ФЛАВОНОИДЫ: БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МЕДИЦИНА - Тараховский Ю. С. - 2013
ЧАСТЬ 1. ВАЖНЕЙШИЕ ФЛАВОНОИДЫ
1.11. Неофлавоноиды
К числу неофлавоноидов относятся шесть групп (рис. 32), которые включают 4-арилкумарины, 4-арилхроманы (4-бензокумарины), дальбергихинолы, дальбергионы, неофлавены (4-бензохроманы) и кумариновые кислоты.
Рис. 32. Различные группы неофлавоноидов.
Неофлавоноиды присутствуют преимущественно у представителей семейства бобовых (Fabáceae), клузиевых (Clusiaceae) и мареновых (Rubiaceae). Например, меланеттин (рис. 33) присутствует в розовом дереве (Dalbergia odorífera) семейства бобовых, произрастающего в Южной Азии (Китай, Гонконг, Цейлон и др.), древесина которого используется в народной медицине. Экзостемин обнаружен в листьях чиококки (Chiococca alba), принадлежащего к семейству мареновых. Плоды и цветы этого дерева (вернее, древовидной лианы) имеют желтовато-белый цвет и поэтому его называют также молочным деревом. Корни этого растения используются в народной медицине в качестве рвотного, диуретического, слабительного или, напротив, антидиарейного средства.
Рис. 33. Некоторые представители различных групп неофлавоноидов.
Гематоксилин получают из эфирного экстракта древесины кампешевого дерева (Haematoxylum campechianum), принадлежащего к семейству бобовых и произрастающего в Бразилии. Название этого вещества происходит от греческих слов «гематос» (кровь) и «ксилон» (древесина). Действительно, свежий срез древесины имеет ярко-красный цвет, но после окисления на воздухе приобретает темно-фиолетовую окраску. Этот краситель ранее использовался для изготовления чернил. В гистологии он применяется для окраски клеточных ядер в ярко-красный цвет. Краситель, ранее широко использовавшийся в промышленности, сейчас является редкостью в связи с прекращением вырубки деревьев.
Калофилловая кислота и ее производные присутствуют в растениях рода Calophyllum. К этому роду принадлежат вечнозеленые тропические деревья, растущие на юге Азии и в тропической Африке. В народной медицине используются листья и масло из орехов для изготовления лекарственных бальзамов.
Брацилин присутствует в цезальпинии (Caesalpinia sappan) из семейства бобовых, которую называют также красильным деревом за красный цвет пигментов древесины. Экстракты различных частей этого дерева также используются в медицине благодаря их антибактериальным, противовоспалительным и антикоагуляционым свойствам.
1.11.1. Антиканцерогенное действие
Разрушение кровеносной системы опухолей является одним из путей подавления их роста. Например, широкую известность получило полифенольное соединение комбретастатин А-4 (combretastatin A-4), которое связывается с β-субъединицей тубулина в сайте связывания колхицина. В результате нарушается образование микротрубочек, необходимых для деления клеток. Его действие прежде всего направлено на клетки эпителия сосудистой системы опухолей и приводит к их некрозу. Аналогичным действием могут обладать и другие полифенольные соединения, в частности, некоторые производные 4-арилкумаринов, которые эффективно проникают в соответствующий карман молекулы тубулина, ранее известный, как место связывания колхицина. В настоящее время проводятся работы по созданию более эффективных синтетических производных этого вещества. Например, прикрепление олеиновой кислоты к молекуле арилкумарина позволило получить агенты, которые можно успешно интегрировать в липосомы. Хотя в экспериментах in vitro указанный агент обладал весьма скромной активностью, высокая эффективность этого подхода была продемонстрирована в экспериментах на животных.
В присутствии другого неофлавоноида брацилина раковые клетки останавливают деление на стадии G2/M, после чего наступает апоптоз. Показано, что брацилин увеличивает ацетилирование лизина 23 в молекуле гистона H3, что является следствием активации ацетилтрансферазы HAT. Кроме того, наблюдаются изменения в некоторых других белках. Так, подавляется экспрессия диацетилаз гистонов HDAC1 и HDAC2, увеличивается экспрессия циклин-зависимых киназ.
Трициклический кумарин из Calophyllum brasiliense обнаружил антипролиферативную активность в отношении лимфомы клеток мантийной зоны (mantle cell lymphoma) лимфатических узлов. Это чрезвычайно агрессивная форма лимфомы В-лимфоцтов с плохим прогнозом, лечение которой нуждается в развитии новых подходов. Использование кумарина, обозначенного как GUT-70, позволило получить многообещающие результаты в экспериментах in vitro. Существенно снижалось деление и жизнеспособность раковых клеток, индуцировался апоптоз. GUT-70 взаимодействовал с белком теплового шока Hsp90 и связанными с ним клиентными убиквитин-зависимыми белками протеосомальной деградации, включая циклин D1, протоонкоген серин/треонин- протеинкиназы Raf-1 и Akt и белок супрессии опухолей p53. Индуцировался митохондриальный апоптоз, вызванный активацией форбол-индуцируемого белка Noxa и изменением активности белка дифференциации клеток миелоидной лейкемии MCL1. Примечательно также то, что GUT-70 проявлял синергизм с такими лекарственными препаратами, как доксорубицин и бортезомиб.
Исследовались также синтетические производные 4-арилкумарина, являющиеся аналогами другого многообещающего антиракового полифенольного соединения комберостатина, относящегося к стильбеноидам. Исследованные кумарины инициировали апоптоз В-лимфоцитов хронической лейкемии. Было обнаружено, что в отличие от комбестатина, мишенью которого были микротрубочки клеток эндотелия, арилкумарины инициировали апоптоз вследствие активации каспазного регуляторного пути, что приводило к нарушению функционирования митохондрий. Любопытно, что проведенное ранее в другой лаборатории исследование действия этого арилкумарина на клетки рака груди человека (HBL100) позволило обнаружить его взаимодействие с тубулином микротрубочек, которое приводило к остановке деления и апоптозу клеток.
Кумарины из кампилотрофиса (Campylotropis hirtella), произрастающего в Юго-Восточной Азии (Корея, Тайвань, Непал), оказывали действие на антигены рака простаты. Примечательно, что это растение давно используется в народной медицине для лечения этого заболевания.
Источник антибиотиков тетрациклинового ряда, бактерии- эндофиты Streptomyces aureofaciens содержат также ряд 4-арилкумаринов, обладающих антиканцерогенной активностью. Наибольшую активность проявляет 5,7-диметокси-4-р-метоксифенилкумарин в отношении клеток карциномы легких. При этом было обнаружено подавление экспрессии белковых онкогенов bcl-2 и BAX.
Производные кумарина способны также подавлять множественную лекарственную устойчивость раковых клеток, которая, как известно, препятствует действию лекарственных веществ. Анализ 32 природных и синтетических кумаринов позволил обнаружить вещества, способные подавлять экспрессию белка множественной лекарственной устойчивости (Р-гликопротеина) при концентрации кумарина около 10 мкМ. Было показано, что значительное увеличение активности кумаринов наблюдалось в молекулах, у которых в положении С5-С6, или С7-С8 находился гидроксипропил-дигидрофуран.
1.11.2. Противовоспалительное действие
В экспериментах in vitro и in vivo было показано, что брацилин способен подавлять экспрессию интерлейкинов (IL-4, IL-5, IL-13), продуцируемых клетками иммунной системы (T-хелперами) в ответ на действие химических раздражителей, что может иметь терапевтическое значение в лечении аллергических заболеваний, включая астму. В экспериментах на макрофагах было показано, что брацилин подавлял высвобождение окиси азота, простагландинов и интерлейкинов, ответственных за развитие воспалительных процессов. Было обнаружено, что эти процессы протекают с участием гемоксигеназы-1, ответственной за развитие воспалительных процессов. Подавление продукции интерлейкинов и фактора некроза опухолей TNF-α наблюдалось также при действии ряда производных кумарина на макрофаги альвеол. Противовоспалительное действие этих агентов проявлялось в ингибировании продукции лейкоцитарной эластазы.
Полученные из бактерий-эндофитов Streptomyces aureofaciens 4-арилкумарины обладают мощным противовоспалительным действием в отношении макрофагов. Они подавляют экспрессию синтазы окиси азота, что приводит к снижению уровня этого агента, снижению экспрессии циклооксигеназы-2 (COX-2). При этом снижался также уровень лейкотриенов и тромбоксанов, интерлейкинов IL-1β и IL-6 и фактора некроза опухолей TNF-α. Наибольшей противовоспалительной активностью в отношении макрофагов обладали 5,7-диметокси-4-р-метокси-пропилкумарин и 5,7-диметокси-4-фенилкумарин.
1.11.3. Модуляция иммунного ответа
Некоторые экзотические сорта деревьев широко используются для изготовления дорогой мебели и украшений, однако их древесина, а также стружка и пыль, образующиеся в процессе изготовления, могут вызывать контактные дерматиты аллергической природы. Так, мастера, работающие с древесиной кавиуна (или кокоболо), полученной из дальбергии (Dalbergia retusa), могут страдать от дерматита, возникающего на открытых поверхностях кожи рук. Было показано, что неофлавоноид (R)-4-methoxydalbergione, присутствующий в древесине, является причиной дерматитов. Дальбергионы также являются причиной контактной аллергии у людей, использующих браслеты из кокоболо.
Однако некоторые неофлавоноиды способны оказывать положительное влияние на иммунную систему. Так, брацилин способствует развитию иммунологической толерантности, как это было показано в экспериментах на животных. Этот агент нормализует уровень интерлейкинов IL2 и Т-клеточного поверхностного антигена DTH. При иммунодефицитных состояниях его действие приводит к восстановлению активности Т-лимфоцитов.
Мезуол (mesuol) - арилкумарин, который получают из масла семян тропического растения юго-восточной Азии мезуи (Mesua ferrea), принадлежащего семейству калофилловых. Экстракты этого растения используется в народной медицине в качестве антисептического, противовоспалительного, антиастматического и противоаллергического средства. Было показано, что мезуол восстанавливает способность организма к клеточному иммунному ответу на введение антигенов у животных, иммунная система которых была подавлена иммунносупрессором циклофосфамидом.
1.11.4. Антиоксидантное действие
Брацилин способен защищать фибробласты кожи от повреждающего действия УФ-облучения путем блокирования продукции реактивных форм кислорода ROS. Этот эффект достигается благодаря подавлению активности сигнального пути, регулируемого ядерным фактором NF-kB. При этом существенно повышается жизнеспособность облученных клеток. Предполагается, что брацилин может успешно использоваться для предотвращения старения кожи, подверженной действию УФ-облучения. В другом исследовании было показано, что брацилин защищает клетки от окислительного повреждения благодаря повышению экспрессии гем-оксигеназы 1. Повышенная экспрессия этого белка возникает благодаря фосфорилированию протеинкиназы Akt и экстраклеточной сигнал-регулируемой киназы ERK.
Антиоксидантная активность производных кумарина позволяет использовать некоторые синтетические производные этого вещества для защиты клеток от окислительного стресса, вызванного действием антибиотика доксорубицина, что может снижать побочное действие этого широко используемого антиканцерогенного агента. В серии синтетических производных кумаринов, содержащих группу 4-арилбутил-3- ен-2-ол была обнаружена чрезвычайно высокая антиоксидантная активность в отношении азотсодержащихнуклеофилов с величиной IC50= 2,07 нМ.
Высокая антиоксидантная активность производных кумариновой кислоты позволяет использовать это вещество для защиты легко окисляемых и метаболизируемых лекарственных агентов. Для орального применения лекарств необходимо преодолеть барьер кишечного эпителия, в котором вещества могут подвергаться окислению с участием цитохрома Р450, а также удаляться из клеток благодаря активности белков множественной лекарственной устойчивости. Недавно был создан циклический предшественник опиоидного пептида с присоединенной к нему кумариновой кислотой. Полученный агент не вовлекался в процессы окислительного метаболизма с участием цитохрома Р450. Приобретенная им дополнительная липофильность способствовала улучшению его проникновения через слой мукозного эпителия кишечника. Однако, к сожалению, компонент лекарственной устойчивости Р-гликопротеин существенно ограничивал проникновение этого вещества через слой клеток эпителия Сосо-2.
1.11.5. Защита от диабета
Повышенный уровень сахара в крови больных диабетом связан с активацией глюконеогенза в печени. При этом фруктозо-2,6-бис-фосфат (F-2,6-BF) является одним из важных интермедиатов глюконеогенеза и играет существенную роль в регуляции высвобождения глюкозы из печени. Было показано, что брацилин усиливает продуцирование F-2,6-BF гепатоцитами. В присутствии брацилина в гепатоцитах существенно увеличивалась активность фермента 6-фосфофрукто-2-киназы (PFK-2) и пируваткиназы. В результате наблюдалось ингибирование глюконеогенеза и снижалось высвобождение глюкозы.
Иммуномодуляторная активность брацилина, о которой упоминалось выше, может использоваться для нормализации иммунной реакции больных диабетом первого типа (врожденный диабет). Однако, брацилин проявляет некоторую токсичность. Синтетический аналог брацилина, обозначаемый как Brx-19, способен увеличивать как гуморальный, так и клеточный иммунный ответ больных диабетом на фоне стимуляции Т-лимфоцитов конканавалином А (Con A), что позволяет улучшить иммунный статус организма.
1.11.6. Действие на сердечно-сосудистую систему
Кумарины известны прежде всего, как мощные антикоагулянты. Однако большинство из наиболее известных кумаринов, действующих в качестве антикоагулянтов, не относятся к флавоноидам. Так, кумарин (рис. 34), относящийся к бензопиронам, присутствует во многих растениях. Большие количества кумарина обнаружены в бобах тонка из тропического дерева диптерикса душистого (Dipteryx odorata). Это растение произрастает в Центральной и Южной Америке и используется в качестве аналога ванили (мексиканская ваниль).
Рис. 34. Полифенольные антикоагулянты - производные кумарина, а также одна из форм витамина К. Кольцо А выделено.
Другой пример производных кумарина - варфарин. Этот синтетический продукт используется как пестицид, токсичный для крыс, мышей и других грызунов. Аценокумарол известен как антикоагулянт, используемый в медицине, тогда как бродифакум является одним из самых мощных современных пестицидов, используемых для борьбы с грызунами. Все указанные агенты являются антагонистами витамина К. Они ингибируют фермент витамин-К-эпоксидредуктазу, участвующую в образовании витамина К из его предшественника. В результате действия токсина происходит снижение концентрации витамина К в организме, что приводит к остановке синтеза протромбина, необходимого для свертывания крови. Кроме того, в токсических дозах указанные антикоагулянты увеличивают проницаемость капилляров, что приводит к кровотечениям в различных органах.
Отличительной чертой всех указанных выше антикоагулянтов, а также молекулы витамина К, является отсутствие заместителей в кольце А, тогда как в молекулах флавоноидов к кольцу А присоединены гидроксильные, метильные или другие группы. Неофлавоноиды, включая производные кумарина флавоноидной природы, не обладают токсическим действием, но способны влиять на сосудистую систему. Так, было обнаружено, что брацилин может инициировать вазорелаксацию. Указанный эффект объясняется увеличением концентрации цитоплазматического Са2+, что приводит к активации Са2+/кальмодулин зависимого синтеза NО. Последний высвобождается в кровь, переносится к клеткам гладкой мускулатуры, активирует гуанилатциклазу. Повышение уровня цГМФ, связанное с активацией гуанилатциклазы, вызывает вазорелаксацию.
Аналогичное действие брацилин оказывает и на синтазу окиси азота макрофагов, что может иметь значение в развитии процессов воспаления и канцерогенеза. Неофлавоноиды непальского прополиса, напротив, оказывают ингибирующее действие на синтазу окиси азота, благодаря чему наблюдается сужение сосудов и повышение кровяного давления. Активность этих агентов была в десять раз выше, чем активность эфиров кофеиновой кислоты.
1.11.7. Гормональное действие
Китайская фисташка (Pistacia chinensis) содержит димеры 4-арилкумаринов, которые обладают эстроген-подобной активностью. Кроме того, было обнаружено, что синтетические 6-бромарилкумарины действуют на клетки карциномы рака груди в качестве антагонистов прогестерона. При этом одно из исследованных соединений, образованное шестичленным гетероциклом, обладало поразительной активностью (IC50 = 0,065 нМ) благодаря конкурентному связыванию с рецептором прогестерона. Этот агент обладал также флуоресценцией, что позволяет создавать флуоресцентные красители для исследования локализации рецептора прогестерона.
1.11.8. Защита от одноклеточных паразитов
Лейшманиоз - тяжелое паразитарное заболевание субтропических регионов, передающееся с укусами москитов. Заболевание вызывается простейшими рода лейшмания (Leishmania). Существует висцеральный лейшманиоз, при котором поражаются органы ретикуло-эндотелиальной системы (при этом паразит поселяется внутри макрофагов), а также кожный лейшманиоз, при котором поражаются кожа и подкожные ткани. Трудности лечения лейшманиозов связаны с малым выбором эффективных лекарственных средств, видовым разнообразием паразитов и появлением устойчивых штаммов. Поэтому актуален поиск новых лекарственных агентов. Было обнаружено, что синтетические 4-арилкумарины были активны в отношении висцерального лейшманиоза, вызванного Leishmania donovani. Его активность в два раза превышала активность антибиотика амфотерицина В. Производные кумаринов, выделенные из листьев Calophyllum brasiliense, проявляли активность в отношении кожной формы заболевания, вызванного возбудителем амазонского лейшманиоза (Leishmania amazonensis). Наибольшей активностью обладало производное кумарина, обозначенное как (-) mammea A/BB. В экспериментах на животных было показано, что этот агент проявляет активность как при внутримышечном введении, так и при поверхностной обработке кожи.
Трипаносомоз вызывается различными видами одноклеточных жгутиковых организмов, принадлежащих к роду Trypanosoma, и существует в форме различных заболеваний. Некоторые из них смертельны. Например, чрезвычайно опасна сонная болезнь, вызванная Trypanosoma brucei, а также болезнь Чагаса, вызванная Trypanosoma cruzi. Болезнь Чагаса распространена в Латинской Америке, где вызывает больше смертей, чем малярия. Дерево дождевого леса тропиков Mammea americana содержит производные кумаринов, обладающие трипаноцидной активностью в отношении Т. cruzi. Тестирование активности других компонентов этого растения, включая тритерпеноиды, шикимовые кислоты и флавоноиды не выявило какой-либо активности в отношении трипаносомы, что свидетельствует об уникальности действия кумаринов.
1.11.9. Противовирусная активность
Дипиранокумарины из Calophyllum brasiliense, обозначенные как каланолиды А и В (рис. 35), являются уникальными ингибиторами обратной транскриптазы. Благодаря этому они способны ингибировать репликцию вируса иммунодефицита человека HIV-1. Аналогичной активностью обладают и некоторые другие компоненты этого растения, такие как апеталовая кислота, тритерпен фределин, канофиллол и флавоноид аментофлавон.
Рис. 35. Дипиранокумарины - каланолиды А и В, а также бис-апигенин аментофлавон, обладающие активностью в отношении обратной транскриптазы вируса HIV1.
Активность в отношении вируса HIV-1 проявляли также экстракты родственного вида Саlophyllum inophyllum, культура клеток которого содержала шесть различных дипиранокумаринов. В листьях этого растения содержались также инофиллумы В и Р, также обладающие активностью в отношении HIV-1.