CC BY
30
ФИЗИОЛОГИЯ
ВАЗОРЕЛАКСАНТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ПОЛИФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАСТЕНИЙ EUPHORBIA В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ХИМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
Ахмедов Фазлиддин Юсупович
ст. преп., кафедра физиологии человека и безопасности жизнедеятельности,
Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: axmedovfazliddin@,bk. ru
Зайнобиддинов Анвар Эркинжонович
д-р. биол. наук, заведующий кафедрой физиологии человека и безопасности жизнедеятельности,
Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: [email protected]
Гайибов Улугбек Гаппаржанович
ст. науч. сотр., PhD, Институт биоорганической химии АНРУз,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: gayibov. ulugbek@gmail. com
Рахимов Рахматилла Нуриллаевич
ст. науч. сотр., PhD, Институт биоорганической химии АН РУз,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: rrakhimov. 83@mail. ru
Юнусов Лазизбек Содикович
докторант, кафедра физиологии человека и безопасности жизнедеятельности,
Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: [email protected]
VAZORELAXANT EFFECT OF THE POLYPHENOL COMPOUNDS FROM EUPHORBIA PLANT SPEACES DEPENDING ON THEIR CHEMICAL STRUCTURE
Fazliddin Akhmedov
Senior Lecturer, Department of Human Physiology and Life Safety, Andijan State University,
Republic of Uzbekistan, Andijan
Anvar Zainobiddinov
Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Human Physiology and Life Safety, Andijan State University,
Republic of Uzbekistan, Andijan
Ulugbek Gayibov
Senior Researcher, PhD, Institute of Bioorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Rakhmatilla Rakhimov
Senior Researcher, PhD, Institute of Bioorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Lazizbek Yunusov
Doctoral student of the Department of Human Physiology and Life Safety of Andijan State University,
Republic of Uzbekistan, Andijan
Библиографическое описание: 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. 11(77). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10784
АННОТАЦИЯ
В настоящей работе было исследовано вазорелаксантное действие в зависимости от химического строения двух полифенольных соединений 1-0-галлоил-6-0-бисгаллоил-2,4-валонеил-р-0-глюкозы (ПС-1) и 1-0-галлоил-2,3-гексагидроксидифеноил-4,6-валонеил-р-0-глюкоза (ПС-2), выделенных из растений Euphorbia (зашифрованные как ПС-1 и ПС-2), на изометрические условия гладкой мускулатуры аорты крысы. Было установлено, что сосудорасширяющее действие ПС-1 (1-0-галлиол-6-0-бисгаллиол-2,4-валонеил-р-0-глюкоза) и ПС-2 (1-О-гал-лоил-2,3 -гексагидроксидифеноил-4,6-валонеил-р-Э-глюкоза) в экспериментах зависит от их концентрации и химической структуры, а также блокировки Са2\-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 1-0-galloyl-6-0-bisgalloyl-2,4-valoneil-p-D-glucose (PC-1) and 1-0-galloyl-2,3-gexahy-droxydiphenoil-4,6-valoneil-p-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 (1-0-galliol-6-0-bisgalliol-2,4-valoneil-p-D-glucose) and PC-2 (1-0-galloil-2,3-hexagydroxidiphenoil-4,6-valoneil-p-D-glucose) in experiments depend on their concentration and chemical structure, as well as blockade the Ca2+L - channel in the plas-molema of smooth muscle cells.
Ключевые слова: полифенольные соединения, кровяные тельца, гладкие мышцы, фенилефрин, блокаторы, Са2\-канал, а1-адренорецептор, релаксантное действие.
Keywords: polyphenol compounds, blood vessels, smooth muscle, phenilephrine, blockator, receptor, Са2\-channel, a1-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 (тРТР), активируют АТФ-зависимый калиевый канал и обладают высокой антиоксидант-ной/антирадикальной активностью. Особо следует отметить, что эти соединения активируют АТФ-зави-симый калиевый канал (митоКАТФ) в митохондри-альных мембранах. Известно, что каналы ткоКАТР играют важную роль в повреждении ишемической реперфузии (Ш.) 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 организа-
ции здравоохранения (ВОЗ), высокое кровяное давление и гиперхолестеринемия встречаются в развивающихся странах чаще, чем предполагалось. Среди факторов риска, за исключением гиперхолестерине-мии, - 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 вазорелаксант-ным 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 (C1409H10) в углероде глюкозы (6) молекулы ПС-1 увеличивает сосудорасширяющую активность [5, с. 170; 14, с. 1].
HO
HO ^ А HO
O=C CO
OH
OH
COOH
4VOH
OH HO OH
1-O-galloyl-6-O-bisgalloyl-2,4-valoneil-ß-D-glucose (PC-1)
OH
HO O II O
HO^ 0 H
HO^ V II 1 ^C—O
HO^ fS pCOOH
HO HO^
CH
OH
O о
OH
OH
H
0=C
OH
HO
C=0
/Л
OH
OH OH OH
1-O-galloyl-2,3-gexahydroxydiphenoil-4,6-valoneil-ß-D-glucose (PC-2)
Рисунок 1. Химическая структура полифенольных соединений nC-1 (A) и nC-2 (B), выделенных из растений Euphorbia humifusa и Euphorbia franchetii
Целью данного исследования является анализ зависимости от химической структуры вазорелаксант-ного 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 (1 = 2-4 мм; 0 = 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; CaCb - 2,5; CeH^Oe - 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 Са2+ь-ка-нал оценивали по амплитуде силы сокращения, вызванной KC1 (50 мМ) (Hoe et al., 2011). Влияние исследуемых полифенолов на резервный Са2+-канал (SOCC - Ca2+-каналы)/Ca2+-зависимые рецепторы
(ROCC - Са2+-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 ПС-1 и ПС-2. Полученные данные показали, что полифе-нольные соединения ПС-1 и ПС-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
C
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
А
Concentration цМ
сравнению с контролем. Значения (ЕС50) для ПС-1 и ПС-2 составляли 33,9 мкМ и 9,6 мкМ соответственно (рис. 2 А и В).
Б
Concentration цМ
Рисунок 2. Концентрационно-зависимое вазорелаксантное действие полифенолов ПС-1 (А) и ПС-2 (B) на сокращение препарата аорты, вызванное KCl (50 мМ). Ось Y - сила сокращения от 50 мМ KCl (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 СаСЪ (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
А
>— Control KCl (50 mM) ь— PC-1 (60 цМ)
эффект исследуемых полифенолов зависит от снижения проницаемости ионов Са2+ через Са2+-каналы L-типа и может быть связан с уменьшением [Са2+]ш в клетке.
Далее было исследовано участие Са2+ каналов Ь-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 ЕС50 = 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).
Б
100 -80 -60 -40 -20 -
] Control KCl (mM) Ц VP-£:CS0 = (0,1 цМ) Ц VP + PC-1 ECso = (33,9 цМ) I VP + PC-2 EC.a = (9,6 цМ)
I
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Рисунок 3. Зависимость релаксантного действия полифенолов ПС-1 и ПС-2 от концентрации [Ca2+] и состояния потенциалзависимых Са2-каналов L-типа A - влияние полифенолов ПС-1 и ПС-2 на предварительную обработку сокращения аорты крысы путем кумулятивного добавления CaCl2 к растворам Кребса. Ось Y -100 % 50 мМ КС1. Ось X - концентрация СаСЬ. Б - релаксантное действие ПС-1 и ПС-2 на сокращение мышц до обработки 50 мМКС1 при наличии верапамила (0,1 мкМ)
(* -р < 0,05; **р < 0,01; n = 4-6)
100
80
60
-.Г2 40
20
0
0
СаС1 (mM)
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 верапа-мила в среде инкубации наряду с блокадой Са2+ каналов L-типа могут быть задействованы и другие механизмы в снижении транспорта ионов Са2+ в гладко-мышечных клетках.
Кроме того, помимо потенциал-зависимых Ca2+-каналов, рецептор регулируемые Са2+-каналы играют важную роль в регуляции гомеостаза Ca2+ в гладко-мышечных клетках [2, с. 158]. Чтобы оценить влияние полифенолов на рецептор, регулируемые Ca2+-
каналы в последующих экспериментах исследовали сокращение мышц аорты, вызванное фенилфрином (БЕ), который является агонистом а1-адренорецепто-ров.
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. А и В).
Рисунок 4. Влияние ПС-1 и ПС-2 на сокращение аорты крысы, вызванное фенилэфрином. Ось У -100 % предварительная обработка силы сокращения аорты 1 мкМ ФЕ. Ось X - концентрация полифенолов
(* -р < 0,05; ** -р < 0,01; п = 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 Са2+-каналов. Дополнительные доказательства влияния изученных полифенолов на регулируемые рецепторами Са2+-каналы могут быть объяснены экспериментами с блокатором а-адренорецепторов фентоламином (ФА). В наших экспериментах релаксантный эффект полифенолов ПС-1 (40 мкМ) и ПС-2 (25 мкМ) в присутствии 10 мкМ фентоламина показал снижение ФЕ на 48,9 ± 5,7 % и 43,2 ± 4,1 % по сравнению с полифенолами без фентоламина (рис. 5).
Полученные результаты показывают, что релак-сантный эффект исследуемых полифенолов может быть связан с блокадой рецептор контролируемых Са2+-каналов.
Данные настоящего исследования подтверждают, что полифенолы ПС-1 и ПС-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.
Рисунок 5. Влияние фентоамина (10 мкМ) на релаксантный эффект ПС-1 и ПС-2.
Ось У -100 % сила сокращения аорты 1 мкМ ФЕ (* -р < 0,05; ** -р < 0,01; п = 4-6)
Известно, что биологическая активность полифе-нольных 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 параполо-жениях 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, ПС-2 проявляет более выраженную вазорелаксирующую активность, чем ПС-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 электронодонор-ными функциональными группами в молекулах, а также с наличием гексагидроксидифенильной функциональной группы.
октябрь, 2020 г.
Мы описали выше, что исследование сосудорасширяющего действия этих соединений было основано на том факте, что они активируют АТФ-зависи-мый 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 ПС-1 и ПС-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-p-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. Sekow-ski, 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. Amic, D.D. Amic, D. Beslo, N. TrinajstiC // 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 tra-chylobane / 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.
