ТЕКСТ НАУЧНОЙ РАБОТЫ
на тему «Солодка голая. Фитохимический состав и биологические эффекты»
УДК 615.3+615.4
СОЛОДКА ГОЛАЯ. ФИТОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
А. В. Кошкина, Ю. О. Федотова
Университет ИТМО, Россия, 197101, Санкт-Петербург, Кронверский пр., 49, e-mail: alexandrakoshkina@mail. ru.
Солодка голая — ценное лекарственное растение, которое используется в народной медицине на протяжении веков. Результаты экспериментальных и клинических исследований показали, что солодка голая обладает противовоспалительными, противовирусными, антибактериальными, противораковыми, иммуностимулирующими, гепатопротекторными, антиоксидантными и нейропротекторными свойствами. В настоящей работе представлены фитохимические и фармакологические данные экспериментальных исследований солодки голой и ее биологически активных веществ.
Ключевые слова: солодка голая, Glycyrrhiza glabra, фитохимический состав, нейропротекторный эффект.
Введение
В настоящее время наблюдается отчетливая тенденция к увеличению продолжительности жизни во всем мире. Несмотря на то, что возрастная группа население характеризуется богатейшим профессиональным и социальным опытом, для них характерны многочисленные тяжелые формы заболеваний [1]. Одним из таких заболеваний является возрастная деменция, которая имеет медико-социальный аспект, как для общества, так и для родственников таких пациентов [2].
Деменция характеризуется функциональными нарушениями когнитивных процессов, включая память, концентрацию внимания и обучение [3]. Наиболее распространённым типом деменции является деменция Альцгеймеровского типа (болезнь Альцгеймера). Наиболее характерным симптомом для данного заболевания является прогрессирующая потеря памяти, сопровождаемая общим когнитивным дефицитом [4]. В то время как причины и механизмы болезни Альцгеймера (БА) остаются до конца невыясненными, данные многочисленных исследований четко демонстрируют, что дисфункция холинергической системы головного мозга и окислительный стресс играют важную роль в развитии данного заболевания [3].
Одной из стратегий терапии являются мероприятия, направленные на подавление окислительного стресса и восстановление функций холинергической системы [5]. Однако, большинство препаратов имеют ограничения в применении, вследствие развития ряда побочных эффектов, включая тошноту, диарею и рвоту.
Учитывая вышеизложенное, весьма перспективен и актуален поиск дополнительных средств, преимущественно растительного происхождения для коррекции проявлений БА [6].
В этой связи внимание исследователей привлекает солодка голая (Glycyrrhiza L.). Установлено, что разнообразные биологически активные соединения, содержащиеся в
корнях солодки, оказывают широкий спектр биологических и физиологических эффектов на организм человека [7].
Кроме того, есть данные о том, что препараты на основе солодки голой оказывают позитивное влияние на мнестические функции мозга. Показано также и различное влияние солодки голой на нейромедиаторные системы центральной нервной системы (ЦНС), которые вовлечены в механизмы обучения и памяти [8].
Фитохимический состав солодки голой
Несмотря на то, что изучение рода солодки — Glycyrrhiza L. продолжается уже более 250 лет, а история её применения человеком в качестве лекарственных средства исчисляется веками, он все еще остается не до конца изученным. Солодка голая (Glycyrrhiza L.) относится к семейству Бобовые (Fabaceae) [9].
Трудности в изучении солодки голой связаны с широтой ареала рода, который в основном находиться в Евразии, а наиболее крупные заросли обнаружены в Средней и Центральной Азии. В Африке, Австралии, Северной и Южной Америке, также, отмечены её изолированные массивы [10, 11].
Солодка голая (Glycyrrhiza glabra), наряду с солодкой уральской (Glycyrrhiza uralensis), представляет особый интерес для исследований в области создания новых препаратов на основе растительного сырья. На их основе выпускается целый ряд препаратов, таких как, сухой экстракт солодки голой, густой экстракт солодки голой, экстракт-концентрат солодки голой, сироп солодкового корня и другие [12].
Сырьем для выделения биологически активных соединений являются корни растения двух видов: неочищенные корни (Radix Glycyrrhizae naturalis) и корни, очищенные от пробки (Radix Glycyrrhizae mundata) [13].
По данным литературы, солодка голая содержит целый ряд биологически активных веществ, таких как тритерпеновые сапонины, флавоноиды, кумарины и другие фенолы, в соответствие с таблицей 1 [14]. Общий объем экстрактивных биологически активных веществ, выделяемых из корней солодки, достигает 40 % от массы исходного сырья [15].
Таблица 1
Основные биологические активные вещества Солодки голой
Наименование вещества Содержание (%)
Экстрактивные вещества 22,8-44,1
Тритерпеноиды 7,3-23,6
Углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал) 18,2-34,0
Флавоноиды 3,0-4,0
Стероиды 1,5-2,0
Аскорбиновая кислота 1,1-3,1
Эфирные масла 1,5-2,0
Аспарагин 1,0-4,0
Смолистые вещества 1,7-4,1
Жиры и жироподобные вещества 0,2-4,7
Белки 6,2-10,1
Камеди 1,5-6,5
Горечь не растворимая (в воде) 1,8-4,0
Зола (общая) 4,9-9,7
Наибольшее внимание исследователей привлекают тритерпеновые и флавоноидные соединения, обладающие наиболее выраженной фармакологической активностью [13]. Основными представителями тритерпеновых веществ корней солодки являются глицирризиновая кислота (ГК), в соответствие с рисунком 1, и её основной метаболит -глицирретовая кислота (ГЛК), в соответствие с рисунком 2, которая имеет структуру сходную со строением глюкокортикоидных гормонов.
Рис. 1. Глицирризиновая кислота
Рис. 2. Глицирретовая кислота
Суммарный неочищенный гликозид, который кроме ГК и ГЛК содержит гликозиды других тритерпенойдов, обозначают термином «глицирризин». ГК находится в солодке в виде солей натрия, кальция и магния. Содержание ГК в исходном сырье достигает 25%, в то время как на долю фенольных соединений приходится 3-5%. Флавоноиды — фенольные соединения, представленные разнообразными структурами, такими как флаваноны, халконы, изофлаваны, изофлавены, флавоны и изофлавоны. Одним из представителей изофлавенов, представленных в солодке голой, является глабрен, изображенный на рисунке 3 [9]. Ликофлавон — флавон, содержащийся в корне солодки, изображен на рисунке 4.
Рис. 3. Глабрен Рис. 4. Ликофлавон
Изофлавоны, представленные в корне солодки глицирризофлавоном, и халконы, представленные изоликвиритином, изображены на рисунках 5 и 6 соответственно.
Рис. 5. Глицирризофлавон
Рис. 6. Изоликвиритин
Все используемые в промышленности виды солодки имеют общий качественный состав флавоноидов и отличается только количественным соотношением отдельных компонентов [13]. Между тем, в связи с наиболее выраженными фармакологическими эффектами, наибольший интерес среди них представляют ликвиритигенин (ЛГ) и глабридин (ГБ), изображенные на рисунках 7 и 8.
Рис. 7. Ликвиритигенин
Рис. 8. Глабридин
Биологические эффекты солодки голой на организм
Разнообразные биологически активные соединения, содержащиеся в корнях солодки, обуславливают фармакологические эффекты препаратов на ее основе [9].
Результаты исследований показывают, что такие компоненты солодки, как глицирризин, ЛГ и ГБ, обладают противовоспалительными, противовирусными, антибактериальными, противораковыми, иммуностимулирующими, противоязвенными, гепатопротекторными и антиоксидантными свойствами. Кроме того, препараты солодки голой могут применяться при лечении заболеваний сердца, рака, астмы и диабета [14].
Влияние солодки голой на иммунную систему
Повышение устойчивости патогенных микроорганизмов к антибиотикам привело к поиску дополнительных средств и методов лечения заболеваний. Результаты исследований последних лет показали, что как водный, так и этаноловой экстракт солодки голой оказывают значительное влияние на ингибирование активности грамположительных и грамотрицательных бактерий, таких как Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Bacillus subtilis и резистентные к метициллину штаммы Staphylococcus aureus.
Данные исследований демонстрируют наличие антимикробной активности 18Р-ГЛК в отношении резистентных к метициллину штаммов Staphylococcus aureus. Дозо-зависимое ингибирующее действие 18Р-ГЛК на рост микроорганизмов показано в тестах in vitro (максимальная концентрация 62,5 мкг/мл, минимальная концентрация 15,625 мкг/мл) и уменьшение размера зоны абсцесса на 39,97%±5,53% тестах in vivo (600 г, мыши, наружная аппликация на зараженный участок в течение 3 -7 дней) [17].
Как глицерризин, так и флавоноиды (ЛГ и ГБ) обладают выраженным антимикробным действием. ГК и 18Р-ГЛК проявляют бактерицидную активность, влияя на систему регуляции синтеза фактора вирулентности SaeR (S. aureus exoprotein expression). Таким образом, они подавляют экспрессию гена HLA, кодирующего синтез а-токсина гемолизина [18]. Халконы имеют аналогичный механизм действия и эффективны как в отношении штаммов Staphylococcus aureus чувствительных к метициллину, так и в отношении резистентных к метициллину штаммов Staphylococcus aureus [19].
Исследования in vivo влияния глицирризина (10,0 мг/кг, в/б, 2 раза в сутки) на Pseudomonas aeruginosa демонстрируют 100% выживание зараженных особей на фоне 100% летального исхода контрольной группы [20].
Антибактериальные свойства позволяют использовать экстракт солодки голой для лечения зубного кариеса, периодонтита, язвенной болезни желудка и туберкулеза [21, 22, 23].
Противовирусная активность глицирризина обусловлена подавлением репродукции вируса за счет стимуляции продукции гамма-интереферона, повышения фагоцитоза и увеличения активности нормальных киллеров. Эти свойства указывают на иммуностимулирующий эффект экстракта солодки голой [24, 25, 26, 27, 28]. Посредством иммуномодулирующей активности, глицирризин ингибирует рост вируса гепатита [29], цитомегаловируса человека [30], вируса простого герпеса [31], вируса гриппа [28,32], ВИЧ [33, 34], коронавируса [25], и Candida albicans [35, 36].
По мнению некоторых исследователей, противовирусная активность может быть связана с подавлением фермента нейроаминидазы, который участвует в процессе проникновения вируса через секреты слизистых [14, 37].
Данные литературы свидетельствуют о том, что такие флавоноиды как ликохалкон А и ГБ также проявляют противогрибковую активность на Candida albicans. Ликохалкон А (0,2 мкг/мл) ингибирует образование биопленки на 35-60%. Основной механизм ингибирующего действия направлен на предотвращение перехода из дрожжевой в мицелиальную (гифальную) форму у Candida albicans [20].
Многие исследования доказывают, что экстракт солодки голой обладает противовоспалительным эффектом. Данные исследований показывают, что противовоспалительное действие экстракта солодки голой основывается на блокировке экспрессии широкого спектра провоспалительных медиаторов и провоспалительные цитокины HMGB1 (high-mobility group protein B1) [38, 39, 40, 41].
Доказано, что производные ГК проявляют свойства антагонистов Щ-гистаминовых рецепторов, которые участвуют в патогенезе таких заболеваний, как псориаз, аллергический дерматоз, крапивница, экзема и бронхиальная астма [42].
Влияние солодки голой на легочную систему
Результаты многочисленных исследований демонстрируют высокую эффективность применения экстракта солодки голой для подавления кашля [43]. В исследованиях на морских свинках с кашлем, индуцированным лимонной кислотой, введение экстракта солодки голой (50,0 мг/кг, п/о) выявлено противокашлевое действие экстракта солодки голой с эффективностью до 81%.
Существуют убедительные доказательства, что хроническое введение глицирризина (10,0 мг/кг, 7 дней, п/о) оказывает благотворное влияние на долгосрочные гистопатологические изменения дыхательных путей у мышей на модели хронической астмы, вызванной овальбумином [44]. Кроме того, ГК подавляет IL-4, IL-5, IL-13, и ингибирует как привлечение эозинофилов, так и перепроизводство слизи у мышей, получавших овальбумин [45]. Исследования показывают, что данные соединение уменьшают воспаление и гиперактивность дыхательных путей и увеличивают экспрессию CD4 +, CD25 + и Foxp3 + регуляторных Т-клеток. Аналогично, другие исследования демонстрируют, что ликохалкон А подавляет IL-4, IL-5 и IL-13 у мышей, получавших овальбумин, а также снижает уровни IgE и IgG [46].
Результаты исследований флавоноидов солодки голой, включая ЛГ и изоликвиритигенин, подтверждают ингибирующее действие на секрецию эотаксина-1, ключевого хемокина, участвующего в миграции эозинофилов в легкие при астме [46].
Таким образом, благодаря своим противовоспалительным эффектам, эти флавоноиды, по-видимому, имеют потенциальное применение при лечении астмы [47]. Кроме того, флавоноиды солодки (ликвиритин, ликвиритин апиозид и ЛГ в дозах 3,0, 10,0 и 30,0 мг/кг, соответственно, п/о) значительно уменьшают, вызванное липополисахаридами, воспаление легких, подавляя инфильтрацию воспалительных клеток, окислительный стресс и экспрессию провоспалительных медиаторов в легких [48].
Гистопатологические, биохимические и молекулярные исследования подтверждают, что введение ГК (50,0 и 100,0 мг/кг, п/о) защищает эпителий легкого крыс от токсичного воздействия бензо(а)пирена. Было обнаружено, что усиливая активность двух внутриклеточных ферментов, а именно растворимой эпоксидгидролазы и тиоредоксинредуктазы, ГК может обратить супрессию NF-kB [49].
По данным исследований, ликвиритин оказывает противовоспалительное действие у мышей с моделью хронической обструктивной болезни легких. Ликвиритин (3,0, 10,0 и 30,0 мг/кг, п/о) дозо-зависимо подавляет цитотоксичность, вызванную экстрактом сигаретного дыма, за счет снижения трансформирующего ростового фактора в и экспрессии мРНК TNF-a (tumor necrosis factor а), повышения уровня глутатиона и предотвращения апоптоза аденокарциномических альвеолярных базальных эпителиальных клеток человека II типа (A549) [50]. В исследованиях in vitro обнаружено, что флавоноиды солодки голой, а также ингибируют секрецию и выработку муцина и экспрессию генов эпителиальными клетками дыхательных путей [51].
Клинические исследования свидетельствуют об эффективности экстракта солодки голой против боли в горле после инкубации [52]. Результаты данных исследованиях показали, что полоскание раствором солодки (0,5 г на 200 мл воды) в течение минуты
значительно уменьшает боль в горле у пациентов, поступивших в послеоперационное отделение [53].
Гепатопротекторное действие солодки голой
Противовирусная активность, антитоксические свойства препаратов на основе солодки позволяют применять их для лечения таких серьезных заболевании, как гепатит В и С [54, 55].
Исследования защитных свойств флавоноидов солодки голой, таких как ЛГ и ГБ, в отношении гепатотоксичности, вызванной тетрахлорметаном, показало снижение содержания ферментов транаминаз в крови и печени [56].
Обнаружено, что фермент группы трансаминаз, аспартатаминотрансфераза (АсАт) может быть причиной лизиса клеток (мембран) после активации фосфолипазы А2 в реакции антиген-антитело [57]. Данные исследований показывают, что добавление глицирризина в данную систему снижают продукцию АсАт гепатоцитами. И как следствие, предположительно ингибирует активацию фосфолипида А2 [58, 59].
Исследования in vitro показали дозо-зависимое влияние глицирризина на восстановление проницаемости мембраны гепацитов. Его минимальный эффект был отмечен при использовании в дозе 25,0 мг/мл, а максимальный — в дозе 200,0 мг/мл [60].
Обнаружено, что гепатопротекторные свойства также связаны с антиоксидантной активностью компонентов солодки. ГК ингибирует образование супероксидного радикала и перекиси водорода, а также подавляет синтез тромбоксана В. В свою очередь, ГБ связывается с липидами низкой плотности, чем затрудняет процесс их окисления [14,24].
Изоликвиритигенин также проявляет антиоксидантную активность и уменьшает окислительный стресс в эксперименте на мышах, содержащихся на диете с высоким содержанием жиров. Изоликвиритигенин защищает клетки от токсичного воздействия арахидоновой кислоты с железом, которые производят активные формы кислорода и являются причиной митохондриальной дисфункции [61].
Показано, что экстракт солодки голой усиливает антиоксидантную активность ферментов и общий уровень продукции небелковых тиолов в крови, принимающих участие в утилизации перекиси водорода [56].
Онкопротекторные свойства солодки голой
Данные многочисленных исследований демонстрируют, что экстракт солодки голой проявляет онкопротекторных свойства при раке молочной железы [62] и предстательной железы [63].
Рак молочной железы часто распространяется на кости. Взаимодействие между метастазами в кости и микроокружением увеличивает как опухолевую нагрузку, так и разрушение кости. Следовательно, торможение в любой точке этого замкнутого циклического взаимодействия может уменьшить злокачественные остеолитические поражения у пациентов с запущенным раком молочной железы [64].
Результаты демонстрируют протекторное действие экстракта солодки голой против разрушения кости, вызванного раком молочной железы [65]. Показано, что экстракт солодки
голой снижает жизнеспособность клеток рака молочной железы, блокируя, инициированную раковыми клетками, экспрессию рецепторного активатора лиганда КР-кВ (ЯАККЬ) в остеобластах, а также экспрессию мРНК и белка циклооксигеназы-2 в клетках остеобластов [66]. Показано, что экстракт солодки голой ингибирует RANKL-индуцированный остеокластогенез в макрофагах, полученных из костного мозга.
Показано, что ликохалкон А и изоликвиритигенин заметно подавляют индуцированное RANKL образование остеокластов в макрофагах, полученных из костного мозга[67].
Данные подтверждают, что пероральное введенное экстракта солодки голой существенно блокирует рост опухоли и разрушение кости у мышей, привитых клетками рака молочной железы в области большеберцовой кости [65].
Гормональные эффекты солодки голой
Показано, что ГК и ГЛК имеют структуры схожие со стероидными гормонами (глюко- и минералокортикоидами), в соответствие с рисунком 9. Данные кислоты имеют более низкую аффиность к рецепторам стероидных гормонов, чем соответствующие гормоны. Многочисленные исследования показали, что механизм влияния ГК и ГЛК на метаболизм стероидных гормонов основан на их способности ингибировать 11а-гидроксистероиддегидрогеназу. Данный фермент инактивирует кортикостерон и кортизол путем окисления С11 гидроксильной группы до кетогруппы и образования дегидрокортикостерона и кортизона. Результаты исследований позволяют сделать вывод, что ГК играет важную роль в модификации метаболизма кортикостероидов, в том числе может усиливать и пролонгировать их действие [13].
В других исследованиях отвар солодки голой с пионом подавлял синтез и секрецию пролактина, как в моделях гиперпролактинемии in vitro, так и in vivo, и это приводило к снижению уровня прогестерона в сыворотке до уровня контроля [68].
Влияние солодки голой на ЦНС
В настоящее время многочисленные исследования направлены на изучение влияния компонентов солодки голой на мозг человека [14]. Так, показано, что экстракт солодки голой стимулирует рост нервных дендритов гиппокампа [69], оказывает противосудорожное действие [8, 70], проявляет антиоксидантную активность [8], ингибируя процессы свободнорадикального окисления липидов, влияет на функциональную активность нейромедиаторных систем, а также оказывает положительное влияние на и процессы обучения и памяти [71].
Холинергическая система. Роль ацетилхолина в процессах обучения и функциях памяти
Холинергическая система головного мозга является ключевой нейромедиаторной системой в механизмах обучения и памяти [72]. Основным ее нейромедиатором является ацетилхолин (АХ). В мозге человека существуют два основных класса ацетилхолиновых рецепторов, а именно, мускариновые (М-ХР) и никотиновые рецепторы (Н-ХР), у которых встречается несколько подтипов [73].
Данные фармакологических исследований демонстрируют, что блокирование М-ХР скополамином нарушает процесс формирования следа памяти и его последующее воспроизведение, а также, ухудшает процессы ассоциативной памяти [3]. С другой стороны, препараты, активирующие Н-ХР, улучшают когнитивные процессы [74, 75, 76, 77, 78, 79].
Таким образом, данные исследований четко указывают на то, что как М-ХР, так и Н-ХР участвуют в процессах обучения и памяти [77].
Локальные инфузии холинергических антагонистов в специфические анатомические структуры головного мозга демонстрируют важность разных подтипов холинергических рецепторов в механизмах памяти [80, 81]. Локальные инфузии скополамина в парагиппокампальные структуры демонстрируют роль холинергических рецепторов в этих структурах для когнитивных процессов [82, 83]. По данным исследований, проводимых для локализации холинергических функций, животные подвергались воздействию одного или нескольких стимулов- образцов во время кодирования, и впоследствии тестировалась их задержка при узнавании стимула-образца и отказа от других стимулов, которые не были представлены во время фазы выборки [84, 85]. Результаты данных исследований показали, что локальный ввод скопаламина в периринальную кору у обезьян нарушают процессы запоминания, тогда как при введение его в зубчатую извилину или инферотемпоральную кору этих нарушений не наблюдается. Инфузия скополамина в периринальную кору у крыс нарушает распознавание объекта, но не ухудшают пространственную ориентацию [86]. Локальное применение холинергических антагонистов в других областях, также, вызывает избирательное нарушение. Аппликация скополамина в гиппокамп ухудшает пространственное кодирование и ввод в медиальную перегородку нарушают пространственное обучение, уменьшая выделение ацетилхолина в гиппокамп. Инфузия скополамина в область СА3 вызывают селективные нарушения памяти, но не влияет на поиск в лабиринте Хебба-Уильямса [76, 87, 88].
Исследования анатомической локализации позволяют связать поведенческие эффекты с конкретными клеточными эффектами ацетилхолина, описанными с использованием методов внутриклеточной регистрации в препаратах среза. Вычислительные модели демонстрируют, как клеточные механизмы этих эффектов могут улучшить кодирование памяти [76]. Ацетилхолин может усиливать кодирования путем увеличения силы афферентного ввода относительно обратной связи, внося вклад в ритм тета-колебаний, активируя внутренние механизмы для стойкого пика и увеличивая модификацию синапсов [88, 89, 90]. Эти эффекты могут усилить различные типы кодирования в разных кортикальных структурах. В частности, эффекты в энторинальной и периархинальной коре и гиппокампе могут быть важны для кодирования новых эпизодических воспоминаний [76,
91].
Влияние экстракта солодки голой на холинергическую систему и функции памяти
Недекларативная, семантическая и проспективная память остаются достаточно стабильными на протяжении всей жизни, в то время как снижение рабочей и эпизодической памяти часто происходит с возрастом или при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.
Гиппокамп играет важную роль в пространственной навигации и функциях памяти [92], поэтому многочисленные эксперименты направлены на изучение физиологии изменений активности в синаптических связях в гиппокампе [93, 94].
Экспериментально установлено, что водный экстракт корня солодки голой стимулирует рост нервных дендритов гиппокампа. При перооральном введении водного экстракта солодки голой месячным крысам-альбиносам Wistar (150,0 мг/кг и 225,0 мг/кг, п.о.) обнаружено усиление дендритной арборизации и дендритных пересечений вдоль длины как апикальных, так и базальных дендритов в пирамидальных нейронах гиппокампа (САз) относительно контроля [95].
Ряд исследований показывает, что лечение ЛГ ингибирует астроцитоз в гиппокампе может ингибировать его активность в отношении N0^-2, важного молекулярного регулятора пролиферации и дифференцировки нейронов. Эти данные подтверждают положительную активность ЛГ на модели БА у мышей [73]. Кроме того, были изучены нейропротективные свойства ЛГ, посредством оценки стимулирующих эффектов на обучение и нарушения памяти в условиях модели скополаминовой амнезии (0,5 мг/кг, в/б). Для изучения стимулирующих эффектов на процессы обучения и памяти для оценки показателей пространственного обучения была использована установка Y-образный лабиринт, а для непространственного обучения — тест на условную реакцию пассивного избегания (УРПИ). По результатам исследований однократное введение ЛГ значительно улучшало когнитивные нарушения, вызванные скополамином, в данных поведенческих тестах [96].
Было исследовано влияние ГБ (1,0, 2,0 и 4,0 мг/кг, п/о), совместно с ноотропным препаратом- пирацетамом (400,0 мг/кг, в/б), на когнитивные функции и активность АХЭ у мышей. Результаты показали, что более высокие дозы (2,0 и 4,0 мг/кг, п/о) ГБ и пирацетама значительно антагонизировали амнезию, вызванную скополамином (0,5 мг/ кг,в/б) как в тесте приподнятый крестообразный лабиринт, так и в УРПИ. Кроме того, ГБ (2,0 и 4,0 мг/кг,
п/о) с метрифонатом (хлорофосом) (50,0 мг/кг, в/б), используемым в качестве стандартного инсектицида и необратимо ингибирующего АХЭ, как было отмечено, оба уменьшали активность АХЭ головного мозга у мышей по сравнению с контрольной группой.
Таким образом, ГБ представляется перспективным средством для разработки препаратов для улучшения памяти [97].
Принимая во внимания роль воспалительных и окислительных процессов в прогрессирование нейродегенеративных расстройств, улучшение функции памяти и обучения могут быть, также, связаны с противовоспалительными и антиоксидантными свойствами препаратов солодки голой [8, 98].
Свободные радикалы участвуют в развитии дефицита памяти при БA [99]. Продукты окислительного обмена обладают нейротоксичными свойствами и вызывают прогрессирование нейродегенеративных расстройств [100].
Данные литературы указывают на то, что производные глицирризина дозо-зависимо стимулируют активность протеинкиназы А (РКА) [101]. РКА играет важную роль в трансдукции сигнала, участвующего в функции клетки, путем ферментного фосфолирирования специфических полипептидов [102]. Стимулирование фосфорилирования киназой может быть связано с биохимическими и молекулярными механизмами действия глицирризина. Исследования показали, что дефицит памяти, индуцированный ингибированием РКА, может быть связан с измененной передачей в холинергической системе [103, 104].
Таким образом, введение глицирризина стимулирует РКА, что приводит к увеличению синтеза и высвобождения ацетилхолина и как следствие, улучшению памяти [8].
Одно из перспективных направлений — изучение возможности использования препаратов на основе солодки для комплексной терапии для пациентов с заболеваниями, такими как сахарный диабет [105]. При сахарном диабете могут происходить когнитивные нарушения. По данным исследования влияния ГБ (5,0, 25,0 и 50,0 мг/кг, п/о) на когнитивные функции крыс с стрептозотоциновой моделью диабета, были получены результаты о предотвращении пагубных последствий диабета на обучение и память у крыс [106]. Результаты одного из исследований представлены на выборке трех групп крыс: ГБ (5,0, 25,0 и 50,0 мг/кг, п/о), контроль диабетические и глабридиновые диабетические (5,0, 25,0 и 50,0 мг/кг, п/о) группы. Результаты, полученные через 30 дней от начала эксперимента, показали, что пероральное введение ГБ (25,0 и 50,0 мг/кг, п/о) не только оказало положительное влияние на процессы обучения и функции памяти у недиабетических крыс, но и позволило устранить проблемы с памятью и дефицит памяти у диабетических крыс [107].
В ряде исследований влияния изоликвиритигенина на когнитивную дисфункцию, вызванную диабетом, оценивали способность к обучению и функции памяти, индекс резистентности к инсулину, а также оценивались цитокины воспаления мозга (1Ь-1р, ТКР-а). Результаты показали, что введение изоликвиритигенина (30, 60 мг / кг, п/о) крысам с воспалением головного мозга и резистентностью к инсулину может значительно облегчить когнитивные нарушения и ослабить периферическую резистентность к инсулину, а также снизить уровни ГЬ-1р, TNF-a [108].
Влияние на ГАМКергическую систему головного мозга
Показано, что соединения, входящие в состав экстракта солодки голой, оказывают положительное влияние на аллостерическую модуляцию ГАМКА-бензодиазепиновых рецепторов [109]. Кроме того, ГБ может усиливать ГАМК-рецепторную функцию в работе нейронов дорсального ядра шва среднего мозга [110].
Влияние на дофаминергическую систему головного мозга
Данные исследований демонстрируют, что изоликвиритигенин может подавлять, индуцированную кокаином, гиперлокомоцию у крыс за счет снижения уровня дофамина в головном мозге, и показывают, что в ответ на введение изоликвиритигенина происходит экспрессия ряда специальных белков. Воздействие кокаина вызывает молекулярные изменения в отдельных нейронах и изменяет функцию нервной системы. Следовательно, чувствительные к изоликвиритигенину белки могут играть важную роль в защитном механизме против кокаина [111].
Влияние на глутаматергическую систему головного мозга
По данным ряда исследований ГК селективно ингибирует, связанный с рецептором N -метил-Б-аспартат (NMDA), регуляторный канал поступления Ca+ 2 и субъединиц NF-kB в культурах нейронов. Поэтому, было выдвинуто предположение о существовании корреляции между нейропротекторными эффектами ГК и ингибирующими эффектами на активацию NF-кВ [112].
Существуют данные подтверждающие, что карбеноксолон, производное ГЛК, дозо-зависимо ингибировал вызванные NMDA сигналы. Соответственно, можно предположить, что данное соединение является антагонистом NMDA-рецепторов, которые нарушают индукцию долгосрочного потенцирования. Карбеноксолон, также обладает противосудорожной активностью у мышей, однако, это ухудшает способность к обучению крыс в лабиринте Морриса [113, 114]. ГК и ликвиритин могут защищать дифференцированные клетки феохромоцитомы крысы PC 12 от токсического воздействия глутамата, о чем свидетельствует повышение жизнеспособности клеток. Известно, что оба соединения ослабляют вызванные глутаматом апоптотические изменения, в том числе митохондриальную функцию и экспрессию белков, связанных с апоптозом [115]. Более того, хотя ликвиритин может также активировать протеинкиназы В, такие как серин/треониновая протеинкиназа и гликогенсинтазакиназа 3р, оба соединения, по-видимому, проявляют нейропротекторные свойства посредством активации киназ, регулируемых внеклеточными сигналами [116].
Четыре активных компонента корня солодки голой, а именно, глицикумарин, изоликвиритигенин, ликвиритин и ГЛК, проявляют более высокую активность в отношении нейропротекции против вызванной глутаматом гибели нейронов при концентрациях 10 мкМ. При этом изоликвиритигенин, также, является антагонистом рецептора NMDA, который под действием глутамата вызывает увеличение притока Ca2+[117]. Изоликвиритигенин в концентрации 10 мкМ может нивелировать изменения уровней белковых факторов апоптоза,
а именно Bcl-2 и Bax, в нейрональных клетках гиппокампа HT22, вызванные глутаматом, а также подавить высвобождение индуцирующих апоптоз факторов из митохондрий [118]. Следовательно, изоликвиритигенин обладает защитным эффектом против митохондриальной дисфункции, вызванной глутамат-индуцированным окислительным стрессом.
Есть убедительные доказательства, что глицирризин и ГЛК (10-7-10-4M) улучшают вызванную дефицитом тиамина дисфункцию поглощения глутамата в астроцитах, а также, оба соединения могут ингибировать активность протеинкиназы С [119]. Однако, при той же дозе ГЛК показала более сильное действие, чем глицирризин. Было также показано, что глицирризин (10,0 мг/кг, в/б) обладает нейропротекторным эффектом у мышей, которым вводят каиновую кислоту. Глициризин уменьшает гибель нейронов в гиппокампе и ингибирует активацию астроцитов и микроглии в мозге мыши. Кроме того, он подавляет индукцию воспалительных маркеров, таких как циклооксигеназы 2, индуцибельной NO-синтазы и TNF-a. Более того, глицирризин ингибирует NMDA-индуцированную или глутамат-индуцированную гибель клеток нервной системы, а также проявляет антиэксайтотоксические свойства в первичных корковых культурах. Однако, следует отметить, что в зависимости от схемы лечения эффективность глицирризина в качестве нейропротекторного препарата различается [120].
Выводы
Как видно из данных литературы, биологические эффекты солодки голой на организм в целом, и в частности на ЦНС, весьма многообразные и многосторонние.
Анализ данных литературы свидетельствует о том, что препараты на основе солодки голой обладают низкой токсичностью и высокой терапевтической эффективностью. Следовательно, использование препаратов на основе компонентов солодки голой является перспективным направлением в медицинской практике.
Дальнейшие исследования отдельных компонентов солодки голой позволят не только определить ценность отдельных соединений, но и могут стать основой для создания высокоэффективных препаратов для лечения различных заболеваний. Таким образом, дальнейшие изучение биологических эффектов этого растения на организм человека является целесообразным.
Литература
- Гаврилов М.В., Сенченко С.П., Тамирян А.М. и Печенова А.В. Совершенствование способов оценки качества корней и сиропа солодки. Химия растительного сырья. (2009) 4: 147-150.
- Толстиков Г.А., Балтина Л.А., Гранкина В.П.. Солодка: биоразнообразие, химия, применение в медицине. Новосибирск. Акад. изд-во «Гео». 2007.
- Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. Санкт-Петербург. Мир и семья-95. 1995.
- Егоров М.В., Куркин В.А., Запесочная Г.Г. и Быков В.А. Стандартизация корней солодки голой и лекарственного препарата «Солодки экстракт жидкий». Валидация методик качественного анализа сырья и препаратов солодки. Фармация. (2005) 53(1): 9-12.
- Резенкова О.В. Изучение влияния экстракта солодки голой на процессы адаптации организма: автореф.дис. … канд. биол. наук: 03.00.13. Ставрополь. 2003.
- Рыбальченко А.С., Голицын В.П., Комарова Л.Ф. Исследование экстракции солодкового корня. Химия растительного сырья. (2002) 4: 55-59.
- Толстикова Т.Г. Толстиков А.Г., Толстиков Г.А. На пути к низкодозным лекарствам. Вестник РАН. (2007) 77: 867-874.
- Захаренко А.Г. Возможности и перспективы клинического применения отечественного лекарственного средства Эссенциглив. Лечебное дело: научно-практический терапевтический журнал. (2013) 29(1): 9-12.
- Штыря Ю.А. Изучение олигосахаридной специфичности нейраминидазы вируса гриппа :автореф. дис. … канд. биол. наук : защищена 25.03.2009. Москва: ООО «Цифровичок». 2009.
- Захаренко А.Г. Возможности и перспективы клинического применения отечественного лекарственного средства Эссенциглив. Лечебное дело: научно-практический терапевтический журнал. (2013) 29(1): 9-12.
- Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. М.: Высшая школа. 1991.
- Ноздрачев А.Д., Баранникова И.А. Общий курс физиологии человека и животных: В 2 кн. Кн. 1. Физиология нервной, мышечной и сенсорной систем: Учеб.для биол. и мед. спец. Вузов. М.:Высш. шк. 1991.
ТЕКСТ НАУЧНОЙ РАБОТЫ на тему «Противоопухолевая активность флавоноидов»
ОБЗОРЫ И ЛЕКЦИИ
УДК 615.277.3: 615.322:547.9
https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2019-2-181-194
Противоопухолевая активность флавоноидов
Зверев Я.Ф.
Алтайский государственный медицинский университет (АГМУ) Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 40
РЕЗЮМЕ
Обзор литературы посвящен рассмотрению механизмов противоопухолевого действия флавоноидов. Антиканцероматозный эффект флавоноидов обсуждается в контексте их воздействия на основные этапы развития злокачественных опухолевых клеток. При этом подробно рассматривается влияние флавоноидов на активность протеинкиназ, металлопротеиназ, апоптоза, ангиогенеза и клеточного цикла опухолевых клеток.
Ключевые слова: флавоноиды, механизмы противоопухолевого действия.
Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии финансирования при проведении исследования.
Для цитирования: Зверев Я.Ф. Противоопухолевая активность флавоноидов. Бюллетень сибирской медицины. 2019; 18 (2): 181-194. https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2019-2-181-194.
УДК 615.277.3: 615.322:547.9
Флавоноиды — полифенольные соединения, содержащие, как видно из рис. 1, 15 углеродных атомов, образующих два ароматических кольца (А и В), соединенных с помощью трехуглеродно-го мостика (кольцо С).
Рис. 1. Общая структура флавоноидов Fig. 1. General structure of flavonoids
Интерес к применению флавоноидов в качестве перспективных средств для профилактики и лечения различных злокачественных опухолей возник в 1970-1980-х гг. В 1975 г. в экспериментах in vitro было показано, что кверцетин, обильно присутствующий во многих овощах и фруктах и считающийся одним из наиболее перспективных противоопухолевых флавоноидов, проявляет ингибирующее влияние на развитие злокачественных клеток асцита Эрлиха Ь1210 и клеток лейкемии Р-388 [1]. Эти результаты побудили к изучению эффективности флавоноидов на разнообразных моделях злокачественных опухолей у животных.
Рис. 2. Основные подклассы флавоноидов Fig. 2. Main subclasses of flavonoids
Эти соединения, являющиеся вторичными метаболитами, чаще в виде гликозидных форм выявляются во всех частях растений, где они выполняют ряд важных функций, определяя пигментацию, запах, вкус, рост и репродукцию. Флавоноиды участвуют в обеспечении природного иммунитета и резистентности растений к различным патогенным факторам бактериального, грибкового и вирусного происхождения, а также защиты от травоядных и насекомых. Сегодня идентифицировано около 10 000 флавоноидов, основная часть которых делится на шесть подклассов: флавонолы, флавоны, флаван-3-олы (включая проантоцианидины), антоцианидины, флавононы и изофлавоны (рис. 2).
Проведенные эксперименты дали весьма обнадеживающие результаты [2-5]. Что касается кверцетина, у этого полигидроксилированного флавонола впоследствии был выявлен мощный ингибирующий эффект в отношении развития опухолевых клеточных линий рака желудка, толстой кишки, молочной железы, яичников, эпидермиса, печени, поджелудочной железы, карциномы головы и шеи человека. Кроме того, тот же кверцетин ингибировал активность полициклических ароматических углеводородов, вовлеченных в канцерогенез легочной ткани [6-14]. Появились также сведения, согласно которым риск возникновения рака толстой кишки, молочной железы и простаты значительно ниже у жителей азиатских стран в сравнении с европейцами, что прямо коррелирует со значительно большим потреблением овощей, фруктов и чая [9, 14, 15]. Установлено также, что использование диеты, богатой овощами и фруктами, наряду с поддержанием высокой физической активности и адекватной массы тела снижает частоту случаев рака на 30-40% [16], а у вегетарианцев риск возникновения различных типов рака существенно ниже [17]. Как бы там ни было, сегодня имеются достаточно серьезные основания полагать, что многие флавоноиды оказывают протективное действие в отношении развития опухолей органов ротовой полости, желудка, двенадцатиперстной кишки, печени, легких, кожи, яичников, шейки матки, молочной и предстательной желез. При этом благоприятный эффект, кроме кверцетина и других флавонолов, присущ флаван-3-олам, антоцианидинам, изо-флавонам, флаванонам, флавонам и другим по-лифенольным соединениям растительного происхождения [14, 16, 18-25].
Проведенные за последние десятилетия многочисленные исследования, включающие эксперименты in vitro с использованием разнообразных культур опухолевых клеток, опыты ex vivo с моделированием на животных, а также ряд эпидемиологических испытаний дали серьезные основания полагать, что флавоноиды способны ингибировать три этапа развития раковых клеток: инициирование, активирование (промоцию) и распространение. На первых этапах это воздействие включает влияние на оксидативный стресс, инактивацию канцерогенов, ингибирование клеточной пролиферации. На этапе распространения эффективность флавоноидов, по-видимому, состоит в активации апоптоза, ингибировании ангиогенеза и подавлении метастазирования опухоли [9, 16, 20, 23, 26-33].
Влияние флавоноидов на этап инициирования раковых клеток, по-видимому, связано с их известным антиоксидантным действием и обусловлено воздействием на активность детоксицирую-щих ферментов I и II фаз. Показано, что ряд флавоноидов ингибирует действие ферментов I фазы метаболизма системы цитохрома P450, таких как CYP1A1 и CYP1A2, которые активируют канцерогенные свойства ряда ксенобиотиков [20, 23, 25, 34]. Возможно, такой эффект обусловлен взаимодействием с радикалами и способностью отдавать электрон (или атом водорода), что обеспечивает их влияние на клеточные протеины, в том числе и ферменты, генерирующие радикалы, такие как изоформы цитохрома P450 [25]. Относительно ферментов II фазы метаболизма флаво-ноиды проявляют принципиально иное действие. Хорошо известно, что ферменты II фазы детокси-цируют электрофильные экзогенные карциногены посредством глюкуронизации, сульфатирования, метилирования, ацетилирования, конъюгации с глутатионом, в результате чего образуются гидрофильные соединения, легко экскретируемые с желчью и мочой. Так, на моделях клеточных культур показано, что генистеин стимулирует активность детоксицирующих и антиоксидантных ферментов II фазы посредством индукции сигнальных путей протеинкиназы ERK1/2 и проте-инкиназы C (PKC). Это обусловливает активацию фактора транскрипции Nrf2 и через связывание с последовательностью ARE в промотерном регионе генов обеспечивает экспрессию детоксицирую-щих ферментов, а также защиту от карциногенов [28, 35-38]. В клинике было зафиксировано, что при потреблении мужчинами с высокой степенью интраэпителиальной неоплазии предстательной железы флаван-3-олов, содержащихся в чае, развивается превентивный эффект, заключающийся в ингибировании конверсии неоплазии в рак [39]. Здесь следует отметить и давнюю точку зрения о том, что полифенольные соединения могут образовывать нетоксические хиноидные соединения, которые сами по себе являются субстратом для детоксицирующих ферментов II фазы метаболизма и, таким образом, индуцируют общее повышение защиты организма от токсических ксенобиотиков [40].
Важнейшую роль в механизме противоопухолевого действия флавоноидов играет их способность угнетать процесс пролиферации злокачественных клеток. По-видимому, это в значительной степени обусловлено ингибирую-щим влиянием данных полифенолов на цепь биохимических событий, связанных с клеточным ростом [9]. Так, еще в ранних исследованиях было показано, что кверцетин подавлял аэробный гликолиз в опухолевых клетках, а также инги-бировал белковый синтез в клеточных культурах ряда опухолей и повышал в этих клетках уровень циклического аденозинмонофосфата (АМФ) [1, 41, 42]. В этом контексте отметим роль активируемой 5’АМФ протеинкиназы АМФК (AMPK), контролирующей энергетический баланс клетки. Блокируя синтез жирных кислот и ускоряя их окисление, АМФК регулирует клеточный цикл и пролиферацию клеток. Активация АМФК подавляет развитие в первую очередь раковых клеток, что сочетается со стимулированием их апоптоза. Неудивительно поэтому, что применение флаво-на кризина, активируя АМФК, обеспечивало ин-гибирование роста клеток рака легкого и индуцировало их апоптоз [43]. Недавно было высказано предположение, что антипролиферативный эффект флавона гесперетина в отношении клеток рака молочной железы обусловлен подавлением поглощения глюкозы [44]. Подобный эффект был позднее выявлен у флавонола кемпферола [45].
Однако сегодня большинство авторов полагают, что в основе антипролиферативного действия флавоноидов, как и замедления клеточного цикла, лежит ингибирующее воздействие на процессы внутриклеточной трансдукции в опухолевых клетках. Причем особое значение придается угнетению активности серин/треониновых и тирозиновых протеинкиназ [9]. Особо цитируемые авторы отмечают роль PKC, тирозинкиназы эпидермального фактора роста (EGFR) и киназы фокальной адгезии (FAK). Оказалось, что увеличение экспрессии протеинкиназ характерно для опухолевых клеток, а развитие ряда опухолей сопровождается повышенной активностью этих ферментов. В экспериментах in vitro способность ингибировать активность отмеченных протеин-киназ установлена для кверцетина, лютеолина, бутеина, генистеина [46-54]. В последнее время появились сведения о важной роли сигнального пути Wnt, участвующем в контроле за клеточной дифференцировкой, пролиферацией и клеточной подвижностью, которую клетки приобретают в процессе эпителиально-мезенхимального перехода и которая необходима для реализации инвазии и метастазирования. Нарушение регуляции, активация или мутационные изменения этого пути способствуют развитию меланомы, рака прямой кишки, гепатоцеллюлярной карциномы, желудочной карциномы, глиобластомы, лейкемии, рака молочной железы [55-58]. Появились сведения, согласно которым антипролиферативная активность флавоноидов может быть связана с их способностью ингибировать этот путь на разных уровнях. По крайней мере, гликозилированная форма кверцетина изокверцетин, а также гени-стеин, изорамнетин и эпигаллокатехина-галлат (EGCG) прямо угнетали ядерную транслокацию белка ß-катенина, важного модулятора Wnt-пути, обеспечивая существенный антипролиферативный эффект в отношении опухолевых клеток [59-63].
Значительное число исследований, посвященных противоопухолевому действию флавонои-дов, касается их влияния на апоптоз. Известно, что активация апоптоза является одним из важнейших путей, посредством которых противоопухолевые препараты подавляют рост раковых клеток. Апоптоз, как комплексный запрограммированный процесс, включает рецептор-зависимый (внешний) и митохондриальный (внутренний) сигнальный пути. Рецептор-зависимый путь обеспечивается активацией лигандами и трансмембранными рецепторами смерти, которые через стимуляцию внутриклеточных адаптерных белков обусловливают активацию инициаторных каспаз, формируя сигнальный комплекс DISC. Митохон-дриальный путь реализуется через действие таких проапоптозных факторов, как Bax, Bak, Bak/Mtd. Эти факторы повышают проницаемость наружных мембран митохондрий, обеспечивая выход из межмембранного пространства в цитоплазму растворимых белков цитохрома С, прокаспаз, AIF. Оба пути, которые на определенном этапе, как правило, перекрещиваются, приводят к активированию эффекторных каспаз инициаторными, что обусловливает формирование апоптозных телец. Важную роль в процессе регулирования апоптоза, кроме упомянутых выше проапоптоз-ных факторов, играют антиапоптозные факторы Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w и другие, а также фактор транскрипции p53, наиболее известный супрес-сор опухолей, выполняющий функцию сенсора повреждения ДНК. При необходимости этот ген останавливает клеточный цикл и индуцирует репарацию. Если же повреждение ДНК необратимо -направляет клетку по пути апоптоза [64].
Исследования последних десятилетий убедительно показывают, что целый ряд пищевых флавоноидов способен индуцировать апоптоз на различных моделях канцерогенеза [19, 21, 65-67]. При этом именно с индукцией апоптоза связывают выявленную в последние годы противораковую активность кверцетина, лютеолина, генистеина, дайдзеина, апигенина, EGCG, бай-калеина, нарингенина, гесперетина, кемпферола, мирицетина, галангина, изорамнетина, тангере-тина [14, 68-80]. Следует отметить, что стимуляция апоптоза способствует решению одной из ключевых проблем лечения злокачественных опухолей — резистентности опухолевых клеток к действию цитостатических агентов. И в этом контексте флавоноиды, многие из которых активируют апоптоз, могут вносить существенный вклад в консервативное лечение злокачественных новообразований. К сожалению, несмотря на то, что наши знания, касающиеся сигнальных путей развития апоптоза, за последние годы существенно расширились, многое в механизме действия фла-воноидов остается не до конца понятным.
Не вдаваясь в детали механизмов апоптоза и его регуляции, отметим, что, по всей видимости, пути, с помощью которых флавоноиды инициируют этот процесс в различных клеточных культурах и на разнообразных моделях, существенно различаются. Так, получены сведения, согласно которым флавоноиды способны: 1) наряду с ка-спазами и проапоптозными белками активировать лиганды и рецепторы смерти; 2) подавлять экспрессию антиапоптозных белков в результате негативной регуляции активности транскрипционного фактора NF-kB и многих других внутриклеточных путей трансдукции; 3) фосфорилиро-вать и стабилизировать белок p53; 4) объединять несколько из перечисленных механизмов. Например, EGCG ингибировал клеточную пролиферацию и индуцировал апоптоз в различных типах опухолевых клеток, угнетая активацию рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR) и подавляя экспрессию ингибитора апоптоза сур-вивина, что, вероятно, было связано со стимуляцией активности белка p53. Кроме того, EGCG увеличивал экспрессию проапоптозного белка Bax, повышал известное соотношение про- и ан-тиапоптозного белков Bax/Bcl-2 с последующей активацией каспаз. Таким образом, этот катехин сдвигал баланс про- и антиапоптозных протеинов в сторону индукции апоптоза [64, 81-87]. Подобное действие было обнаружено у флаванонов нарингенина, тангеретина и гесперетина [88-91], флавонов апигенина и лютеолина [92-95], фла-вонолов кверцетина, кемпферола и мирицитина [95-100], изофлавонов дайдзеина и генистеина [71, 77].
Как выяснилось, индукция апоптоза может быть обусловлена подавлением полифункционального транскрипционного фактора NF-kB, кодируемого геном REL, который активируется антиапоптозными сигналами, передаваемыми с рецепторов смерти TRAF-1 и TRAF-2 по Р13К-пу-ти. Активируя экспрессию антиапоптозных генов семейств Bcl-2 и IAP, NF-kB обусловливает такие аспекты канцерогенеза, как бесконтрольная пролиферация, предотвращение апоптоза, опухолевый ангиогенез и метастазирование [64, 101]. В экспериментах на культурах клеток опухоли толстой кишки и рака предстательной железы человека антоцианидин делфинидин индуцировал апоптоз и обеспечивал задержку клеточного цикла [102, 103]. Способность подавлять активность фактора NF-kB выявлена и у других флавонои-дов, включая флаваноны нарингенин и геспере-тин, флавон лютеолин, изофлавон генистеин [14, 90, 104, 105].
Хорошо известно, что степень инвазивного роста и метастазирования в значительной мере определяет опасность развития опухолевых заболеваний. Эти процессы обеспечиваются способностью опухолевых клеток расщеплять компоненты внеклеточного матрикса, включающего базальную мембрану и межтканевую строму, состоящую из различных структурных белков. В свое время возможность антиинвазивного действия связывалась с предполагаемым прямым влиянием флавоноидов на структурные элементы внеклеточного матрикса [106]. В последние годы
установлено, что ключевую роль в функционировании внеклеточного матрикса играет ряд ма-триксных металлопротеиназ (ММП), протеоли-тических 2п2+-содержащих кальций-зависимых ферментов, способных лизировать компоненты внеклеточного матрикса, индуцируя инвазию опухолевых клеток, и стимулировать неоангио-генез в опухолевой ткани. Установлено, что при злокачественных опухолях предстательной и молочной желез, яичников, шейки матки, печени, поджелудочной железы, толстого кишечника, легких, гортани, мочевого пузыря, почек продукция некоторых ММП (главным образом ММП-2, ММП-7 и ММП-9) прямо коррелирует с инвазией и метастазированием рака [9, 107, 108].
Исходя из изложенного, ясно, что ингибиро-вание активности ряда ММП является перспективной стратегией в лечении многих опухолевых заболеваний. В этом контексте следует отметить некоторые обнадеживающие результаты применения флавоноидов. Так, показано, что в некоторых типах клеток флавоноиды проявили способность ингибировать биосинтез ММП [109, 110]. Обнаружено, что кверцетин, наряду с лютеоли-ном, уменьшал инвазию некоторых раковых клеток параллельно с подавлением секреции ММП-2 и ММП-9, а также дозозависимо снижал активность прометаллопротеиназы-9 [9, 111]. Подобное действие было выявлено у изофлавона гени-стеина, который in vitro ингибировал активность высоко метастазирующих клеток рака молочной железы параллельно с угнетением активности ММП-9 [112, 113]. Наконец, в прямых экспериментах было обнаружено ингибирующее действие лютеолина, кверцетина и апигенина в отношении активности ММП-2 и ММП-9 [114]. Снижение активности отмеченных металлопротеиназ было выявлено также в условиях применения зеленого чая и фруктовых экстрактов, богатых флавонои-дами [115-117].
Относительно механизмов угнетения матрикс-ных металлопротеиназ под влиянием флавонои-дов исчерпывающих сведений не существует. Не исключено, что данный эффект обусловлен уже отмечавшимся антитирозинкиназным влиянием флавоноидов. Так, на клеточной культуре показано, что эпидермальный фактор роста (EGF) активировал секрецию ММП-2 и ММП-9 опухолевыми клетками, а лютеолин и кверцетин подавляли это действие. Исходя из этих результатов, авторами было сделано предположение, согласно которому вещества, угнетающие тирозинкиназу EGFR, могут быть потенциальными ингибиторами метастазирования [9]. Ранее подобная мысль была высказана относительно антиинвазивного действия ингибитора тирозинкиназ изофлаво-на генистеина [118]. А недавно были получены сведения, касающиеся способности флавонола кемпферола одновременно ингибировать инвазию клеток рака молочной железы и активность ММП-9 путем блокирования протеинкиназного сигнального пути PKC/MAPK/AP-1 [80].
Одним из факторов, увеличивающих злокачественный потенциал опухоли и способствующих метастазированию, является опухолевый анги-огенез, несмотря на определенную неполноценность вновь образующихся сосудов. При этом ряд факторов, таких как гипоксия, фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), фактор роста, выделяемый тромбоцитами (PDGF), факторы роста фибробластов (FGF-1, FGF-2), ангиопоэтин-1 (ang-1) и другие, вырабатываемые клетками опухоли, стромы, эндотелия и крови, а также внеклеточным матриксом, способны стимулировать опухолевый ангиогенез. Соответственно, существуют и факторы в виде антиангиогенных молекул, препятствующие формированию опухолевых сосудов. Преобладание ангиогенных факторов над антиангиогенными в значительной степени определяет пролиферацию опухоли и ее метас-тазирование. Причем одним из ключевых моментов ангиогенеза является деструкция базальной мембраны, что обусловливает миграцию эндоте-лиальных клеток, необходимых для процесса не-оваскуляризации [21, 108, 119, 120].
Как выяснилось, противоопухолевая активность ряда флавоноидов может быть обусловлена их ингибирующим воздействием на неоанги-огенез. Антиангиогенный потенциал, например, был обнаружен у EGCG [121]. Флавон апигенин в экспериментах in vitro и in vivo подавлял опухолевый ангиогенез через снижение экспрессии VEGF и индуцирующего гипоксию фактора HIF-1а. В другом исследовании апигенин ингибировал экспрессию VEGF и мРНК эритропоэтина, являющегося типичным индуцируемым гипоксией геном, посредством деградации HIF-1a [122]. Кроме того, было показано, что апигенин значительно ингибировал индуцируемую VEGF/FGF стимуляцию активности металлопротеиназ ММП-1 и МТ1-ММП и активность активатора плазминоге-на PAI-1, а также обеспечивал активацию ингибиторов ММП, что в совокупности обеспечивало угнетение ангиогенеза [109]. В экспериментах in vivo тот же апигенин ингибировал ангиогенез и полностью предупреждал метастазирование опухоли предстательной железы у мышей, что, по-видимому, модулировалось влиянием на сигнальный путь, вовлекающий фосфатидилинози-тольный каскад [123]. Угнетающее ангиогенез действие выявлено и у кверцетина. Давно известно, что этот флавонол нарушает стимулируемую TNF индукцию молекул эндотелиальной клеточной адгезии [9, 124, 125]. Совсем недавно в экспериментах на мышах с раком молочной железы обнаружено, что кверцетин угнетал ангиогенез посредством подавления пути, обеспечиваемого рецепторами VEGFR2 [126]. Убедительные данные в обсуждаемом контексте получены при изучении изофлавонов, в первую очередь генистеина и его метаболитов. Благодаря усилиям греческих исследователей установлено, что генистеин существенно ослабляет ангиогенез [127-129]. Попутно отметим, что этой же группой авторов было продемонстрировано угнетающее ангиогенез действие другого флавоноида лютеолина. Это действие предположительно было обусловлено влиянием на фосфатидилинозитольный каскад и приводило к ингибированию свойственного VEGF эффекта [130]. Возвращаясь к генистеину, отметим, что, как и в вышеприведенных экспериментах с использованием апигенина, ингибирование генистеином опухолевого ангиогенеза, по-видимому, было обусловлено угнетением активности металлопротеиназ и плазминогена, а также повышением активности ингибиторов ММП [109]. Столь выраженный эффект генистеина позволил назвать этот флавоноид «представителем нового класса антиангиогенных соединений» [9]. Касаясь другого изофлавона формононетина, отметим, что в недавних экспериментах in vitro и in vivo было показано, что это полифенольное соединение подавляло опухолевый ангиогенез, ин-гибируя запускаемую FGF-2 активацию FGFR2 и Pl/AKT/mTOR сигнальный путь [131].
Как известно, дисрегуляция клеточного цикла ведет к нарушению роста и развития эукарио-тических клеток, а неконтролируемая пролиферация вносит существенный вклад в их злокачественный фенотип. Раковые клетки развиваются в условиях недостаточного контроля за клеточным циклом, что обусловливает их сверхактивную пролиферацию. Последовательность клеточного цикла включает четко регулируемые фазы G0, G1, S, G2 и M. В постмитотический период (G0/ G1) клетка находится в состоянии покоя. В этот период происходит накопление материала (РНК) с целью подготовки к переходу в фазу синтеза S, когда происходит репликация ДНК. Врементя точка, характеризующаяся моментом необратимого перехода к делению (из фазы G1 к фазе S), называется точкой рестрикции R. Вторая подобная точка выявлена в фазу G2 и предупреждает необходимость перехода фазы G2 в фазу M до тех пор, пока не произойдет восстановление поврежденной ДНК. Во время фазы G2 осуществляются контроль за точностью произошедшей редупликации ДНК с исправлением, возможно, допущенных неточностей, а также накопление энергетических ресурсов для предстоящего митоза. Наконец, в фазу M происходит митоз (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы). Важно отметить, что описываемый процесс находится под жестким генетическим контролем. Регуляторными протеинами клеточного цикла являются циклины (A, B, D, E) и циклинзависимые киназы (Cdk-1, Cdk-2, Cdk-4, Cdk-6), ингибиторы Cdk, такие как p21WAF1, p27KIP1, p73 и другие, а также фосфорилированная ретинобластома pRb. Перечисленные ингибиторы называются опухолевыми супрессорами. Отсутствие их экспрессии или потеря активности проявляются в прогресси-ровании канцерогенеза [64, 132, 133].
Сегодня выяснено, что многие флавоноиды регулируют активность протеинов клеточного цикла, что обусловливает ингибирование пролиферации раковых клеток. При этом обеспечивается воздействие на различные точки этого процесса. Например, показано, что апоптоз сопровождается уменьшением количества клеток, пребывающих в периоде G0/G1, и увеличением числа клеток, находящихся в периоде G2/M, что указывает на задержку клеточного цикла в фазах G2 и M [21, 134].
Обращаясь к действию конкретных флавоно-идов, отметим, что кверцетин вызывал задержку периода G2/M клеток линии сквамозной эзофа-гальной карциномы посредством повышения экспрессии ингибиторов Cdkp73 и p21WAF1, а это приводило к снижению активности циклина B1 [135]. В недавнем исследовании выявлено, что кверцетин задерживал прогрессию клеточного цикла раковых клеток в фазу S, прямо воздействуя на ДНК. Последнее привело к активации апоптоза. Авторы цитируемой работы назвали кверцетин многообещающим кандидатом в терапии рака [136]. При изучении действия другого флавонола — кемпферола выяснилось, что он индуцировал задержку клеточного цикла в фазу G1 в пределах 6 ч и периода G2/M в пределах 12 ч в клетках толстой кишки человека. При этом задержка клеточного цикла наблюдалась на фоне ингибирования как циклинов A, D1 и E, так и циклинзависимых киназ Cdk-2, Cdk-4 и Rb [137]. В экспериментах, проведенных на клетках лейкемии человека, кемпферол активировал точку рестрикции фазы G2, что обусловило не только задержку клеточного цикла, но и активацию фосфорилирования протеина p53 с последующей индукцией митохондриального апоптоза [138]. Сходным образом флавон апигенин повышал скорость апоптоза, индуцируя задержку клеточного цикла в период G2/M в клетках гепатомы. Показано также, что апигенин блокировал пролиферацию клеток лейкемии не только в период G2/M, но и в более ранний период G0/G1 [104, 139]. Задержка клеточного цикла, наблюдавшаяся в клетках лейкемии при использовании другого флавона байкалеина, была обусловлена воздействием на раннюю фазу G1 [140]. Подобным образом флаван-3-ол EGCG наряду с индукцией апоптоза вызывал задержку клеточного цикла клеток анапластической тиреоидной карциномы, угнетая циклин B1 и Cdk-1, одновременно активируя ингибитор Cdk p21 [85]. Флаванон гесперидин вызывал задержку клеточного цикла клеток рака шейки матки, подавляя на клеточном уровне экспрессию циклинов D1 и E1, а также циклинзави-симой киназы Cdk-2 [141]. Существенная задержка клеточного цикла выявлена при изучении ряда изофлавонов. Так, цитотоксичность дайдзеина на различных клеточных линиях наряду с индукцией апоптоза за счет ингибирования экспрессии антиапоптозных протеинов была обусловлена задержкой клеточного цикла в период G2/M [142]. Интересно, что отмеченные в приведенной работе изменения происходили на фоне индуцирования повышенного уровня реактивных форм кислорода. Формононетин подавлял пролиферацию клеток рака легкого человека, индуцируя задержку клеточного цикла в фазе G1. Причем выявленному эффекту сопутствовали изменения протеинов циклина A, циклина D1 и протеина p21. Наряду с этим активировался апоптоз, что было обусловлено повышением фосфорилированного протеина p53 [143]. В другой работе этот же изофлавон проявил активность в виде задержки клеточного цикла в фазе G1 клеток рака предстательной железы, что было обусловлено инактивацией каскада Akt/циклин D1/Cdk-4 [144].
Следует заметить, что в механизмах противоопухолевого действия флавоноидов сохраняется много белых пятен. До сих пор, например, не ясна роль прооксидантного эффекта некоторых флавоноидов в развитии канцерогенеза. Не исключено, что стимулирование образования активных форм кислорода должно усиливать ци-тотоксичность в отношении опухолевых клеток.
Подводя итоги обзора, отметим, что сегодня не вызывает сомнений благоприятное влияние пищевых флавоноидов на организм человека, обусловленное их высокой биологической активностью. В последние десятилетия установлено, что рассмотренными выше видами действия биологическая активность флавоноидов отнюдь не исчерпывается. Кроме хорошо известных антиоксидантного, противовоспалительного и противоопухолевого эффектов следует отметить такие виды активности, как противоишемическая, антигипертензив-ная, противодиабетическая, противомикробная, противовирусная, антитромбогенная, эстрогенная, нейротропная и др. Это косвенно подтверждается огромным количеством эпидемиологических исследований, проведенных в последние годы.
В то же время существует много проблем, препятствующих как целенаправленному клиническому применению флавоноидов, так и созданию на их основе индивидуальных высокоэффективных лекарственных препаратов. Первая из них определяется особенностями фармакокине-тики флавоноидов. Подавляющее большинство выявленных видов фармакологической активности подтверждено в экспериментах in vitro, но достигнуть их адекватной концентрации в организме ввиду особенностей метаболизма удается далеко не всегда. К существенному же повышению дозировки большинство клиницистов относится с оправданной настороженностью по причине возможных и пока не установленных побочных эффектов. Кроме того, механизмы их фармакологического действия, учитывая современные подходы к требованиям доказательной медицины, нуждаются в дальнейшем углубленном комплексном изучении. Тем не менее нам близок оптимистический взгляд на перспективу клинического применения флавоноидов, что, кроме выявленного многообразия биологической активности, обусловлено относительной дешевизной получения лекарственных препаратов и большой распространенностью этих пищевых полифенолов в окружающей нас природе.
Сведения об авторе
Зверев Яков Федорович, д-р мед. наук, профессор, кафедра фармакологии, АМГУ, г. Барнаул.
(*) Зверев Яков Федорович, е-таП: zver@agmu.ru
