Оптимизация общего содержания флавоноидов в спиртовом экстракте Persicaria pulchra (Bl.) Soják для ингибирования фермента α-глюкозидазы

Цели. В последние десятилетия в развитых и развивающихся странах наблюдается быстрый рост числа больных диабетом, который сопровождается ростом стоимости лечения. Ингибиторы α-глюкозидазы являются одним из наиболее эффективных препаратов, применяемых для снижения постпрандиальной гипергликемии при лечении сахарного диабета 2 типа. Кроме того, флавоноиды, группа природных веществ, широко распространенных в растениях и содержащих различные производные фенола, проявляют значительную гипогликемическую активность и могут служить потенциальными ингибиторами α-глюкозидазы. Во Вьетнаме Persicaria pulchra (Bl.) Soják (P. pulchra) используется в народной медицине. Он обладает высоким содержанием флавоноидов и, предположительно, противодиабетическими свойствами, хотя исследован мало. Таким образом, целью настоящего исследования является оптимизация экстрагирования P. pulchra для получения наиболее высокого общего содержания флавоноидов, а также определение его биологической активности – анти-α-глюкозидазной и антиоксидантной.

Методы. Экспериментально исследовано влияние условий экстрагирования, а именно температуры, времени экстракции, соотношения жидкость : твердое вещество и концентрации этанола, на общее содержание флавоноидов с помощью методологии анализа поверхности отклика. Показано, что оптимальные условия экстракции определяют анти-α-глюкозидазную и антиоксидантную активность.

Результаты. Найдены оптимальные условия экстракции для получения максимального содержания флавоноидов (530 мг кверцетина/г): время экстракции 60 мин, температура 53 °С, отношение жидкость : твердое вещество 9.46 г/г и концентрация этанола 62%. Растительный экстракт, полученный в оптимальных условиях, проявляет хорошее ингибирование α-глюкозидазы с концентрацией полумаксимального ингибирования (IC50) 22.67 мг/мл по сравнению с положительным контролем (акарбоза – 7.77 г/мл).

Выводы. Исследование выявило оптимальные условия экстракции P. pulchra, позволяющие получить наиболее высокое общее содержание флавоноидов, и подтвердило перспективы применения P. pulchra для ингибировании α-глюкозидазы и антиоксидантного окисления.

1. Zimmet P. Globalization, coca-colonization and the chronic disease epidemic: can the Doomsday scenario be averted? J. Intern. Med. 2000;247(3):301-310. https://doi.org/10.1046/j.1365-2796.2000.00625.x

2. Cho N.H., Shaw J.E., Karuranga S., Huang Y., da Rocha Fernandes J.D., Ohlrogge A.W., Malanda B. IDF Diabetes Atlas: Global estimates of diabetes prevalence for 2017 and projections for 2045. Diabetes Res. Clin. Pract. 2018;138:271-281. https://doi.org/10.1016/j.diabres.2018.02.023

3. Shaw J.E., Sicree R.A., Zimmet P.Z. Global estimates of the prevalence of diabetes for 2010 and 2030. Diabetes Res. Clin. Pract. 2010;87(1):4-14. https://doi.org/10.1016/j.diabres.2009.10.007

4. Chinsembu K.C. Diabetes mellitus and nature’s pharmacy of putative antidiabetic plants. J. Herb. Med. 2019;15:100230. https://doi.org/10.1016/j.hermed.2018.09.001

5. Wucherpfennig K.W., Eisenbarth G.S. Type 1 diabetes. Nat. Immunol. 2001;2:767-768. https://doi.org/10.1038/ni0901-767

6. Lascar N., Brown J., Pattison H., Barnett A.H., Bailey C.J., Bellary S. Type 2 diabetes in adolescents and young adults. Lancet Diabetes Endocrinol. 2018;6(1):69-80. https://doi.org/10.1016/s2213-8587(17)30186-9

7. Baena-Díez J.M., Peñafiel J., Subirana I., Ramos R., Elosua R., Marín-Ibañez A., et al. Risk of Cause-Specific Death in Individuals with Diabetes: A Competing Risks Analysis. Diabetes Care. 2016;39(11):1987-1995. https://doi.org/10.2337/dc16-0614

8. Davies M.J., D'Alessio D.A., Fradkin J., Kernan W.N., Mathieu C., Mingrone G., et al. Management of hyperglycaemia in type 2 diabetes, 2018. A consensus report by the American Diabetes Association (ADA) and the European Association for the Study of Diabetes (EASD). Diabetologia. 2018;61:2461-2498. https://doi.org/10.1007/s00125-019-4845-x

9. Zhang L., Chen Q., Li L., Kwong J.S., Jia P., Zhao P., et al. Alpha-glucosidase inhibitors and hepatotoxicity in type 2 diabetes: a systematic review and meta-analysis. Sci. Rep. 2016;6:32649. https://doi.org/10.1038/srep32649

10. Rendell M. The role of sulphonylureas in the management of type 2 diabetes mellitus. Drugs. 2004;64(12):1339-1358. https://doi.org/10.2165/00003495-200464120-00006

11. Hotta N. A new perspective on the biguanide, metformin therapy in type 2 diabetes and lactic acidosis. J. Diabetes Investig. 2019;10(4):906-908. https://doi.org/10.1111/jdi.13090

12. Rizos C.V., Kei A., Elisaf M.S. The current role of thiazolidinediones in diabetes management. Arch. Toxicol. 2016;90(8):1861-18.81. https://doi.org/10.1007/s00204-016-1737-4

13. Tahrani A.A., Bailey C.J., Del Prato S., Barnett A.H. Management of type 2 diabetes: new and future developments in treatment. Lancet. 2011;378(9786):182-197. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(11)60207-9

14. Choudhury H., Pandey M., Hua C.K., Mun C.S., Jing J.K., Kong L., et al. An update on natural compounds in the remedy of diabetes mellitus: A systematic review. J. Tradit. Complement Med. 2018;8(3):361-376. https://doi.org/10.1016/j.jtcme.2017.08.012

15. Testa R., Bonfigli A.R., Genovese S., De Nigris V.D., Ceriello A. The possible role of flavonoids in the prevention of diabetic complications. Nutrients. 2016;8(5):310. https://doi.org/10.3390/nu8050310.

16. Al-Ishaq R.K., Abotaleb M., Kubatka P., Kajo K., Büsselberg D. Flavonoids and their anti-diabetic effects: Cellular mechanisms and effects to improve blood sugar levels. Biomolecules. 2019;9(9):430. https://doi.org/10.3390/biom9090430

17. Proença C., Freitas M., Ribeiro D., Oliveira E.F.T., Sousa J.L.C., Tomé S.M., et al. α-Glucosidase inhibition by flavonoids: an in vitro and in silico structure– activity relationship study. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 2017;32(1):1216-1228. https://doi.org/10.1080/14756366.2017.1368503

18. Vinayagam R., Xu B. Antidiabetic properties of dietary flavonoids: a cellular mechanism review. Nutr. Metab (Lond). 2015;12:60. https://doi.org/10.1186/s12986-015-0057-7

19. Zia-ur-rehman M., Mirajab K., Mushtaq A. Potential for Pakistani traditional medicinal plants to combat diabetes. J. Tradit. Chin. Med. 2014;34(4):488-490. https://doi.org/10.1016/s0254-6272(15)30051-0

20. Oany A.R., Siddikey A.A., Hossain M.U., Islam R., Emran A.A. A preliminary evaluation of cytotoxicity, antihyperglycemic and antinociceptive activity of Polygonum hydropiper L. ethanolic leaf extract. Clin. Phytoscience. 2017;2:2. https://doi.org/10.1186/s40816-016-0016-5

21. Fan D., Zhou X., Zhao C., Chen H., Zhao Y., Gong X. Anti-inflammatory, antiviral and quantitative study of quercetin-3-O-β-D-glucuronide in Polygonum perfoliatum L. Fitoterapia. 2011;82(6):805-810. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2011.04.007

22. Akter A. and Hasan M. Evaluation of the methanolic extract of leaves of persicaria capitata for pharmacological activity. Pharmacologyonline. 2018;2:14-49. https://www.researchgate.net/publication/327230818_ Evaluation_of_the_methanolic_extract_of_leaves_of_ persicaria_capitata_for_pharmacological_activity

23. Box G.E.P., Wilson K.B. On the experimental attainment of optimum conditions. In: Kotz S., Johnson N.L. (Eds.). Breakthroughs in Statistics New York: Springer; 1992. Chapter 10. P. 270-310. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-4380-9_23

24. Sánchez-Rangel J.C., Benavides J., Heredia J.B., Cisneros-Zevallosc L., Jacobo-Velázquez D.A. The Folin– Ciocalteu assay revisited: improvement of its specificity for total phenolic content determination. Analytical Methods. 2013;5(21):5990-5999. https://doi.org/10.1039/C3AY41125G

25. Baba S.A., Malik S.A. Determination of total phenolic and flavonoid content, antimicrobial and antioxidant activity of a root extract of Arisaema jacquemontii Blume. Journal of Taibah University for Science. 2015;9(4):449-454. https://doi.org/10.1016/j.jtusci.2014.11.001

26. Mahomoodally M.F., Muthoora D.D. Kinetic of inhibition of carbohydrate-hydrolysing enzymes, antioxidant activity and polyphenolic content of Phyllanthus amarus Schum. & Thonn. (Phyllanthaceae). J. Herb. Med. 2014;4(4):208-223. https://doi.org/10.1016/J.HERMED.2014.09.003

27. Sharma O.P., Bhat T.K. DPPH antioxidant assay revisited. Food Chem. 2009;113(4):1202-1205. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.08.008

28. Chansiw N., Chotinantakul K., Srichairatanakool S. Anti-inflammatory and antioxidant activities of the extracts from leaves and stems of Polygonum odoratum Lour. Antiinflamm Antiallergy Agents Med. Chem. 2019;18(1):45-54. https://doi.org/10.2174/1871523017666181109144548

29. Abdullah M.Z., Ali J.M., Abolmaesoomi M., Abdul-Rahman P.S., Hashim O.H. Anti-proliferative, in vitro antioxidant, and cellular antioxidant activities of the leaf extracts from Polygonum minus Huds: Effects of solvent polarity. Int. J. Food Prop. 2017;20(S1):S846-S861. https://doi.org/10.1080/10942912.2017.1315591

30. Trinh B.T.D., Staerk D., Jäger A.K. Screening for potential α-glucosidase and α-amylase inhibitory constituents from selected Vietnamese plants used to treat type 2 diabetes. J. Ethnopharmacol. 2016;186:189-195. https://doi.org/10.1016/j.jep.2016.03.060

31. Li K., Yao F., Xue Q., Fan H., Yang L., Li X., et al. Inhibitory effects against α-glucosidase and α-amylase of the flavonoids-rich extract from Scutellaria baicalensis shoots and interpretation of structure–activity relationship of its eight flavonoids by a refined assignscore method. Chem Cent. J. 2018;12:82. https://doi.org/10.1186/s13065-018-0445-y

32. Zhang Q.W., Lin L.G., Ye W.C. Techniques for extraction and isolation of natural products: a comprehensive review. Chin. Med. 2018;13:20. https://doi.org/10.1186/s13020-018-0177-x

33. Sheng Z.L., Wan P.F., Dong C.L., Li Y.H. Optimization of total flavonoids content extracted from Flos Populi using response surface methodology. Ind. Crops Prod. 2012;43:778-786. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.08.020

34. Biesaga M. Influence of extraction methods on stability of flavonoids. J. Chromatogr. A. 2011;1218(18):2505-2512. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2011.02.059

35. Pereira D.F., Cazarolli L.H., Lavado C., Mengatto V., Figueiredo M.S., Guedes A., Pizzolatti M.G., et al. Effects of flavonoids on α-glucosidase activity: potential targets for glucose homeostasis. Nutrition. 2011;27(11-12):1161-1167. https://doi.org/10.1016/j.nut.2011.01.008

36. Şöhretoğlu D., Sari S., Barut B., Özel A. Discovery of potent α-glucosidase inhibitor flavonols: Insights into mechanism of action through inhibition kinetics and docking simulations. Bioorg. Chem. 2018;79:257-264. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2018.05.010

37. Dirar A.I., Alsaadi D.H.M., Wada M., Mohamed M.A., Watanabe T., Devkota H.P. Effects of extraction solvents on total phenolic and flavonoid contents and biological activities of extracts from Sudanese medicinal plants. S. Afr. J. Bot. 2019;120:261-267. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2018.07.003