Naturalna farmakologia

Jak to się zaczęło??

Farmakologia i związana z nią medycyna zaczęła się od zielarstwa którego działanie było potwierdzane na podstawie krótko terminowych zmian bądź objawów. W początkach zielarstwa nikt oczywiści nie myślał o sygnalingu komórkowym oraz o jego znaczeniu w odniesieniu do konkretnych chorób. Zioła były jednak stosowane w bardzo szerokim zakresie przez stulecia i we wszystkich kulturach. Na początku zbierano je, później już uprawiano – ważną rolę w uprawach ziół odegrały zakony takie jak Benedyktyni czy Kapucyni. Zawsze przy zakonach znajdowało się herbarium w którym główny herbarz był zakonnym zielarzem.

Jednak chciałbym skupić się na nieco innych ziołach niż te które były uprawiane na ziemiach polskich, mianowicie na imbirze, papryce ostrej, kurkumie i goździkach. Wspólną ich cechą jest to, że każde z nich posiada co najmniej jeden związek aktywny należący do grupy waniloidów, wykazują one podobne spektrum działania co najprawdopodobniej wynika z podobieństwa w ich strukturze. To właśnie te związki bardzo mnie zainteresowały i postaram się przedstawić – dlaczego?!?!

O czym dokładnie mówimy i jak to wygląda??

Najpierw niestety trochę systematyki – waniloidy są związkami fenolowymi zazwyczaj z łańcuchem hydrofobowym – łączy je sposób ułożenia podstawników w pierścieniu (3-hydroxy , 4-metoksy - ) ,a zmienną jest łańcuch hydrofobowy.

Najważniejsze z waniloidów to:

1. [6]-gingerol z imbiru

2. Kapsaicyna z ostrej papryki

3. Kurkumina z kurkumy

4. Eugenol z goździków

W zielarstwie stosuje się również i inne zioła które posiadają pierścień waniloidowy. Są one również używane w medycynie naturalnej, wywodzącej się głównie z dalekiego i bliskiego wschodu. Już od dłuższego czasu naukowcy starają się zbadać mechanizm ich działania, dotychczas brak jednak kompleksowych badań na temat żadnego z waniloidów. Postaram się przedstawić obraz działania tych związków który to obraz będzie próbą syntezy podstawowej wiedzy zawartej w artykułach podanych w przypisach.

Działanie przeciw zapalne

W stanie zapalnym obserwuje się dwie kolejne reakcje immunologiczne, odpowiednio nieswoistą i swoistą. Gdy wszystko przebiega zgodnie z zasadami tego procesu to po jakimś czasie zapalenie ustaje, a pacjent wraca do zdrowia. Jednak często zaburzenia tego procesu prowadzą do upośledzenia odpowiedzi immunologicznej i wtedy zaczyna się problem ponieważ bardzo wiele chorób okazuje się wynikać z długotrwałego (patologicznego) stanu zapalnego w którym komórki odpornościowe odpowiedzialne za odpowiedź niespecyficzną wchodzą w stan w którym zaczynają produkować chemokiny i cytokiny w takich ilościach, że zaczynają one promować utrzymanie stanu zapalnego przez dłuższy czas. Wiele produkowanych aktualnie leków ma za zadanie osłabienie tego stanu zapalnego tak aby umożliwić działanie limfocytów odpowiedzialnych za odpowiedź specyficzną, a w konsekwencji doprowadzić do wyleczenia, leki te to NSAIDs (non-steroidal antiinflammatory drugs). Już wiele badań dowodzi zdolności waniloidów do wygaszania stanu zapalnego. Większość badań została przeprowadzona na kapsaicynie, gingerolu i kurkuminie - to głównie o tych dwóch związkach będzie ten artykuł.

Lista przekaźników stanu zapalnego hamowanych przez waniloidy jest długa, przedstawię tu te najważniejsze aby zaprezentować obraz ich działania. Po pierwsze hamowany jest czynnik transkrypcyjny NFκB który jest najważniejszym czynnikiem odpowiedzialnym za indukcję ekspresji kilkudziesięciu mediatorów pozapalnych – najważniejsze to: IL-6, IL1α i β, IL-8(CXCL8), IL-12 i TNFα. Hamowanie czynnika NFκB prowadzi automatycznie do zahamowanie tych wszystkich interleukin prozapalnych i już sama ta inhibicja wyraźnie zmniejsza efekty stanu zapalnego. To jednak nie koniec ponieważ również za pomocą NFκB zachodzi hamowanie produkcji niskocząsteczkowych przekaźników stanu zapalnego poprzez inhibicje COX-2 (cyklooksygenazy drugiej – jest to indukowana forma tego enzymu). Cyklooksygenaza przeprowadza reakcję cyklizacji kwasu arachidonowego do PGD2 (prostaglandyny D2) która jest najistotniejszą prostaglandyną wytważaną przez komórki tuczne. Powstaje ona również jako pierwsza i jest prekursorem kolejnych – czyli zahamowanie jej syntezy hamuje syntezę reszty prostaglandyn. Kwas arachidonowy jest również przekształcany przez LOX-5 (lipooksygenazę-5) do 5-HPETE który jest prekursorem leukotrienów, jest to równię miejsce działania waniloidów które hamują syntezę 5-HPETE. Prostaglandyny są współodpowiedzialne za wzrost przepuszczalności i rozszerzenie naczyń oraz za skurcz oskrzeli we wczesnych etapach reakcji alergicznych, ma ponadto właściwościhamowania agregacji płytek krwi i jest czynnikiem chemokinetycznym dla neutrofilów(Immunologia - Jakubisiak). Leukotrieny również są niezwykle ważnymi mediatorami reakcji alergicznych, są odpowiedzialne przedewszystkim za migrację różnego rodzaju komórek do miejsca objętego procesem zapalnym (Immunologia - Jakubisiak). Niewiadomo czy hamowanie LOX-5 zachodzi poprzez NFκB ani czy zahodzi również inhibicja fosfolipazy-A2 – która jest enzymem nadrzędnym w stosunku do LOX-5 i COX-2 , takie rozwiązanie jest jednak sugerowane ponieważ oba procesy zależne od fosfolipazy-A2 są hamowane. Kolejnym ważnym mediatorem stanu zapalnego jest NO – tlenek azotu, syntetyzowany przez NOS (nitric oxide synthase). Enzym ten ma formę indukowanę (iNOS) i ulegającą ekspresji konstytutywnie. Badania przeprowadzone na makrofagach pobudzanych LPS-em (lipopolisacharyd) jak i INF-γ (interferon gamma) jednoznacznie pokazały, że wanilloidy hamują produkcje NO poprzez hamowanie ekspresji iNOS. NO jest bardzo ważnym przekaźnikiem wewnątrzkomórkowym i pełni ważną rolę w wielu zjawiskach biologicznych np. zmniejsza napięcie ściany naczyń, agregację płytek czy reguluje funkcję neuronów. Może jednak również sam pełnić funkcję, np. wraz z anionem ponadtlenkowym tworzy peroksyazotyny (ONOO-). Waniloidy hamują również inne kinazy jak na przykład kinazę p38MAP, inne cytokiny jak RANTES, mogą one też indukować chemokiny jak MCP-1 (macrophages chemoatracting protein).

Powyższy opis jest tylko zarysem szerokiego przeciwzapalnego działania waniloidów, są jednak widoczne pierwsze symptomy plejotropowego działania tych związków, a drogi ich aktywności coraz wyraźniej wydają się przeplatać. Jest to tylko działanie na układ nieswoisty, który dotychczas był najsilniej badany. Istnieją doniesienia które mówią o indukcji wytwarzania przeciwciał po zadziałaniu waniloidami, jednakże nie dotarłem do informacji czy przeciwciała te są pro czy przeciwzapalne. Waniloidy powodują też zwiększoną produkcje IL-4 która jest interleukiną przeciwzapalną. Wpływa on na proliferację i różnicowanie limfocytów B, komórek tucznych oraz na zmianę limfocytów Th0 w Th2. Jednak działanie waniloidów na odpowiedź swoistą jak i na układ dopełniacza musi być jeszcze głęboko przebadane aby móc dokładnie określić spektrum działania i ewentualne możliwości zastosowania terapeutycznego. Ich sposób działania bardzo przypomina działanie glikokortykosteroidów, jednak GS (glikokortykosteroidy) mogą w zależności od dawki aktywować bądź hamować różne procesy, dlatego nie można ich bezpośrednio porównywać.

Działanie przeciwnowotworowe

W badania populacyjnych i in vivo dowodzi się również działania przeciwnowotworowego waniloidów. Bardzo duża część artykułów pochodzi z Indii gdzie gingerol zawarty w imbirze jest bardzo pospolitym składnikiem pożywienia. Badano zapadalność na raka przewodu pokarmowego, przebadano tam dwie grupy mężczyzn różniące się ilością zjadanego imbiru, w jednej grupie byli mężczyźni którzy jedli normalne – dla tej kultury - ilości imbiru, druga grupa składała się z pasjonatów tego korzenia i badani w tej grupie spożywali o wiele więcej imbiru niż przeciętnie. Ciekawe, że na początku badacze spodziewali się większej zachorowalności w grupie drugie, okazało się jednak, że grupa spożywająca duże ilości imbiru miała o wiele niższy stopień zachorowań niż grupa jedząca „normalne” ilości imbiru. Badania in vitro dały już bardziej biologiczne dowody na przeciwnowotworowe działanie tych związków. Indukując angiogenezę za pomocą VEGF-u i bFGF-u zaobserwowano rozwój naczyń, następnie powtórzono eksperyment w obecności różnych stężeń [6]-gingerolu, zaobserwowano zależne od stężenia zahamowanie rozwoju naczyń krwionośnych. Natomiast najuważniejszą konkluzją z badań in vivo jest zahamowanie przeżutowania komórek nowotworowych – eksperyment był zrobiony na melanomie. Odpowiedniemu szczepowi myszy wszczykiwano [6]-gingerol w dwóch grupach (3mg/kg i 5mg/kg), była też grupa kontrolna. Po trzech tygodniach w płucach mysich w grupie kontrolnej zaobserwowano około 100 przerzutów, w grupie 3mg/kg przerzutów było o połowę mniej, a w grupie 5mg/kg znaleziono tylko kilka przerzutów. Powyższe dane pochodzą w większości z artykułu - [6]-Gingerol, a pungent ingredient of ginger, inhibits angiogenesis in vitro and in vivo, a podobne badania zostały przeprowadzone na kapsaicynie. Rola angiogenezy w nowotworzeni jest bardzo intensywnie badana, a wiele terapii jest skierowanych właśnie przeciwko rozwojowi naczyń krwionośnych. Dlatego dowód, ze składnik codziennego pożywienia może efektywnie hamować angiogenezę musi skłaniać do użycia go zarówno w prewencji nowotworów jak i w samej terapii.

W kontekście nowej teorii na temat powstawania nowotworów która mówi, że są one wynikiem długotrwałego stanu zapalnego (wspomniane w: Paradoxical role of inflammation in tumor development) leki posiadające działanie przeciwzapalne zyskują również działanie przeciwnowotworowe. Według nowych założeń nowotwór wytważając hipoxie i ściągając do siebie makrofagi które początkowo mają go zwalczać zaczyna zaprzęgać je do prac dla niego, wtedy zaczynają one wydzielać cytokiny prozapalne ale w na tyle specyficzny sposób, że przeszkadzają one limfocytom i w efekcie uniemożliwiają rozwinięcie się swoistej odpowiedzi immunologicznej - od tego momentu nowotwór (zwłaszcza guzy) staje się niewidoczny dla układu immunologicznego i może się rozwijać. Przysparza to bardzo dużych problemów w terapii ponieważ najprawdopodobniej nawet gdy nowotwór zostaje już zniszczony i z punktu widzenia klinicznego nastąpiła remisja to resztki nowotworu które przeżyły po radio i chemoterapii mogą się odrodzić ponieważ układ immunologiczny wciąż ich nie może zobaczyć, makrofagi które tam przeżyły dalej funkcjonują i wspomagają ponowny rozwój nowotworu.

Znana jest również rola hemoxygenazy pierwszej (HO-1) w angiogenezie, co ważne udowodniono – tym razem na kapsaicynie, że indukuje ona produkcję HO-1 przez co hamuje metastazę ponieważ nadekspresja HO-1 hamuje produkcję matrixmetalopoteinaz 2 i 13 (MMP2 i MMP13) – które są niezbędne dla komórki przerzutującej aby mogła przemieszczać się swobodnie po organizmie. Ciekawym byłoby sprawdzić czy któryś z waniloidów nie chamuje również MMP9 która jest główną matrixmetaloproteinazą.

TRPV1 - Transient receptor potential cation channel vanilloid, subfamily V, member 1

Na początku lat dziewięćdziesiątych okazało się, że za ostry smak kapsaicyny I gingerolu są odpowiedzialne specjalne receptory które wtedy nazwano VR-1 (vanilloids receptor – 1) później okazało się , że jest to receptor błonowy który jest nieselektywnym kanałem jonowym szczególnie dobrze przepuszczalnym dla jonów wapnia. Kolejne badania pokazały, że w rzeczywistości jest to receptor protonów (czyli zależnym od pH) i temperatury , a waniloidy są ligandami obniżającymi próg pobudliwości tego receptora. W normalnych warunkach próg pobudliwości to około 40ºC ale po przyłączeniu kapsiacyny bądź gingerolu spada on do 25ºC czyli kanał się otworzy ponieważ temperatura ciała to 36 ºC. Na początku sądzono, że występuje tylko w zakończeniach bólowych nerwów grzbietowych rdzenia kręgowego (DRG neurons), następnie wykryto go również w komórkach układu odpornościowego w komórkach tucznych. Doniesienia z przed paru lat donoszą, że receptor ten występuj powszechnie w wielu rejonach układu nerwowego, co ważniejsze przykłady to pole CA1 i CA3 hippokampa, w części pars compact substancji czarnej, w obu podstrukturach prążkowia: w nakrywce i jądrze ogoniastym. Można go również znaleźć w korze mózgowej w warstwie 3 i 5 oraz w niektórych strukturach układu limbicznego – co silnie sugeruje potencjalne skutki jego pobudzenia na psychikę człowieka. Należy też wspomnieć, że receptory te występują również w nerkach i w zakończeniach nerwowych w jelicie cienkim.

W powyższych strukturach wraz z receptorami TRPV1 często występują również receptory CB1 czyli receptory kanabinoidowe. Nie jest ważne aby pamiętać wszystkie miejsca ich występowania ale należy zdać sobie sprawę, że tak powszechna dystrybucja tych receptorów musi mieć przełożenie na ich funkcję i istotność w układzie nerwowym. Brak tego receptora nie jest letalny ponieważ KO (knock out) TRPV1 myszy udało się wytworzyć metodami inżynierii genetycznej i są na nich obecnie prowadzone badania. Rola tych receptorów jest silnie badana ale jak na razie brak jest skonsolidowanej opinii na ich temat, na temat endogennego waniloidu – substancji produkowanej przez organizm na przykład człowieka która aktywowałaby ten receptor. Jest wiele endogennych waniloidów wśród których najsławniejszym jest anandamid o których wiadomo, że są ligandami dla tego receptora – brak jednak wciąż substancji która występowałaby wszędzie tam gdzie te receptory i selektywnie mogłaby je aktywować – ponieważ anandamia aktywuje również receptory CB1. Zagadką jest fakt, że miejsce wiązania liganda znajduje się po wewnętrznej stronie błony komórkowej.

Inne zastosowanie w układzie immunologicznym

Powyżej opisane działania waniloidów są już na tyle zbadane, że można w pewien sposób podsumować dotychczas uzyskaną wiedzę. Jest jednak o wiele więcej doniesień na temat waniloidów które ciężko jest zdefiniować lub zakwalifikować do jednej z już zdefiniowanych grup.

Badania pokazują również ich gdziałanie w stosunku do czynników transkrypcyjnych – nie tylko NFκB ale i - PPARγ, AP-1, Egr-1 i β-catenin ,a plejotropowość tego działania jest trudna do określenia bez większej ilości danych. Należy też wspomnieć, że związki te wpływają one na cykl komórkowy hamując cykline D1 oraz p21 – a to ich nadekspresja występuje w chłonniakach. Wśród poznanych celów działania waniloidów jest inhibicja ekspresji HER2 – genu dla powierzchniowego receptora odpowiedzialnego za kontakt z sąsiednimi komórkami – to właśnie ten gen ulega nadekspresji w niektórych nowotworach piersi. Dlatego szuka się obecnie zastosowania tej własności nowotworów piersi to walki z nimi.

Podsumowanie

Pejotropizm działania ty związków co dobrze wbudowuje się w obraz biologii molekularnej w której każdy czynniki i każda substancja są zależne od wielu innych i wpływają na wiele kolejnych czynników tworząc wewnętrzenie i współzależny układ. To właśnie takie cechy noszą układy żywe w których homeostaza jest najważniejszą przyczyną zdrowia, a jej brak choroby. Zachwianie całego układu prowadzi do jego niewydolności, a to zwiększ podatność na choroby. W takiej sytuacji stosowanie leków stabilizujących cały układ umożliwia powrót do zdrowia, a prewencyjne stymulowanie układu odpornościowego pomaga je utrzymać.

Źródła

- [6]-Gingerol inhibits nitric oxide synthesis in activated J774.1 mouse macrophages and prevents peroxynitrite-induced oxidation and nitration reactions

- Effect of 6-Gingerol on Pro-Inflammatory Cytokine Production and Costimulatory Molecule Expression in Murine Peritoneal Macrophages

- [6]-Gingerol, a pungent ingredient of ginger, inhibits angiogenesis in vitro and in vivo

- Antitumor activity of curcumin is mediated through the induction of apoptosis in AK-5 tumor cells

- Vanilloid (Capsaicin) Receptors and Mechanisms

- Effect of 6-Gingerol on Pro-Inflammatory Cytokine Production and Costimulatory Molecule Expression in Murine Peritoneal Macrophages1

- Inflammatory mediators convert anandamide into a potent activator of the vanilloid type 1 transient receptor potential in nociceptive primary neurons

- Introduction (to TRPV)

- Cardiovascular effects of ginger aqueous extract and its phenolic constituents are mediated through multiple pathways

- Role of Vanilloid Receptors in the Capsaicin-Mediated Induction of iNOS in PC12 Cells

- Expression of transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) in synovial fibroblasts from patients with osteoarthritis and rheumatoid arthritis

- Immunologia - Jakubiosiak '