Вазорелаксантное действие полифенольных соединений растений Euphorbia в зависимости от их химической структуры

Vazorelaxant effect of the polyphenol compounds from Euphorbia plant speaces depending on their chemical structure
Цитировать:
Вазорелаксантное действие полифенольных соединений растений Euphorbia в зависимости от их химической структуры // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Ахмедов Ф.Ю. [и др.]. 2020. № 10(76). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10784 (дата обращения: 05.12.2020).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В настоящей работе было исследовано вазорелаксантное действие в зависимости от химического строения двух полифенольных соединений 1-O-галлоил-6-O-бисгаллоил-2,4-валонеил-β-D-глюкозы (ПC-1) и 1-O-галлоил-2,3-гексагидроксидифеноил-4,6-валонеил-β-D-глюкоза (ПC-2), выделенных из растений Euphorbia (зашифрованные как ПC-1 и ПC-2), на изометрические условия гладкой мускулатуры аорты крысы. Было установлено, что сосудорасширяющее действие ПС-1 (1-О-галлиол-6-О-бисгаллиол-2,4-валонеил-β-D-глюкоза) и ПС-2 (1-О-галлоил-2,3 -гексагидроксидифеноил-4,6-валонеил-β-D-глюкоза) в экспериментах зависит от их концентрации и химической структуры, а также блокировки Ca2+L-канала плазмолеммы гладкомышечных клеток.

ABSTRACT

In the present study, on the isometric conditions of the rat aortic smooth muscle the vasorelaxant effect of the two polyphenol compounds 1-O-galloyl-6-O-bisgalloyl-2,4-valoneil-β-D-glucose (PC-1) and 1-O-galloyl-2,3-gexahydroxydiphenoil-4,6-valoneil-β-D-glucose (PC-2), isolated from Euphorbia plant speacies (encrypted as PC-1 and PC-2) depending on their chemical structure was investigated. It was obtained that the vasorelaxant effects of PC-1 (1-O-galliol-6-O-bisgalliol-2,4-valoneil-β-D-glucose) and PC-2 (1-O-galloil-2,3-hexagydroxidiphenoil-4,6-valoneil-β-D-glucose) in experiments depend on their concentration and chemical structure, as well as blockade the Ca2+L – channel in the plasmolema of smooth muscle cells.

 

Ключевые слова: полифенольные соединения, кровяные тельца, гладкие мышцы, фенилефрин, блокаторы, Са2+L–канал, α1-адренорецептор, релаксантное действие.

Keywords: polyphenol compounds, blood vessels, smooth muscle, phenilephrine, blockator, receptor, Са2+L–channel, α1–adrenoreceptor, relaxant.

 

Введение. В наших предыдущих работах мы исследовали влияние новых полифенольных соединений, выделенных из растения молочай, на некоторые функциональные параметры митохондрий печени крыс [4, с. 1021; 1, с. 4]. Было установлено, что ПС-1 и ПС-2 эффективно влияют на некоторые функциональные параметры митохондрий. Например, данные соединения ингибируют открытие мегапоры митохондрий (mPTP), активируют АТФ-зависимый калиевый канал и обладают высокой антиоксидантной/антирадикальной активностью. Особо следует отметить, что эти соединения активируют АТФ-зависимый калиевый канал (митоКАТФ) в митохондриальных мембранах. Известно, что каналы mitoKATP играют важную роль в повреждении ишемической реперфузии (I/R) и апоптозе клеток [8, с. 93]. Также митоКАТФ проявляет широкий терапевтический интерес в качестве потенциальных мишеней при ряде сердечно-сосудистых заболеваний, таких как аритмия, стенокардия и сердечная недостаточность. В последние годы наблюдается высокий рост интереса к роли активации канала митоКАТФ в патогенезе сердечной дисфункции. В связи с этим наша дальнейшая работа заключалась в исследовании сосудорасширяющей активности соединений ПС-1 и ПС-2, выделенных из растения молочай, произрастающего на территории Узбекистана.

Осложнения сердечно-сосудистой патологии (инфаркт миокарда, инсульт и др.) составляют одну из важнейших причин смертности и заболеваемости в мире [6, с. 1143]. Эти осложнения, которым часто способствует высокое артериальное давление, появляются среди основных причин смерти. Действительно, по мнению экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), высокое кровяное давление и гиперхолестеринемия встречаются в развивающихся странах чаще, чем предполагалось. Среди факторов риска, за исключением гиперхолестеринемии, – ожирение, наркомания и диабет, которые являются основными факторами, способствующими развитию этих заболеваний [7, с. 9]. Принимая во внимание частоту этих состояний, интенсивно ведется поиск соединений, обладающих вазорелаксантным действием [9, с. 3].

В настоящее время полифенольные соединения были выделены из более чем 400 растений, и многие исследователи подробно изучили классификацию, синтез/биотрансформацию этих полифенолов и широкий спектр фармакологической активности. Одним из потенциальных источников полифенолов является растение молочай. Растение Euphorbia является наиболее распространенным видом в горном регионе. В народной медицине растение молочай применяет как жаропонижающее, болеутоляющее, а также при лечении гастрита, тонзиллита, противовоспалительного, артериального давления, заболеваний печени, лечения малярии [10, с. 258].

Научные сотрудники Института биоорганической химии Академии наук Республики Узбекистан выявили ряд полифенолов, обладающих сосудорасширяющим действием, и установили взаимосвязь между структурой и активностью. Некоторые из них, в частности, содержат валонеильную группу (C21O15H14) в молекуле. Например, замена группы гексагидроксидифеноила (C14O10H10) в углероде (2,3) вместо бисгаллоила (C14O9H10) в углероде глюкозы (6) молекулы ПC-1 увеличивает сосудорасширяющую активность [5, с. 170; 14, с. 1].

 

Рисунок 1. Химическая структура полифенольных соединений ПC-1 (A) и ПC-2 (B), выделенных из растений Euphorbia humifusa и Euphorbia franchetii

 

Целью данного исследования является анализ зависимости от химической структуры вазорелаксантного действия полифенолов ПС-1 и ПС-2 на изометрическое состояние гладких мышц аорты крыс.

Материалы и методы. Препарат сосудов аорты выполняли стандартными методами.

Эксперименты проводились на здоровых белых крысах (180–200 г), получавших стандартные питательные и водные условия. Подопытным животным хирургическим путем удалили и разрезали кольцевые сегменты (l = 2–4 мм; ø = 1–2 мм). В экспериментах использовался физиологический раствор Кребса – Хенселейта следующего химического состава (в мМ): NaCl – 120,4; KCl – 5; Na2HCO3 – 15,5; NaH2PO4 – 1,2; MgCl2 – 1,2; CaCl2 – 2,5; C6H12O6 – 11,5 (pH = 7,4) (Ozaki et al., 1990). Физиологический раствор аэрировали карбогеном (O2 – 95 % и CO2 – 5 %), а постоянную температуру (t = +37 ± 0,5 °C) обеспечивали ультразвуком (U-8; Болгария). Активность сокращения сосудов аорты регистрировали в изометрических условиях с помощью датчика мощности FT-03 (Grass Instrument Co., США), усилителя сигнала [13, с. 63; 3, с.1]. Влияние полифенолов на Ca2+L-канал оценивали по амплитуде силы сокращения, вызванной KCl (50 мМ) (Hoe et al., 2011). Влияние исследуемых полифенолов на резервный Ca2+-канал (SOCC – Ca2+-каналы)/Ca2+-зависимые рецепторы (ROCC – Ca2+-каналы, управляемые рецепторами), сила амплификации, индуцированная фенилэфрином (1 мкМ), оценивались.

Статистический анализ проводили с использованием пакета программ Origin 6 (OriginLab Corporation, США). Данные были оценены с помощью параметрического критерия Стьюдента, который выражали как M±m. Доверительный интервал выражается при * – Р < 0,05; ** – Р < 0,01; *** – Р < 0,001.

Результаты и обсуждения. В нашей работе, учитывая, что полифенолы обладают широким спектром биологической активности и проявляют эффективное воздействие на многочисленные патологические состояния, такие как сердечно-сосудистые заболевания, нами было исследовано вазорелаксантное действие выбранных полифенольных соединений ПC-1 и ПC-2. Полученные данные показали, что полифенольные соединения ПC-1 и ПC-2 обладают значительным сосудорасширяющим действием на изометрическую сократительную активность (in vitro) аорты крысы при предварительной обработке 50 мМ KCl. В частности, было обнаружено, что ПС-1 при минимальной концентрации 10 мкМ снижает силу сокращения на 9,4 ± 3,8 %, а при максимальной концентрации 60 мкМ (n = 4–6) – до 70,6 ± 5,1 % по сравнению с контролем. Также было установлено, что ПС-2 при минимальной концентрации 5 мкМ снижает силу сокращения на 29,5 ± 4,9 %, а при максимальной концентрации 30 мкМ – до 89,4 ± 5,3 % по сравнению с контролем. Значения (EC50) для ПС-1 и ПС-2 составляли 33,9 мкМ и 9,6 мкМ соответственно (рис. 2 A и B).

 

Рисунок 2. Концентрационно-зависимое вазорелаксантное действие полифенолов ПС-1 (А) и ПС-2 (B) на сокращение препарата аорты, вызванное КСl (50 мМ). Ось Y – сила сокращения от 50 мМ КСl (100 %). По оси абсцисс – концентрация полифенольного соединения мкМ (* – р < 0,05; ** – р < 0,01; n = 4–6)

 

Известно, что L-каналы ответственны за возбуждения и сокращения сердечных мышц. Таким образом наше дальнейшее исследование заключалось в изучении роли потенциал-зависимых каналов Ca2+L-типа в релаксантном эффекте полифенолов ПС-1 и ПС-2. Было исследовано их влияние на сокращение препарата аорты, вызванное кумулятивным добавлением CaCl2 к бескальциевой среде с 50 мМ KCl. В этих экспериментах использовали CaCl2 (0–2,5 мМ) в среде инкубации, приводящий к увеличению концентрации Ca2+ через каналы Ca2+ каналы L-типа (рис. 3 A). Присутствие исследуемых полифенолов в инкубационной среде значительно снижает увеличение силы сокращения в ответ на увеличение CaCl2 (рис. 3 A). Эти результаты показывают, что релаксантный эффект исследуемых полифенолов зависит от снижения проницаемости ионов Ca2+ через Ca2+-каналы L-типа и может быть связан с уменьшением [Са2+]in в клетке.

Далее было исследовано участие Са2+ каналов L-типа в релаксантных эффектах полифенолов ПС-1 и ПС-2. Для установления механизма релаксантного действия исследуемых полифенолов был использован специфический блокатор канала – верапамил. Было замечено, что в присутствии верапамила EC50 = 0,1 мкМ релаксантный эффект полифенолов снижался. В этих условиях различные концентрации ПС-1 (ЕС50 = 33,9 мкМ) и ПС-2 (ЕС50 = 9,6 мкМ) были дополнительно снижены до 5,1 ± 3,3 % (55,1 ± 4,3 % по сравнению с контролем) и 9,7 ± 3,8 % (59,7 ± 5,4 % по сравнению с контролем) соответственно (рис. 3 Б).

 

Рисунок 3. Зависимость релаксантного действия полифенолов ПС-1 и ПС-2 от концентрации [Ca2+] и состояния потенциалзависимых Ca2-каналов L-типа. A – влияние полифенолов ПC-1 и ПC-2 на предварительную обработку сокращения аорты крысы путем кумулятивного добавления CaCl2 к растворам Кребса. Ось Y – 100 % 50 мМ КСl. Ось X – концентрация СаCl2. Б – релаксантное действие ПС-1 и ПС-2 на сокращение мышц до обработки 50 мМ КСl при наличии верапамила (0,1 мкМ) (* – р < 0,05; ** р < 0,01; n = 4–6)

 

Полученные результаты дают основание полагать, что релаксантный эффект полифенолов ПС-1 и ПС-2 обусловлен блокадой Са2+-каналов L-типа. Однако проявление незначительного сосудорасширяющего действия ПС-1 и ПС-2 в присутствии верапамила в среде инкубации наряду с блокадой Са2+ каналов L-типа могут быть задействованы и другие механизмы в снижении транспорта ионов Са2+ в гладкомышечных клетках.

Кроме того, помимо потенциал-зависимых Ca2+-каналов, рецептор регулируемые Ca2+-каналы играют важную роль в регуляции гомеостаза Ca2+ в гладкомышечных клетках [2, с. 158]. Чтобы оценить влияние полифенолов на рецептор, регулируемые Ca2+-каналы в последующих экспериментах исследовали сокращение мышц аорты, вызванное фенилфрином (FE), который является агонистом α1-адренорецепторов.

В наших экспериментах изучали влияние полифенолов на силу сокращения аорты, индуцированную ФЭ под действием блокатора Са2+-каналов L-типа – верапамила. В этих условиях сокращение мышц, вызванное ФЭ, было на 13,7 ± 2,8 % ниже, чем в условиях без верапамила. В этих условиях полифенолы ПС-1 (40 мкМ) и ПС-2 (25 мкМ) снижали сокращение аорты, вызванное ФЭ, максимум до 89,4 ± 5,4 % и 83,3 ± 4,9 % соответственно (рис. 4. A и B).

 

Рисунок 4. Влияние ПС-1 и ПС-2 на сокращение аорты крысы, вызванное фенилэфрином. Ось Y – 100 % предварительная обработка силы сокращения аорты 1 мкМ ФE. Ось X – концентрация полифенолов (* – р < 0,05; ** – p < 0,01; n = 4–6)

 

В этих экспериментах значения EC50 полифенолов ПС-1 и ПС-2 составляли 12,6 мкМ и 13,5 мкМ соответственно. Результаты показывают, что наблюдаемые эффекты полифенолов можно отнести к блокаде регулируемых рецептором Ca2+-каналов. Дополнительные доказательства влияния изученных полифенолов на регулируемые рецепторами Ca2+-каналы могут быть объяснены экспериментами с блокатором α-адренорецепторов фентоламином (ФA). В наших экспериментах релаксантный эффект полифенолов ПС-1 (40 мкМ) и ПС-2 (25 мкМ) в присутствии 10 мкМ фентоламина показал снижение ФE на 48,9 ± 5,7 % и 43,2 ± 4,1 % по сравнению с полифенолами без фентоламина (рис. 5).

 

Рисунок 5. Влияние фентоамина (10 мкМ) на релаксантный эффект ПС-1 и ПС-2. Ось Y – 100 % сила сокращения аорты 1 мкМ ФE (* – р < 0,05; ** – р < 0,01; n = 4–6)

 

Полученные результаты показывают, что релаксантный эффект исследуемых полифенолов может быть связан с блокадой рецептор контролируемых Ca2+-каналов.

Данные настоящего исследования подтверждают, что полифенолы ПC-1 и ПC-2, выделенные из видов растений Euphorbia, могут вызывать расслабление препарата аорты крыс. Полифенольные соединения, выделенные из видов растений Euphorbia, демонстрируют относительно большую релаксацию, которая в основном зависит от присутствия эндотелия и высвобождения NO.

Известно, что биологическая активность полифенольных соединений во многом зависит от их химической структуры, от количества гидроксильных групп в бензольном кольце, их положения, степени экранирования, а также от природы других заместителей, влияющих на электронную плотность соединения [11, с. 48]. В литературе также приводятся данные о том, что расположение гидроксильных групп в бензольном кольце играет большую роль в проявлении биологической активности, чем их количество [12, с. 58]. Наличие нескольких гидроксильных групп в бензольном кольце, особенно в орто- и параположениях друг к другу, особенно чувствительно к действию окислителей. Такие фенолы очень легко окисляются и являются хорошими восстановителями. Например, гидроксильные группы в ортоположении испытывают внутримолекулярное отталкивание; следовательно, их АОА увеличивается по сравнению с изомерами, в которых гидроксильные группы находятся в метаположении.

Однако, несмотря на большой интерес к полифенолам, публикаций о влиянии структуры их молекул на кардиопротекторную активность немного. Тем не менее, учитывая, что эти соединения имеют в своей молекуле 16 гидроксильных групп, ПC-2 проявляет более выраженную вазорелаксирующую активность, чем ПC-1. Возможно, это связано с наличием в молекуле ПС-2 гексагидроксидифенильной группы. Ранее мы описали, что в случае ПС-2 наблюдалась более выраженная антиоксидантная активность, чем в случае ПС-1. Возможно, это связано с большим количеством и расположением гидроксильных групп в их молекуле, которые могут служить электронодонорными функциональными группами в молекулах, а также с наличием гексагидроксидифенильной функциональной группы.

Мы описали выше, что исследование сосудорасширяющего действия этих соединений было основано на том факте, что они активируют АТФ-зависимый калиевый канал, который играет важную роль в кардиопротекции. Коэффициент корреляции между активацией АТФ-зависимого калиевого канала и сосудорасширяющим эффектом ПС-2 составляет R2 = 0,78.

Выводы. Полифенолы ПC-1 и ПC-2 обладают расслабляющим действием и эффективно снимают вызванное раствором гиперкальция и фенилэфрином сокращение аорты крысы. Выяснено, что ПС-2 обладает более выраженным сосудорасширяющим действием.

На основании анализа литературы и экспериментальных результатов сделан вывод, что сосудорасширяющее действие полифенольных соединений ПС-1 и ПС-2 на изометрическое сокращение сосудистой сети аорты крысы в ​​условиях in vitro может быть в основном связано с блокадой регулируемых рецепторами Са2+-каналов.

Научные/экспериментальные результаты могут быть использованы в качестве теоретической основы для разработки антиперентативных фармакологических препаратов на основе полифенолов.

 

Список литературы:

  1. Antioxidant and Membrane-Active Properties of 1,4,6 tri-o-galloyl-2,3-valoneyl-β-d-glucose / U.G. Gayibov, E.J. Komilov, R.N. Rakhimov, N.A. Ergashev [et al.] // European Journal of Medicine. Series B. – 2018.№ 5 (1). – P. 3–15.
  2. Calcium movements, distribution, and functions in smooth muscle / H. Karaki, H. Ozaki, M. Hori [et al.] // Pharmacological Reviews. – 1997. – № 49 (2). – P. 158–229.
  3. Cherkaoui-Tangi K., Israili Z.H., Lyoussi B. Vasorelaxant effect of essential oil isolated from Nigella sativa L. seeds in rat aorta: Proposed mechanism. Pak. // J. Pharm. Sci. – 2016. – № 29 (1). – P. 1–8.
  4. Influence of new polyphenol compound from Euphorbia plant on mitochondrial function / U.G. Gayibov, E.J. Komilov, R.N. Rakhimov, N.A. Ergashev [et al.] // Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. – 2019. – № 8 (4). – P. 1021–1025.
  5. Influence of valoneoyl groups on the interactions between Euphorbia tannins and human serum albumin / S. Sekowski, M. Bitiucki, M. Ionov, M. Zdeb [et al.] // Journal of Luminescence. – 2018. – № 194. – P. 170–178.
  6. Lazzini A., Lazzini S. Cardiovascular disease: an economical perspective // Curr Pharm Des. – 2009. – № 15. – P. 1142–1156.
  7. Misra A., Khurana L. Obesity and the metabolic syndrome in developing countries // J Clin Endocrinol Metab. – 2008. – № 93. – P. 9–30.
  8. Mitochondrial ATP-Sensitive Potassium Channels and Cardioprotection / R. Ankur, M. Arti, R. Seema, K. Ashok // International Journal of Drug Development & Research. – 2012. – № 4 (2). – P. 92–98.
  9. Ostadal B. The past, the present and the future of experimental research on myocardial ischemia and protection // Pharmacol Rep. – 2009. – № 61. – P. 3–12.
  10. Rakhimov R.N., Abdullajanova N.G., Kamaev F.G. Phenolic compounds of Euphorbia canescens and E.franchetii // Chemistry of natural compounds. – 2011. – № 2. – P. 258–259.
  11. Structure – Activity relationship of flavonoids active against hard oil oxidation based on quantum chemical analysis / J.-G. Yang, B.-G. Liu, G.-Zh. Liang, Zh.-X. Ning // Molecules. – 2009. – Vol. 14. – P. 46–52.
  12. Structure-Radical Scavenging Activity Relationships of Flavonoids / D. Amič, D.D. Amič, D. Bešlo, N. Trinajstič // Croat. Chem. Acta. – 2003. – V. 76 (1). – P. 55–61.
  13. Vascular activity of a natural diterpene isolated from Croton zambesicus and of a structurally similar synthetic trachylobane / A. Martinsen, C. Baccelli, I. Navarro, A. Abad [et al.] // Vascular Pharmacology. – 2010. – № 52. – P. 63–69.
  14. Vasorelaxant and hypotensive effects of cheonwangbosimdan in SD and SHR rats / B. Kim, C. Jo, H-Y. Choi, K. Lee // Hindawi Evidence–Based Complementary and Alternative Medicine. – 2018. – № 1–8.
Информация об авторах

ст. преп., кафедра физиологии человека и безопасности жизнедеятельности, Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан

Senior Lecturer, Department of Human Physiology and Life Safety, Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan

д-р. биол. наук, заведующий кафедрой физиологии человека и безопасности жизнедеятельности, Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан

Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Human Physiology and Life Safety, Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan

ст. науч. сотр., PhD, Институт биоорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Senior Researcher, PhD, Institute of Bioorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

ст. науч. сотр., PhD, Институт биоорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Senior Researcher, PhD, Institute of Bioorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

докторант, кафедра физиологии человека и безопасности жизнедеятельности, Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан

Doctoral student of the Department of Human Physiology and Life Safety of Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top