2015 год № 1

Резюме:

Ключевые слова:

Summary:

Key words:

Введение

Результатом взаимодействия растений с окружающими факторами является образование ими разнообразных химических веществ. Эти вторичные метаболиты часто являются характерными для конкретных растений и семейств. Так, многие представители семейства Бурачниковые (Boraginaceae), например, из рода Алканна, Арнебия, Воробейник, Оносма, Синяк, образуют нафтохиноны преимущественно в клетках корней [1, 11, 20]. За последние десятилетия из-за выраженных фармакологических свойств возрос интерес к шиконину - биологически активному веществу нафтохиноновой природы, - который является одним из активных компонентов корней Воробейника краснокорневого (Lithospermum erythrorhizon Sieb.). Шиконин и его производные образуются строго регулируемым образом в специфических клетках растущего корня. Образование данных соединений в различных соотношениях меняется в зависимости от внешних условий [16]. Они накапливаются в пробковом слое зрелых корней, что придает корням характерный красный или фиолетовый цвет [11].

Шиконин был впервые выделен в виде ацетата из корней Воробейника краснокорневого японскими химиками Majima и Kuroda в 1922 году. Однако данное ими описание структуры шиконина было неточным. Через несколько лет, в 1936 году, Brockmann выяснил структуру этой молекулы, которая была идентифицирована как 5,8-дигидрокси-1,4-нафтохинон [20].

Корни Воробейника краснокорневого издавна использовали в Восточной Азии и на Дальнем Востоке для окраски шерсти и тканей, и, на сегодняшний день, шиконин сохраняет свою актуальность в качестве красителя [1]. Медицинское его использование восходит ко второму веку, но первое письменное упоминание лечебных свойств можно найти в текстах традиционной китайской медицины от 1596 года по переписке Tsao Kang Mu, который рекомендует использовать корни Воробейника для лечения ожогов, язв, геморроя и кожных ран [20]. Шиконин является главным компонентом "Зикао" - китайского препарата растительного происхождения, представляющего собой высушенные корни воробейника краснокорневого [9, 11]. Исследования, проведенные в течение последних десятилетий, показали, что фармакологические эффекты, связанные с использованием воробейника краснокорневого, имеют научную основу и связаны с фармакологическими эффектами шиконина и его производных: противовоспалительным, ранозаживляющим, антиоксидантным, противомикробным, противогрибковым, противовирусным, противоопухолевым.

Обсуждение

Противовоспалительная активность шиконина изучалась в течение многих лет на моделях воспаления in vivo, а также в опытах in vitro. В литературе представлены результаты исследований многих групп ученых. В своей работе Kyu Yeon Han с коллегами продемонстрировали ингибирующий эффект экстракта Воробейника краснокорневого на липополисахарид-индуцированное образование провоспалительных цитокинов, таких как ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6 в макрофагах. Эти эффекты, по мнению авторов, играют ключевую роль в предотвращении воспалительного процесса и карциногенеза [14]. Работы Chen X. с соавт., Papageorgiou V.P. с соавт. позволяют сделать вывод, что противовоспалительные эффекты шиконина и некоторых его производных могут быть связаны с различными механизмами действия, такими как ингибирование биосинтеза лейкотриенов B4, подавление дегрануляции тучных клеток, угнетение дыхательной цепи в нейтрофилах [8, 20]. По мнению Kourounakis A.P. и соавт., нафтазариновая структура шиконина и его производных обусловливает их антирадикальную активность, что вероятно и обусловливает противовоспалительное действие [12]. Также противовоспалительная активность производных шиконина (β, β-диметилакрилшиконина, изовалерилшиконина и ацетилшиконина) была установлена в исследовании Kundakovic T. и соавторов [13].

Ряд исследований устанавливает наличие у шиконина и его производных антиоксидантного эффекта. Так, Assimopoulou A.N. с соавт. провели ряд экспериментов и установили связь "структура-действие". Все изученные авторами гидроксинафтохиноны показали высокую антирадикальную активность, что позволило сделать вывод о ключевой роли фрагмента нафтохинона для проявления антиоксидантной активности [7].

Некоторые группы ученых доказали наличие у шиконина нейропротекторных свойств. Так, Nam K.N. с сотрудниками на модели стимулированной ишемии у мышей доказали, что шиконин обладает нейрозащитным действием, что может быть связано с его антиоксидантным эффектом [19].

В исследовании, проведенном Yao Xiong с коллегами, изучалось влияние β, β-диметилакрилшиконина (со степенью чистоты не менее 98 %) на клетки MCF-7 карциномы молочной железы. Карцинома молочной железы является наиболее часто диагносцируемым видом рака у женщин во всех этнических группах, и по уровню смертности занимает в Китае 2 место. По результатам проведенного исследования, β,β-диметилакрилшиконин дозозависимо ингибировал пролиферацию клеток MCF-7 карциномы, предположительно, путем стимулирования апоптоза [26]. Следовательно, β, β-диметилакрилшиконин можно назвать перспективным противоопухолевым агентом. Противоопухолевый эффект Воробейника был также продемонстрирован в эксперименте Rajasekar S. и соавт. in vitro на линии клеток меланомы B16F10 мышей, а также in vivo в эксперименте на мышах с имплантированными опухолями: использование экстракта привело к значительному сокращению роста (на 43 %) и веса (на 36 %) опухоли [21]. Таким образом, шиконин и его производные способны влиять на широкий спектр клеточных мишеней, связанных с развитием рака, в связи с чем, являются многообещающими противораковыми агентами.

Многочисленные исследования показали, что шиконин и его производные активны против многих грамположительных бактерий, таких как Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium и Bacillus subtilis, а также в отношении различных видов молочнокислых бактерий. В то же время они неактивны в отношении грамотрицательных бактерий, таких как Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Micrococcus luteus [11, 20]. Однако некоторые работы не отрицают эффективности против Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa [4, 6]. Первоначально считалось, что антибактериальная активность шиконина основана на бактериостатическом эффекте, но исследование Papageorgiou V.P. и соавт. показало, что соединение обладает бактерицидными свойствами. В том же исследовании было высказано предположение, что шиконин может быть перспективным терапевтическим средством против метициллинустойчивого Staphylococcus aureus [11]. В 2002 году Shen C.C. с сотрудниками проанализировали активность шиконина и некоторых его производных против метициллинустойчивого Staphylococcus aureus и ванкомицинустойчивых Enterococcus faecium и Еnterococcus faecalis. В этом исследовании шиконин показал минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) 6,25 мкг/мл против Staphylococcus aureus (как метициллинустойчивого, так и неустойчивого) и 50 и 25 мкг/мл против Enterococcus faecium и Еnterococcus faecalis соответственно [23]. Li и соавт. опубликовали работу, в которой они дали значение МИК 125 мкг/мл против Staphylococcus aureus, но эти авторы не изучали эффект шиконина на метициллинустойчивые штаммы [15]. Видно, что разница в МИК в обоих исследованиях отличается в 20 раз, поэтому есть смысл в проведении дальнейших исследований в данном направлении.

Lindy с коллегами провели исследование, задачей которого были охарактеризовать продукцию нафтохиноновых пигментов в культуре корней Воробейника и проанализировать влияние шиконина и его производных на штаммы почвенных микроорганизмов. Результаты подтвердили, что не все микроорганизмы одинаково чувствительны к шиконину: Escherichia coli, два патогенных штамма Erwinia не были чувствительны к шиконину, в то время как рост непатогенной Erwinia herbicola был подавлен. Рост всех грамположительных штаммов был ингибирован [16]. Таким образом, противомикробная активность шиконина и его производных была подтверждена опытным путем многими исследователями в независимых экспериментальных работах.

Что касается противогрибковых свойств шиконина и его производных, то литературные данные также представляют неоднозначные результаты. Papageorgiou V.P. с соавторами исследовали свойства шиконина и дезоксишиконина против пяти видов грибов: Saccharomyces sake, Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes, Trichophyton tonsulans, Microsporum gypseum и Epidermophyton fluccosum. Было доказано, что оба соединения оказывают фунгистатическое, а не фунгицидное действие, причем, дезоксишиконин показал себя как более активное соединение [20]. В опубликованной в 2002 году работе Sasaki K. и соавт. приведено сравнение эффектов шиконина и флуконазола: противогрибковое действие шиконина в 4 раза выше против Candida krusei, в 2 раза выше против Saccharomyces сerevisiae и равно по силе флуконазолу против Candida glabrata. Дезоксишиконин также показал более высокую активность против C. krusei и S.cerevisiae, чем флуконазол, в то время как другие производные оказались менее активными [22]. Miao с коллегами показали, что шиконин активен в отношении C. albicans, включая несколько флуконазол-резистентных штаммов [17]. Таким образом, есть смысл в проведении дополнительных исследований в данном направлении.

Michaelakis A. с сотрудниками показали наличие у шиконина и его производных ларвицидной активности и оценили их дозозависимый эффект против личинок Aedes Aegypti [18]. В другом исследовании ими были синтезированы три ацетилированных производных шиконина и показано, что гидроксильные группы играют второстепенную роль в эффективности этих соединений против личинок Culex Pipiens, а хиноновый фрагмент имеет первостепенное значение [18].

В 2011 году Gao H. с коллегами сообщили о противовирусном эффекте шиконина. В эксперименте использовали шиконин степенью чистоты 99 % (по данным ВЭЖХ) и выявили, что он ингибирует рост аденовирусов в зависимости от концентрации [10]. Кроме того, исследования Chen X. и соавт. обнаружили, что шиконин уменьшает скорость репликации ВИЧ-1 [9]. Эти результаты показывают, что шиконин можно признать перспективным природным противовирусным средством.

Ускорение процесса заживления ран под действием Воробейника было известно с самых давних времен. Однако, механизм ранозаживляющего действия остается предметом многих споров. Исследование, проведенное Shu-Yi Yin с коллегами показало, что наружное применение шиконина in vivo стимулирует хемотаксис клеток, адгезию, клеточный иммунный ответ, тем самым ускоряет процесс заживления ран [24]. Журавлёв Ю.Н. с сотрудниками установили положительный терапевтический эффект масла шиконинового при рожистых воспалениях, трофических язвах, пиодермии, стрептодермии и других инфекционно-воспалительных процессах [2, 3, 5]. Таким образом, для лечения инфицированных ран использование лекарственных форм с шиконином и его производными может быть очень перспективным. Однако необходимо более глубокое изучение данного свойства, чтобы выяснить механизм ранозаживляющего действия.

Известно, что УФ-облучение является одной из основных причин повреждения кожи. Как сообщают Takahiro I. и соавт., экспозиция УФ лучами вызывает патологические изменения в ней, включая эритему, что характерно для солнечных ожогов, а длительное УФ облучение приводит к деградации клеток, развитию эластоза, к повышению риска эпителиального рака кожи. Первоначально в ходе своего эксперимента Takahiro I. с соавт. установили, что жизнеспособность УФ-облученных клеток уменьшалась в зависимости от дозы облучения. Однако обработка экстрактом Воробейника привела к восстановлению нормального внешнего вида УФ-облученных клеток, к угнетению выработки в них провоспалительных цитокинов. Кроме того, было обнаружено значительное ингибирование апоптоза. Таким образом, в результате исследования было доказано, что экстракт корня Воробейника краснокорневого уменьшает повреждения, вызванные УФ облучением, что позволяет предполагать перспективное применение данных соединений для защиты кожи от пагубных эффектов УФ [25].

На основе проанализированного материала можно сделать вывод, что на современном этапе шиконин и его производные находятся в центре внимания как перспективные биологически активные соединения из-за выраженной фармакологической активности. Их лечебные свойства были доказаны многочисленными независимыми исследованиями. Тем не менее, сохраняется неопределенность в ряде вопросов, поскольку результаты некоторых исследований противоречат друг другу. Поэтому будущие исследования должны быть направлены не только на выяснение молекулярных мишеней воздействия шиконина и некоторых его производных, но и на определение клинического потенциала этих биологически активных соединений.

Литература

1. 1. Дайронас Ж.В., Зилфикаров И.Н. Природные нафтохиноны: перспективы медицинского применения. - Щелково: Издатель Мархотин П.Ю., 2011. - 252 с.
2. 2. Журавлев Ю.Н., Федореев С.А., Булгаков В.П., Музарок Т.И., Береснева Н.В., Головко Е.И. Противовоспалительное и антимикробное средство "Масло шикониновое" // Патент Российской Федерации № 2141840, 1999. - Бюл. № 33.
3. 3. Исследование химического состава и биологической активности хиноидных пигментов клеточной культуры ВК-39F Lithospermum erythrorhizon Sieb. et Zucc. // Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения "Фитофарм 2003": материалы 7 междунар. съезда 5-7 июля 2003 г. - СПб.: Пушкин, 2003. - С. 20-24.
4. 4. Карягина Т.Б., Арзуманян В.Г., Тимченко Т.В., Баирамашвили Д.И. Антимикробная активность препаратов шиконина // Химико-фармацевтический журнал. - 2001. - Т. 35, № 8. - С. 30-31.
5. 5. Федореев С.А. Химический состав и биологическая активность хиноидных и полифенольных соединений из дальневосточных растений Lithospermum erythrorhizon, Eritrichium sericeum, Maackia amurensis, Vitis amurensis, Taxus cuspidate и их клеточных культур. Препарат маскар из древесины маакии амурской: автореф. дисс. … д-ра хим. наук. - Владивосток, 2010. - 48 с.
6. 6. Якубовская А.Я., Похило Н.Д., Ануфриев В.Ф., Анисимов М.М. Синтез, антимикробная и противогрибковая активность соединений нафтазаринового ряда // Химико-фармацевтический журнал. - 2009. - Т. 43, № 7. - С. 22-24.
7. 7. Assimopoulou A.N., Papageorgiou V.P., Radical scavenging activity of Alkanna tinctoria root extracts and their main constituents, hydroxynaphthoquinones // Phytotherapy Research. - 2005. - Vol. 19. - P. 141-147.
8. 8. Chen X., Yang L., et al. Cellular pharmacology studies of shikonin derivatives // Phytotherapy Research. - 2002. - Vol. 16. - P. 199-209.
9. 9. Chen X., Yang L., Zhang N., et al. Shikonin, a component of Chinese herbal medicine, inhibits chemokine receptor function and suppresses human immunodeficiency virus type 1 // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. - 2003. - Vol. 47. - P. 2810-2816.
10. 10. Gao H., Liu L., Qu Z.Y., Wei F.X., Wang S.Q., et al. Anti-adenovirus activities of shikonin, a component of chinese herbal medicine in vitro // Biological and Pharmaceutical Bulletin. - 2011. - Vol. 34. - P. 197-202.
11. 11. Isabel Andújar, José Luis Ríos, Rosa María Giner, María Carmen Recio. Pharmacological properties of shikonin - a review of literature since 2002 // Planta Medica. - 2013. - Vol. 79. - P. 1685-1697.
12. 12. Kourounakis A.P., Assimopoulou A.N., Papageorgiou V.P., Gavalas A., Kourounakis P.N. Alkannin and shikonin: effect on free radical processes and on inflammation - a preliminary pharmacochemical investigation // Arch. Pharm. (Weinheim). - 2002. - Vol. 335. - P. 262-266.
13. 13. Kundakovic T., Fokialakis N., Dobric S., Pratsinis H., et al. Evaluation of the anti-inflammatory and cytotoxic activities of naphthazarin and derivatives from Onosma leptantha // Phytomedicine. - 2006. - Vol. 13. - P. 290-294.
14. 14. Kyu Yeon Han, Taek Hwan Kwon, Tae Hoon Lee, et al. Suppressive effects of Lithospermum erythrorhizon extracts on lipopolysaccharide-induced activation of AP-1 and NF-b via mitogen-activated protein kinase pathways in mouse macrophage cells // BMB Reports. - 2007. - P. 328-333.
15. 15. Li H.M., Tang Y.L., Zhang Z.H., Liu C.J., et al. Compounds from Arnebia euchroma and their related anti-HCV and antibacterial activities // Planta Medica. - 2012. - Vol. 78. - P. 39-45.
16. 16. Lindy A. Brigham, Paula J. Michaels, Hector E. Flores. Cell-specific production and antimicrobial activity of naphthoquinones in roots of lithospermum erythrorhizon // Plant physiology. - 1999. - Vol. 119 (2). - P. 417-428.
17. 17. Miao H., Zhao L., Li C., Shang Q., Lu H., et al. Inhibitory effect of shikonin on Candida albicans growth // Biological and Pharmaceutical Bulletin. - 2012. - Vol. 35. - P. 1956-1963.
18. 18. Michaelakis A., Strongilos A.T., Bouzas E.A., Koliopoulos G., Couladouros E.A. Larvicidal activity of naturally occurring naphthoquinones and derivatives against the West Nile virus vector Culex pipiens // Parasitology Research. - 2009. - Vol. 104. - P. 657-662.
19. 19. Nam K.N., Son M.S., Park J.H., Lee E.H. Shikonins attenuate microglial inflammatory responses by inhibition of ERK, Akt, and NF-κB: neuroprotective implications // Neuropharmacology. - 2008. - Vol. 55. - P. 819-825.
20. 20. Papageorgiou V.P., Assimopoulou A.N., Couladouros E.A., Hepworth D., Nicolaou K.C. The chemistry and biology of alkannin, shikonin, and related naphthazarin natural products // Angewandte Chemie International Edition in English. - 1999. - Vol. 38. - P. 270-301.
21. 21. Rajasekar S., Park da J., Park C., Park S., et al. In vitro and in vivo anticancer effects of Lithospermum erythrorhizon extract on B16F10 murine melanoma // Journal of Ethnopharmacology. - 2012. - Vol. 144. - P. 335-345.
22. 22. Sasaki K., Abe H., Yoshizaki F. In vitro antifungal activity of naphthoquinone derivatives // Biological and Pharmaceutical Bulletin. - 2002. - Vol. 25. - P. 669-670.
23. 23. Shen C.C., Syu W.J., Li S.Y., Lin C.H., Lee G.H., Sun C.M. Antimicrobial activities of naphthazarins from Arnebia euchroma // Journal of Natural Products. - 2002. - Vol. 65. - P. 1857-1862.
24. 24. Shu-Yi Yin, An-Ping Peng, Li-Ting Huang, et al. The phytochemical shikonin stimulates epithelial-mesenchymal transition (EMT) in skin wound healing // Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. - 2013. - article id 262796. - 13 p.
25. 25. Takahiro Ishida, Ikuyo Sakaguchi. Protection of human keratinocytes from uvb-induced inflammation using root extract of Lithospermum erythrorhizon // Biological and Pharmaceutical Bulletin. - 2007. - Vol. 30 (5). - P. 928-934.
26. 26. Yao Xiong, Xiu Ying Ma, Ziran Zhang, et al. Apoptosis induced by β,β dimethylacrylshikonin is associated with Bcl-2 and Nf-κb in human breast carcinoma mcf-7 cells // Oncology letters. - 2013. - Vol. 6. - P. 1789-1793.