Atividades de promoção da saúde e mecanismos associados de polissacarídeos Polygonati Rhizoma

Abstrato:

Polygonati Rhizoma, uma homologia típica de medicamentos e alimentos, possui notáveis ​​efeitos anti-fadiga, anti-envelhecimento, reguladores metabólicos, imunomoduladores, anti-inflamatórios, neuroprotetores, anti-diabéticos e anticancerígenos. Entre os fitoquímicos bioativos em Polygonati Rhizoma, os polissacarídeos desempenham papéis importantes nas atividades de promoção da saúde através dos mecanismos mencionados acima e potenciais efeitos sinérgicos com outros bioativos. Nesta revisão, apresentamos brevemente a biossíntese atualizada de polissacarídeos, o método de purificação, a caracterização da estrutura e as aplicações em alimentos, e discutimos em detalhes as atividades biológicas dos polissacarídeos Polygonati Rhizoma e mecanismos associados, com o objetivo de ampliar o uso de Polygonati Rhizoma como funcional alimentos e remédios.

Palavras-chave:Rhizoma Polygonati; homologia de medicamentos e alimentos;polissacarídeos;propriedade de promoção da saúde; mecanismo de sinergia

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1. Introdução

Bem registrado no Dicionário da Comissão de Medicina Chinesa e na Comissão da Farmacopeia Chinesa, o Polygonati Rhizoma ("Huangjing" em chinês) possui notáveis ​​atividades de promoção da saúde, incluindo reposição de Qi, nutrição do Yin, umedecimento dos pulmões, fortalecimento do baço, tonificação dos rins, reposição de energia , e fortalecimento da imunidade [1,2]. Amplamente utilizado na medicina tradicional chinesa, Polygonati Rhizoma é usado no tratamento de febres de gripe, mastite, tontura, tosse, fadiga, fraqueza, diabetes mellitus, disfunção sexual, indigestão, inapetência, dor nas costas, dor aguda e problemas pulmonares [3– 5]. Como uma típica homologia de medicamentos e alimentos, a demanda anual por Polygonati Rhizoma continua a aumentar [6].

Em particular, Polygonati Rhizoma é preparado a partir de rizomas de Polygonatum sibiricum Redoute, P. kingianum Coll.et Hemsl e P. cyrtonema Hua [7–9]. Entre as três ervas tradicionais cruas, P. cystoma é ótima tanto em qualidade quanto em rendimento, endêmica da China (central e oriental) e amplamente cultivada na floresta [10]. Enquanto isso, P. sibiricum é distribuído principalmente no norte da China, Coréia do Norte e Mongólia [11]. Além disso, P. kingianum, também nativa do sul da China, é distribuída principalmente nas províncias de Yunnan, Sichuan, Guizhou e Guangxi, entre outras [12]. Até agora, 365 tipos de produtos alimentícios comerciais e mais de 500 patentes associadas ao Polygonati Rhizome estão disponíveis [13].

Os rizomas maduros de P. sibiricum, P. kingianum e P. cyrtonema são amarelos e ramificados e precisam ser processados ​​através da estratégia de nove ciclos de vaporização e secagem [14]. Os rizomas poligonati processados ​​com função aprimorada são pretos, macios e doces, sem causar irritação na garganta (Figura 1) [15]. O tratamento repetido com vapor pode influenciar as propriedades físico-químicas e as bioatividades das substâncias ativas de Polygonati Rhizoma, uma vez que os pesos moleculares, a absorção de UV e a atividade antioxidante dos polissacarídeos foram significativamente aumentados [16]. Se considerarmos os sacarídeos totais, frutose (Fru) e fosfolipídios como os principais indicadores de qualidade, quatro ciclos de secagem a vapor devem ser o método ideal para obter melhor sabor, sabor e funcionalidade [14]. Considerando as atividades antioxidantes e de imunopotenciação, dois ciclos de secagem contínua com vapor seriam a melhor escolha [17].

Figura 1. A medicina tradicional chinesa Polygonati Rhizoma: (A) rizoma; (B) Polygonati Rh

Polygonati Rhizoma contém muitas substâncias bioativas, como nucleosídeo purina [18], carboidratos [19,20], bioflavonóides [21], alcalóides [22], saponinas [23,24], ligninas, aminoácidos, peptídeo, antraquinona, glicosídeos cardíacos , vitaminas e vários ácidos [25,26]. Os polissacarídeos são os principais componentes bioativos e contribuintes para o sabor doce do Polygonati Rhizoma, que exercem principalmente regulação metabólica, imunomoduladora, antifadiga, antienvelhecimento, antiviral, antiinflamatória, antioxidante, antiaterosclerótica, proteção hepática, hipolipidêmica, anti ‑osteoporose, atividades anticancerígenas, antidiabéticas e anti‑ateroscleróticas [27–29]. Os polissacarídeos também servem como marcadores de avaliação no controle de qualidade de Polygonati Rhizoma e "Yuzhu" (P. odoratum) [30,31]. Polygonati Rhizoma tem sido frequentemente utilizado como ingrediente ou suplemento na indústria alimentícia devido ao seu efeito tônico e propriedades de sabor, que são principalmente exercidas por polissacarídeos [11,32]. No entanto, a atenção aos polissacarídeos Polygonati Rhizome ainda é insuficiente. Esta revisão teve como objetivo fornecer informações atualizadas e abrangentes sobre os polissacarídeos Polygonati Rhizoma, na esperança de ampliar seu uso como alimento funcional.

2. Fotossíntese de Polissacarídeos

Compreender o mecanismo molecular da biossíntese de polissacarídeos no nível molecular será benéfico para modular o rendimento e as propriedades dos polissacarídeos Polygonati Rhizoma na produção em larga escala. Os polissacarídeos Polygonati Rhizoma são frequentemente referidos como polissacarídeo P. sibiricum (PSP), polissacarídeo P. cyrtonema (PCP) e polissacarídeo P. kingianum (PKP) [33]. O conteúdo de PSP foi positivamente correlacionado com os padrões de expressão de ‑frutofuranosidase, frutoquinase, manose‑1‑fosfato guanililtransferase e UDP‑glicose 6‑desidrogenase, mas negativamente correlacionado com a expressão de hexoquinase [34]. A maior expressão diferencial de genes em diferentes partes dos rizomas de P. sibiricum foi atribuída à via do "metabolismo do amido e da sacarose" [35].

Durante o processo de biossíntese de PSP, a sacarose foi convertida em D‑Glu‑6‑fosfato (D‑Glu‑6P), D‑Fru e D‑Glu; então, D‑Glu‑6P foi convertido em ‑D‑Glu‑ 1P por fosfoglucomutase ou D‑Fru‑6P por isomerização de Glu‑6P isomerase [35]. Além disso, UDP‑glicose‑6‑desidrogenase e ácido UDP‑glucurônico (GlcA) 4‑epimerase realizaram a conversão para UDP‑Glu, UDP‑GlcA e ácido UDP‑galacturônico (GalA). Finalmente, essas unidades de açúcar ativadas foram montadas em cadeias polissacarídicas crescentes por glicosiltransferases correspondentes [35].

O conteúdo de PKP foi negativamente correlacionado com o número de raízes fibrosas, diâmetro do caule, largura da folha, comprimento da folha e o peso fresco das partes aéreas [36]. É importante notar que o acúmulo de polissacarídeos foi muito influenciado pela idade de crescimento. Entre P. kingianum de 2 a 5 anos, o conteúdo de polissacarídeos foi o mais alto em plantas de 4 anos de idade por reprodução de sementes [36].

Com base no sequenciamento do transcriptoma, 89 unigenes codificando enzimas associadas à biossíntese de polissacarídeos foram encontrados em P. cyrtonema [37]. O conteúdo de PCP foi positivamente associado aos níveis de expressão de manose‑6‑fosfato isomerase, Mevalonato quinase, 4‑hidroxi‑3‑metilbut‑2‑enil difosfato redutase, UDP‑apiose/xilose sintase, GDP‑L‑fucose sintase , hidroximetilglutaril CoA sintase, (E)‑4‑hidroxi‑3‑metilbut‑2‑enil‑difosfato sintase, 2‑C‑metil‑D‑eritritol 2,4‑ciclodifosfato sintase e farnesil difosfato sintase [37]. UDP glicosiltransferases e fatores de transcrição envolvidos na biossíntese de polissacarídeos também foram identificados [38].

3. Química dos Polissacarídeos Polygonati Rhizoma

3.1. Resumo da Extração e Purificação

Tradicionalmente, o Polygonati Rhizoma é pré-tratado com água quente para obter polissacarídeos brutos, depois submetido à precipitação com etanol para remover substâncias inativas e proteínas [39]. A eficiência da extração pode ser afetada por vários fatores, incluindo temperatura, tempo, frequência de extração e solvente. A temperatura, o tempo e a relação líquido/sólido variam entre 80–100 ◦C, 2–3 h e 1:(10–30) g/mL, respectivamente [30]. Enquanto isso, os polissacarídeos Polygonati Rhizoma são frequentemente purificados usando DEAE-Celulose52, cromatografia de troca iônica DEAE-Sepharose Fast Flow, cromatografia de filtração em gel Sephadex G-75 e cromatografia em coluna Sephacryl G-150 [40,41]. Além disso, extração por hidrólise enzimática, trituração e extração ultrassônica e extração assistida por micro-ondas também são usadas para a extração de polissacarídeos de Polygonati Rhizoma [36]. A lixívia diluída pode melhorar o rendimento destruindo a parede celular e facilitando a liberação de polissacarídeos Polygonati Rhizoma das células [36].

Uma grande diversidade de PSPs existentes foi relatada em diferentes pesquisas, o que pode ser devido à maturidade, localização geográfica, circunstâncias ambientais, métodos de extração e procedimentos analíticos [30]. PSP também foi extraído com solventes de hidrofilicidade comutável acionados por CO2 contendo aminas e água, e um rendimento de 399,2 mg/g foi obtido em uma relação sólido-líquido de 1:20, temperatura de extração de 50 ◦C, potência ultrassônica de 500 W, e tempo de extração de 60 min [42]. Não foram relatados métodos de extração e purificação em larga escala ou industrialização de polissacarídeos Polygonati Rhizoma. Assim, a tecnologia de extração avançada pode ser usada para extrair polissacarídeos de Polygonati Rhizoma, como extração aquosa de duas fases [43,44], extração de água subcrítica [45,46], extração assistida por campo elétrico pulsado [47,48] e membrana tecnologia de separação [49].

3.2. Estrutura dos Polissacarídeos Polygonati Rhizoma

Estruturas de polissacarídeos de Polygonati Rhizoma foram frequentemente estabelecidas por hidrólise ácida, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, análises espectroscópicas de ressonância magnética nuclear (NMR), espectrometria de massa de alta resolução, cromatografia líquida de ultra-alta performance-quadrupolo trap tandem espectrometria de massa (UHPLC-MS/ MS), cromatografia de permeação em gel de alto desempenho, cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) — detecção de fluorescência com derivatização pré-coluna, hidrólise ácida combinada com cromatografia de troca aniônica de alto desempenho com detecção amperométrica pulsada, análise de metilação combinada com cromatografia gasosa ‑espectrometria de massa (GS‑MS), bem como evidências químicas [50–54].

Polygonati Rhizoma polissacarídeos e oligossacarídeos podem ser decompostos em monossacarídeos durante o processo de vaporização repetido [55]. A composição dos monossacarídeos diferiu após a vaporização: o conteúdo de Gal e ‑1,4‑manopiranose aumentou e o conteúdo de Glu e manose (Man) diminuiu, enquanto a ligação glicosídica ‑1,4‑galactopiranose apareceu [17]. Os espectros de FTIR mostraram que os polissacarídeos Polygonati Rhizoma possuíam diferentes graus de esterificação [56]. A abordagem de degradação assistida por micro-ondas pode diminuir o peso molecular do PSP, mas melhorar muito a bioatividade, como a atividade antioxidante [57]. PSP, PCP e PKP tinham estruturas de hélice tripla com ‑D‑frutofuranosil (Fruf), ‑D‑glucopiranose (Glcp, resíduos de açúcar ‑D‑galactopiranose e um grupo O‑acetil [58].

Existem cinco tipos de PSP, ou seja, pectina [59-61], frutano [29], glucogalactomanano [30], polissacarídeos do tipo arabinogalactano [62] e glucomananos [63]. O PSP bruto contém carboidratos (85,1–88,3 por cento), proteínas (4,51–11,9 por cento) e ácido urônico (1,79–7,47 por cento) [36]. A metanólise combinada com o método de hidrólise de TFA pode ser usada para extração de pectina [60,61]. PSP contém diferentes composições percentuais de Man (62,3–76,3 por cento), Glu (15,2–20,3 por cento), galactose (Gal) (4,35–15,3 por cento) e arabinose (Ara) (4,00–7,65 por cento) , e pequenas quantidades de Fru, ramnose (Rha), Xyl, GalA e GlcA, bem como homogalactana ramificada e galactomananas (Tabela 1) [36]. Outro relatório mostrou que o PSP bruto possuía altos teores de Glu (15,1 por cento), Gal (29,6 por cento) e Man (36,1 por cento) [64]. O PSP0‑PSP9, extraído de cada ciclo de secagem a vapor, variava em pesos moleculares, mas tinha estruturas e grupos químicos semelhantes [65]. No entanto, a variação biológica e química dos PSPs revelou uma segregação considerável de PSP0, PSP1‑PSP4 e PSP5‑PSP9 [65].

Tabela 1. Comparação da estrutura entre os polissacarídeos PCP, PKP e PSP.

O PCP continha principalmente Glu, Man, Rha, Gal, ribose (Rib) e Ara [66,67]. O PCP foi formado por um núcleo frutano ramificado com (2→6)-resíduos-D-Fruf ligados a cada três (2→1)- resíduos D-Fruf ligados, e um grau médio de polimerização de 28 [25]. O PCP-1 possuía um backbone ‑D‑Fruf (2→1)‑ligado, bem como cadeias laterais ‑D‑Fruf (2→6)‑ligadas com um ‑D‑Glcp interno em forma de armazenamento no pescoço [68] . PCP0‑PCP5 (105 ‑107 Da), extraído consecutivamente e vaporizado 0–5 vezes, apresentou conformação esférica irregular em solução aquosa [17,69]. O processo de vaporização levou a mudanças estruturais significativas no PCP, incluindo degradação molecular, agregação e despolimerização [16]. Os pesos moleculares do PCP mudaram durante a vaporização repetida, primeiro aumentando com a vaporização e depois diminuindo com a vaporização adicional [17]. P. cyrtonema fructan continha um (2→6) esqueleto de resíduo ‑D‑Fruf ligado juntamente com um resíduo ‑D‑Glcp interno e dois (2→1) ramos de resíduos ‑D‑Fruf ligados [70]. P. cyrtonema galactan era (1→4)‑D‑galactan ramificado com um único ‑D‑Gal no C‑6 em cerca de cada nove resíduos na cadeia principal [70].

PKP continha principalmente Fru, Glu, Gal, Man, Xyl, Ara, Man e 1,2-link Glu [71]

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