CC BY
19УДК 547.541.2.
Сафарова И.Р., ст.н.с.
лаборатория «Алициклические функциональные мономеры» Института нефтехимических процессов им. Ю. Г. Мамедалиева Национальной Академии Наук Азербайджана
(Баку, Азербайджан)
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ЭФИРЫ ГИДРОКСИБЕНЗОЙНЫХ КИСЛОТ
Аннотация. В данной статье представлен обзор результатов научных исследований в области синтеза и изучения биологически активных свойств эфиров гидроксибензойных кислот. Показано, что эти соединения обладают высокой антимикробной, антифунгальной и антиканцерогенной активностью. Отмечается, что важнейшими представителями эфиров гидроксибензойных кислот являются парабены, которые находят широкое применение в качестве биоактивных компонентов при синтезе целого ряда лекарственных препаратов. Установлено, что ряд эфиров гидроксибензойных кислот входит в состав целой группы растений и обнаруживаются в их различных органах
Ключевые слова, гидроксибензойные кислоты, эфиры, парабены, микроорганизмы, антимикробная, антиканцерогенная активность.
Эфиры гидроксибензойных кислот обладают рядом ценных свойств, которые делают их объектом пристальных исследований. Среди многочисленных областей их применения особо следует отметить наличие их высокой биологической активности, а также нахождение этих соединений в составе целого ряда растений. В этой работе показаны результаты исследований в области изучения биоактивных свойств эфиров гидроксибензойных кислот, осуществленных в последние десятилетия. Среди большого разнообразия бензоатов особое место занимают парабены - алкиловые эфиры п-гидроксибензойных кислот. Наибольшее количество исследований в этой области посвящены изучению биологической активности именно этого лкасса соединений.
Так, в работе [1], штамм ЕМ Enterobacter cloacae был выделен из коммерческой пищевой минеральной добавки, стабилизированной смесью метилпарабена и пропилпарабена. Он содержал высокомолекулярную плазмиду и был устойчив к высоким концентрациям парабенов. Штамм EM был способен расти в жидких средах, содержащих такое же количество парабенов, как и в минеральной добавке (1700 и 180 мг метил- и пропилпарабена соответственно на литр или 11,2 и 1,0 мМ) и при очень высоких концентрациях метилпарабена (3000 мг/литр), или 19,7 мМ). Этот штамм был способен гидролизовать приблизительно 500 мг метил-, этил- или пропилпарабена менее чем за 2 часа в жидкой культуре без значительного препятствия для роста штамма ЕМ, в то время как более высокие концентрации парабенов частично подавляли его рост.
Исследовано влияние трех пищевых консервантов (сорбиновой кислоты, метилового и бутилового эфиров п-гидроксибензойной кислоты) на протонодвижущую силу в
22
мембранных везикулах Escherichia coli. Радиоактивные химические зонды использовались для определения двух компонентов протонодвижущей силы: дельта pH (разница pH) и дельта psi (мембранный потенциал). Показано, что оба типа соединений избирательно устраняют дельта-pH через мембрану, оставляя при этом гораздо менее нарушенное значение этих показателей, что указывает на то, что ингибирование транспорта за счет нейтрализации протонодвижущей силы не может быть единственным механизмом действия тестируемых пищевых консервантов [2].
Авторы работы [3] приготовили 16 новых конъюгатов эфира гидроксибензойной кислоты и феназин-1-карбоновой кислоты (PCA) и исследовали их биологическую активность. Большинство синтезированных конъюгатов проявили некоторый уровень фунгицидной активности in vitro против пяти фитопатогенных грибов. Девять конъюгатов (EC50 между 3,2 мкг/мл и 14,1 мкг/мл) были более активными, чем эфиры PCA (EC50 18,6 мкг/мл) в отношении Rhizoctonia solani . В частности, один из конъюгатов показал более высокую фунгицидную активность против Rhizoctonia solani в 6,5 раз больше, чем PCA.
^общается [4], что сложные эфиры п-гидроксибензойной кислоты (парабены) могут быть обнаружены в образцах тканей опухолей груди человека. Парабены используются в качестве противомикробных консервантов в дезодорантах и антиперспирантах для подмышек, а также в широком спектре других потребительских товаров. Парабенам также присуща эстрогенная активность и активность, связанная с другими гормонами (повышенная экспрессия гена рецептора прогестерона). Поскольку эстроген является основным этиологическим фактором роста и развития большинства видов рака груди у человека, авторы предполагали, что парабены и другие химические вещества в косметических средствах для подмышек могут способствовать росту заболеваемости раком груди. В этой работе авторы обсуждают значение обнаружения парабенов в образцах опухолей с точки зрения их токсикологии.
В работе [5] получены некоторые алкиловые эфиры фенольных кислот (метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый и гексиловый), и изучена их антиоксидантная и антимикробная активность. Антимикробная активность против тестируемых микроорганизмов Escherichia coli DMF 7503, Bacillus cereus DMF 2001, Listeria monocytogenes DMF 5776, Fusarium culmorum DMF 0103 и Saccharomyces cerevisiae DMF 1017 была исследована и выражена с помощью минимальной ингибирующей концентрации (МИК) в диапазоне 1,2-20 мМ. Авторами обнаружено, что ингибирующая активность бутиловых эфиров фенольных кислот выше, чем у метиловых эфиров (MIC ниже 1,25 мМ). Антиоксидантную активность выбранных алкиловых эфиров фенольных кислот исследовали методом Ранцимата. Показано, что сложные эфиры 3,4-дигидроксифенольных кислот
23
(протокатеховая и кофейная кислоты) проявляют более высокую антиоксидантную активность по сравнению с соответствующими фенольными кислотами, причем наибольшая антиоксидантная активность была обнаружена у алкиловых эфиров кофеиновой кислоты.
Отмечается, что парабены - это группа сложных эфиров п-гидроксибензойной кислоты, используемых в более чем 22 000 косметических средствах в качестве консервантов при концентрациях до 0,8% (смеси парабенов) или до 0,4% (отдельный парабен) [6]. Группа включает метилпарабен, этилпарабен, пропилпарабен, изопропилпарабен, бутилпарабен, изобутилпарабен и бензилпарабен. Промышленные оценки ежедневного использования косметических продуктов, которые могут содержать парабены, составили 17,76 г для взрослых и 378 мг для младенцев. Парабены в косметических составах, наносимых на кожу, проникают через роговой слой обратно пропорционально длине сложноэфирной цепи. Карбоксилэстеразы гидролизуют парабены в коже. Парабены не накапливаются в организме. Концентрация парабенов в сыворотке крови даже после внутривенного введения быстро снижается и остается низкой. Исследования острой токсичности на животных показывают, что парабены не обладают значительной токсичностью при различных способах введения. Авторы отмечают, что парабены, как правило, не мутагены. Этилпарабен, пропилпарабен и бутилпарабен в рационе вызывали пролиферацию клеток в животе крыс, причем активность напрямую зависела от длины цепи алкильной цепи, но изобутилпарабен и бутилпарабен не были канцерогенными в исследовании хронического кормления мышей. Метилпарабен не является канцерогенным при подкожном введении мышам или крысам. Пропилпарабен оказался неканцерогенным при исследовании трансплацентарного канцерогенеза. Метилпарабен не был тератогенным у кроликов, крыс, мышей и хомяков, а этилпарабен не был тератогенным у крыс.
Новые сложные эфиры феноловых монокислот синтезированы в результате реакции бензойной кислоты и моно-гидроксибензойных кислот с 2-феноксиэтанолом, выделенным из Urtica pilulifera, охарактеризованы и исследованы на возможные антиоксидантные, противогрибковые, противомикробные и противораковые действия [7]. Показано, что 2-феноксиэтил-4-гидроксибензоат продемонстрировал значительную активность против MCF-7 с IC50 менее 62,5 мкг/мл и полное ингибирование при концентрации менее 37,5 мкг /мл против M. canis и менее 50 мкг/мл против T. рубрум. С другой стороны, 2-феноксиэтил-2-гидроксибензоат обнаруживает 70% гентамицина против K. pneumoniae.
Ряд пренилированных производных бензойной кислоты с интересной биологической активностью был выделен и охарактеризован из различных видов семейства пипераковых [8]. Несколько видов Piper содержали структурно похожие соединения с различными биологическими активностями, такими как антибактериальные, противогрибковые,
24
инсектицидные, а также антипаразитарные. Все эти соединения, представляют собой пренилированные производные бензойной кислоты. Показано, что Piper sp. может служить источником потенциальных противоинфекционных агентов путем разработки биосинтетического подхода к синтезу пренилированных бензойных кислот и их эфиров типа соединений 12 и 13.
он
12
он
ноос
13
Сообщается, что в настоящее время использование фитохимических веществ для борьбы с болезнями человека вызывает значительный общественный и научный интерес [9]. Сирингиковая кислота представляет эфирогидроксибензойную кислоту, часто обнаруживаемое во фруктах и овощах. Она демонстрирует широкий спектр терапевтических применений в профилактике диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, рака, ишемии головного мозга; а также обладает антиоксидантным, противомикробным, противовоспалительным, антиэндотоксическим, нейро- и гепатопротекторным действием. Эта кислота обладает эффективным поглотителем свободных радикалов и устраняет маркеры окислительного стресса. Ее терапевтическое свойство объясняется наличием метоксигрупп в ароматическом кольце в положениях 3 и 5. Показано, что высокая антиоксидантная активность этой кислоты может оказывать благотворное влияние на здоровье человека за счет модулирования активности ферментов.
сирингиковая кислота В статье [10] рассматривается вопрос о том, обладает ли п-гидроксибензойная кислота, распространенный метаболит парабенов, эстрогенной активностью в клеточных линиях рака груди человека. Алкиловые эфиры п-гидроксибензойной кислоты (парабены) широко используются в качестве консервантов в потребительских товарах. Показано, что они обладают эстрогенной активностью и присутствуют в ткани опухоли груди
25
человека. Вэто работе авторы сообщают, что п-гидроксибензойная кислота обладает эстрогенной активностью в панели анализов клеточных линий рака груди человека. Следуя предыдущим исследованиям, показывающим снижение эстрогенной активности парабенов с сокращением длины линейной алкильной цепи, в этом исследовании сравнивается эстрогенная активность п-гидроксибензойной кислоты, в которой алкильная группа больше не присутствует, с метилпарабеном, который имеет самую короткую алкильную группу. Внутренняя эстрогенная активность п-гидроксибензойной кислоты была аналогична таковой у метилпарабена с точки зрения относительного связывания с рецептором эстрогена, но ее эстрогенная активность в отношении экспрессии генов и пролиферации клеток была ниже, чем у метилпарабена. Авторы сделали вывод, что удаление сложноэфирной группы из парабенов не отменяет его эстрогенной активности и что п-гидроксибензойная кислота может вызывать эстрогенные реакции в клетках рака молочной железы человека.
Биологическая роль этилпарабена изучалась в работе [11] путем введения в организм этилпарабена в индивидуальном виде и при одновременном приеме вместе с салициловой кислотой. Авторы отмечают, что экскреция неконъюгированной п-гидроксибензойной кислоты (продукт гидролиза этилпарабена) при этом увеличивалась, тогда как экскреция других метаболитов снижалась. Показано, что концентрация этой кислоты в крови значительно отличалась от таковой для индивидуального этилпарабенаи особенно задерживалось выведение каждого метаболита.
В аналогичной работе [12] изучены биологические функции этилпарабена и п-гидроксибензойной кислоты у крыс после внутривенного и интрадуоденального введения в дозе 2 мг/кг. Концентрацию в крови детально измеряли от 3 мин после введения через соответствующие интервалы времени до 90 мин. Показано, что этилпарабен мало обнаруживался в крови после интрадуоденального введения. Предполагается, что метаболизм в кишечнике и эффект первого прохождения в печени в значительной степени способствуют гидролизу этилпарабена. Показано, что скорость гидролиза, а также абсорбция и конъюгация очень высоки. Авторы предполагают, что: конъюгация с п-гидроксигиппуровой кислотой превосходна при введении этилпарабена, чем п-гидроксибензойной кислоты, и при интрадуоденальном введении, чем при внутривенном введении.
Оловоорганические комплексы (IV) с о- или п-гидроксибензойными кислотами синтезированы путем взаимодействия метанольного раствора соединений ди- и триорганоолова (IV) с водным раствором лиганда гидроксибензойных кислот, содержащие эквимолярные количества гидроксида калия. Комплексы охарактеризованы с помощью элементного анализа и физико-химических методов анализа и исследована их
26
цитотоксичность in vitro в отношении раковых клеток саркомы (мезенхимальная ткань) крысы Wistar. Результаты показали, что комплексы обладают высокой активностью против этих клеточных линий [13].
Mycobacterium tuberculosis вызывает хроническую инфекцию и заболевание, манипулируя врожденным и адаптивным иммунным ответом хозяина. Стенка бактериальной клетки очень сложна и содержит большое количество гликозилированных соединений, которые секретируются во время инфекции. Они были предложены в качестве иммуномодулирующих молекул. К наиболее важным из них относятся производные п-гидроксибензойной кислоты. В работе [14] авторы сообщают о синтезе этого важного класса биомолекул и о первом исследовании in vitro иммуномодулирующих эффектов этих соединений в изоляции от бактерии-хозяина. Показано, что эти соединения не обладают стимулирующими свойствами, но, напротив, могут ингибировать продукцию воспалительных цитокинов, особенно интерферона-у (IFN-y), Т-клетками. Это исследование предлагает фундаментальное представление о влиянии этих гликанов на иммунный ответ.
Отмечается [15], что бензоаты - это класс натуральных продуктов, имеющие промышленное и стратегическое значение. В растениях эти соединения существуют в свободной форме и в виде конъюгатов с широким спектром других метаболитов, таких как глюкоза, которые могут быть присоединены к карбоксильной группе или к конкретным гидроксильным группам бензольного кольца. Эти реакции глюкозилирования изучаются в течение многих лет, но на сегодняшний день клонирован только один ген, кодирующий бензоатглюкозилтрансферазу. В этой работе филогенетический анализ последовательностей в геноме арабидопсиса выявил большое мультигенное семейство предполагаемых гликозилтрансфераз, содержащих согласованную последовательность, обычно обнаруживаемую в ферментах, переносящих глюкозу в соединения с малой молекулярной массой, такие как вторичные метаболиты. Девяносто из этих последовательностей в настоящее время экспрессируются в виде рекомбинантных белков в Escherichia coli, и их каталитическая активность in vitro по отношению к бензоатам была проанализирована. Данные показывают, что только 14 белков проявляют активность по отношению к 2-гидроксибензойной кислоте, 4-гидроксибензойной кислоте и 3,4-дигидроксибензойной кислоте. Из них только два фермента активны по отношению к 2-гидроксибензойной кислоте, что позволяет предположить, что это глюкозилтрансферазы салициловой кислоты Arabidopsis. Это исследование предоставляет новые инструменты для реакций биотрансформации in vitro и основу для разработки метаболизма бензоатов в растениях.
Таким образом, представленный обзор результатов научных исследований в области изучения биологической активности эфиров гидроксибензойных кислот показывает, что исследований в этой области не теряют своей актуальности и количество публикаций, посвященных этим исследованиям ежегодно возрастает. Поиск новых областей применения этих соединений в фармакохимии и фармацевтике представляет важный как научный, так и практический интерес.
ЛИТЕРАТУРА
1. Valkova N., Lepine F., Valeanu I., Dupont M. Hydrolysis of 4-hydroxybenzoic acid esters (parabens) and their aerobic transformation into phenol by the resistant Enterobacter cloacae strain EM / N.Valkova, F.Lepine, I.Valeanu, M.Dupont // Applied Environ. Microbiol. - 2001. -Vol. 67, N 6. - P. 2404-2409
2. Eklund T. The effect of sorbic acid and esters of p-hydroxybenzoic acid on the protonmotive force in Escherichia coli membrane vesicles / T.Eklund // J. Gen. Microbiol. - 1985. -Vol. 131, N 5. - P. 73-76
3. Xiang Z., Lingxua Y., Zhang M., Zhihong X. Design, synthesis and biological activity of hydroxybenzoic acid ester conjugates of phenazine-1-carboxylic acid / Z.Xiang, Y.Lingxua, M.Zhang, X.Zhihong // Chemistry Central Journal. - 2018. - Vol. 12. - P. 1908-1914
4. Harvey P., Everett D. Significance of the detection of esters of p-hydroxybenzoic acid (parabens) in human breast tumours / P.Harvey, D.Everett // J. Applied Toxicol. - 2004. - Vol. 24, N 1. - P. 1-4
5. Merki R., Hradkova I., Filip V., Smidrkal J. Antimicrobial and Antioxidant Properties of Phenolic Acids Alkyl Esters / R.Merki, I.Hradkova, V.Filip, J.Smidrkal // Czech. Journal of Food Sciences. - 2010. - Vol. 28, N 4. - P. 275-279
6. Andersen F. Final Amended Report on the Safety Assessment of Methylparaben, Ethylparaben, Propylparaben, Isopropylparaben, Butylparaben, Isobutylparaben, and Benzylparaben as used in Cosmetic Products / F.Andersen // International Journal of Toxicology. -2008. - Vol. 27, N 4. - P. 1-82
7. Husein A., Jondi W., Saleem M., Zatar N. Synthesis of novel biologically active mono acid esters derived from the constituents of Urtica pilulifera / A.Husein, W.Jordi, M.Saleem, N.Zatar // Iranian Journal of Pharmaceutical Research. - 2014. - Vol. 13, N 4. - P. 1173-1181
8. Malami I. Prenylated benzoic acid derivates from Piper species as source of anti-infective agents / I.Malami // International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. - 2012. - Vol. 3, N 6. - P. 172-185
9. Cheemanapalli S., Mopuri R., Golla R., Suresh A. Syringic acid (SA) - A Review of Its Occurrence, Biosynthesis, Pharmacological and Industrial Importance / S.Cheemanapalli, R.Mopuri, R.Golla, A.Suresh // Biomedicine and Pharmacotherapy. - 2018.- Vol. 108. - P. 547-557
10. Pugazhendhi D., Pope G., Darbre P. Oestrogenic activity of p-hydroxybenzoic acid (common metabolite of paraben esters) and methylparaben in human breast cancer cell lines / D.Pugazhendhi, G.Pope, P.Darbre // J. Applied Toxicol. - 2005. - Vol. 25, N 4.- P. 301-309
11. Kiwada H., Awazu S., Hanano M. The study on the biological fate of paraben at the dose of practical usage in rat. III. The effects of salicylic acid on the fate of ethyl paraben / H.Kiwada, S.Awazu, M.Hanano // J. Pharmacobiodyn. - 1981. - Vol. 4, N 8. - P. 643-648
12. Kiwada H., Awazu S., Hanano M. The study on the biological fate of paraben at the dose of practical usage in rat. II. The pharmacokinetic study on the blood concentration after the administration of ethyl paraben or p-hydroxybenzoic acid / H.Kiwada, S.Awazu, M.Hanano // J. Pharmacobiodyn. - 1980. - Vol. 3, N 7. - P. 353-363
13. Abdellah M., Hadjikakou S., Hadjihadis N., Kubicki M. Synthesis, characterization, and biological studies of organotin(IV) derivatives with o- or p-hydroxybenzoic acids / M.Abdellah, S.Hadjikakou, N.Hadjihadis, M.Kubicki // Bioinorg. Chem. Applied. - 2009. - Vol. 15. - P. 54-59
14. Bourke J., Gordon S., Brereton C., Lavelle E. The synthesis and biological evaluation of mycobacterial p-hydroxybenzoic acid derivatives (p-HBADs) / J.Bourke, S.Gordon, C.Brereton, E,Lavelle // Organic and Biomolecular Chemistry. - 2014. Vol. 12, N 7. - P. 1114-1123
15. Lim E-K., Doucet C., Li Y., Elias L. The activity of Arabidopsis glycosyltransferases toward salicylic acid, 4-hydroxybenzoic acid, and other benzoates / E-K. Lim, C.Doucet, Y.Li, L.Elias // J. Biol. Chem. - 2002. - Vol. 277, N 1. - P. 586-592
