Activités de promotion de la santé et mécanismes associés des polysaccharides Polygonati Rhizoma

Abstrait:

Polygonati Rhizoma, une homologie typique de la médecine et de l'alimentation, possède des effets anti-fatigue, anti-âge, régulateurs métaboliques, immunomodulateurs, anti-inflammatoires, neuroprotecteurs, antidiabétiques et anticancéreux remarquables. Parmi les composés phytochimiques bioactifs de Polygonati Rhizoma, les polysaccharides jouent un rôle important dans les activités de promotion de la santé par le biais des mécanismes mentionnés ci-dessus et des effets synergiques potentiels avec d'autres bioactifs. Dans cette revue, nous introduisons brièvement la biosynthèse mise à jour des polysaccharides, la méthode de purification, la caractérisation de la structure et les applications alimentaires, et discutons en détail des activités biologiques des polysaccharides Polygonati Rhizoma et des mécanismes associés, dans le but d'élargir l'utilisation de Polygonati Rhizoma en tant que fonctions. nourriture et médecine.

Mots clés:Polygonati Rhizome ; homologie de la médecine et de la nourriture;polysaccharides;propriété favorable à la santé; mécanisme de synergie

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1. Introduction

Bien enregistré dans le Dictionnaire de la médecine chinoise et la Pharmacopée chinoise, Polygonati Rhizoma ("Huangjing" en chinois) possède des activités remarquables de promotion de la santé, notamment la reconstitution du Qi, la nutrition du Yin, l'humidification des poumons, la fortification de la rate, la tonification des reins, la reconstitution de l'énergie , et renforcer l'immunité [1,2]. Largement utilisé en médecine traditionnelle chinoise, Polygonati Rhizoma est utilisé dans le traitement des fièvres de la grippe, des mammites, des étourdissements, de la toux, de la fatigue, de la faiblesse, du diabète sucré, des dysfonctionnements sexuels, de l'indigestion, de l'inappétence, des maux de dos, des douleurs aiguës et des troubles pulmonaires [3– 5]. En tant qu'homologie typique de la médecine et de la nourriture, la demande annuelle de Polygonati Rhizoma continue d'augmenter [6].

En particulier, Polygonati Rhizoma est préparé à partir de rhizomes de Polygonatum sibiricum Redoute, P. kingianum Coll.et Hemsl et P. cyrtonema Hua [7–9]. Parmi les trois herbes traditionnelles brutes, P. cystoma est optimale à la fois en qualité et en rendement, endémique de la Chine (centrale et orientale) et largement cultivée sous forêt [10]. Pendant ce temps, P. sibiricum est principalement distribué dans le nord de la Chine, la Corée du Nord et la Mongolie [11]. De plus, P. kingianum, également originaire du sud de la Chine, est principalement distribué dans les provinces du Yunnan, du Sichuan, du Guizhou et du Guangxi, entre autres [12]. Jusqu'à présent, 365 types de produits alimentaires commerciaux et plus de 500 brevets associés au Polygonati Rhizome sont disponibles [13].

Les rhizomes matures de P. sibiricum, P. kingianum et P. cyrtonema sont jaunes et ramifiés et doivent être traités selon la stratégie de neuf cycles de cuisson à la vapeur et de séchage [14]. Les rhizomes Polygonati traités avec une fonction améliorée sont noirs, doux et sucrés, sans provoquer d'irritation de la gorge (Figure 1) [15]. Un traitement répété à la vapeur pourrait influencer les propriétés physicochimiques et les bioactivités des substances actives de Polygonati Rhizoma, car les poids moléculaires, l'absorption des UV et l'activité antioxydante des polysaccharides étaient significativement augmentés [16]. Si l'on considère les saccharides totaux, le fructose (Fru) et les phospholipides comme principaux indicateurs de qualité, quatre cycles de séchage à la vapeur devraient être la méthode idéale pour obtenir un meilleur goût, saveur et fonctionnalité [14]. Si l'on considère les activités antioxydantes et d'immunopotentialisation, deux cycles de séchage continu à la vapeur seraient le meilleur choix [17].

Figure 1. La médecine traditionnelle chinoise Polygonati Rhizoma : (A) rhizome ; (B) Polygonati Rh

Polygonati Rhizoma contient de nombreuses substances bioactives, telles que le nucléoside purique [18], les glucides [19,20], les bioflavonoïdes [21], les alcaloïdes [22], les saponines [23,24], les lignines, les acides aminés, le peptide, l'anthraquinone, les glycosides cardiaques , vitamines et acides divers [25,26]. Les polysaccharides sont des composants bioactifs majeurs et des contributeurs au goût sucré de Polygonati Rhizoma qui exercent principalement une régulation métabolique, immunomodulatrice, anti-fatigue, anti-âge, antivirale, anti-inflammatoire, antioxydante, anti-athérosclérotique, protectrice du foie, hypolipidémique, anti ‑ostéoporose, activités anticancéreuses, antidiabétiques et anti‑athérosclérotiques [27–29]. Les polysaccharides servent également de marqueurs d'évaluation dans le contrôle qualité des Polygonati Rhizoma et du « Yuzhu » (P. odoratum) [30,31]. Polygonati Rhizoma a souvent été utilisé comme ingrédient ou complément dans l'industrie alimentaire en raison de son effet tonique et de ses propriétés gustatives, qui sont principalement exercées par les polysaccharides [11,32]. Cependant, l'attention portée aux polysaccharides Polygonati Rhizome est encore insuffisante. Cette revue visait à fournir des informations actualisées et complètes sur les polysaccharides de Polygonati Rhizoma, dans l'espoir d'élargir son utilisation en tant qu'aliment fonctionnel.

2. Photosynthèse polysaccharidique

Comprendre le mécanisme moléculaire de la biosynthèse des polysaccharides au niveau moléculaire sera bénéfique pour moduler le rendement et les propriétés des polysaccharides Polygonati Rhizoma dans une production à grande échelle. Les polysaccharides de Polygonati Rhizoma sont souvent appelés polysaccharide de P. sibiricum (PSP), polysaccharide de P. cyrtonema (PCP) et polysaccharide de P. kingianum (PKP) [33]. La teneur en PSP était positivement corrélée avec les profils d'expression de la ‑fructofuranosidase, de la fructokinase, de la mannose‑1‑phosphate guanylyltransférase et de l'UDP‑glucose 6‑déshydrogénase, mais négativement corrélée avec l'expression de l'hexokinase [34]. La plupart des expressions différentielles de gènes dans différentes parties des rhizomes de P. sibiricum ont été attribuées à la voie du "métabolisme de l'amidon et du saccharose" [35].

Au cours du processus de biosynthèse de la PSP, le saccharose a été converti en D‑Glu‑6‑phosphate (D‑Glu‑6P), D‑Fru et D‑Glu ; puis, D‑Glu‑6P a été converti en ‑D‑Glu‑ 1P par la phosphoglucomutase ou en D‑Fru‑6P par isomérisation de la Glu‑6P isomérase [35]. De plus, l'UDP-glucose-6-déshydrogénase et l'acide UDP-glucuronique (GlcA) 4-épimérase ont accompli la conversion pour l'UDP-Glu, l'UDP-GlcA et l'acide UDP-galacturonique (GalA). Enfin, ces unités de sucre activé ont été assemblées en chaînes polysaccharidiques en croissance par les glycosyltransférases correspondantes [35].

La teneur en PKP était corrélée négativement avec le nombre de racines fibreuses, le diamètre de la tige, la largeur des feuilles, la longueur des feuilles et le poids frais des parties aériennes [36]. Il convient de noter que l'accumulation de polysaccharides était fortement influencée par l'âge de croissance. Parmi les P. kingianum âgés de 2 à 5 ans, la teneur en polysaccharides était la plus élevée chez les plantes âgées de 4 ans par reproduction des graines [36].

Sur la base du séquençage du transcriptome, 89 unigènes codant pour des enzymes associées à la biosynthèse des polysaccharides ont été trouvés chez P. cyrtonema [37]. La teneur en PCP était positivement associée aux niveaux d'expression de la mannose‑6‑phosphate isomérase, de la mévalonate kinase, de la 4‑hydroxy‑3‑méthylbut‑2‑ényl diphosphate réductase, de l'UDP‑apiose/xylose synthase, de la GDP‑L‑fucose synthase , hydroxyméthylglutaryl CoA synthase, (E)‑4‑hydroxy‑ 3‑méthylbut‑2‑ényl‑diphosphate synthase, 2‑C‑méthyl‑D‑érythritol 2,4‑cyclodiphosphate synthase et farnésyl diphosphate synthase [37]. Des UDP glycosyltransférases et des facteurs de transcription impliqués dans la biosynthèse des polysaccharides ont également été identifiés [38].

3. Chimie des Polygonati Rhizoma Polysaccharides

3.1. Résumé de l'extraction et de la purification

Traditionnellement, le Polygonati Rhizoma est prétraité à l'eau chaude pour obtenir des polysaccharides bruts, puis soumis à une précipitation à l'éthanol pour éliminer les substances inactives et les protéines [39]. L'efficacité de l'extraction peut être affectée par plusieurs facteurs, notamment la température, le temps, la fréquence d'extraction et le solvant. La température, le temps et le rapport liquide/solide varient entre 80 et 100 °C, 2 à 3 h et 1 : (10 à 30) g/mL, respectivement [30]. Pendant ce temps, les polysaccharides de Polygonati Rhizoma sont souvent purifiés à l'aide de la DEAE-Cellulose52, de la chromatographie par échange d'ions DEAE-Sepharose Fast Flow, de la chromatographie par filtration sur gel Sephadex G-75 et de la chromatographie sur colonne Sephacryl G-150 [40,41]. De plus, l'extraction par hydrolyse enzymatique, le broyage et l'extraction par ultrasons et l'extraction assistée par micro-ondes sont également utilisés pour l'extraction des polysaccharides de Polygonati Rhizoma [36]. La lessive diluée peut améliorer le rendement en détruisant la paroi cellulaire et en facilitant la libération des polysaccharides Polygonati Rhizoma des cellules [36].

Une grande diversité de PSP existants a été rapportée dans différentes recherches, ce qui pourrait être dû à la maturité, à l'emplacement géographique, aux circonstances environnementales, aux méthodes d'extraction et aux procédures analytiques [30]. Le PSP a également été extrait avec des solvants à hydrophilie commutable déclenchés par le CO2 contenant des amines et de l'eau, et un rendement de 399,2 mg/g a été obtenu à un rapport solide-liquide de 1:20, une température d'extraction de 50 ◦C, une puissance ultrasonique de 500 W, et temps d'extraction de 60 min [42]. Aucune méthode d'extraction et de purification à grande échelle ou industrialisée des polysaccharides de Polygonati Rhizoma n'a été rapportée. Ainsi, une technologie d'extraction avancée pourrait être utilisée pour extraire les polysaccharides de Polygonati Rhizoma, comme l'extraction aqueuse à deux phases [43,44], l'extraction à l'eau sous-critique [45,46], l'extraction assistée par champ électrique pulsé [47,48] et la membrane technologie de séparation [49].

3.2. Structure des Polygonati Rhizoma Polysaccharides

Les structures des polysaccharides de Polygonati Rhizoma ont souvent été établies par hydrolyse acide, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, analyses spectroscopiques par résonance magnétique nucléaire (RMN), spectrométrie de masse à haute résolution, chromatographie liquide à ultra haute performance et spectrométrie de masse en tandem à piège quadripolaire (UHPLC-MS/ MS), chromatographie par perméation de gel haute performance, chromatographie liquide haute performance (HPLC) - détection de fluorescence avec dérivatisation pré-colonne, hydrolyse acide combinée à la chromatographie échangeuse d'anions haute performance avec détection ampérométrique pulsée, analyse de la méthylation combinée à la chromatographie en phase gazeuse ‑spectrométrie de masse (GS‑MS), ainsi que des preuves chimiques [50–54].

Les polysaccharides et les oligosaccharides de Polygonati Rhizoma pourraient être décomposés en monosaccharides au cours du processus de cuisson à la vapeur répété [55]. La composition en monosaccharides différait après la cuisson à la vapeur : la teneur en Gal et en ‑1,4‑mannopyranose augmentait et la teneur en Glu et en mannose (Man) diminuait, tandis que la liaison glycosidique ‑1,4‑galactopyranose apparaissait [17]. Les spectres FTIR ont montré que les polysaccharides de Polygonati Rhizoma possédaient différents degrés d'estérification [56]. L'approche de dégradation assistée par micro-ondes pourrait réduire le poids moléculaire de la PSP, mais améliorer considérablement la bioactivité, telle que l'activité antioxydante [57]. PSP, PCP et PKP avaient tous des structures en triple hélice avec -D-fructofuranosyl (Fruf), -D-glucopyranose (Glcp, -D-galactopyranose, des résidus de sucre et un groupe O-acétyle [58].

Il existe cinq types de PSP, à savoir la pectine [59–61], le fructane [29], le glucogalactomannane [30], les polysaccharides de type arabinogalactane [62] et les glucomannanes [63]. Le PSP brut contient des glucides (85,1 à 88,3 %), des protéines (4,51 à 11,9 %) et de l'acide uronique (1,79 à 7,47 %) [36]. La méthanolyse combinée à la méthode d'hydrolyse du TFA pourrait être utilisée pour l'extraction de la pectine [60,61]. Le PSP contient différentes compositions en pourcentage de Man (62,3–76,3 pour cent), Glu (15,2–20,3 pour cent), galactose (Gal) (4,35–15,3 pour cent) et arabinose (Ara) (4,00–7,65 pour cent) , et de petites quantités de Fru, de rhamnose (Rha), de Xyl, de GalA et de GlcA, ainsi que d'homogalactanes et de galactomannanes ramifiés (tableau 1) [36]. Un autre rapport a montré que le PSP brut possédait des teneurs élevées en Glu (15,1 %), Gal (29,6 %) et Man (36,1 %) [64]. La PSP0‑PSP9, extraite de chaque cycle de séchage à la vapeur, variait en poids moléculaire, mais avait des squelettes et des groupes chimiques similaires [65]. Cependant, la variance biologique et chimique des PSP a révélé une ségrégation considérable des PSP0, PSP1‑PSP4 et PSP5‑PSP9 [65].

Tableau 1. Comparaison de structure entre les polysaccharides PCP, PKP et PSP.

Le PCP contenait principalement du Glu, du Man, du Rha, du Gal, du ribose (Rib) et de l'Ara [66,67]. Le PCP était formé d'un noyau de fructane ramifié avec des résidus (2→6)-D-Fruf liés tous les trois résidus (2→1)-liés-D-Fruf, et un degré moyen de polymérisation de 28 [25]. PCP‑1 possédait un squelette ‑D‑Fruf lié en (2→1), ainsi que des chaînes latérales ‑D‑Fruf liées en (2→6) avec un ‑D‑Glcp interne sous forme de réserve cervicale [68] . Le PCP0-PCP5 (105 ‑107 Da), extrait par conduction et traité à la vapeur 0 à 5 fois, a montré une conformation sphérique irrégulière dans une solution aqueuse [17,69]. Le processus de cuisson à la vapeur a entraîné des changements structurels importants dans le PCP, notamment la dégradation moléculaire, l'agrégation et la dépolymérisation [16]. Les poids moléculaires du PCP ont changé au cours de la cuisson à la vapeur répétée, augmentant d'abord avec la cuisson à la vapeur, puis diminuant avec la poursuite de la cuisson à la vapeur [17]. Le fructane de P. cyrtonema contenait un squelette de résidu ‑D‑Fruf lié (2→6) ainsi qu'un résidu ‑D‑Glcp interne et deux branches de résidu ‑D‑Fruf liées (2→1) [70]. P. cyrtonema galactan était (1→4)‑‑D‑galactane ramifié avec un seul ‑D‑Gal en C‑6 à environ tous les neuf résidus de la chaîne principale [70].

PKP contenait principalement Fru, Glu, Gal, Man, Xyl, Ara, Man et 1,2-link Glu [71]

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