© Borgis - Postępy Fitoterapii 4/2010, s. 215-223
*Ewa Karpińska
Właściwości przeciwzapalne i przeciwnowotworowe Scutellaria baicalensis Georgi
Anti-inflammatory and anticancer properties of Scutellaria baicalensis Georgi
Instytut Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu, Oddział Roślin Zielarskich
Dyrektor Instytutu: prof. dr hab. Grzegorz Spychalski
Summary
Scutellaria baicalensis Georgi (baikal skullcap) is one of the most promising herbs in traditional Chinese medicine. Research evidences suggest that baicalin, wogonin and baicalein may have anticancer, neuro-protective and antiatherosclerotic effects. Radix Scutellariae derived antiproliferative flavonoids, induce programmed cell death in variety of cancer cell lines (MCF7, leukemia HL-60, malignant glioma). Treatment of transgenic mice with Scutellaria baicalensis inhibits tumor growth. According to animals studies, flavonoids have anti-arteriosclerosis action, due its anti-inflammatory properties. Baical skullcap root contains 26 bioflavonoids with recognized strong antioxidant effect. Skullcap flavons used to treat allergies, especially baicalin and wogonin are known to reduce inflammation. Baicalin inhibits growth factors and stops angiogenesis. In reverse, wogonin stimulates cells growth and it has a hepatoprotective action. S. baicalensis could be considered as a potential therapeutic agent in inflammatory and cancer treatment.
Scutellaria baicalensis Georgi – opis gatunku
Rodzaj Scutellaria należy do rodziny wargowych Labiatae. Gatunki Scutellaria występują w Azji, Europie i Ameryce Północnej: gatunek azjatycki S. baicalensis Georgi, S. laterifolia L. (tarczyca bocznokwiatowa), S. galericulata L. (tarczyca pospolita). Największy rozgłos medialny zyskała tarczyca bajkalska, mimo, że pozostałe gatunki posiadają podobne właściwości.
Scutellaria baicalensis (Baikal Skullap Root, Chinese Skullap, tarczyca bajkalska) pochodzi ze wschodniej Rosji oraz przyległych terenów Mongolii i Chin. To wieloletnia bylina o fioletowych kwiatach w kształcie lwiej paszczy. Tarczyca osiąga ok. 25-60 cm wysokości. Wykształca proste, okryte niedużymi lancetowatymi listkami pędy i niewielkie krótkie kłącze z korzeniem palowym, od którego wyrastają boczne korzonki. Preferuje północny, chłodny, suchy górski klimat, często rośnie wzdłuż rzek. Latem szybko wysycha i odnawia po deszczu.
Jest wytrzymała, znosi temperatury do -15°C. W Azji jest uprawiana na terenach od poziomu morza do 8000 m n.p.m. Wyrasta z nasion wysiewanych jesienią. W medycynie wykorzystuje się korzenie 3-4-letnich roślin, ponieważ aktywne związki flawonoidowe i alkaloidy stanowią wtedy około 20% ich składu. W Polsce rośnie jedynie w ogrodach botanicznych i na specjalistycznych plantacjach. Napar z liści jest gorzki i cierpki, ma silne działanie uspokajające i nasenne.
Przez tysiące lat tarczyca bajkalska była stosowana w Chinach przeciw atakom astmy, w alergiach, stanach zapalnych układu pokarmowego, leczeniu biegunek wywołanych pałeczkami Shigella (czerwonka bakteryjna), terapii chorób grzybiczych Candida albicans i wirusowych (1). Podobnie jak w przypadku innych surowców zielarskich, działanie lecznicze jednego składnika zależy od współdziałania wszystkich związków obecnych w roślinie. Scutella w jezyku łacińskim znaczy „tarcza”, co sugeruje „ochronę”. Chińska medycyna odnosi jej działanie do pięciu żywiołów, które uzupełniają się wzajemnie.
Surowcem jest korzeń palowy (ryc. 1), żółto-brązowy, skręcony, długości 8-25 cm i średnicy 1-3 cm. Korzenie po wykopaniu z ziemi powinny być natychmiast rozdrobnione i osuszone, aby nie dopuścić do zazielenienia. Proces ekstrakcji bajkaliny nie wymaga rozdziału na kolumnie chromatograficznej ani innej zaawansowanej metody izolacji (2).
Ryc. 1. Radix Scutellariae (dzięki uprzejmości A. Krzemińskiej).
Substancje biologicznie aktywne tarczycy bajkalskiej
Wśród najintensywniej badanych flawonów są apigenina, chryzyna, wogonina, bajkaleina (3, 4).
W składzie chemicznym rodzaju Scutellaria od czasu zidentyfikowania skutelareiny (1910 rok) wyróżniono 295 składników z 35 gatunków. Najważniejszą grupą są aktywne związki fenolowe: flawonoidy, glikozydy irydoidowe, diterpeny oraz zaliczane do związków fenolowych – glikozydy fenetylowe (fenyloetanoidy) oraz grupy związków towarzyszących głównym składnikom czynnym: garbniki, kwasy fenolowe, olejki eteryczne, alkaloidy, sterole. Polisacharydy występują w większości surowców i mają wpływ synergistyczny.
Tarczyca bajkalska należy do najlepiej rozpoznanych w zakresie związków flawonoidowych gatunków. W korzeniu roślin azjatyckich zawartość flawonów lipofilnych – o zwiększonej rozpuszczalności w błonie komórkowej, takich jak bajkalina, bajkaleina, wogonozyd, wogonina, skutelareina, oroksylina, skulkapflawon, wynosi około 20%, z czego 12 -17% stanowi bajkalina.
Frakcja występująca w większości gatunków z rodzaju Scutellaria, to flawony, pochodne 5,6,7-trihydroksyflawonu – bajkaleina, wogonina oraz ich glikozydy (5). Flawony mogą występować w formie wolnej lub glikozydowej (ryc. 2). Badania ostatnich lat potwierdzają bezpośrednie oddziaływanie flawonoidów na białka błonowe, enzymy lub ekspresję genów w organizmach zwierzęcych. Glikozydy oddziałują z receptorami i cukrami występującymi w błonach komórek roślin i zwierząt.
Ryc. 2. Budowa chemiczna flawonoidów tarczycy bajkalskiej.
Xiaofei i wsp. (6) zebrali wyniki badań ekstraktów ze Scutellaria baicalensis i frakcji bajkaliny, bajkaleiny, wogoniny. Ekstrakty wykazują szerokie spektrum oddziaływania farmakologicznego na procesy molekularne: hamują rozwój nowotworów oraz angiogenezę, działają neuro- i hepatoprotekcyjnie, antyoksydacyjnie, immunostymulująco. Bajkalina i wogonina redukują stany zapalne, zwiększają odporność na alergeny, wirusy, nowotwory. Bajkalina hamuje angiogenezę tkanki nowotworowej. Wogonina wywołuje apoptozę komórek rakowych, wzmaga wydzielanie nadtlenku wodoru w komórkach raka oraz jest neuroprotektantem – co wynika z jej silnych właściwości przeciwzapalnych i antyoksydacyjnych (7, 8) (ryc. 3).
Ryc. 3. Działanie przeciwnowotworowe i przeciwzapalne Scutellaria baicalensis.
Wodny ekstrakt ze Scutellaria baicalensis działa cytotoksycznie na komórki białaczki szpikowej człowieka HL-60. Z użyciem metod HPLC/MS zidentyfikowano 29 związków ekstraktu, w tym wogonozyd i pochodną przekształconą enzymatycznie – wogoninę. Wogonina reguluje ekspresję białek Bcl-2, istotnych czynników cyklu komórkowego, które promują proliferację, hamując płynące z zewnątrz sygnały o apoptozie. Ponadto obecność wogoniny hamuje odwrotną transkryptazę telomerazy (hTERT). Telomeraza jest enzymem wydłużającym telomery, a one decydują o liczbie podziałów wewnątrzkomórkowego materiału genetycznego (9).
Właściwości biologiczne Scutellaria baicalensis na tle biochemicznym
Struktura chemiczna flawonoidów tarczycy bajkalskiej sprawia, że są silnymi naturalnymi antyoksydantami; dzięki wolnym protonom w grupie fenolowej wchodzą w reakcje z wolnymi rodnikami, łatwo wiążą i usuwają metale ciężkie. Jako antyoksydanty flawonoidy tarczycy bajkalskiej wykazują bardzo dużą skuteczność. W budowie chemicznej bajkaleiny i bajkaliny rolę akceptora wolnych rodników pełnią grupy hydroksylowe i karbonylowe. Bajkaleina wykazuje najsilniejsze działanie antyoksydacyjne spośród czterech głównych flawonoidów tarczycy bajkalskiej.
Naturalnym źródłem rodników nadtlenkowych (.NO) i (.O2-) w organizmie jest oddychanie tkankowe. Synteza tlenku azotu (.NO) zachodzi w komórkach śródbłonka, w płytkach krwi oraz w ośrodkowym układzie nerwowym. Biologiczne działanie tlenku azotu polega na lokalnej relaksacji mięśni gładkich naczyń krwionośnych (regulacji ciśnienia tętniczego) oraz hamowaniu adhezji i agregacji płytek krwi.
Tlenek azotu hamuje też proliferację komórek mięśni gładkich oraz wiąże ROS (reactive oxygene species), co zapobiega utlenianiu lipidów. Nieprawidłowe funkcjonowanie śródbłonka (np. brak dysmutazy nadtlenkowej) powoduje wzrost reaktywnych form tlenu. W syntezie ROS biorą udział oksydaza NAD(P)H, cyklooksygenaza (COX), oksydaza ksantynowa (XO) i syntaza .NO (NOS) (ryc. 4).
Ryc. 4. Schemat syntezy wolnych rodników (ROS). Działanie antyoksydacyjne flawonoidów jest jednym z podstawowych mechanizmów fitoterapii (wg www.cvphysiology.com).
Endogenne rodniki nie stanowią zagrożenia dla DNA i fosfolipidów błon komórkowych, gdyż mechanizm antyoksydacyjny szybko je usuwa (rola dysmutazy nadtlenkowej SOD). Stres (np. stan zapalny) wzmaga produkcję wolnych rodników (.O2-), które działają silnie karcynogennie i mutagennie.
ROS łatwo reagują z tlenkiem azotu produkowanym w endothelium. Prowadzi to do zwężenia naczyń, zwiększonej adhezji i agregacji płytek krwi, powstawania zakrzepów, wzrostu liczby leukocytów i ich adhezji do komórek śródbłonka, również zmian morfologicznych w naczyniach krwionośnych w wyniku proliferacji komórek. Powstaje (ONOO-) wykazujący podobnie silne działanie utleniające DNA, lipidy i białka.
Yoon i wsp. (10) opublikowali wyniki badań potwierdzające działanie przeciwzapalne wodnego ekstraktu Radix Scutellariae (w stężeniach 25-200 μg/ml) w makrofagach RAW 264.7 zindukowanych LPS. Reakcja immunologiczna wyzwalała kaskadę sygnałów: uwalnianie .NO, interleukin, chemokin, interferonów oraz czynników wzrostu (VEGF) (ryc. 5).
Ryc. 5. Szlaki molekularne prowadzące do apoptozy, migracji i proliferacji są regulowane przez flawonoidy Scutellaria baicalensis.
Obserwowano obniżenie powstawania tlenku azotu (.NO), syntazy iNOS (która pod wpływem cytokin produkuje prozapalne .NO), obniżenie powstawania cyklooksygenazy COX-2, która katalizuje powstawanie prostaglandyn – czynników stanu zapalnego. Ekstrakt z korzenia tarczycy bajkalskiej hamował procesy zachodzące w makrofagach, ale nie wykazywał wobec nich cytotoksyczności.
Antyoksydacyjne działanie Scutellaria baicalensis rozciąga się na układ krwionośny i nerwowy: obniżanie ciśnienia krwi, hamowanie procesów zwapnienia tętnic, agregację płytek krwi, miażdżycę, hamowanie procesów zapalnych w ścianach naczyń krwionośnych i w tkance nerwowej (7, 8, 11, 12).
Właściwości adaptogenne tarczycy bajkalskiej
Za działanie adaptogenne rośliny odpowiadają jej właściwości antyoksydacyjne i stymulujące układ immunologiczny: jest to związane z pobudzeniem nieswoistej odpowiedzi organizmu (komórki żerne – makrofagi, granulocyty i układ dopełniacza) i usuwaniem reaktywnych form tlenu ROS, które pełnią kluczowe funkcje w przekazywaniu sygnału, reakcjach immunologicznych, śmierci komórek i indukowaniu mutacji DNA.
Na poziomie molekularnym stres chemiczny jest procesem, który prowadzi do pozbawienia komórki możliwości funkcjonowania i korzystania z zasobów energetycznych. Substancje adaptogenne (adaptogeny) usuwają toksyny, usprawniają funkcjonowanie układu krążenia, usuwają uczucie zmęczenia, zwiększają odporność na nowotwory, alergie i choroby immunizacyjne.
Badania kliniczne adaptogenów określa się, mierząc poziom hormonu DHEA (dehydroepiandrosteron), ciśnienia tętniczego i cholesterolu. Ciągły stres powoduje obniżenie DHEA przy jednoczesnym wzroście poziomu kortyzolu – hormonu stresu. Ponieważ procesy psychiczne wpływają na funkcje biochemiczne, mierzy się poziom cytokin IL-6, TNF-α, a także liczbę limfocytów i neutrofili, które obumierają w warunkach stresu (13). Stwierdzono, że po 12 tygodniach podawania uczestnikom badania mieszanki ekstraktów z 8 ziół o działaniu adaptogennym, wskaźniki markerów stresu zostały obniżone (14).
W procesie starzenia reakcje wolnorodnikowe przeważają nad systemem obronnym organizmu. Silne antyoksydanty, takie jak miłorząb (Ginkgo bilboa), tarczyca bajkalska (Scutellaria baicalensis), izoflawony soi (Glycine max), korzeń kudzu (Pueraria lobata), stosuje się w fitoterapii zespołów otępieniowych (demencja) o etiologii wolnorodnikowej, w których dochodzi do zaburzenia funkcji kory mózgowej.
Rodnik hydroksylowy jest wyjątkowo agresywny w stosunku do błon komórkowych. Powstaje on w wyniku reakcji Fentona, w której katalizatorami są kationy żelaza i miedzi.
Bajkalina silnie wiąże jony żelaza i wolne rodniki w warunkach fizjologicznych. Procesy hamowania reakcji Fentona i wpływ na homeostazę jonów metali jest jednym z podstawowych mechanizmów działania tego flawonoidu.
Oddziaływanie flawonoidów tarczycy bajkalskiej na mediatory stanu zapalnego
Zapalenie pomaga w leczeniu uszkodzonych tkanek. Jest to proces związany z napływem krwi ze zwiększoną liczbą limfocytów, makrofagów, granulocytów, wytwarzaniem tlenku azotu .NO przez makrofagi, cytokin przez limfocyty T i przeciwciał przez limfocyty B. Przewlekły stan zapalny prowadzi do chorób autoimmunizacyjnych, w których system odpornościowy bez wyraźnej przyczyny atakuje tkanki własnego ciała. System odpornościowy może skierować atak na inne części organizmu i wywołać stan zapalny w stawach, wątrobie, trzustce, w zastawkach, mózgu, skórze, mięśniach. Przewlekły stan zapalny indukuje dalszą syntezę NO i cytokin, a w rezultacie schorzenia, takie jak reumatoidalne zapalenie stawów, artretyzm, choroba wieńcowa, toczeń rumieniowaty, stwardnienie rozsiane, astma, wirusowe zapalenie wątroby, choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, cukrzyca typu I.
W roku 2001 Krakauer (15) opublikował jedną z pierwszych prac, wskazującą na bezpośredni wpływ bajkaliny na syntezę cytokin, chemokin i proliferację limfocytów T (99% zahamowania przy stężeniu bajkaliny 100 μg/ml) w liniach komórkowych człowieka. W doświadczeniu użyto hodowle in vitro, w których wywołano silną odpowiedz immunologiczną – uwalnianie chemokin i cytokin (MCP-1, MIP-1α oraz TNF α i β, IL-1 i 6, IFN-γ), które w dużym stężeniu (in vivo) odpowiedzialne są za patogenezę tkanek, wstrząs toksyczny, choroby autoimmunizacyjne. Lokalną odpowiedź immunologiczną wywołaną przez cytokiny przedstawiono na rycinie 6. Ekstrakt Scutellaria baicalensis zahamował aktywność mediatorów stanu zapalnego – dokładnie ścieżkę sygnałową na poziomie regulującym powstanie mRNA tych białek. Bardzo ważną informacją było to, że związki chemiczne tarczycy bajkalskiej nie zmieniły poziomu ekspresji genów w zdrowych komórkach.
Ryc. 6. Schemat lokalnej odpowiedzi immunologicznej wywołanej przez cytokiny. Ekstrakt tarczycy bajkalskiej wycisza aktywność cytokin przez hamowanie kaskady białek sygnałowych i czynników transkrypcyjnych.
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Krauze-Baranowska M i wsp. Gatunki z rodzaju Scutellaria o potencjalnym znaczeniu leczniczym. Panacea 2007; 2(19). 2. Ohkoshi E i wsp. Simple preparation of baicalin from Scutellariae Radix. J Chromatogr 2009; 219:2-4. 3. Parajuli P i wsp. In vitro antitumor mechanisms of various Scutellaria extracts and constituent flavonoids. Planta Med 2009; 75(1): 41-8. 4. Li-Weber M. Targeting apoptosis pathways in cancer by Chinese medicine. Canc Lett 2010; (w druku). 5. Havsteen BH. The biochemistry and medical significance of the flavonoids. Pharmacol & Therap 2002; (96):67-202. 6. Xiaofei S i wsp. The genus Scutellaria an ethnopharmacological and phytochemical review. J Ethnopharmacol 2010; (128):279-313. 7. Yune T i wsp. Neuroprotective effect of Scutellaria baicalensis on spinal cord injury in rats. J Neurochem 2009; 110(4):1276-87. 8. Lee H i wsp. Flavonoid wogonin from medicinal herb is neuroprotective by inhibiting inflammatory activation of microglia. FASEB J 2003; 17(13):1943-4. 9. Huang ST i wsp. Wogonin, an active compound in Scutellaria baicalensis, induces apoptosis and reduces telomerase activity in the HL-60 leukemia cells. Phytomed 2010; 17(1):47-54. 10. Yoon SB i wsp. Anti-inflammatory effects of Scutellaria baicalensis water extract on LPS-activated RAW 264.7 macrophages. J Ethnopharmacol 2009; 125(2): 286-90. 11. Machha A. Baicalein impairs vascular tone in normal rat aortas: Role of superoxide anions. Eur J Pharmacol 2007; 565:1-3. 12. Wang CZ i wsp. Commonly used antioxidant botanicals: active constituents and their potential role in cardiovascular illness. Am J Chin Med 2007; 35(4):543-58. 13. Shi Y. Stressed to death: implication of lymphocyte apoptosis for psychoneuroimmunology. Brain Behav Immun 2003; 17(Suppl 1):S18-26. 14. Seely D, Singh R. Adaptogenic potential of a polyherbal natural health product: report on a longitudinal clinical trial. Evid Based Complement Alternat Med 2007; 4(3):375-80. 15. Krakauer T. The flavonoid baicalin inhibits superantigen-induced inflammatory cytokines and chemokines. FEBS Lett 2001; 500(1-2):52-5. 16. Huang Y. Biological properties of baicalein in cardiovascular system. Curr Drug Targets Cardiovasc Haematol Disord 2005; 5(2):177-84. 17. Broncel M. Przeciwmiażdżycowe działanie flawonoidów izolowanych z korzenia tarczycy bajkalskiej. Wiad Lek 2007; (5-6). 18. Cook NC i wsp. Flavonoids – Chemistry, metabolism, cardioprotective effects, and dietary sources. Nutr Biochem 1996, 7. 19. Ferrara N. Molecular and biological properties of vascular endothelial growth factor. J Mol Med 1999; (77):527-543. 20. Stix G. A malignant flame. Inflammation’s newly recognized role in cancer. Sci Am 2007. 21. Krzyżowska M i wsp. Rola kinaz MAP w odpowiedzi immunologicznej. Post Biol Kom 2009; (36):295-308. 22. Van Waes C. Nuclear factor-kappaB in development, prevention, and therapy of cancer. Clin Cancer Res 2007; 13(4):1076-82. 23. Parajuli PJ i wsp. Delayed growth of glioma by Scutellaria flavonoids involve inhibition of Akt, GSK-3 and NF-kappaB signaling Neurooncol 2010; (w druku). 24. Liu S i wsp. Inhibitory effect of baicalein on IL-6-mediated signaling cascades in human myeloma cells. Eur J Haematol 2010; 84(2):137-44. 25. Lee E i wsp. Wogonin, a plant flavone, potentiates etoposide-induced apoptosis in cancer cells. Ann N Y Acad Sci 2007; (1095):521-6. 26. Li-Weber M. New therapeutic aspects of flavones: the anticancer properties of Scutellaria and its main active constituents wogonin, baicalein and baicalin. Canc Treat Rev 2009; 35;(1):57-68. 27. Kumagai T. i wsp. Scutellaria baicalensis, a herbal medicine: anti-proliferative and apoptotic activity against acute lymphocytic leukemia, lymphoma and myeloma cell lines. Leuk Res 2007; 31(4):523-30. 28. Altavilla D. i wsp. Flavocoxid, a dual inhibitor of cyclooxygenase and 5-lipoxygenase, blunts pro-inflammatory phenotype activation in endotoxin-stimulated macrophages. J Pharmacol. 2009; 157(8):1410-8. 29. Mu R i wsp. Involvement of p53 in oroxylin A-induced apoptosis in cancer cells. Mol Carcinog 2009; 48(12):1159-69. 30. Wang CZ i wsp. Selective fraction of Scutellaria baicalensis and its chemopreventive effects on MCF-7 human breast cancer cells. Phytomedicine 2010; 17(1):63-8.
