Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 261-289.

The Zanthoxylum (L.) genus is one of the largest genera in the family Rutaceae world wild distributed with the majority in Asia. Zanthoxylum piperitum (L.) DC. is a known species that has been traditionally used as a food spice and for treating gastrointestinal ailments in China, Japan and Korea. The plant of the present study is Zanthoxylum piperitum (L.) DC. 'Odorum' (the Odorum). The Odorum is a recently arisen aromatic cultivar of Z. piperitum (L.) DC., successfully cultivated and grown in Egypt. Although, Z. piperitum (L.) DC. is recognized for its wide array of secondary metabolites and several biological actions, limited researchs have been done on the Odorum cultivar. Accordingly, this study aimed to phytochemically and biologically explore this new cultivar.
The effect of seasonal fluctuation on the composition and bioactivities of the essential oil (EO) of the Odorum leaves was assessed phytochemically and biologically, supported with molecular docking studies. EO yield differs through seasons with the highest yield obtained in winter (0.552%). Forty-seven volatile compounds were identified with D-limonene and E-methyl cinnamate represented the major compounds in the four seasons. Also, the EO constituents varied both quantitively and qualitatively over the four seasons. In addition, considering the effect of seasonal variation, the antioxidant characteristics of the EO were evaluated by FRAP and ORAC techniques. Winter EO had the strongest antioxidant action in the assays of FRAP (41.81 ± 4.63 μM Trolox equivalent/mg EO) and ORAC (438.00 ± 23.24 μM Trolox equivalent/mg EO). Moreover, the antimicrobial activity of the EO was evaluated against several GIT pathogens, especially Helicobacter pylori (H. pylori). The EO of each season exhibited a predominant bactericidal/fungicidal effect against certain GIT pathogens, whereas winter EO showed the utmost activity against H. pylori (MIC= 3.9 µg/mL and MBC=7.8 µg/mL). Molecular docking studies of the 47 identified compounds against antimicrobial targets clarified 10 compounds with superior affinity than that of the native co-crystallized ligands mainly towards 3 target proteins.
In addition, a phytochemical screening of the Odorum ethanolic extract was applied revealing flavonoids as the strongly present class of compounds. The total phenolics and flavonoids of the Odorum ethanolic extract were estimated. UPLC-Triple TOF-MS/MS analysis of the extract resulted in the identification of 82 compounds with the majority were flavonoids. This encouraged the isolation of the major flavonoids from the ethyl acetate fraction leading to the isolation of 2 compounds, spectroscopically identified as isoquercitrin and quercitrin. The antioxidant action of the Odorum extract was investigated applying different methods (DPPH, ORAC and FRAP) to identify the mechanism by which the extract exerts its antiradical action. This led to the extract being identified as a powerful antioxidant in particular through the FRAP assay (442.83 ± 26.71 µM Trolox equivalent/mg extract).
Also, the extract and the two isolated compounds were tested for their anti-inflammatory and anti-ulcerative effects by in-vitro assays (COX 1, COX 2, and LOX inhibition assays) and by in-vivo model (acetic acid-induced ulcerative colitis (UC) in rats). Regarding the in vitro anti-inflammatory assays, the Odorum extract showed the most significant inhibition of COX 1, while they were all significant inhibitors in LOX assay. Meanwhile, in the in vivo UC model all treatments ameliorated the macroscopical and microscopical damage in the intestines of UC rats and improved the biochemical markers dose-dependently. The Odorum extract at a high dose (400 mg/kg) displayed better histopathological features than the prednisolone-treated group. Whereas, isoquercitrin at a high dose (40 mg/kg) showed the most significant results in treating UC when compared to the standard group. Additionally, quercitrin at a high dose (40 mg/kg), showed improving effects on the results of histopathology and serum levels of MPO, TNF-α, and IL-1β in comparison to the standard group. Docking and dynamics studies supported these findings.
Hence, successfully, the study suggests the best season to harvest the Odorum plant in terms of its EO quality, yield, and biological efficiency. And it shows that the Odorum ethanolic extract possesses potent antioxidant activity due to its high phenolic content. The extract and the isolated compounds show promise in treating UC. Isoquercitrin is highly effective as an anti-ulcerative agent even at low doses. While, the Odorum extract and quercitrin in high doses are promising candidates for UC treatment.

يُعد جنس زانثوكسيليم (ل.) من أحد أكبر الاجناس في العائلة السذابية ونباتات هذا الجنس تنتشر عادة في بلاد قارة اسيا.
نبات زانثوكسيليم بيبريتم (ل.) دى سى. هو نبات متعارف عليه في الصين، اليابان وكوريا و يستخدم عادة كتوابل للطعام او في الطب الشعبي لعلاج امراض مختلفة، أهمها يتعلق بالجهاز الهضمي.
النبات قيد الدراسة هو زانثوكسيليم بيبريتم (ل.) دى سى. 'أودورم' (أودورم) وهو صنف عطري مُستنبت حديثاً من نبات زانثوكسيليم بيبريتم (ل.) دى سى. نجح حديثاُ في الزراعة والنمو في مصر. ولكونه نبات مُستحدث جديد لا يوجد أبحاث متعلقة بدراسة النبات سواء أبحاث تخص تركيب النبات الفيتوكيميائي او أنشطته البيولوجية.
وبناء على ذلك، تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف الصنف الجديد المزروع في مصر من الناحيتين الفيتوكيميائية والبيولوجية.
تم تقييم أثر التقلبات الموسمية على التركيب والفاعلية البيولوجية للزيت العطري المستخلص من أوراق النبات، و وُجد أن الكم المحصول عليه من الزيت العطري خلال المواسم الأربعة للعام يختلف، حيث وُجد أن الكم الأكبر حُصل عليه من فصل الشتاء (0.552%).
و كذلك تم التعرف على ٤٧ مركب في الزيت العطري للنبات مع وجود مركب (دى- ليمونيين) و مركب (إي-ميثيل سينامات) كمركبات أساسية في الزيت العطرى للأربع فصول، و تم ملاحظة التغيير في المركبات كما و كيفا تبعاً لتغير الفصول.
ولُوحظ أيضا تأثر الزيت العطرى بتغير الفصول بيولوجياً، حيث تم اختبار الزيوت المُجمعة من الفصول كمضاد للأكسدة بعدة طرق: قوة مضادات الأكسدة المختزلة للحديديك (FRAP) و سعة امتصاص الجذور الحرة للأكسجين (ORAC). و قد وُجد أن الزيت العطرى لفصل الشتاء له أعلى تأثير مضاد للأكسدة حيث أظهر الزيت العطرى لفصل الشتاء أعلى تأثير مضاد للأكسدة في اختبارات FRAP (41.81 ± 4.63 ميكرومولر مكافئ ترولوكس/مجم الزيت العطرى) وORAC
).438.00 ± 23.24(ميكرومولر مكافئ ترولوكس/مجم الزيت العطرى
وكذلك بدراسة تأثير الزيوت العطرية لأوراق النبات (أودورم) من الأربع فصول كمضاد للميكروبات، خاصة الميكروبات التي تصيب الجهاز الهضمي، وأهمها الجرثومة البوابية الملتوية (H. pylori)، وُجد أن الزيوت الأربعة أظهرت تأثير مضاد لكل البكتيريا والفطريات المختبرة مع وجود تأثير قاتل لنوع معين من الميكروبات من كل زيت عطري لكل فصل و أظهر الزيت العطرى لفصل الشتاء أقصى نشاط ضد بكتيريا البوابية الملوية (H. pylori) الحد الأدنى للتركيز المثبط يساوى )3.9 ميكروجرام/مل ( و الحد الأدنى للتركيز القاتل للبكتيريا يساوى 7.8) ميكروجرام/مل).
تم تأكيد هذه النتائج أيضا بدراسة النمذجة الجزيئية للمركبات العطرية مع البروتينات المستهدفة في التأثير المضاد للميكروبات.
وتم أيضاً دراسة مستخلص أوراق النبات (تم تحضيره من نقع النبات في كحول إيثيلى بتركيز 70%) واشتملت الدراسة المسح الكيميائي الأولى لمستخلص النبات والتي أسفرت عن دلالة وجود مركبات الفلافونوديات بوضوح في المستخلص.
وبقياس المحتوى الكلى للمستخلص من الفينولات و الفلافونوديات، ظهرت كميات عالية للفينولات وتمثل منها الفلافونوديات نسبة أكبر من الثلث. و بعمل تعيين لنتائج الأيض الثانوية في المستخلص بأستخدام كروماتوجرافيا السائل عالية الكفاءة المقترنة بمطياف الكتلة، تم التعرف على ٨٢ مركب أغلبهم ينتمي للفلافونوديات.
و من نتائج هذه الدراسة للمستخلص، تم فصل المركبات الأساسية الموجودة بنسبة عالية من جزء الإيثيل أسيتات للمستخلص الكحولي للنبات بأستخدام طرق كروماتوجرافية مختلفة، مما أدى لفصل مركبين من الفلافونوديات تم التعرف عليهم بأستخدام طرق التعرف الطيفية كمركب ١ (أيزوكورسيترين) و مركب ٢ (كورسيترين).
تم أيضا دراسة تأثير المستخلص الكحولي كمضاد للأكسدة بطرق مختلفة: قوة مضادات الأكسدة المختزلة للحديديك (FRAP) و سعة امتصاص الجذور الحرة للأكسجين (ORAC). و إختبار (DPPH)وجد انه يعد مضاد قوى للأكسدة.
و تم أيضا دراسة تأثير المستخلص الكلى للنبات و المركبات المفصولة لمعرفة تأثيراتهما المضادة للالتهابات من خلال الاختبارات المعملية (اختبارات تثبيط COX 1 وCOX 2 وLOX)، و أظهروا جميعهم تأثير مضاد للالتهابات.
وتم تقييم التأثير المضاد للتقرحات للمستخلص والمركبين المعزولين، في نموذج التهاب القولون التقرحي الناجم عن حمض الأسيتيك في الجسم الحي في الفئران، و قد لوحظ فاعلية المستخلص و المركبات المفصولة كمعالج لقرحة الأمعاء و كانت الفاعلية الأعلى لللأيزوكورسيترين حتى في الجرعات الصغيرة.
تم تأكيد هذه النتائج أيضا بدراسة النمذجة الجزيئية والمحاكاة الديناميكية للمركبات المفصولة مع البروتينات المستهدفة في التأثير المضاد للالتهابات.
ومن ثم، فقد نجحت الدراسة في اقتراح أفضل موسم لحصاد نبات الأودورم من حيث جودة الزيوت العطرية المستخلصة من الأوراق، الكم المحصول عليه، والكفاءة البيولوجية. كما أظهرت أن مستخلص الأودورم الإيثانولي يمتلك نشاطًا مضادًا للأكسدة قويًا بسبب محتواه العالي من الفينولات. كما أظهر المستخلص والمركبات المعزولة نتائج واعدة في علاج التهاب القولون التقرحي. كما أن مركب أيزوكورسيترين يُعد فعال للغاية كعامل مضاد للقرحة حتى بجرعات منخفضة. في حين أن مستخلص الأودورم و مركب كورسيترين في الجرعات العالية يُعدوا من المرشحين الواعدين لعلاج التهاب القولون التقرحي.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.