Etude phytochimique et évaluation des activités biologiques de quelques espèces de plantes médicinales de l’Est et du Sud Algérien

Abstract

Since Antiquity, humans have considered plants as their survival means, for both, food and clothing and for defending and curing diseases. They used them for the formulations’ preparation in order to alleviate health problems, in a relentless search for remedies. This thesis aimed to knowledge increase on the chemical composition of three Algerian plant species: Inula viscosa, Ulmus campestris and Warionia saharae, with regard to phenolic and lipophilic compounds. Some relevant biological activities have also been studied, namely antioxidant, anti-inflammatory, enzymatic inhibition (α-glucosidase, α-amylase and acetylcholinesterase) and anticancer activities. In silico study was carried out to further screen the interaction mechanisms between α-glucosidase, α-amylase and acetylcholinesterase on the one hand and the main compounds from each plant species. The phenolic composition of I. viscosa and U. campestris ethanolic and aqueous extracts as well as W. saharae hydromethanolic extract was studied by high performance liquid chromatography-ultraviolet detection-mass spectrometry. Obtained results indicated that at least 20 phenolic compounds were identified in each extract. Hydroxycinnamic acids were detected in all extracts. Of these, caffeoylhexaric acids were characteristic of aqueous extracts. Flavonoids were also present and their amounts are quite different between the analyzed extracts.The lipophilic fraction of I. viscosa, U. campestris and W. saharae was then analyzed by gas chromatography coupled with mass spectrometry. Several lipophilic compounds in the studied species were identified belonging to 5 families, namely fatty acids, carboxylic acids and esters, alkanes, alcohols as well as terpenes and steroids.The main compounds were valerenic acid (I. viscosa), 9,12-Octadecadienoic acid (U. campestris), and myo-inositol (W. saharae). The extracts’ antioxidant activity was evaluated by various tests, namely the DPPH test, the ABTS test, and the FRAP test. Although all extracts, except lipophilic extracts, showed good antioxidant activity, the hydromethanolic extract of W. saharae was the most potent. These extracts could potentially be used in the food industry, as an alternative to synthetic antioxidants. The lipophilic and phenolic extracts’ anti-inflammatory activity was evaluated. Except the lipophilic fractions, all the tested extracts exhibited an anti-inflammatory effect. The I. viscosa and U. campestris ethanol and aqueous extracts, as well as the hydromethanolic extract of W. saharae were selected for assessment of in vitro inhibitory action on α-glucosidase, α-amylase and acetylcholinesterase enzymes, due to the higher levels of hydroxycinnamic acids and flavonoids. W. saharae hydromethanolic extract exhibited the highest inhibitory action (IC50= 23.52 ± 6.33 μg / mL) against the α-glucosidase enzyme. While I. viscosa ethanolic extract was the most effective against acetylcholinesterase activity. All tested extracts showed a weak inhibitory activity towards the α-amylase enzyme. The in vitro anticancer activity of ethanolic and aqueous extracts of I. viscosa and U. campestris as well as hydromethanolic extract of W. saharae was evaluated for the first time, against two human cell lines (human gastric cancer (AGS) and small cell lung cancer (A549)). I. viscosa ethanolic extract showed the most toxic effect causing over 60% and 40% loss of viability in AGS and A549 cells. Cell death mechanisms are RIPK1-dependent. These data revealed the potential of the ethanol extract of I. viscosa to be explored in terms of AGS therapy as well as A549, one of the most refractory human cancers. This thesis contributes to the enhancement of I. viscosa, U. campestris and W. saharae species and reveals the presence of bioactive compounds with promising antioxidant, anti-inflammatory, enzymatic inhibition and human anticancer effects (AGS and A549 cell lines). These scientific knowledge shows that these species can potentially be exploited as a source of bioactive compounds. Finally, the results of the present study further support the traditional use of these species in folk medicine. ------------------------ منذ العصور القديمة، اعتبر البشر النباتات وسيلة للبقاء على قيد الحياة، سواء للغذاء أو الملبس أو للدفاع عن الأمراض وعلاجها .استخدمها لتحضير الصيغ التي من شأنها أن تخفف من المشاكل الصحية، في بحث متواصل عن علاجات. هدفت هذه الأطروحة إلى المساهمة في زيادة المعرفة بالتركيب الكيميائي لثلاثة أنواع منشؤها الجزائر : Inula viscosa و Ulmus campestris و Warionia saharae ، فيما يتعلق بالمركبات الفينولية ومحبة للدهون. كما تمت دراسة بعض الأنشطة البيولوجية ذات الصلة ، مثل مضادات الأكسدة ومضادات الالتهاب والتثبيط الأنزيمي (α-glucosidase و α-amylase و acetylcholinesterase) والأنشطة المضادة للسرطان. تم إجراء دراسة في السيليكو لمزيد من الفحص لآليات التفاعل بين α-glucosidase و α-amylase و acetylcholinesterase من ناحية والمركبات الثلاثة الرئيسية لكل نوع . تمت دراسة التركيب الفينولي للمستخلصين الإيثانولي والمائي ل I.viscosa و U. campestris وكذلك المستخلص الميثانولي الميثانولي من W. Saharae بواسطة كروماتوجرافيا سائلة عالية الأداء -الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية قياس الطيف الكتلي. أشارت النتائج إلى أنه تم تحديد ما لا يقل عن 20 مركبًا فينوليًا في كل مستخلص. تم اكتشاف أحماض هيدروكسي سيناميك في جميع المستخلصات. من بين هذه الأحماض ، كانت أحماض الكافويل هكساريك من سمات المستخلصات المائية. كانت الفلافونويد موجودة أيضًا ومقاديرها مختلفة تمامًا بين المستخلصات التي تم تحليلها. تم تحليل الجزء المحب للدهون من Inula viscosa و Ulmus campestris و Warionia saharae بواسطة كروماتوجرافيا الغاز إلى جانب مطياف الكتلة. مكنت هذه التقنية من تحديد العديد من المركبات المحبة للدهون في الأنواع المدروسة . تم تقسيم هذه المركبات إلى 5 عائلات وهي الأحماض الدهنية والأحماض الكربوكسيلية والإسترات والألكانات والكحول بالإضافة إلى التربينات والستيرويدات. كانت المركبات الرئيسية هي حمض الفاليرينك (I. viscosa) 2،، و 0 -Octadecadienoic acid (U. campestris)و myo-inositol (W. saharae). تم اختبار النشاط المضاد للأكسدة لمستخلصات الأنواع المدروسة من خلال اختبارات مختلفة ، وهي اختبار DPPH واختبار ABTS واختبار FRAP على الرغم من أن جميع المستخلصات باستثناء المستخلصات المحبة للدهون أظهرت نشاطًا جيدًا كمضاد للأكسدة ، إلا أن مستخلص الهيدروميثانول لنبات (W. saharae) كان الأكثر نشاطًا. يمكن استخدام هذه المستخلصات في صناعة المواد الغذائية كبديل لمضادات الأكسدة الاصطناعية. تم تقييم النشاط المضاد للالتهابات للمستخلصات المحبة للدهون والفينول للأنواع المدروسة. أظهرت النتائج أنه باستثناء الأجزاء المحبة للدهون ، أظهرت جميع المستخلصات تأثيرًا مضادًا للالتهابات . تم اختيار المستخلصات الإيثانولية والمائية ل I. viscosa و U. campestris بالإضافة إلى مستخلص الهيدروميثانول من W. Saharae ليتم تقييمها من حيث التأثير المثبط في المختبر على إنزيمات α-glucosidase و α-amylaseو acetylcholinesterase ، وذلك بسبب ارتفاع مستويات أحماض الهيدروكسي سيناميك وفلافونويد. . أظهر مستخلص الهيدروميثانول ل W. Saharae أعلى تأثير مثبط ( قيم IC50 3.55 ± تبلغ 05.50 ميكروغرام / مل ) ضد إنزيم α-glucosidase. في حين أن المستخلص الإيثانولي ل I. viscosa كان الأكثر نشاطا من حيث التأثير المثبط لأسيتيل كولينستريز. أظهرت جميع المستخلصات المختبرة نشاطًا مثبطًا ضعيفًا تجاه إنزيم α-amylase. النشاط المضاد للسرطان في المختبر للمستخلصات الإيثانولية والمائية ل I. viscosa و U. campestris بالإضافة إلى مستخلص الميثانول المائي من دبليو الصحراء لأول مرة ، مقابل سطرين من الخلايا البشرية سرطان المعدة البشري (AGS) وسرطان الرئة ذو الخلايا الصغيرة (A549) المستخلص الإيثانولي ل I. viscosa أظهرت التأثير الأكثر سمية مما تسبب في فقدان أكثر من 32 ٪ و 02 ٪ من الصلاحية في خلايا AGS و. A549 تعتمد آليات موت الخلية على RIPK1. كشفت هذه البيانات عن إمكانات المستخلص الإيثانولي ل I. viscosa المراد استكشافها من حيث علاج AGS وكذلك A549 ، أحد أكثر أنواع السرطانات البشرية مقاومة للحرارة. تساهم هذهالأطروحة في تعزيز الأنواع I. viscosa و U. campestris و W. Saharae وتكشف عن وجود مركبات نشطة بيولوجيًا مع مضادات الأكسدة الواعدة والمضادة للالتهابات والمثبطات الأنزيمية والتأثيرات المضادة للسرطان البشري ( خطوط الخلايا AGS و A549). تظهر المعرفة العلمية المكتسبة أنه يمكن استغلال هذه الأنواع كمصدر للمركبات النشطة بيولوجيًا. أخيرًا ، تدعم نتائج الدراسة الحالية الاستخدام التقليدي لهذه الأنواع في الطب الشعبي . --------------------------------- Depuis l'Antiquité, l'Homme considère les plantes comme son moyen de survie, tant pour se nourrir et se vêtir que pour défendre et guérir les maladies. Il les utilisa pour la préparation de formulations qui allègeraient les problèmes de santé, dans une recherche incessante de remèdes. Cette thèse visait à contribuer à l'augmentation des connaissances sur la composition chimique de trois espèces originaires d'Algérie : Inula viscosa, Ulmus campestris et Warionia saharae, en ce qui concerne les composés phénoliques et lipophiles. Certaines activités biologiques pertinentes ont également été étudiées, telles que les activités antioxydantes, anti-inflammatoires, d'inhibition enzymatique (α-glucosidase, α-amylase et acétylcholinestérase) et anticancéreuses. Une étude in silico a été réalisée pour cribler davantage les mécanismes d'interaction entre l'α-glucosidase, l'α-amylase et l'acétylcholinestérase d'une part et les principaux composés de chaque espèce. La composition phénolique des extraits éthanoliques et aqueux de I. viscosa et U. campestris ainsi que l'extrait hydrométhanolique de W. saharae a été étudiée par chromatographie liquide haute performance-détection ultraviolette-spectrométrie de masse. Les résultats ont indiqué qu'au moins 20 composés phénoliques ont été identifiés dans chaque extrait. Des acides hydroxycinnamiques ont été détectés dans tous les extraits. Parmi ceux-ci, les acides caféoylhexariques étaient caractéristiques des extraits aqueux. Des flavonoïdes étaient également présents et leurs quantités sont assez différentes entre les extraits analysés. La fraction lipophile d'I. viscosa, d'U. campestris et de W. saharae a ensuite été analysée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse. Cette technique a permis d'identifier plusieurs composés lipophiles chez les espèces étudiées appartenant à 5 familles à savoir les acides gras, les acides carboxyliques et les esters, les alcanes, les alcools ainsi que les terpènes et les stéroïdes. Les principaux composés étaient l’acide valérénique (I. viscosa), l’acide linoléique (U. campestris), et le myo-inositol (W. saharae). L'activité antioxydante des extraits d'espèces étudiées a été testée par différents tests, à savoir le test de DPPH, le test d’ABTS, et le test de FRAP. Bien que tous les extraits, à l'exception des extraits lipophiles, aient montré une bonne activité antioxydante, l'extrait hydrométhanolique de W. saharae était le plus actif. Ces extraits pourraient être éventuellement utilisés dans l'industrie alimentaire, comme alternative aux antioxydants synthétiques. L'activité anti-inflammatoire des extraits lipophiles et phénoliques des espèces étudiées a été évaluée. Les résultats ont montré qu'à l'exception des fractions lipophiles, tous les extraits présentaient un effet anti-inflammatoire.Les extraits éthanolique et aqueux de l’I. viscosa et U. campestris ainsi que l'extrait hydrométhanolique de W. saharae ont été sélectionnés pour être dosés en termes d'action inhibitrice in vitro sur les enzymes α-glucosidase, α-amylase et acétylcholinestérase, en raison des teneurs les plus élevées en acides hydroxycinnamiques et en flavonoïdes. L'extrait hydrométhanolique de W. saharae a présenté l'action inhibitrice la plus élevée (valeurs IC50 de 23,52 ± 6,33μg/mL) vis-à-vis de l'enzyme α-glucosidase. Alors que l'extrait éthanolique d'I. viscosa était le plus actif en termes d'action inhibitrice de l'acétylcholinestérase. Tous les extraits testés ont montré une faible activité inhibitrice vis-à-vis de l'enzyme α-amylase. L'activité anticancéreuse in vitro des extraits éthanoliques et aqueux d'I. viscosa et d’U. campestris ainsi que l'extrait hydrométhanolique de W. saharae a été évaluée pour la première fois, contre deux lignées cellulaires humaines (cancer gastrique humain (AGS) et du cancer du poumon à petites cellules (A549)). L'extrait éthanolique d'I. viscosa a montré l'effet le plus toxique provoquant une perte de viabilité de plus de 60 % et 40 % dans les cellules AGS et A549. Les mécanismes de mort cellulaire sont RIPK1-dépendants. Ces données ont révélé le potentiel de l'extrait éthanolique d'I. viscosa à être exploré en termes de thérapie de l'AGS ainsi que de l'A549, l'un des cancers humains les plus réfractaires.Cette thèse contribue à la valorisation des espèces I. viscosa, U. campestris et W. saharae et dévoile la présence de composés bioactifs à effets prometteurs antioxydants, anti-inflammatoires, d'inhibition enzymatique et anticancéreux humains (lignées cellulaires AGS et A549). Les connaissances scientifiques acquises montrent que ces espèces peuvent être potentiellement exploitées comme source de composés bioactifs.Enfin, les résultats de la présente étude appuient davantage l'utilisation traditionnelle de ces espèces dans la médecine populaire.