Хамазулен и его содержание в зависимости от генетических и внешних условий произрастания в растениях рода полынь

Исследование выполнено при поддержке прикладных научных исследований Министерства образования и науки Республики Бурятия «Разработка инновационных лекарственных средств ранозаживляющего и антимикробного действия на основе природного сырья».

Хамазулен и его содержание в зависимости от генетических и внешних условий произрастания в растениях рода полынь / Т. Э. Рандалова, Л. Д. Раднаева, Ю. Н. Лещёва и др. // Вестник Бурятского государственного университета. Медицина и фармация. 2025. № 1. С. 45–56.

Введение

Род Artemisia L. характеризуется широким спектром морфологической и фи-тохимической изменчивости, что связано с различным географическим происхождением образцов. Кроме того, полиплоидия является особенно распространенной, а зарегистрированные цитотипы различаются по внешней морфологии, анатомии, фертильности и фитохимической цитогенетике [1]. Многие исследования показали, что виды рода Artemisia L. демонстрируют значительные внутривидовые вариации терпеновых компонентов их эфирных масел [2; 3]. В связи с этим актуальным остается детальное изучение пула вторичных метаболитов различных видов рода Artemisia L. с целью достоверного определения компонентов, отвечающих за проявление фармакологического действия. Кроме того, необходимы доклинические исследования in vivo и клинические испытания для подтверждения выявленных в экспериментальных исследованиях видов фармакологической активности различных экстрактов, эфирных масел полыней. Более того, актуальными будут исследования для разработки, стандартизации эффективных лекарственных препаратов на основе видов рода Artemisia L. Цель статьи — рассмотреть виды полыней, произрастающих в разных ареалах обитания и наиболее богатых хамазуленом, и выявить факторы, влияющие на его содержание.

Основное содержание

Хамазулен — это важное органическое соединение и его название по IUPAC: 7-этил-1,4-диметил-азулен, обычно считается продуктом деградации проазуле-новых сесквитерпеновых лактонов [4], которые естественным образом содержатся в эфирных маслах следующих растений семейства Asteraceae : Matricaria sp., Achillea sp., Artemisia sp [2; 5; 6] и встречаются в эфирных маслах полыни ( Artemisia ). Понимание механизмов биосинтеза хамазулена и факторов, влияющих на его содержание, необходимо для эффективного использования этого вещества в медицинской и фармацевтической практике, поэтому данному аспекту было посвящено множество публикаций. Так, биосинтез хамазулена осуществляется через два главных биосинтетических пути: мевалонатный (MVA) и метилэ-ритритолфосфатный (MEP). Хамазулен обладает противовоспалительной (подавляет воспаление и способствует заживлению тканей), антиоксидантной (нейтрализует свободные радикалы и защищает клетки от окислительного стресса), антибактериальной и противогрибковой (борется с инфекциями) активностью [717]. Хамазулен является чрезвычайно ценным соединением с однозначно документированной активностью в качестве мощного антиоксиданта [18-19]. Более того, Ramadan et al. [4] описали его противовоспалительную активность, связав это соединение с матрицином, хорошо известным природным терапевтическим агентом. В этом отношении исследования, направленные на использование природного возобновляемого источника хамазулена, вполне оправданы. Особенно представляет интерес полынь Artemisia arborescens (древовидная полынь), являющаяся эндемиком Средиземноморья, эфирные масла которого считаются потенциальным источником молекул, представляющих промышленный и фармацевтический интерес. Широкое географическое распространение этого растения, а также его давняя лекарственная репутация сделали A. arborescens объектом исследований прежде всего для изучения его в странах Средиземноморья. В этом отношении интересно проанализировать эфирные масла с разных регионов Средиземноморья, особенно состав эфирного масла (ЭМ) Artemisia arborescens , произрастающего в Италии. Так были охарактеризованы ЭМ Artemisia arborescens на Сардинии, которые принадлежали к хемо-типу в-туйон/хамазулен, при этом содержание хамазулена достигало рекордных значений — около 52%, что является высоким уровнем, зарегистрированным в роде Artemisia. В процессе перехода растения от вегетативной стадии к периоду цветения наблюдались количественные изменения в составе масла. В этом масле преобладали кислородсодержащие монотерпены (37,7–57,0%) и сесквитерпеновые углеводороды (32,0–55,3%). Основными компонентами являлись в-туйон (33,8-53,2%), хамазулен (25,6-51,5%) и гермакрен D (3,2–5,4%). Исследование показало, что эфирное масло обладает выраженной антиоксидантной активностью и способностью подавлять пролиферацию раковых клеток в экспериментах in vitro [20]. Нужно отметить, что в том же районе — архипелаге Ла-Маддалена — произрастает Artemisia caerulescens L. ssp. densiflora (Viv.), в ЭМ которого основным соединением оказался терпинен-4-ол (22%), за которым следуют p-цимен (7,6%) и а-терпинеол (3,02%), и нет хамазулена, т. е. видно влияние видовой принадлежности [21]. По данным Presti et al.

[22], определен состав трех эфирных масел A. arborescens , полученных в Калабрии, на Сицилии и на Эолийских островах (Липари) из свежего растительного материала (листья) в фазе вегетации (Сицилия, Калабрия, Липари), который показал, что основными компонентами масла являются камфора (21,4, 39,5 и 20,1%) и хамазулен (37,6, 27,1 и 34,6%) [23]. Показано, что химический профиль ЭМ A. arborescens , собранных в четырех разных местах на Сицилии, весьма изменчив, и были идентифицированы различные хемотипы:

• •    хемотип I — содержит камфору, хамазулен и в-туйон;

• •    хемотип II — доминирует в-туйон/хамазулен;

• •    хемотип III — образцы, в которых в-туйон отсутствует, а доминируют хамазулен и камфора.

Масла из растений, собранных в Аква Кальда (Липари), содержали до 63% хамазулена и демонстрировали более выраженный эффект подавления роста опухолевых клеток меланомы. Ранее Militello et al. [24] изучили ЭМ, полученное из сицилийского образца A. arborescens, основными компонентами оказались в-туйон (45,0%), хамазулен (22,7%), камфора (6,8%) и гермакрен D (3,3%). Неразбавленное эфирное масло показало широкий спектр ингибирования в отношении некоторых пищевых патогенных бактерий: штаммов Listeria monocytogenes (34 из 44), в то время как оно было неэффективным против энтеробактерий и сальмонелл. Далее [25] эфирные масла были проанализированы из надземных частей нескольких популяций Artemisia arborescens L., собранных в пяти различных районах Сицилии, для изучения химического состава и его изменчивости в зависимости от фенологической стадии. Основными компонентами являлись в-туйон (20,5-55,9%), хамазулен (15,2-49,4%), камфора (1,3-10,7%), гермакрен D (2,3-3,4%). Как в фазе цветения, так и в вегетативной фазе основными соединениями всегда оставались в-туйон и хамазулен. В исследовании Michelakis и коллег [26] эфирные масла, полученные из трех критских популяций, также оказались богатыми камфорой, в-туйоном и хамазуленом в качестве основных компонентов, а также содержали борнил ацетат. Результаты показали, что наиболее перспективным источником для дальнейших исследований является популяция, содержащая 51,5% хамазулена на стадии полного цветения растения. Этот период наиболее подходит для сбора сырья. Затем для эфирного масла выбранной популяции было исследовано соотношение между объемом извлеченного хама-зулена и условиями дистилляции при пяти различных значениях pH. Это показало резкое снижение количества в-туйона, камфоры и борнил ацетата и значительное увеличение содержания хамазулена как в кислых, так и в основных условиях. Количество хамазулена увеличивалось на 6,4% при pH 3,8, на 16,0% при pH 5,5, на 27,3% при pH 8,3 и на 23,6% при pH 9,9. Увеличение выхода хама-зулена при дистилляции полыни в кислой среде можно объяснить с учетом основного механизма превращения предшественника матрицина в карбоновую кислоту хамазулена, а затем — в хамазулен в искусственных желудочных соках, как описано в работе Ramadan et al. [4]. С другой стороны, резкое увеличение выхода хамазулена при основных условиях дистилляции хорошо объясняется химической природой предшественников проазуленовых лактонов, которые химически неустойчивы в основных условиях и склонны к деградации [27]. Использование умеренно щелочных условий значительно увеличило соответствующий выход хамазулена, который достиг 65,1%. Также надземные ча- сти Artemisia arborescens были собраны в различных районах Средиземноморья (Юго-Западный Алжир и Южная Италия), и образцы ЭМ имели схожий терпеновый профиль, богатый хамазуленом, β-туйоном и камфорой. Полученные эфирные масла были протестированы против нескольких штаммов Listeria monocytogenes. ЭМ A. arborescens ингибировало до 83,3% штаммов L. monocytogenes, но степень ингибирования различалась в зависимости от происхождения масла: алжирские образцы показывали более сильное антибактериальное действие по сравнению с итальянскими [28]. Проводилось сравнительное исследование ЭМ, полученных по традиционному паровому дистилляционному методу и методу сверхкритической CO2 экстракции. Результаты показали, что сверхкритическая CO2 экстракция позволяет извлечь более широкий спектр летучих соединений, сохраняя при этом термолабильные компоненты, которые могут разрушаться при паровой дистилляции. Сверхкритический CO2 экстракт этого вида демонстрирует измененный химический профиль: наблюдается увеличение содержания некоторых биоактивных соединений, что свидетельствует о том, что метод экстракции оказывает существенное влияние на состав конечного продукта. Наблюдаемые различия между составом летучих концентратов, полученных методом сверхкритической экстракции (SFE), и гидродистиллированных (HD) масел оказались существенными [29]. Pappas, Robert и Sylla Sheppard-Hanger сравнили эфирные масла с Тихоокеанского Северо-Запада, в котором наблюдалось высокое содержание хамазулена (39,60%), камфоры (16,71%) с марроканским типом с высоким содержанием туйона (30,06%), камфоры (21,67%) и хамазулена (1,45%) [30]. Основными компонентами эфирного масла Artemisia arborescens, собранной в Ливии, были сесквитерпеновые углеводороды (47,4%), главными компонентами оказались камфора (24,7%) и хамазулен (20,9%). ЭМ по сравнению со стрептомицином и ампициллином продемонстрировали лучшую антимикробную активность и обладали противогрибковой активностью [31]. В эфирном масле Artemisia arborescens [32] основными компонентами были хамазулен (31,9%) и камфора (25,8%). Результаты по инсектицидному действию показали, что эфирное масло было высокоэффективным против насекомого R. dominica. Также наблюдалась высокая антигрибковая активность против Rhizoctonia solani. В статье Абдеррахима и соавторов [33] «Химический состав эфирного масла Artemisia arborescens L., произрастающего в дикой природе Алжира» исследован состав эфирного масла, полученного из высушенных надземных частей растения, собранного в регионе Беджаия (Алжир), где основными компонентами были хама-зулен (30,2%), β-туйон (27,8%), β-эвдесмол (8,1%) и каталпонол (5,5%). В статье K. Younes и др. [34] исследован химический состав ЭМ A. arborescens с богатым содержанием камфоры (Бени-Снус: 72,2%, Бидар: 50,3%, Шетуан: 32,8%). Также нужно отметить присутствие хамазулена от 0,1 до 8,7% в зависимости от места сбора. Авторы утверждают, что данная работа позволила идентифицировать новый хемотип Artemisia arborescens, произрастающий в Северо-Западном Алжире, и также подтвердила значительную химическую вариабельность алжирской A. arborescens. Результаты также показали, что ЭМ обладают сильной антибактериальной и выраженной антиоксидантной активностью. GC-MS анализ ЭМ растения, собранного в Черногории (Будва и остров Старый Улцинь), показал, что наиболее распространенными компонентами являются α-туйон (0,0% и 28,59%), камфора (6,44% и 39,46%) и камфен (7,08% и 2,35%) [35]. Riahi L. и др. [36] про- вели исследование летучих метаболитов ― их содержание и антимикробный потенциал у четырнадцати популяций, происходящих из различных географических и биоклиматических зон Туниса. Полученные результаты показали, что среднее содержание эфирного масла составляет 1,47%. Листья популяций тунисского A. arborescens были богаты камфорой (15,05–58,05%), хамазуленом (11,72– 45,26%) и β-туйоном (0–36,53%). На основе трех основных соединений, обнаруженных в каждой популяции, были определены четыре типа масла и выявлена значительная вариативность в концентрации летучих метаболитов среди различных генотипов тунисской Artemisia arborescens. Хемометрический анализ выявил три классификационных кластера, которые в основном определяются минорными соединениями. Эти летучие минорные метаболиты позволили различать четырнадцать изученных популяций, что подчеркивает их хемотаксономическое значение. В следующей работе [37] представлен эффективный метод микрокло-нального размножения для in vitro регенерации этого вида. Фитохимический анализ выявил повышенное содержание общих фенолов и флавоноидов в микро-пропагированных растениях по сравнению с материнским растением. Однако значительных различий в содержании конденсированных таннинов и эфирных масел между микропропагированными растениями и материнским растением не наблюдалось. Этот простой и быстрый протокол in vitro регенерации через прямой органогенез может быть применен как для программ ex situ и in situ сохранения, так и для устойчивого производства биологически активных фитохимиче-ских соединений данного вида полыни. Olivera Politeo и др. [38] проанализировали эфирное масло, выделенное из растений, собранных в Хорватии, где содержание камфоры составило 39,5%, хамазулена ― 33,9%. Следует отметить, что наряду с исследованиями состава ЭМ и их фармакологической активности важное значение имеют экстракты, обладающие цитотоксической, антимикробной и антибиопленочной активностью [39; 40].

Таким образом, Artemisia arborescens является типичным видом средиземноморской флоры и представляет собой ценное лекарственное растение. Различные химические профили (хемотипы) коррелируют с уровнем биоактивности, что свидетельствует о генетических факторах, являющихся основным детерминантом в формировании химического состава. Это открывает перспективы для отбора определенных генотипов с высокой фармакологической активностью и их использования в консервационных и коммерческих программах. Разнообразие эфирных масел открывает широкие возможности для разработки селекционных программ с учетом желаемых биологически активных соединений. Для сохранения наибольшего химического полиморфизма этого ценного лекарственного вида предложены стратегии in situ и ex situ консервации.

Наряду с такими впечатляющими результатами исследований по A. arborescens нами также изучались перспективные виды полыней флоры Бурятии и Монголии, накапливающие не только значимое количество эфирного масла, но и весьма ценные компоненты, такие как хамазулен A. sieversiana, A. jacutica, A. macrocephala. Во всех образцах эфирного масла полыни Сиверса независимо от района произрастания растения обнаруживаются 1,8-цинеол (2.34–22.57%), терпинеол-4 (0.964.70%), гермакрен Э (8.66–12.36%), Р-фарнезен (0.64–5.17%), селина-4,11-диен (0.97–4.66%), нерил-2-метилбутаноат (4.80–8.79%) и хамазулен (0.60–25.36%). Наибольшее количество хамазулена содержат эфирные масла, выделенные из растений, произрастающих в степных районах, в Прибайкальском районе (25.36%), наименьшее — в Закаменском районе (0.60%). Содержание ха-мазулена в фазу вегетации колеблется от 0.20 до 24.69%, в фазу бутонизации — от 21.34 до 61.91%, в фазу цветения — от 1.53 до 34.42%, в фазу плодоношения — от 10.87 до 20.64% [41; 42].

В A . macrocephala (п. Крупноголовчатая), собранной на зарослях в Архангай-ском и Тов аймаках Монголии [43], одним из основных компонентов эфирного масла также является хамазулен (7,4–16,1%). Результаты изучения динамики накопления эфирного масла по органам A. macrocephala herba показали, что наибольший выход наблюдается в соцветиях (0,66%), наименьший ― стеблях (0,16%); в листьях же выход составил 0,33%. Основными константными компонентами во всех органах растения (стебли, соцветия, листья) являются камфора (1,03–4,95%), нерил-2-метилбутаноат (10,50–26,35%), α-бисаболол (17,54– 27,88%), хамазулен (8,30–20,46%). Другим веществом, обладающим противовоспалительным действием и содержащимся в изученных маслах, является α-бисаболол (17,54–27,88%). Доминирующими компонентами эфирного масла A. jacuticae herba являются нерил-2-, нерил-3-метилбутаноат, геранил-2-, гера-нил-3-метилбутаноат, нерилпентаноат, γ-эвдесмол и хамазулен. Содержание ха-мазулена варьирует от 21,73 до 38,57% в зависимости от года сбора [44].

Заключение

Следует отметить, что эфирные масла растений подсекции Absinthium ( A . sieversiana, A . jacutica и A . macropephala ) представляют ценность для медицины в качестве ранозаживляющего средства. В связи с этим заслуживает внимания дальнейшая экспериментальная работа по уточнению условий дистилляции, способов экстракции, культивирования, что может способствовать увеличению выхода хамазулена и оптимизации состава эфирного масла и созданию новых лекарственных средств. Также важно изучение влияния экологических и генетических факторов на формирование хемотипов для оптимизации использования эфирных масел в терапии заболеваний.