Фитоэкдистероиды растений семейства Caryophyllaceae

Актуальность темы

Среди разнообразных низкомолекулярных физиологически активных веществ, синтезируемых растениями, заметное место занимают экдистероиды. Являясь структурными аналогами гормонов линьки и метаморфоза насекомых, эти соединения широко распространены в растительном мире. Исследования последних лет свидетельствуют о существовании двух главных гипотез в отношении значения экдистероидов в онтогенезе растений: защитной и гормональной. Наиболее убедительные доказательства приводятся в пользу детеррентной функции при взаимодействии с неадаптированными беспозвоночными фитофагами, однако получены данные, указывающие на выполнение ими физиологической роли в онтогенезе растительного организма.

К настоящему времени выделено более 250 экдистероидов из объектов растительного и животного мира. По своему химическому строению экдистероиды представляют собой полигидроксилированные стерины с характерными особенностями структуры: циссочление А/В циклов, наличие 14а-гидрокси-Д7−6-кетонной группировки и нескольких гидроксильных групп как в стероидной части, так и боковой цепи молекулы.

Фитоэкдистероиды в практическом плане являются основой мощных препаратов анаболического, адаптогенного, тонизирующего и других действий (экдистен, Cytodyne, Ecdybol, Power Health, Macamor, Z-mass и др.). Растительные объекты по содержанию и разнообразию химических структур экдистероидов являются предпочтительными источниками для получения чистых соединений, а также различных субстанций, их содержащих.

К настоящему времени стало известно, что Caryophyllaceae является одним из богатых экдистероидсодержащих семейств и характеризуется большим разнообразием химических структур экдистероидов. Вероятность нахождения новых источников и новых стероидных соединений в нем весьма велика.

Актуальной задачей современной биоорганической химии является изучение распространения фитоэкдистероидов в мировой флоре, поиск их новых и доступных источников, исследование химического состава.

Цель работы. Поиск доступных и перспективных в химическом отношении экдистероидсодержащих растений семейства Caryophyllaceae, способных служить основой для создания препаратов анаболического, радиопротекторного, противоопухолевого, антифунгального и гемореологического действия. Задачи исследования:

— разработать быстрый способ обнаружения и количественного определения фитоэкдистероидов в растительных объектах;

— изучить их распространение в семействе Caryophyllaceae;

— выявить наиболее перспективную по содержанию и составу экдистероидов группу растений;

— исследовать химический состав экдистероидов в перспективных видах Caryophyllaceae;

— выявить закономерности распределения экдистероидов в процессе развития, влияния интродукции и систематического положения видов родов Silene, Lychnisопределить биологическую активность экстрактов экдистероидсодержащих растений, выделенных фракций и индивидуальных фитоэкдистероидов. Положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная стратегия скрининга позволяет прогнозировать присутствие/отсутствие фитоэкдистероидов в растениях на основе предварительного хроматографического анализа семян.

2. Род Silene — богатейший экдистероидсодержащий род мировой флоры.

3. Физиологически активные вещества Lychnis chalcedonica — основа для создания эффективных препаратов антифунгального, радиопротекторного, противоопухолевого и гемореологического действия.

Научная новизна. Разработана стратегия скрининга флоры на присутствие экдистероидов на основании предварительного хроматографического анализа семян, позволяющая сделать заключение о способности растений их синтезировать. Это способствует крупномасштабному изучению распространения экдистероидов в мировой флоре. Проанализировано более 400 видов порядка CaryophyHales, включая 266 видов семейства Caryophyllaceaet принадлежащих 28 родам. Достоверность результатов по выявлению экдистероидсодержащих видов подтверждена радиоиммунным анализом (РИА), биотестированием на культурах клеток Drosophila melanogaster, а также высокоэффективной жидкостной хроматографией.

Обнаружено 95 новых экдистероидсодержащих видов сем. Catyophyllaceae, включая 8 видов рода Lychnis L. и 75 видов Silene L. t 4 вида Sagina L., 2 вида Saponaria L. y 2 вида Petrocoptis A. Braun, 1 вид Dianthus L. и 3 вида Melandrium Roehl. Впервые роды Melandrium, Petrocoptis предложены в качестве источников экдистероидов.

Впервые определен химический состав экдистероидов 14 видов семейства Caryophyllaceae: Lychnis chalcedonica L., L. wilfordii (Regel.) Maxim., Silene antirrhina L., S. chlorifolia Sm., S. cretica L., S. disticha Willd., S. echinata Otth in DC, S. italica (L) Pers, S. linicola C.C.Gmelin, S. portensis L, S. pseudotites Besser ex Reichenb., S. radicosa Boiss. & Heldr. in Boiss, S. regia Sims, S. viridiflora L. Выделено и идентифицировано 19 известных и 3 новых фитоэкдистероида: 2-дезоксиэкдизон 22[5−0-гликозид, 2-дезокси-20,26-дигидроксиэкдизон и 2-дезоксиполиподин В зр-О-гликозид, химическое строение которых установлено на основании спектральных (ИК-, УФ-, масс-, ЯМР 'Н и, 3С) и ВЭЖХ данных.

Выявлены некоторые закономерности распространения экдистероидов в роде Silene и проведено хемотаксономическое изучение секций этого рода. Изучено распределение экдистероидов в процессе развития 19 видов и оценен вклад органов растений в суммарное количество 20-гидроксиэкдизона.

Впервые выявлены противогрибковая активность экстрактов лихниса халцедонского и изолированных из них фракций флавоноидов, полисахаридов, радиопротекторное действие его этанольного экстракта, а также гемореологическая активность Lychnis chalcedonica, Silene tatarica, S. dioica, S. linicula, S. viridiflora, S.creticci. Установлено, что экдистерон обладает гемореологической и радиопротекторной, а полиподин В антифунгальной активностью. Выявлена противоопухолевая активность экстрактов S. viridiflora, L.chalcedonica.

Практическая значимость. Разработан способ обнаружения фитоэкдистероидов, способствующий быстрому скринингу мировой флоры и надежному прогнозированию наличия их в растениях. Обнаружено 95 новых растительных источников экдистероидов, в том числе 26 видов с высоким содержанием экдистероидов.

Изучено распределение 20-гидроксиэкдизона в процессе развития 19 видов, выявлены органы с наибольшим содержанием (количеством и вкладом в общее количество) экдистероидов и установлены сроки сбора растительного сырья (фазы развития и возраст растений). Показано, что введение экдистероидсодержащих растений в культуру приводит к увеличению уровня экдистероидов в семенах и растениях.

Разработан способ получения средства противогрибкового действия на основе Lychnis chalcedonica. Показано, что спиртовый и водный экстракты, а также индивидуальный полиподин В и фракции, содержащие экдистероиды, флавоноиды и полисахариды, проявляют фунгистатическую активность в отношении поверхностных дерматофитов. Специфическая активность водного экстракта значительно выше эталонных препаратов синтетического и растительного происхождения.

Показано, что спиртовый экстракт лихниса халцедонского и выделенный из него индивидуальный 20-гидроксиэкдизон обладают противолучевой активностью, заметно увеличивая среднюю продолжительность жизни облученных крыс.

Установлено, что этанольный экстракт Lychnis chalcedonicay, а также выделенные из него бутанольная, этилацетатная фракции, флавоноиды и 20-гидроксиэкдизон проявляют гемореологическое действие. Разработаны гемореологические средства и способ их получения, защищенные патентами РФ.

В результате проведенных химических и фармакологических исследований открывается возможность создания оригинального комплексного лечебного препарата анаболического, радиопротекторного, противоопухолевого, антифунгального и гемореологического действия на основе Lychnis chalcedonica.

Работа выполнена в фитохимической лаборатории Сибирского ботанического сада (Сиб БС) Томского государственного университета в период с 1986 по 2002 год. Экспериментальная часть по выделению и идентификации экдистероидов проведена в лабораториях фитохимии Сиб БС и химии гликозидов Института химии растительных веществ АН Узбекистана (г.Ташкент) при участии Балтаева У. А. и Саатова 3.

Научные консультации по идентификации и исследованию закономерностей содержания экдистероидов рода Lychnis осуществлялись член-корреспондентом АН Узбекистана, д.х.н. Абубакировым Н. К., за что автор ему очень признателен.

Радиоиммунный анализ, биотесты на агонистическую и антагонистическую активности, проведены совместно с доктором Лоуренсом Дайненом (Эксетерский университет, Великобритания). Установление новых структур экдистероидов, а также ВЭЖХ разделение экстрактов растений рода Silene осуществлено совместно с профессором Рене Лафоном (Университет Пьера и Марии Кюри, Париж, Франция).

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Сибирского ботанического сада Томского госуниверситета и комплексными исследованиями по теме гранта РФФИ р98сибирь № 98−04−3 080 (1998;2000 гг.) и международного проекта INTAS № 96−1291 (1997;2000 гг.). Результаты исследований, являяясь частью комплексной темы, отмечены премией Правительства РФ за 2000 г.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 23 конференциях и симпозиумах: всесоюзных (2), российских (10) и международных (11), в том числе на Всесоюзной конференции «Новые лекарственные препараты из растений Сибири и Дальнего Востока (Томск, 1986, 1989), 8th Danube Symposium on chromatography (Warsaw, 1991), Юбилейной конференции «Актуальные проблемы фармакологии и поиска новых лекарственных препаратов» (Томск, 1994), Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), 10th International Symposium «Advances and applications of Chromatography in Industry» (Bratislava, 1996), 5-м Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 1998), Всероссийском симпозиуме по теории хроматографии и электрофореза, посвященного 95-летию открытия хроматографии М. С. Цветом (Москва, 1998), 23rd International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques HPLC, 99 (Granada-Spain, 1999), международной научной конференции «Поиск, разработка и внедрение новых лекарственных средств.» (Томск, 2000), XIII-XV International Ecdysone Workshop (Jena, Germany — 1998; Rapperswil, Switzerland — 2000; Kolymbari, Greece — 2002).

Благодарности. Автор считает приятным долгом выразить глубокую признательность коллегам и соавторам за неоценимую помощь в осуществлении этой работы: В. И. Ереминой, Н. А. Ивановой, Т. П. Свиридовой, JI.A. Малаховой, П. В. Зибареву, З. Саатову, М. Б. Плотникову, С. Е. Дмитруку, Р. Лафону и Л.Дайнену.

Результаты исследования имеют как фундаментальное, так и прикладное значение.

Полученные Л. Н. Зибаревой данные и изложенные в диссертации, используются на кафедрах ботаники и физиологии растений БПФ ТГУ при выполнении научных, курсовых и дипломных работ, а также в лекционных курсах.

Зав. кафедрой физиологии растении, профессор, д. б н.

Карначук Р. А.