CC BY
9
ФАРМАКОЛОГИЯ, КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ / PHARMACOLOGY, CLINICAL PHARMACOLOGY
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.125.74 ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЭКСТРАКТА КОРНЕВИЩ PETASITES HYBRIDUS
Научная статья
Цибизова А.А.1, Каштанова О.А.2, Сергалиева М.У.3' *
1 ORCID : 0000-0002-9994-4751;
2 ORCID : 0000-0002-4738-7762;
3 ORCID : 0000-0002-9630-2913;
1 2' 3 Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Российская Федерация
* Корреспондирующий автор (charlina_astr[at]mail.ru)
Аннотация
Растения рода Petasita L. широко используются в народной медицине для лечения мигрени, гипертонии, респираторных, желудочно-кишечных и других заболеваний. В многочисленных исследованиях установлено, что извлечения различных видов белокопытника оказывают седативное, нейропротекторное, противовоспалительное, антиоксидантное, гипотензивное, кардиопротекторное, противовопухолевое, противомикробное действие и др. Разнонаправленную фармакологическую активность обеспечивает уникальный химический состав белокопытника. Цель: оценка биологической активности экстракта корневищ Petasites hybridus. В качестве объекта исследования был рассмотрен экстракт корневищ Petasites hybridus приготовленный в отношении 1:1. Биологическую активность Petasites hybridus изучали на разведениях экстракта в следующих концентрациях: 1%, 5%, 10%, 20%, 50% и 100%. Токсические свойства экстрактов Petasites hybridus изучали на культуре Paramecium caudatum по следующей методике: на предметное стекло наносили каплю (50 мкл) культуру парамециев, добавляли эквивалентный объем исследуемого экстракта в различной концентрации и через 10 мин учитывали изменение количества, форму, размер и характер движения парамеций. Мембраностабилизирующую и антиоксидантную активность изучали с применением в качестве токсикантов 14% раствор этанола и 3% раствор перекиси водорода. Установлено, что экстракт корневищ Petasites hybridus не оказывает токсического воздействия на клетки парамециев в концентрациях от 1% до 10% и оказывает выраженное антиоксидантное и мембраностабилизирующее действие, тогда как концентрации от 20% до 100% вызывают токсические эффекты, проявляющиеся в снижении скорости деления клеток, снижении их количества и подвижности. Таким образом, проведенные исследования токсических и биологических эффектов экстракта корневищ Petasites hybridus свидетельствуют о том, что их выраженность зависит от концентрации экстрактов: низко разведенные экстракты оказывают антиоксидантный и мембраностабилизирующий эффект, тогда как высокие концентрации оказывают токсическое воздействие на Paramecium caudatum. Полученные результаты могут быть использованы как пилотные при проведении изучения профиля безопасности данного растения в дополнительных экспериментальных исследованиях на животных моделях с целью разработки на его основе лекарственных средств.
Ключевые слова: Белокопытник гибридный, Paramecium caudatum, антиоксидантное действие, мембраностабилизирующее действие.
THE EVALUATION OF BIOLOGICAL ACTIVITY OF PETASITES HYBRIDUS ROOTSTALKS EXTRACT
Research article
Tsibizova A.A.1, Kashtanova O.A.2, Sergalieva M.U.3' *
1 ORCID : 0000-0002-9994-4751;
2 ORCID : 0000-0002-4738-7762;
3 ORCID : 0000-0002-9630-2913;
1 2 3 Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russian Federation
* Corresponding author (charlina_astr[at]mail.ru)
Abstract
Plants of the genus Petasita L. are widely used in traditional medicine to treat migraine, hypertension, respiratory, gastrointestinal and other diseases. In numerous studies it has been found that extracts of different species of Petasites hybrida have sedative, neuroprotective, anti-inflammatory, antioxidant, hypotensive, cardioprotective, antitumor, antimicrobial effects, etc. The versatile pharmacological activity is provided by the unique chemical composition of Petasites hybrida. Aim: evaluation of the biological activity of Petasites hybridus rootstalk extract. An extract of Petasites hybridus rootstalks prepared in 1:1 ratio was considered as an object of study. The biological activity of Petasites hybridus was studied on dilutions of the extract in the following concentrations: 1%, 5%, 10%, 20%, 50% и 100%. Toxic properties of Petasites hybridus extracts were studied on Paramecium caudatum culture by the following method: a drop (50 pl) of Paramecium culture was put on a slide, an equivalent volume of the studied extract in different concentrations was added and after 10 min the number, shape, size and character of Paramecium movement were registered. Membrane stabilizing and antioxidant activity was studied with 14% ethanol solution and 3% hydrogen peroxide solution as toxicants. It was found that the Petasites hybridus rootstalks extract has no toxic effect on paramecium cells in concentrations from 1% to 10% and has a significant antioxidant and membrane-stabilizing effect, whereas concentrations from 20% to 100% cause toxic effects manifested in a reduction of cell division rate, decrease in their number and mobility. Thus, the studies on the toxic and biological effects of Petasites hybridus rootstalks extract indicate that their severity depends on the extract concentration: low diluted extracts have antioxidant and membrane
stabilizing effects, while high concentrations have a toxic effect on Paramecium caudatum. The results obtained can be used as a pilot to study the safety profile of this plant in additional experimental studies on animal models in order to develop drugs based on it.
Keywords: Petasites hybrida, Paramecium caudatum, antioxidant effect, membrane stabilizing effect.
Введение
Род Petasita L. состоит из травянистых многолетников с густыми, ползучими корневищами, большинство из которых широко используется в народной медицине для лечения мигрени, гипертонии, респираторных, желудочно-кишечных и других заболеваний [1], [2]. В многочисленных исследованиях установлено, что извлечения различных видов белокопытника оказывают седативное, нейропротекторное, противовоспалительное, антиоксидантное, гипотензивное, кардиопротекторное, противовопухолевое, противомикробное действие и др. [3], [5], [7], [9]. Разнонаправленную фармакологическую активность обеспечивает уникальный химический состав белокопытника. Доказано, наличие секвистерпенов, пирролизидиновых алкалоидов (сенеционин, сенециофиллин, интергерримин и др.), органических кислот (фукииновая кислота, кофейная кислота и другие производные гидроксикоричной кислоты), флавоноидов и их гликозидов (кемпферол, кверцетин, рутин), лигнанов (петазитины А и В), летучих соединений (|3-кариофиллен, валентен, петазитен, эупарин, а-эудесмол и др.) [10], [11].
Принимая во внимание вышеописанные факты, изучение биологической активности Белокопытника гибридного (Petasites hybridus L.), выращенного в Астраханской области, как потенциального источника сырья для производства фитосредств, является перспективным направлением.
Цель исследования: оценка биологической активности экстракта корневищ Petasites hybridus.
Методы и принципы исследования
В качестве объекта исследования был рассмотрен экстракт корневищ P. hybridus приготовленный в отношении 1:1. В качестве экстрагента использовали спирт этиловый 70 % концентрации. Получали экстракт с помощью настаивания на водяной бане при температуре 60 оС в течение 2 часов, с последующим отгоном экстрагента на ротационном испарителе. Сырье заготовлено в апреле 2021 г. на территории Астраханской области в Харабалинском районе и после проведения первичной обработки было высушено воздушным способом в теневых условиях и измельчено до размера частиц 3 мм.
Биологическую активность P. hybridus изучали на разведениях экстракта в следующих концентрациях: 1%, 5%, 10%, 20%, 50% и 100%.
Токсические свойства экстрактов P. hybridus изучали на культуре инфузории-туфельки (Paramecium caudatum) по следующей методике: на предметное стекло наносили каплю (50 мкл) культуру парамециев, добавляли эквивалентный объем исследуемого экстракта в различной концентрации и через 10 мин учитывали результаты. В контрольную каплю с культурой клеток вносили эквивалентный объем воды дистиллированной. Оценивали изменение количества, форму, размер и характер движения парамеций.
Мембраностабилизирующую и антиоксидантную активность изучали с применением в качестве токсикантов, воздействующих преимущественно на белковый и липидный компоненты клеточной стенки, 14% раствор этанола и 3% раствор перекиси водорода. В культуру клеток вносили экстракт в различных разведениях, через 72 часа токсиканты в объеме 50 мкл и оценивали время полной остановки парамеций.
Все исследования проводили в 5 кратной повторности. Экспериментальные данные обрабатывали с использованием t-критерия Стьюдента. Различия между группами признавали статистически значимыми при р < 0,05.
Основные результаты
Результаты исследования токсической активности экстракта корневищ P. hybridus показаны в таблице 1.
Таблица 1 - Оценка токсичности экстракта корневищ Petasites hybridus DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.125.74.1
Концентрация экстракта, % Первоначально е количество клеток Количество клеток через 72 часа Размер клеток, мкм Форма клеток Характер движения
Контроль 5-7 70-80 90-100 Элипсовидные Активные
1 5-7 120-130 90-100 Элипсовидные Активные
5 5-7 170-180 90-100 Элипсовидные Активные
10 5-7 130-140 90-100 Элипсовидные Активные
20 5-7 50-60 70-80 Сферическая Активные
50 5-7 30-40 70-80 Сферическая Мало активные
100 5-7 10-20 70-80 Сферическая Мало активные
Результаты оценки биологической активности показали, что разведения экстракта 20% - 100% оказывают выраженное токсическое воздействие, сопровождающееся снижением количества клеток парамециев, уменьшением размеров, изменением их формы и снижением активности. Высоко разведенный экстракт в концентрациях 1% и 10% приводит к увеличению количества парамециев в 1,8-1,9 раза в сравнении с контролем, при этом размер, форма и
характер движения остаются неизменными. Экстракт в концентрации 1:5 способствует увеличению количества клеток парамециев в сравнении с контролем в 2,4 и 2,3 раз.
Принимая во внимание вышеописанное, можно сделать вывод, что биологическое действие экстракта корневищ Petasites ЪуЬпёш зависит от его концентрации. Наименьшая летальная концентрация изучаемого экстракта соответствует концентрации 20%, при которой отмечено снижение количества клеток парамециев через 72 часа.
Результаты исследования биологической активности экстракта корневищ Petasites ЪуЬпёш показаны в таблице 2.
Таблица 2 - Оценка биологической активности экстракта корневищ Petasites hybridus DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.125.74.2
Время остановки, мин Контроль Концентрация экстракта
1 % 5 % 10 % 20 % 50 % 100 %
14% раствор этанола 0,29±0,02 0,43±0,02 ** 0,76±0,07* ** 0,73±0,07 0,26±0,02 * 0,23±0,03* 0,11±0,01*
3% раствор перекиси водорода 0,20±0,03 0,24±0,02 * 0,57±0,03 *** 0,48±0,04 0,18±0,01 0,18±0,01 0,09±0,01
Примечание: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001 - относительно контроля
В сравнении с контрольными показателями 1% концентрация экстракта способствовала увеличению времени остановки парамециев в растворах 14% этанола и 3% перекиси водорода на 48% и 20% соответственно; 5% экстракт увеличивал показатель на 162% и 185%; 10% концентрация - на 152% и 140% соответственно. Концентрации экстракта от 20% до 100% приводили к значительному снижению скорости парамециев под воздействием токсикантов: на 10% и 15%, 21% и 10%, на 62% и 55% в сравнении с контрольными значениями.
Удлинение времени остановки парамециев в экстракте в разведениях от 1 до 10% на фоне воздействия токсикантов свидетельствует о наличие мембраностабилизирующей и антиоксидантной активности, тогда как снижение времени до полной остановки, напротив, подтверждает токсическое действие экстракта корневищ Petasites hybridus в концентрациях 20, 50 и 100%.
Обсуждение
Применение Paramecium в качестве биологической модели с целью скринингового исследования биологической и токсической активности различных соединений предпочтение является перспективным направлением, так как применение простейших дает возможность быстрой оценки вероятных изменений в результате воздействия различных токсикантов. Так как патогенетические аспекты развития токсичности тесно связаны с гиперпродукцией свободных радикалов и индукцией окислительной деградации липидов и белков, неотъемлемой частью скринингового изучения биологической активности является изучение острой токсичности, антиоксидантных и мембраностабилизирующих свойств.
Проведенные нами исследования позволили установить, что экстракт корневищ Petasites hybridus не оказывает токсического воздействия на клетки парамециев в концентрациях от 1% до 10% и оказывают выраженное антиоксидантное и мембраностабилизирующее действие, тогда как концентрации от 20% до 100% вызывают токсические эффекты, проявляющиеся в снижении скорости деления клеток, снижении их количества и подвижности.
Токсичность изучаемого экстракта напрямую связана с наличием в химическом составе корневищ Petasites hybridus пирролизидиновых алкалоидов. Установлено, что алкалоиды способны вызывать широкий спектр негативных эффектов. Так экспериментальные исследования на животных позволили доказать, что пирролизидиновые алкалоиды способны повреждать ДНК клеток и провоцировать онкологические заболевания [4].
Заключение
Таким образом, проведенные исследования токсических и биологических эффектов экстракта корневищ Petasites hybridus свидетельствуют о том, что их выраженность зависит от концентрации экстрактов: низко разведенные экстракты оказывают антиоксидантный и мембраностабилизирующий эффект, тогда как высокие концентрации оказывают токсическое воздействие на Paramecium caudatum. Полученные результаты могут быть использованы как пилотные при проведении изучения профиля безопасности данного растения в дополнительных экспериментальных исследованиях на животных моделях с целью разработки на его основе лекарственных средств.
Конфликт интересов
Не указан.
Рецензия
Все статьи проходят рецензирование. Но рецензент или автор статьи предпочли не публиковать рецензию к этой статье в открытом доступе. Рецензия может быть предоставлена компетентным органам по запросу.
Conflict of Interest
None declared.
Review
All articles are peer-reviewed. But the reviewer or the author of the article chose not to publish a review of this article in the public domain. The review can be provided to the competent authorities upon request.
Список литературы / References
1. Woo H.S. Bakkenolides and caffeoylquinic acids from the aerial portion of petasites japonicus and their bacterial neuraminidase inhibition ability. / H.S. Woo, K.C. Shin, J.Y. Kim et al. // Biomolecules. - 2020. - № 6. - p. 888. - DOI: 10.3390/biom10060888
2. Lee J.S. Chemical Constituents of the Leaves of Butterbur (Petasites japonicus) and Their Anti-Inflammatory Effects. / J.S. Lee, M. Jeong, S. Park et al. // Biomolecules. - 2019. - № 12. - p. 806. - DOI: 10.3390/biom9120806
3. Батман Т.П. Оценка биологической активности растительных экстрактов по показателю LC50 в экспериментах in vitro на примере экстрактов таволги, белокопытника и зюзьника. / Т.П. Байтман // Бюллетень медицинских интернет-конференций. - 2017. - № 6. - c. 1270-1272.
4. Mihajilov-Krstev T. Phytochemistry, toxicology and therapeutic value of Petasites hybridus Subsp. Ochroleucus (Common Butterbur) from the Balkans. / T. Mihajilov-Krstev, B. Jovanovic, B. Zlatkovic et al. // Plants (Basel). - 2020. - № 6. - p. 700. - DOI: 10.3390/plants9060700
5. Kulinowski L. A review on the ethnobotany, phytochemistry, pharmacology and toxicology of butterbur species (Petasites L.). / L. Kulinowski, S.V. Luca, M. Minceva et al. // J Ethnopharmacol. - 2022. - № 293. - p. 115263. - DOI: 10.1016/j.jep.2022.115263
6. Guo L. S-Petasin isolated from Petasites japonicus exerts anti-adipogenic activity in the 3T3-L1 cell line by inhibiting PPAR-y pathway signaling. / L. Guo, K. Li, Z. Cui et al. et al. // Food Funct. - 2019. - № 7. - p. 4396-4406. - DOI: 10.1039/c9fo00549h
7. Alhusayan R.M. Butterbur (Petasites hybridus) extract Ameliorates Hepatic Damage Induced by Ovalbumin in Mice. / R.M. Alhusayan, B.A. Aldahmash, D.M. El-Nagar et al. // Oxid Med Cell Longev. - 2020. - № 2020. - p. 3178214. - DOI: 10.1155/2020/3178214
8. Kitajima M. New otonecine-type pyrrolizidine alkaloid from Petasites japonicus. / M. Kitajima, К. Okabe, М. Yoshida et al. // J Nat Med. - 2019. - 3. - p. 602-607. - DOI: 10.1007/s11418-019-01285-9
9. Hiemori-Kondo М. Antioxidant compounds of Petasites japonicus and their preventive effects in chronic diseases. / М. Hiemori-Kondo // J Clin Biochem Nutr. - 2020. - № 1. - p. 10-18. - DOI: 10.3164/jcbn.20-58
10. Журавлева С.В. Белокопытник японский - источник БАВ для функциональных продуктов / С.В. Журавлева, Т.М. Бойцова - Владивосток: Дальнаука, 2016. - 7 c.
11. Демидова Е.И. Отдельное фармакогностическое изучение нефармакопейных лекарственных растений: белокопытник гибридный и полынь обыкновенная. / Е.И. Демидова, А.Н. Кисилёва, К.А. Стрелычева и др. // Смоленский медицинский альманах. - 2017. - № 1. - c. 108-112.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Woo H.S. Bakkenolides and caffeoylquinic acids from the aerial portion of petasites japonicus and their bacterial neuraminidase inhibition ability. / H.S. Woo, K.C. Shin, J.Y. Kim et al. // Biomolecules. - 2020. - № 6. - p. 888. - DOI: 10.3390/biom10060888
2. Lee J.S. Chemical Constituents of the Leaves of Butterbur (Petasites japonicus) and Their Anti-Inflammatory Effects. / J.S. Lee, M. Jeong, S. Park et al. // Biomolecules. - 2019. - № 12. - p. 806. - DOI: 10.3390/biom9120806
3. Bajtman T.P. Ocenka biologicheskoj aktivnosti rastitel'ny'x e'kstraktov po pokazatelyu LC50 v e'ksperimentax in vitro na primere e'kstraktov tavolgi, belokopy'tnika i zyuz'nika [Assessment of biological activity of plant extracts by LC50 parameter in in vitro experiments on the example of meadowsweet, butterbur and zyuznyk extracts]. / T.P. Bajtman // Byulleten' medicinskix internet-konferencij [Medical Internet Conference Bulletin]. - 2017. - № 6. - p. 1270-1272. [in Russian]
4. Mihajilov-Krstev T. Phytochemistry, toxicology and therapeutic value of Petasites hybridus Subsp. Ochroleucus (Common Butterbur) from the Balkans. / T. Mihajilov-Krstev, B. Jovanovic, B. Zlatkovic et al. // Plants (Basel). - 2020. - № 6. - p. 700. - DOI: 10.3390/plants9060700
5. Kulinowski L. A review on the ethnobotany, phytochemistry, pharmacology and toxicology of butterbur species (Petasites L.). / L. Kulinowski, S.V. Luca, M. Minceva et al. // J Ethnopharmacol. - 2022. - № 293. - p. 115263. - DOI: 10.1016/j.jep.2022.115263
6. Guo L. S-Petasin isolated from Petasites japonicus exerts anti-adipogenic activity in the 3T3-L1 cell line by inhibiting PPAR-y pathway signaling. / L. Guo, K. Li, Z. Cui et al. et al. // Food Funct. - 2019. - № 7. - p. 4396-4406. - DOI: 10.1039/c9fo00549h
7. Alhusayan R.M. Butterbur (Petasites hybridus) extract Ameliorates Hepatic Damage Induced by Ovalbumin in Mice. / R.M. Alhusayan, B.A. Aldahmash, D.M. El-Nagar et al. // Oxid Med Cell Longev. - 2020. - № 2020. - p. 3178214. - DOI: 10.1155/2020/3178214
8. Kitajima M. New otonecine-type pyrrolizidine alkaloid from Petasites japonicus. / M. Kitajima, К. Okabe, М. Yoshida et al. // J Nat Med. - 2019. - 3. - p. 602-607. - DOI: 10.1007/s11418-019-01285-9
MewdynapodnhM MayuMO-uccAedoBameAbCKUu wypnan ■ № 11 (125) • Hon6pb
9. Hiemori-Kondo M. Antioxidant compounds of Petasites japonicus and their preventive effects in chronic diseases. / M. Hiemori-Kondo // J Clin Biochem Nutr. - 2020. - № 1. - p. 10-18. - DOI: 10.3164/jcbn.20-58
10. Zhuravleva S.V. Belokopy'tnik yaponskij - istochnik BAV dlya funkcional'ny'x produktov [Belokopytnik Japanese source BAV for functional products] / S.V. Zhuravleva, T.M. Bojczova - Vladivostok: Dal'nauka, 2016. - 7 p. [in Russian]
11. Demidova E.I. Otdel'noe farmakognosticheskoe izuchenie nefarmakopejny'x lekarstvenny'x rastenij: belokopy'tnik gibridny'j i poly'n' oby'knovennaya [Separate pharmacognostic study of non-pharmacopoeial medicinal plants: hybrid and common wormwood]. / E.I. Demidova, A.N. Kisilyova, K.A. Strely'cheva et al. // Smolenskij medicinskij al'manax [Smolensk Medical Almanac]. - 2017. - № 1. - p. 108-112. [in Russian]
