Estudio del potencial inhibitorio de las xantonas provenientes de Garcinia mangostana (Clusiaceae) sobre tres enzimas digestivas relacionadas con obesidad y diabetes tipo 2 en búsqueda de moléculas con acción multidiana

Abstract

Garcinia mangostana (Clusiaceae), conocida popularmente como mangostino, es una especie de importancia económica a nivel mundial que se caracteriza por contener una amplia diversidad de xantonas, las cuales tienen la capacidad de inhibir enzimas digestivas como α-amilasa (AA), α-glucosidasa (AG) y lipasa pancreática (LP). Estas enzimas juegan un papel importante en el metabolismo de carbohidratos y lípidos, por lo que suelen ser atractivas dianas terapéuticas para el tratamiento de la diabetes tipo 2 y la obesidad. Existe una estrecha correlación entre estas dos enfermedades, por lo que en las últimas décadas muchas investigaciones se han enfocado en la búsqueda de moléculas con acción polifuncional para tratar de manera simultánea estas dos patologías. En este sentido, G. mangostana es un objeto interesante de estudios debido a que varios de sus componentes químicos causan inhibiciones en diferentes enzimas digestivas. La presente investigación contribuye a la búsqueda de moléculas con potencial inhibitorio multidiana frente a lipasa pancreática, α-amilasa y α-glucosidasa, a partir de un estudio de las xantonas provenientes de G. mangostana. La metodología incluyó el estudio fitoquímico biodirigido sobre el pericarpio de los frutos de G. mangostana, para aislar e identificar una serie de xantonas con potencial inhibidor sobre las enzimas diana de interés. Adicionalmente, se realizó la síntesis de algunos derivados a partir del constituyente mayoritario. Posteriormente, se determinó la concentración inhibitoria, el tipo de inhibición y el modo de unión que ejercen las xantonas sobre las enzimas digestivas. Finalmente, se realizó un estudio de optimización farmacodinámica con cada blanco enzimático tomando como base la molécula α-mangostina, para predecir posibles moléculas con acción multidiana y mayor afinidad frente a LP, AG y AA. Se realizó la síntesis de algunas de las moléculas optimizadas y se determinó el efecto que ejercen sobre las enzimas digestivas. El estudio químico biodirigido permitió determinar que en la fracción de DCM se concentra la actividad inhibitoria sobre las tres enzimas digestivas (LP, AG y AA). A partir de la fracción de DCM se logró el aislamiento e identificación de cinco xantonas preniladas, entre las que se encuentran 9-hidroxicalabaxantona (Gm-1), 8-desoxigartanina (Gm-2), gartanina (Gm-3), α-mangostina (Gm-4) y γ-mangostina (Gm-5). Adicionalmente, a partir del constituyente mayoritario Gm-4 se sintetizaron los derivados Gm-6 a Gm-11, destacándose la propuesta de una nueva metodología libre de disolvente y por irradiación con microondas para la obtención de compuestos aromáticos con ciclo tetrahidropirano, a partir de precursores aromáticos hidroxilados con una cadena prenilada vecinal. Entre los compuestos aislados y sintetizados se destacan Gm-4 (CI50 AA = 317,6 ± 4,3 μM, CI50 AG = 31,6 ± 2,6 µM y CI50 LP = 50,6 ± 6,7 μM) y Gm-6 (CI50 AA = 164,4 ± 28,6 μM, CI50 AG = 33,3 ± 4,1 µM y CI50 LP = 69,2 ± 6,9 μM) por su mayor acción multidiana sobre las tres enzimas. De manera general, con los estudios de cinética enzimática y de acoplamiento molecular, se encontró que las xantonas bioactivas ejercen su acción sobre AA en su mayoría mediante una inhibición de tipo competitivo, mientras que sobre AG predomina la inhibición de tipo mixto, y frente a LP la mayoría de los inhibidores son de tipo no competitivo. Por último, el estudio optimización farmacodinámica sobre Gm-4 permitió proponer 10 moléculas optimizadas, de las cuales se sintetizaron tres sin reportes previos en la literatura y que fueron denominadas como Gm-12, Gm-13 y Gm-14. Estas moléculas presentaron acción inhibitoria frente a LP, AG y AA, destacándose Gm-14 por su acción inhibitoria polifuncional, y por ser el único compuesto con el que se logró optimizar de manera simultánea la actividad inhibitoria frente a AG y AA. Adicionalmente, se estableció que los compuestos optimizados son de tipo competitivo para AA, de tipo no competitivo para AG, y no competitivo y acompetitivo para la enzima LP. (Texto tomado de la fuente)

Garcinia mangostana (Clusiaceae), popularly known as mangosteen, is a species of economic importance worldwide that is characterized by containing a wide variety of xanthones, which can inhibit digestive enzymes such as α-amylase (AA), α- glucosidase (AG) and pancreatic lipase (LP). These enzymes play an important role in carbohydrate and lipid metabolism and are therefore often attractive therapeutic targets for the treatment of type 2 diabetes and obesity. There is a close correlation between these two diseases, reason why in the last decades many investigations have focused on the search for molecules with multitarget action to treat these two diseases simultaneously. In this sense, G. mangostana is an interesting object of study because several of its chemical components cause inhibitions in different digestive enzymes. The present investigation contributes to the search of molecules with multitarget inhibitory potential against pancreatic lipase, α-amylase and α-glucosidase, based on a study of xanthones from G. mangostana. The methodology included the bioguiated phytochemical study on the pericarp of G. mangostana fruits, to isolate and identify a series of xanthones with inhibitory potential on the target enzymes of interest. Additionally, some derivatives were synthesized from the majority constituent. Subsequently, the inhibitory concentration, the type of inhibition and the binding mode exerted by xanthones on digestive enzymes were determined. Finally, a pharmacodynamic optimization study was carried out with each target enzyme based on the α-mangostin molecule, to predict possible molecules with multitarget action and higher affinity against LP, AG and AA. The synthesis of some of the optimized molecules was carried out and the effect they exert on digestive enzymes was determined. The bioguiated chemical study made it possible to determine that the inhibitory activity on the three digestive enzymes (LP, AG and AA) is concentrated in the DCM fraction. From the DCM fraction, the isolation and identification of five prenylated xanthones was achieved, among which are 9-hydroxylabaxanthone (Gm-1), 8-deoxygartanine (Gm-2), gartanine (Gm-3), α- mangostin (Gm-4) and γ-mangostin (Gm-5). Additionally, from the majority constituent Gm-4, the derivatives Gm-6 to Gm-11 were synthesized, highlighting the proposal of a new solvent-free methodology with microwave irradiation for obtaining aromatic compounds with tetrahydropyran cycle, from hydroxylated aromatic precursors with a neighboring prenylated chain. Among the isolated and synthesized compounds, Gm-4 (IC50 AA = 317.6 ± 4.3 μM, IC50 AG = 31.6 ± 2.6 µM and IC50 LP = 50.6 ± 6.7 μM) and Gm-6 (IC50 AA = 164.4 ± 28.6 µM, IC50 AG = 33.3 ± 4.1 µM and IC50 LP = 69.2 ± 6.9 µM) due to its greater multitarget action on the three enzymes. In general, with the enzymatic kinetics and molecular coupling studies, it was found that bioactive xanthones exert their action on AA mostly through competitive inhibition, while on AG mixed-type inhibition predominates, and against LP most of inhibitors are non-competitive. Finally, the pharmacodynamic optimization study on Gm-4 allowed proposing 10 optimized molecules, of which three were synthesized without previous reports in the literature and which were called Gm-12, Gm-13 and Gm-14. These molecules showed inhibitory action against LP, AG and AA, with Gm-14 standing out for its polyfunctional inhibitory action, and for being the only compound with which it was possible to simultaneously optimize the inhibitory activity against AG and AA. Additionally, it was established that the optimized compounds are competitive inhibitors against AA, non-competitive for AG and non-competitive and uncompetitive for the LP enzyme. (Text taken from source)