTION PHGS75% ECH 30% ACT 12%