Витанолиды, их химическая природа

Витанолиды – это группа фотостероидов, получившая свое название от индийского растения Withania somnifera (L.) Dunal., сем. Пасленовые Витанолиды – полиоксистероиды (С-28), в основе которых лежит циклопентанпергидрофенантрен. В положении 20 находится шестичленное лактонное кольцо. Соответственно С-22 и C-26 окисляются до формы δ-лактон. Для всех выделенных витанолидов характерна кетогруппа в кольце А (С-1). В некоторых соединениях обнаружены 4β-гидрокси-5β, 6β-эпоксигруппировки.
Витаферин А был первым витанолидом, который был выделен из хорошо известного индийского растения Withania somnifera семейства Solanaceae. Строение витаферина А было выявлено в 1965 году Лавье. Данное соединение обладало высокой биологической активностью. Далее были обнаружены еще ряд соединений, которые имели схожую стероидную структуру. Витанолиды – это высокоокисленные соединения, и полагают что растения, вырабатывающие эти соединения имеют соответствующую систему ферментов, которая способна окислить все атомы углерода в стероидной молекуле. Было обнаружено, что все атомы углерода, за исключением С-10 витанолидов обладают окислительными способностями. Большие окислительные способности привели к различным модификациям карбоциклической части. Наличие у С-20 лактонного кольца является характерной особенностью витанолидов, лактонное кольцо может быть шести или пятичленным и может также присоединяться с карбоциклической частью молекулы через углерод-углеродную связь или через кислородный мостик. Соответствующие кислород содержащие группировки могут привести к расщеплению связей, или к формированию новых связей, к ароматизации колец, к различным перестановкам и перегруппировкам атомов, что приводит к формированию у соединений новых свойств и особенностей. Классификация витанолидов Несмотря на общую стероидную основу, на которой построены все витанолиды, все они имеют разнообразие структур – что требует их классификации на 10 групп. 1. Собственно витанолиды 2. Витафизалины 3. Физалины 4. Никандреноны, имеющие ароматическое D кольцо (от Nicandra) 5 Витанолиды, имеющие ароматическое А кольцо (Ябороны от Jaborosa) 6. Акнистины (от Acnistus) 7. Иксокарполактоны(Ixocarpalactones) 8. Перулактоны (Perulactones) 9. Витаярдины (Withajardins) 10. Смешанные витастероиды Cреди различных групп витастероидов, собственно витанолиды являются наиболее распространенными и рассматриваются как возможные предшественники витастероидов (2 -6 групп) Физалины являются выскоокисленными витастероидами. Физалины – это 13,14 – секо – 16,24 – цикловитастероидами, для них характерно образование 13,14 или 14–17 ацеталей. Физалин B имеет также новую С-С связь между С16 и С24. Где связь которая между С13 и С14 – расщеплена, в то время образуется новая С-С связь между С16 и С24. Распространенность Витанолиды в основном встречаются у растений семейства – пасленовые (Solanaceae).Однако данный класс соединений встречается далеко не у всех представителей семейства. Витанолиды представлены у следующих растений родов: – Withania – Dunalia – Physalis – Discopodium – Nicandra – Lycium – Datura – Salpichroa – Jaborosa – Tubocapsicum – Acnistus – Exodeconus Больше всего витанолидов представлено в растениях Withania и Physalis. – Withania Withania somnifera – Ашваганда (индийский женьшень, зимняя вишня) – Physalis Physalis angulata – Физалис угловатый – Physalis alkekengi – Физалис обыкновенный – Physalis minima – Физалис наименьший Jaborosa – Jaborosa laciniata – Ябороса лопастная – Jaborosa kurtzii – Jaborosa odonelliana. – Salpichroa Salpichroa origanifolia – Cальпихроа ромбическая – Datura – Datura metel – дурман индийский семейство яснотковые – (Lamiaceae) – Ajuga Ajuga parviflora – живучка (аюга) мелкоцветковая Однако витастероиды обнаружены не только в семействе пасленовые и яснотковые, они также были выделены из морских организмов (в морских кораллах) и у некоторых представителей семейства Taccaceae (такковые) и Fabaceae (бобовые). Отдельные представители – Withania somnifera Radices Withaniae – корни витании Folia Withaniae – листья витании Physalis flexuosa, физалис солнечнолистный, зимняя вишня, индийский женьшень). (Обычное название: Ashwagandha, Ашвагандха) Описание растения Withánia somnífera (L.) Dunal (названо в 1825 г. по имени неизвестного лица; лат. somnifer, fera, ferum – приносящий сон от somnus – сон, ferre – приносить). Многолетний ветвистый полукустарник из семейства пасленовых – Solanaceae. Нижние листья очередные, а верхние – супротивные, черешковые, темно-зеленые, эллиптические, с сетчатым жилкованием, волнистым краем и заостренной верхушкой. Цветки желтовато-зеленого цвета с неприятным, острым запахом, собраны по 3–6 в пазухах листьев Плоды этого растения представляют собой небольшие ягоды оранжевого цвета, они содержат ненасыщенные и насыщенные жирные кислоты. Все растение прижато опушенное. Корни прямые, не разветвленные, толщина зависит от возраста. Основные корни покрыты вторичными корнями, подобными густым волоскам. Наружная поверхность корня от бежевого цвета до серо-жёлтого с продольными складками. Распространено широко от Южной Европы до Индии и Африки. Культивируется в Индии. В качестве лекарственного сырья используются корни и листья. В корнях обнаружены алкалоиды группы тропана (3-α-тиглоилокситропан), а также анагигрин, анаферин, кускогигрин, изопеллетьерин, тропин. Анаферин и анагигрин родственны алкалоиду изопеллетьерину, производному пиперидина. Из листьев выделены стероидные лактоны – витанолиды. Применение 1) Адаптогенное действие Ashwagandha считают одним из самых важных растений в аюрведических системах лекарств, главнейшим адаптогеном (в силу комбинации важнейших свойств для аюрведических постулатов). В силу обширности эффективного применения, аюрведические врачи широко использовали его для лечения людей от их недугов. Благодаря своим свойствам, растение приобрело большое уважение в глазах врачей и пациентов. УлучшаЕт память. Withania somnifera занимает в аюрведической медицине такое же место, как женьшень в китайской. Это лучшее «омолаживающее» и «согревающее» растение, особенно для мышц, костного мозга. По данным врачей аюрведы, «останавливает» старение (изменяя анаболизм) 2) Полезна при слабости и тканевой недостаточности у детей, пожилых людей, у ослабленных хроническими болезнями, переутомлением, бессонницей, страдающих нервным истощением. 3) Повышает Оджас (Оджас, говоря современным языком, – это энергия иммунной системы и сексуальная сила). Когда падает уровень Оджаса, то это сопровождается дегенеративными и хроническими заболеваниями, трудно излечимыми или неизлечимыми инфекциями и нервными расстройствами.
4) Подавляет боли и воспаления любого рода (ревматоидный артрит, остеоартрит, подагра, радикулиты), способствуя уменьшению припухлостей и отёков, с восстановлением кровообращения и мышечной силы. выносливости. 5) Прекрасный кардиотоник, с гипотензивным эффектом у лиц, склонных к гипертонии. Также тропен к железам и лимфатической ткани (лимфоаденопатии, зоб).
6) Антиоксидант. 7) Влияет на заживление ран и травм, успокаивает нервную систему, тонизируя вегетативную реактивность и периферическое кровообращение 8) Очень полезен при лечении инфекций мочевыводящих и дыхательных путей (астма), отличный диуретик 9) Снотворное и седативное действие 10) Иммуностимулирующее 12) Кроме того, это – прекрасное средство для беременных, поскольку укрепляет плод. 13) Она способствует восстановлению гормональной системы, заживлению тканей, и может применяться наружно (для лечения ран, язв, нарывов). А в аюрведических аптеках в бывшем СССР можно встретить разнообразные её названия с намеком на борьбу со стрессом, например, «стресском». По современной фармакологической классификации она относится к травам, обладающим ноотропным действием (стимулирующим нейрометаболизм). – Physalis alkekengi – физалис обыкновенный Описание растения Многолетнее травянистое растение с прямым и разветвленным стеблем 30–60 см высотой. Верхние листья супротивные, длинночерешковые, яйцевидные, цельнокрайние, редкоопушенные. Цветки одиночные, поникшие, расположены в пазухах верхних листьев, чашечка сросшаяся пятизубчатая, венчик пятилепестный, сросшийся, зеленовато-белового цвета, шириной 15–20 мм, тычинок 5, прикрепленных у основания венчика, пестик из двух плодолистиков с верхней завязью. Плод – оранжево-красная сферическая ягода, сидячая во вздутой, ребристой, перепончатой оранжевой чашечке. Семена многочисленные, белые, почковидной формы. Цветет в мае-июле. Встречается в светлых лесах и среди тенистых кустарников, около населенных мест и на виноградниках, местами как бурьян. Витанолиды были обнаружены в листьях и плодах этого растения. В плодах помимо витанолидов(физалины), содержатся сахара, органические кислоты, витамин С, красящие вещества, алкалоидподобные соединения, дубильные вещества. Плоды обладают мочегонным, противовоспалительным, антисептическим, желчегонным, кровоостанавливающим, болеутоляющим действием. Анализ физалактона и установление его структуры Первые данные химического изучения Physalis alkekengi были опубликованы более 130 лет назад, когда из листьев этого растения выделили горькое вещество, названное физалином. Структурные исследований в те годы не проводили. Только начиная с 1969 года стали появляться сообщения о химическом строении, содержащихся в физалисе стероидных соединений, в частности в Physalis alkekengi var. Franchetti (собранного в Японии) нашли физалины A, Bи С имеющие структуру 13–14-секо – 16,24 – циклостероидов. Помимо названных из Physalis minima были выделены витафизалин A, B, C из Physalis ixocarpa Рассмотрим витанолидный состав Physalis alkekengi, собранного в фазе цветения в предгорьях Копетдага в долине р. Сумбар. Из надземной части выдели витанолид состава С29H40O8 – физалактон. Наличие у физалактона максимума при λmax С2H5OH 228 нм, интенсивных полос при νmax KBr 1100 (C-O-C), 1690 и 1710 см-1 (α и β ненасыщенный лактон и циклический кетон), максимального фрагмента m/e 125 в масс спектре и пяти трехпротонных синглетов при ϭ 1,04; 1,28; 1,43; 1,89; 1,95 в ЯМР спектре позволило предположить, что он относится к витанолидам. Небольшое смещение максимума в УФ спектре в сторону длинных волн и сравнительно небольшая величина молекулярного коэффициента экстинкции, свидетельствует о том, что кольцо A насыщенное. Нахождение в масс-спектре физалактона, помимо иона с m/e 125, наличие которого свидетельствует о том, что в витанолидах присутствует в боковой цепи ненасыщенное лактонное кольцо, ионов с m/e 347 и 169 (разрыв между С17 и С20) и ионов с с m/e 303 и 213 (разрыв между С13 и С17 и одновременно между С15 и С16), определяют положения двух гидроксильных групп при С17 и С20. Трехпротонный синглет при ϭ 1,43 (21 СH3) и однопротонный синглет при ϭ 4,86 (22-H) – подтверждают OH группу при С-20. В ЯМР – спектре физалактона обнаруживается сигнал метоксильной группы при ϭ 3,34. Ионы с m/e 516,484, 391,347 для самого витанолида, свидетельствуют о том, что метоксильная группа и одна ацетильная находятся в стероидной части молекулы. Заслуживает внимания тот факт, что химсдвиги протонов в кольцах А и B физолактона (I) хорошо совпадают с величинами химсдвигов 2,3 – дигидро-3-метоксивитаферина A (II). Это соединение получили нагреванием витаферина A в метанольном растворе поташа. Позже из растений р. Physalis из водного экстракта были выделены соединения витафизанолид, его структура установлена спектральными методами анализа. Наличие гидроксильной группы у С20 доказывается реакцией окисления с реактивом Джонса до лактона и ацетокси -5-α-окси – 1,7 – диоксо – андростандиена. Выделение физалактона Берут 3 -5 кг измельченной воздушно-сухой надземной надземной части растения заливают холодной водой и нагревают до кипения. Горячую массу отжимают через полотно, растение вновь заливают холодной водой и нагревают. Объединенный водный экстракт извлекают хлороформом. После отгонки получают 14 г. светло-зеленого порошка (0.46%). Качественный анализ Хромотография. Для тонкослойной хроматографии (ТСХ) применяют силикагель марки КСК, содержащий 5% гипса в системе бензол-хлороформ-метанол в соотношении 5:5:1. Проявитель насыщенный хлороформный раствор SbCl3 при нагревании. Порошок (5г) хромотографают на колонке, содержащей около 400 г. силикагеля. Элюируют смесью равных объемов хлороформа и бензола с постепенным добавлением метанола от 1 до 5%. Фракции отбираем по 300 мл. Также для анализа используют УФ, ИК и ЯМР спектроскопию. Фармакологические свойства витанолидов Витастероиды имеют широкий спектр фармакологической активности: – противомикробная – проивоопухолевая – противовоспалительная – гепатопротекторная – иммуномодулирующая – антифибротическая – инсектицидная 1. Противоспалительное действие. Витанолиды блокируют избирательно циклооксигеназу-2 (ЦОГ-2).ЦОГ-это фермент под влиянием которого из арахидоновой кислоты образуются простагландины – медиаторы воспаления. Арахидоновая кислота высвобождается от фосфолипидов клеточных мембран под влияние фермента фосфолипазы – А2. Известно два типа фермента ЦОГ. ЦОГ-1 и ЦОГ-2. ЦОГ-1 образуется в физиологических условиях и отвечает за постоянных синтез простагландинов, которые участвуют в местной регуляции кровообращения, функций желудочно-кишечного тракта, почек, матки и других органов.
ЦОГ-2 образуется в клетках при повреждении, воспалении, ишемии. Образующиеся под ее влиянием простагландины (преимущественно серий E2 и F2α) проявляют себя как наиболее активные медиаторы воспаления. С ними связаны такие эффекты как: 1) повышение чувствительности болевых рецепторов к действию раздражающих и вызывающих боль («альгогенных») эндогенных веществ (брадикини, гистамин, серотонин), экзогенных химических и механических факторов, что проявляется резким усилением болевой чувствительности в месте повреждения тканей
2) расширение с сосудов, повышение их проницаемости для воды и возникновения местного отека тканей, усиление выхода жидкости в полость сустава. Из-за накопления межклеточной жидкости и внутрисуставной жидкости повышается внутритканевое давление, усиливается растяжение капсул, что является источником раздражения болевых механорецепторов. 3) обеспечивают выход лизосомальных ферментов в поврежденных тканях 4) влияет на центр термогрегуляции – вызывает лихорадку. Помимо витанолидов, ЦОГ могут блокировать нестероидные противовоспалительные препараты. Однако большинство из них блокируют неизбирательно ЦОГ, в связи с блокирование ЦОГ-1 – возникает много побочных эффектов. Витанолиды именно селективно блокируют ЦОГ-2 и мало влияют на ЦОГ-1. Поэтому витанолиды имеют преимущество по сравнению с неселективными НПВС. Под номерами указаны следующие витанолиды. Эти витанолиды были выделены и очищены из растения Withania somnifera. Их структура названия представлены ниже: 1 соединение – Физагулин D или (1->6)-β-D-глюкопирпнозил-1 – (1->4)-β-D-глюкопиранозид 2 соединение – 27-O-β-D-глюкопиранозил физагулин D 3 соединение –27-O-β-D вискозалактон B 4 соединение – 4,17 дигидроки-5β, 6β-епоксифизагулин D 5 соединение – 4 – (1-гтдрокси-2,2 диметио-цикло-пропанон-) – 2,3 – дигидровитаферин 6 соединение – Витаферин А 7 соединение – 2,3 – дигидровитаферин А 8 соединение – Вискозалактон B 9 соединение – 23,24 – дигидровитаферин А 10 соединение – ситоинозид IX 11 соединение – физагулин D 12 соединение – витанолид IV Принципиально важно, что витанолиды даже при концентрации 500 мг/мл – не ингибируют ЦОГ-1. 2) Антиоксидантные свойства Ингибирование перекисного окисления липидов. бутилоксианизол (BHA) бутилокситолуол (BHT) – синтетические ингибиторы перекисного окисления, синтетические антиоксиданты Характерно только для соединений 4,7,10,11. 3) Противомикробная активность Была изучена противомикробная активность витаферина А, и было определено, что витаферин А проявляет большую противомикробную активность по отношению к Г+бактериям, и практически не действует на Г –. 20-диоксивитанолид D имеет наибольшую противомикробную активность среди всех других проанализированных витанолидов. Противогрибковая активность витаферина А в отношении следующих грибов – Aspergillus flavus, Epidermophyton floccosum, Cladosporium herbarum. 16,24 цикло-иксокарпалактон, таккаланозид полученные из китайского лекарственного растения Tacca plantaginea эффективна против малярийного паразита Plasmodim berghai. 4) Противоопухолевая и цитостатическая активность Витаферин А, 20 диоксивитанолид D, таккаланозид, витакнистин показали цитотоксическую активность против KB клеток. KB клетки – клетки рака полости рта. Также витаферин обладает ингибирующим действием на при саркому Sarcoma -180 (SA) у мышей, и внутримышечную карциносаркому 256 (WM) у крыс. Он также подавлял развитие асцитной карциномы Эрлиха в мышах, мышам вводили внутрибрюшинно однократную дозу витаферина А (25–40 мг/кг). Полное исчезновение раковых клеток наблюдалось у 80% мышей. Витаферин А действует как митотический яд, он подавляет деление культивированных раковых клеток гортани в фазу метафазы. Помимо перечисленные 4-х витанолидов, цитотоксическими свойствами обладают и другие витанолиды, такие как: 4-гидроксивитанолид Е, витанолид D, Также противоопухолевыми свойствами обладают 4β-гидроксивитанолид Е действует на B-16 меланосаркому и L-1210-при лейкемиях. Витагулатин А ингибирует топоизомеразу II Биологическая активность подгруппы физалина изучена недостаточно. Физалин B – проявляет цитотоксические свойства по отношению к 9 KB раковым клеткам, физалин D при B-16 меланокарциноме. В то время как 5α, 6α – Эпоксифизалин B обладала более цитотоксическими свойствами по отношению к 9 KB, чем физалин B, в результате чего пришли к выводу, что 5α, 6α – эпоксигруппировки повышают противоопухолевую активность. Физалин B и физалин F более активны чем витамин А., а физалин Е и физалин L не активны. 5) Восстановливает связи между нейронами в поврежденном мозгу. Применяют для лечения нейродегенеративных заболеваний. При проведении опытов на мышах, витанолиды продемонстрировали их способность улучшать память при заболеваниях, которые сопровождаются нарушением связей между нейронами, таких как болезнь Альцгеймера. Таким образом, было показано, что витанолиды способствуют регенерации аксонов и синапсов. 6) Антифибротическое действие Витанолиды угнетают фиброз. Фиброз – это патология, при которой происходят изменения рубцового типа, являющиеся следствием соединительнотканных уплотнений, которые, в свою очередь, возникают в основном как последствия воспалений хронического характера. Причины возникновения разнообразны. В основном это инфекционные, аллергические заболевания, травмы и облучения. Например, фиброз печени, фиброз легких после системной красной волчанки. Фиброз возникает как осложнение в результате хирургических операций, трансплантации органов, во время раковой опухоли, в результате приема алкоголя, заболеваний сердечно-сосудистой системы Механизм антифибротического действия связан с ингибированием убиквитин-протеосомного пути (УПП), который играет ключевую роль в регуляции метаболизма отдельных белков 7) Иммуностимулирующая активность. Подавление развития асцитной карциномы Эрлиха – показывает наличие иммуноактивирующих свойств у витаферина А. 8) Инсектицидная Инсектицидные свойства никандренона и витанолида Е еще изучаются. Однако, было выяснено, что никалбин А проявил наибольшую активность в этом плане. Заключение Как было показано выше витанолиды обладают довольно таки большой биологической активностью и широким спектром фармакологического действия. Особо заслуживает внимания противовоспалительная и противоопухолевая активность. Витанолиды имеют преимущество перед неселективными нестероидными противовоспалительными средствами, было доказано, что они не вызывают много побочных эффектов, характерные для НПВС. Данный аспект можно рассматривать как перспективу дальнейшего изучения данного класса соединений и рассматривать возможность создания конкретных лекарственных препаратов, содержащие данные соединения, в качестве главных действующих веществ. К сожалению, в настоящее время, широкое использование лекарственных растений, содержащих витанолиды находят свое применение только в Индии.
Следует отметить и противоопухолевые свойства витанолидов, их способность ингибировать рост раковых клеток, что было показано в опытах на мышах. Все это дает возможность полагать использование витанолидов для создания препаратов для лечения онкологических заболеваний. Список литературы
1. Куркин В.А. Фармакогнозия: Учебник для студентов фармацевтических вузов. Самара: ООО «Офорт» СамГМУ, 2004. 2. Phytochemical investigations on Ajuga parviflora and Paeonia Emodi, Pir Muhammad, Pakistan, 1999 г. 3. Dictionary of steroids R.A. Hill, 1991, University of Glasgow, UK 4. http://en.wikipedia.org/wiki/Physalin 5. Реферативный журнал «Химия» 6. /www.vedic.su/publ/ashvagandkha/16–1–0–5 7. Энциклопедия «Лекарственные растительное сырье», Кортиков В.И. и А.В. Кортиков, 1998 8. «Полный справочник Лекарственного растительного сырья», П.А. Кьосев, Москва, 2006 г. 9. Журнал «Химия природных соединений», Ташкент, 1980 (2)