© Borgis - Postepy Fitoterapii 4, s. 194-201
Loretta Pobłocka-Olech, *Mirosława Krauze-Baranowska
Aktywność farmakologiczna chalkonów1
PHARMACOLOGICAL ACTIVITY OF CHALCONES
Katedra i Zakład Farmakognozji z Ogrodem Roślin Leczniczych Akademii Medycznej w Gdańsku
Kierownik Katedry i Zakładu: dr hab. prof. nadzw. Mirosława Krauze-Baranowska
Summary
Chalcones belong to the group of natural compounds, which rarely occur in the plant kingdom. Among the medicinal plants (herbal remedies) they are present in the willow bark, everlasting flower and liquorice root. Most of pharmacological researches were performed on semi-synthetic derivatives of chalcones, which posses protozoicide (1-(2,5-dichlorophenyl)-3-(4-chinoyl)-2-propen-1-on,4-chlorochalcone) and antibacterial (2´-hydroxychalcone,2,4,2´-trihydroxy-5´-methylchalcone) activity. For the structures isolated from plants different directions of pharmacological activities, such as: antineoplastic (isobavachalcone, 4-hydroxyderricin, isoliquiritigenin, pedicine), antiulcerogenic (2´,4´-dihydroxy-3´-methoxychalcone, xantoangelol, sophoradin), spasmolytic (isosalipurposide, isoliquiritoside) and antiphlogistic (2´,4´,6´-trimethoxychalcone) have been described.
Key words: chalcones, pharmacological activity
Chalkony (1,3-diarylo-2-propen-1-on) (ryc. 1) są pochodnymi acetofenonu i stanowią produkt pośredni w biosyntezie flawonoidów (1-3). Są to związki o charakterze lipofilowym i żółtym zabarwieniu. Charakterystyczną cechą cząsteczki chalkonu jest otwarty pierścień heterocykliczny, którego zamknięcie przekształca chalkon w układ flawanonu. Chalkony są związkami nietrwałymi i znajdują się w dynamicznej równowadze z odpowiednimi flawanonami (1, 4).
Ryc. 1. Wzór strukturalny chalkonu.
W przyrodzie występują jako aglikony oraz w postaci związanej glikozydowo lub estrowo. Ich obecność wykazano w 54 rodzinach, między innymi: Asteraceae (rodzaj Helichrysum i Dahlia), Fabaceae ( Glycyrrhiza), Salicaceae ( Salix) i Rubiaceae ( Citrus). W rodzinie Aristolochiaceae stanowią główną grupę związków czynnych (3). W przeciwieństwie do flawonoli chalkony są rzadko wskazywane jako związki decydujące o aktywności surowców leczniczych, pozyskiwanych z roślin umiarkowanej strefy klimatycznej (4). Dotychczas obecność chalkonów potwierdzono jedynie w czterech gatunkach, a mianowicie w lukrecji ( Glycyrrhiza glabra, Fabaceae – izolikwirytygenina oraz jej glikozyd izolikwirytozyd), chmielu ( Humulus lupulus, Cannabinaceae – ksantohumnol) oraz w kocankach ( Helichrysum arenarium, Asteraceae) i wierzbach ( Salix sp., Salicaceae – izosalipurpozyd) (4).
Chalkony oraz ich pochodne, zarówno naturalne jak i syntetyczne, wykazują różnorodną aktywność farmakologiczną. W wyniku badań przeprowadzonych w ostatnich latach opisano ich właściwości przeciwnowotworowe (5-13), przeciwbakteryjne (7, 14-19), przeciwgrzybicze (7), przeciwwirusowe (7), przeciwpierwotniakowe (7, 20-26), antyagregacyjne (27, 28), przeciwwrzodowe (7, 29) oraz przeciwzapalne (2, 7, 30).
Działanie przeciwpierwotniakowe
Zakażenia pierwotniakami z rodzaju: Plasmodium, Leishmania i Trypanosoma są przede wszystkim problemem krajów rozwijających się. Wzrost oporności pierwotniaków sprawia, że poszukiwane są związki o innym mechanizmie działania, niż np. chlorochina i bardziej skuteczne w leczeniu, m.in. malarii (7).
Wykazano, że naturalne i syntetyczne chalkony wykazują działanie przeciwmalaryczne o różnym mechanizmie.
Spośród syntetycznych chalkonów wysoką aktywność wobec szczepów Plasmodium falciparum, wrażliwych jak i opornych na chlorochinę, wykazuje 1-(2,5-dichlorofenylo)-3-(4-chinonylo)-2-propen-1-on (24). Przypuszcza się, że związek ten hamuje proteazę cysteinową, enzym produkowany przez trofozoity (postać zarodźca malarii znajdująca się w erytrocytach) i w ten sposób blokuje degradację hemoglobiny (7, 24) – źródła aminokwasów dla pierwotniaków (24). Chalkony są odwracalnymi inhibitorami enzymu, natomiast nie hamują katepsyny B, odpowiednika proteazy cysteinowej w komórkach ssaków (7, 24).
Syntetyczne chalkony o właściwościach przeciwmalarycznych działają przez blokowanie przepuszczalności kanałów w błonach erytrocytów (21). Błona erytrocytu w normalnych warunkach jest nieprzepuszczalna, ale kanały utworzone przez pasożyty w zainfekowanych krwinkach umożliwiają wnikanie szeregu substancji niezbędnych do ich rozwoju, np. aminokwasów, cukrów oraz jonów organicznych i nieorganicznych (21).
Wśród badanych chalkonów o właściwościach przeciwmalarycznych najsilniejsze działanie hamujące hemolizę, wywołaną przez sorbitol, mają pochodne dimetoksy- i metoksychalkonów. Hydroksychalkony wykazują około dwukrotnie niższą aktywność w porównaniu do chalkonów o właściwościach przeciwmalarycznych, natomiast są pozbawione wpływu na hemolizę indukowaną sorbitolem (21). Metoksy- i dimetoksychalkony mają dwie istotne właściwości: selektywną toksyczność przeciwko Plasmodium i nie wiążą się z białkami osocza, co wynika z nieanionowego charakteru cząsteczki (21).
Do naturalnych związków o działaniu przeciwpierwotniakowym należy likochalkon A (ryc. 2) znajdujący się w korzeniach lukrecji chińskiej Glycyrrhiza uralensis ( Fabaceae) (26).
Ryc. 2. Wzór strukturalny likochalkonu A.
Chalkon jest aktywny wobec przedstawicieli rodzajów Plasmodium i Leishmania (23), powodując zmiany w strukturze i funkcji mitochondriów obydwu pasożytów (7, 26). Związek ten oraz jego pochodne hamują oddychanie pierwotniaków poprzez ograniczenie zużycia tlenu (7, 26), akumulację dwutlenku węgla, obniżanie pH (26) i hamowanie aktywności mitochondrialnych dehydrogenaz (7, 26). Obecnie uważa się, że enzymy łańcucha oddechowego pasożytów mogą być punktem uchwytu dla działania przeciwpierwotniakowego. Innym mechanizmem działania likochalkonu A jest hamowanie replikacji DNA (7). W badaniach prowadzonych na chomikach wykazano, że likochalkon A oraz utlenione chalkony hamują w wątrobie i śledzionie wzrost postaci promastigotów i amastigotów Leishmania major i L. donovani, przy czym działanie na amastigoty jest silniejsze. Efekt ten może być konsekwencją bezpośredniego wpływu na mechanizm obronny amastigotów przebywających w makrofagach lub aktywowania makrofagów do zabijania amastigotów. Ponadto likochalkon A hamuje in vitro wzrost wrażliwych i opornych na chlorochinę pierwotniaków Plasmodium falciparum (7, 20). Wykazano, że w stężeniu 0,6 μg/ml hamuje on rozwój pasożytów w około 50% (7). W przypadku P. yoelii związek podany myszom zarówno dootrzewnowo jak i doustnie w wyższej dawce, ogranicza rozwój choroby.
Szereg syntetycznych chalkonów, m.in. 4-chlorochalkon, wykazuje działanie przeciwpierwotniakowe przeciw Leishmania brasiliensis i Trypanosoma cruzi, jednocześnie nie wywołując efektu cytotoksycznego w stosunku do mysich makrofagów (25). Z kolei 2´4´-dihydroksy-4-metoksychalkon, 2´-hydroksy-3,4-dimetoksychalkon oraz 2-hydroksy-4,4´-dimetoksychalkon hamują przeżywalność Leishmania donovani, działając toksycznie na makrofagi (22). Chalkony, których pierścień A stanowił podstawnik nitrofenylowy, a pierścień B układ indolu z grupą metylową, wykazują aktywność przeciw Entamoeba histolityca i Trichomonas vaginalis (7).
Działanie przeciwzapalne
Niektóre chalkony, m.in. 2´-hydroksy- i 2´,5´-dihydroksychalkony, przez hamowanie aktywacji mastocytów, neutrofili i makrofagów, wykazują działanie przeciwzapalne (30). Podobnie, zależnie od dawki, hamują degranulację mastocytów 2´,3-dihydroksychalkon, 2´-hydroksy-3,4-dimetoksychalkon, 3´-hydroksy-3,4-dimetoksychalkon i 2´,5´-dihydroksy-3,4-dimetoksychalkon (2). Wykazano, że większość badanych hydroksychalkonów blokowała uwalnianie β-glukuronidazy i lizozymu z neutrofili szczurów (2, 30). 2´,5´-Dihydroksychalkony, podobnie jak dialkoksychalkony, są inhibitorami tlenku azotu. 2´,4´-Dihydroksy-5´-karboksychalkon, a także jego analogi zawierające grupę -OH w pozycji C-2 oraz grupy -OH w pozycji C-4 i -COOH w pozycji C-3, wykazują właściwości przeciwzapalne oraz wzmacniające naczynia kapilarne (7). Wykazano brak zależności między obserwowanym działaniem przeciwzapalnym związków a uwalnianiem przez nie hormonów z nadnerczy (2).
Chalkony hamują biosyntezę interleukiny-1, która jest aktywna w stanach zapalnych i uwalniana w odpowiedzi na obecność drobnoustrojów i antygenów (7). Przykładem takiego związku jest 2´,4´,6´-trimetoksychalkon. Syntetyczne analogi tego związku wywierają jednak niewielki wpływ na 5-lipooksygenazę i cyklooksygenazę.
Niektóre związki z grupy chalkonów, np. 4-metylochalkon, wykazują aktywność przeciwzapalną porównywalną z ibuprofenem, przy nieznacznym działaniu przeciwbólowym i braku działania przeciwgorączkowego (7). Związek ma również zdolność do zmiatania anionu nadtlenkowego, nie działając jednak na rodnik hydroksylowy (7).
2´,3-Dihydroksychalkon i 4-chloro-2´,5´-dihydroksychalkon hamowały rozwój stanu zapalnego w teście obrzęku tylnej kończyny u myszy (2). Natomiast likochalkon A wywierał działanie przeciwzapalne w obrzęku ucha u myszy wywołanym kwasem arachidonowym lub TPA (13-octan-12-O-tetradekanoiloforbolu) (7).
Działanie przeciwhistaminowe
Floretyna (ryc. 3) hamuje, wywołane przez TPA i aplyzjatoksynę, uwalnianie histaminy z bazofili (7). Chalkon ten jest inhibitorem enzymu kinazy proteinowej C, która wiążąc się z TPA i aplyzjatoksyną, powoduje uwalnianie mediatorów stanu zapalnego. Działanie przeciwalergiczne wykazują również 2´-hydroksychalkony, strukturalnie podobne do kromoglikanu disodowego.
Ryc. 3. Wzór strukturalny floretyny.
Działanie immunosupresyjne
Spośród chalkonów działanie immumosupresyjne wykazano dla likochalkonu A (ryc. 2) i niektórych jego syntetycznych pochodnych (20). Hamują one proliferację limfocytów (7) oraz wytwarzanie cytokin, zarówno prozapalnych (TNF-α, IL-1, IL-6), jak i przeciwzapalnych (IL-10), nie wywierając wpływu na ich uwalnianie (20). W związku z powyższym działaniem, związki te mogą znaleźć zastosowanie w chorobach o podłożu autoimmunizacyjnym oraz w przeszczepach. W przypadku stosowania likochalkonu A (ryc. 2), jako leku w zakażeniu pierwotniakami, wystąpienie efektu immunosupresyjnego jest działaniem niepożądanym.
Działanie przeciwnowotworowe
Aktywność przeciwnowotworową chalkonów badano na zwierzętach w modelu chemicznie indukowanej karcynogenezy. Stosowano jednocześnie dwa związki: DMBA (7,12-dimetylobenzo(a)antracen) i TPA (13-octan-12-O-tetradekanoiloforbolu), stymulując inicjację zmian nowotworowych DMBA, a ich dalszy rozwój przy użyciu TPA. Inną kombinację karcynogenów stanowiły: N-metylo-N-nitrozomocznik (MNU) i benzo(a)piren (BP) (5).
Działanie przeciwnowotworowe w raku skóry u myszy stymulowanym TPA wykazywał zespół chalkonów z soku z łodyg Angelica keiskei ( Umbelliferae), zawierający ksantoangelol (ryc. 4), 4-hydroksyderrycynę (ryc. 4), ksantoangelol F, ksantoangelol H oraz izobawachalkon (ryc. 5) (5).
Ryc. 4. Wzory strukturalne:
ksantoangelolu:
R1 = CH2CH=C(CH3)CH2CH2CH=C(CH3)2; R2 = H
4-hydroksyderrycyny:
R1 = CH2CH=C(CH3)2; R2 = CH3
aszitaby:
R1 = CH2CH(COOH)C(CH3)=CH2; R2 = CH3.
Ryc. 5. Wzór strukturalny izobawachalkonu.
Chalkony w stężeniu 1?103 moli powodowały około 92-100% zahamowanie zmian nowotworowych, a w stężeniu 5?102 moli około 51-84%. Najwyższą (100% przy stężeniu 1?103 moli) aktywnością spośród badanych chalkonów charakteryzowały się: izobawachalkon i 4-hydroksyderrycyna, przy jednoczesnym efekcie ochronnym na zdrowe komórki w zakresie od 60% do 70% (5). Działanie ksantoangelolu i aszitaby (ryc. 4), hamujące rozwój nowotworu skóry u myszy indukowanego DMBA i TPA, przypisuje się działaniu antagonistycznemu w stosunku do układu Ca2+ – kalmodulina (7). 3,4,2´,4´-Tetrahydroksychalkon, 3,4,2´-trihydroksychalkon i 3,4,4´-trihydroksychalkon oraz 3,4-dihydroksychalkon, w modelu nowotworu skóry stymulowanym DMBA i TPA, hamowały rozwój zmian nowotworowych (7). Te same związki badano na myszach z nowotworem płuc stymulowanym benzo(a)pirenem (7). Po 21 tygodniach podawania chalkonów odnotowano poprawę stanu zdrowia u 29% myszy (7, 12, 13). Podobnie w badaniach na szczurach z nowotworem piersi, stymulowanym MNU (N-metylo-N-nitrozomocznik), po 17 tygodniach kuracji obserwowano poprawę stanu zdrowia u 49% badanych zwierząt (7, 13). Natomiast inne chalkony, m.in. 3´- oraz 4´-metylo-3-hydroksychalkon, hamują in vitro rozwój nowotworu szyjki macicy (linia komórek HeLa) oraz in vivo rozwój raka skóry u myszy, inicjowanego DMBA (11).
Do chalkonów o właściwościach przeciwnowotworowych należą: izolikwirytygenina (ryc. 6), 3-hydroksy-3´-metylochalkon oraz 3-hydroksy-3´,4´-dimetylochalkon (7).
Ryc. 6. Wzór strukturalny izolikwirytygeniny.
2-Hydroksychalkon ogranicza rozwój nowotworu jamy ustnej u szczurów inicjowanego 1-tlenkiem 4-nitrochinoliny (7). Działanie przeciwnowotworowe chalkonów związane jest także z ich aktywnością antyestrogenną (31).
Działanie antymitotyczne
Jednym z mechanizmów działania przeciwnowotworowego jest hamowanie podziałów mitotycznych komórek nowotworowych poprzez blokowanie tworzenia wrzeciona podziałowego lub zahamowanie jednej z faz cyklu życiowego komórki (7).
Pedycyna (ryc. 7), występująca w roślinie Fissistigma lanuginosum ( Annonaceae), obok fizystyny i izofizystyny, wykazuje działanie hamujące polimeryzację tubuliny do mikrotubul, w tworzeniu wrzeciona podziałowego podczas mitozy (w profazie) (3).
Ryc. 7. Wzór strukturalny pedycyny.
Wyodrębniona z korzeni Calythropsis aurea ( Myrtaceae) kalitropsyna (ryc. 8) wykazuje słaby efekt antymitotyczny, przypuszczalnie poprzez wpływ na polimeryzację tubuliny (32).
Ryc. 8. Wzór strukturalny kalitropsyny.
1-(2,5-Dimetoksyfenylo)-3-(4-(dimetylamino)fenylo)-2-propen-1-on oraz grupa chalkonów o zbliżonej budowie wykazują działanie antymitotyczne (8). Związek ma większe powinowactwo do tubuliny niż alkaloidy barwinka ( Cataranthus roseus, Apocynaceae). W warunkach in vivo jego działanie było porównywalne z działaniem winblastyny. Z kolei 1-(2,5-dimetoksyfenylo)-3-(4-(dimetylamino)fenylo)-2-propen-1-on hamuje u szczurów rozwój białaczki opornej na działanie adriamycyny i winblastyny oraz u chomików rozwój nowotworu jajnika opornego na winblastynę.
2´,5´-Dimetoksy-4-dimetylaminochalkon (MDL 27048) silnie i odwracalnie wiąże się z tubuliną (7), hamując tworzenie mikrotubul i w efekcie blokując mitozę. Uważa się, że jest to związane z obecnością grupy 2´,5´-dimetoksyfenylowej, wiążącej tubulinę, podobnie jak w przypadku kolchicyny i podofilotoksyny. 2´,5´-Dimetoksy-4-dimetylaminochalkon podawany w dawkach od 6,25 do 50 mg/kg zwiększa przeżywalność myszy z zaszczepioną białaczką odpowiednio w zakresie od 26 do 54%, (7). Innym potencjalnym cytotostatykiem jest wiążący się z tubuliną 3,4,3´,4´,5´-pentametoksychalkon (9).
2-Hydroksychalkon, 2´-hydroksychalkon, 4,2´-dihydroksychalkon, 2´,6´-dihydroksy-4´-metoksychalkon, 3,4,2´,4´-tetrahydroksychalkon i 4,2´,4´,6´-tetrahydroksychalkon wykazują działanie cytotoksyczne silniejsze od 5-fluorouracylu (IC50 = 50 μM), odpowiednio w zakresie IC50 od 2 do 23 μM (7). Spośród analizowanych związków 3,4,2´,4´-tetrahydroksychalkon charakteryzował się najwyższą aktywnością hamowania syntezy DNA, RNA i białek.
3-Hydroksy-3´-metylochalkon wykazuje cytotoksyczność w stosunku do linii nowotworów żołądka oraz raka szyjki macicy, trzustki i nowotworu układu nerwowego u dzieci. Związek ten powoduje zwiększenie liczby komórek w fazie S i blokadę przejścia z fazy S do fazy G2 (7).
Działanie antyinwazyjne
Związki hamujące rozprzestrzenianie się komórek raka piersi, poprzez ich selektywne niszczenie, są obiektem badań naukowych, jako potencjalne leki w terapii nowotworów (10). Uważa się, że za działanie antyinwazyjne są odpowiedzialne m.in. grupy prenylowe. 2´,4´-Dimetoksy-5´-prenylochalkon, 2´-hydroksy-4´,5´,6´-trimetoksychalkon oraz związki 85 i 88 (10) (ryc. 9) hamują rozprzestrzenianie się komórek raka piersi na komórki serca, wykazując cytotoksyczność wobec komórek rakowych oraz niewielką toksyczność wobec komórek mięśnia sercowego (10). W przypadku stosowania 2´,4´-dimetoksy-5´-prenylochalkonu i 2´-hydroksy-4´,5´,6´-trimetoksychalkonu następuje przyrost masy komórek serca przy zachowanej, normalnej ich wielkości. Działanie 2´,4´-dimetoksy-5´-prenylo- i 2´-hydroksy-4´,5´,6´-trimetoksychalkonów, hamujące wzrost komórek rakowych, nie wynika ze stymulacji apoptozy, natomiast jest spowodowane zwiększoną agregacją komórek nowotworowych (10).
Ryc. 9. Wzory strukturalne związków: A – 85 i B – 88 (10).
Działanie przeciwbakteryjne
Chalkony i ich analogi, z grupami hydroksylowymi i metoksylowymi w pierścieniach aromatycznych, wykazują właściwości przeciwbakteryjne (7). Pochodne 2´-hydroksychalkonów wykazują wysoką aktywność przeciwbakteryjną w stosunku do drobnoustrojów chorobotwórczych roślinnych i zwierzęcych (19).
Wprowadzenie grupy –OH do pierścienia B powoduje zwiększenie aktywności przeciwbakteryjnej wobec szczepu Staphylococcus aureus (16). Obecność grupy –OH w pozycji C-2´ wzmaga aktywność przeciwbakteryjną chalkonów (7, 14), natomiast obecność grupy –OCH3 obniża ją (14). Podobnie, wprowadzenie grup metoksylowych w tym położeniu do 2-hydroksychalkonu, spowodowało zmniejszenie aktywności biologicznej (7), natomiast obecność grupy –OH w pozycji C-4´ zwiększa ją w porównaniu do pozycji C-4.
Wiele chalkonów z grupą alkoksykarbonylometoksylową w pozycji C-3 lub C-4 pierścienia B jest aktywnych przeciwko bakteriom, zarówno Gram-dodatnim jak i Gram-ujemnym (7). Bromowanie podwójnego wiązania powoduje wzrost właściwości antybakteryjnych. Działanie przeciwbakteryjne wykazują także związki z grupami arylotiolowymi i alkilotiolowymi, zawierającymi do 22 atomów węgla (7).
2´-Hydroksychalkon, 2´,4´-dihydroksychalkon i 2´,4-dihydroksychalkon były aktywne w bardzo niskich stężeniach w grupie związków testowanych, jako potencjalne leki przeciwdrobnoustrojowe (7, 14). 2,4,2´-Trihydroksy-5´-metylochalkon znacząco hamował wzrost bakterii z rodzaju Streptococcus, Staphylococcus, Lactobacillus oraz grzybów Candida albicans w zakresie od 25 do 50 μg/ml (18).
W badaniach właściwości przeciwbakteryjnych chalkonów wobec Escherichia coli wykazano malejącą aktywność analizowanych związków w kolejności: -2´,4´,2-trihydroksy-chalkon (MIC=122 μg/ml), 2´,3-dihydroksychalkon (MIC=72,2 μg/ml) i 2´,4´,3-trihy-droksychalkon (MIC=46 μg/ml). Natomiast 2´,4´,4-trihydroksychalkon nie ujawnił aktywności przeciwbakteryjnej (15). Względną aktywnością bakteriostatyczną wobec Staphylococcus aureus charakteryzuje się 2´,4´,3-trihydroksychalkon, mniejszą 2´,4´,4-trihydroksychalkon, zaś najsłabszą 2´,4´,2-trihydroksychalkon (16).
W grupie naturalnych chalkonów właściwości przeciwbakteryjne wykazano dla 2´,3´-dihydroksy-4,4´-dimetoksychalkonu i 2´,3´,4-trihydroksy-4´-metoksychalkonu wyizolowanych z propolisu pochodzącego z El Salvador (17).
4-Hydroksyderrycyna i ksantoangelol (ryc. 4) hamowały wzrost bakterii Gram-dodatnich, m.in. Staphylococcus aureus, S. epidermidis, Bacillus subtilis i Micrococcus luteus (7). Aktywność ksantoangelolu w stosunku do Micrococcus luteus była porównywalna z gentamycyną. Oba związki w wysokich stężeniach wykazywały działanie bakteriobójcze wobec Gram-ujemnych bakterii roślinnych.
Działanie przeciwgrzybicze
W wyniku wprowadzenia grupy metoksylowej lub 2-dietyloaminoetoksylowej do pierścienia A struktury chalkonów, otrzymano grupę związków o właściwościach przeciwgrzybiczych (7). Wykazano, że obecność podstawnika hydroksylowego, metoksylowego i benzyloksylowego w pierścieniu A decyduje o aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej. Związki nie mające grupy hydroksylowej są nieaktywne lub ujawniają nieznaczną aktywność przeciwko Candida sp. 4,6,6´-Trihydroksychalkon, 4,6,6´-trihydroksy-3´-metylochalkon i 3,6-dihydroksychalkon w stężeniu 100 μg/ml hamują wzrost jedenastu gatunków z rodzaju Candida. Siła ich aktywności maleje w kolejności: 4,6,6´-trihydroksy-3´-metylochalkon> 4,6,6´-trihydroksychalkon> 3,6-dihydroksychalkon (7).
Położenie grupy –OH nie wpływa na aktywność chalkonów wobec Candida sp. i Cryptococcus neoformans. W badanej grupie chalkonów o właściwościach przeciwgrzybiczych najbardziej aktywnym związkiem, porównywalnym z oksykonazolem, był 4´-hydroksychalkon (7). 6´-Hydroksy-4-metylochalkon, 5´-hydroksy-4-metylochalkon i 6´-hydroksy-3´-metylochalkon ujawniły również wysoką aktywność przeciwgrzybiczą. Obecność grupy –OH w pozycji meta w pierścieniu A 5´-hydroksy-4-metylochalkonu decyduje o szerszym spektrum aktywności przeciwgrzybiczej w odniesieniu do 6´-hydroksy-4-metylochalkonu mającego grupę –OH w pozycji orto. Wprowadzenie układu furanu w miejsce pierścienia B chalkonu powoduje wzrost aktywności przeciwgrzybiczej (7).
Działanie przeciwwirusowe
Aktywność przeciwwirusowa chalkonów może wynikać z ich zdolności do chelatowania różnych metali (7). 4,2´-Dimetoksy-4´-etoksy-6´-hydroksychalkon ogranicza infekcję powodowaną przez szczepy oporne rinowirusa bezosłonkowego i prowadzi do całkowitej utraty zdolności wywołania przeziębienia przez szczepy wrażliwe wirusa. Ponadto przez blokadę fazy bezosłonkowej hamuje wzrost wirusa polio typu 1. Chalkon wobec ludzkiego rinowirusa typu 9 działa synergistycznie z innymi związkami przeciwwirusowymi – dichloroflawanem i pochodną benzimidazolu – enwiroksymem, ale nie zapobiega infekcji spowodowanej przez typ 2 (7). 4,2´-Dimetoksy-4-etoksy-6´-hydroksychalkon wykazuje działanie przeciwwirusowe wobec rinowirusa, w wyniku wiązania się z jego kapsydem. (7).
Działanie antyagregacyjne
Syntetyczne chalkony wykazują działanie antyagregacyjne w modelach agregacji wywołanych kwasem arachidonowym, cyklooksygenazą, adrenaliną, kolagenem i czynnikiem aktywującym płytki krwi ( platelet-activating factor – PAF) (27, 28).
2´- i 5´-Hydroksychalkony posiadają selektywne właściwości hamujące agregację stymulowaną kwasem arachidonowym (28). Badaniom poddano 20 syntetycznie otrzymanych chalkonów, zawierających m.in. jako pierścień B układ tiofenu bądź furanu, których większość była aktywna w agregacji płytek krwi wywołanej kwasem arachidonowym. Ponadto niektóre działały hamująco na cyklooksygenazę, blokując syntezę proagregacyjnego tromboksanu. Siła działania hamującego na COX tych związków jest porównywalna z działaniem indometacyny. Hamują one również agregację wywołaną adrenaliną i kolagenem oraz hamują syntetazę tromboksanu. W modelu agregacji stymulowanym adrenaliną większość badanych chalkonów wykazywała porównywalny efekt z aspiryną w stężeniu 50 μM. Ponadto najaktywniejszy spośród nich działał już w stężeniu 5 μM (28).
Działanie antagonistyczne w stosunku do wapnia
Chalkony poprzez efekt antagonistyczny w stosunku do wapnia wywierają wpływ na ścianę naczyń krwionośnych (33) oraz na mięsień sercowy (7).
Mecinaron (ryc. 10) jest antagonistą wapnia o innym mechanizmie działania niż klasyczni antagoniści, np. werapamil (7). W niskim stężeniu hamuje uwalnianie wewnątrzkomórkowego wapnia, a w wysokim stężeniu jest kompetycyjnym antagonistą zewnątrzkomórkowego wapnia. Buteina (ryc. 10) hamuje ATP-zależny wychwyt wapnia w wątrobie szczura (7).
Ryc. 10. Wzór strukturalny: A – mecinaronu i B – buteiny.
Chalkony hamują indukowane jonami Ca2+ skurcze aorty szczura. Najsilniej działają 3,4-dihydroksychalkon, 4-hydroksychalkon, 6´,3-dihydroksychalkon, związek 14 (ryc. 11), 5´-hydroksy-3,4-dimetoksychalkon, 5´,3,4-trihydroksychalkon i 5´,6´-dihydroksy-3,4-dimeto-ksychalkon (28). Związek 14 (ryc. 11) (28) hamuje skurcze aktywowane napływem jonów Ca2+ przez kanały aktywowane receptorowo oraz kanały napięciozależne. Skurcze toniczne w odpowiedzi na norepinefrynę skutkują przede wszystkim napływem jonów Ca2+ przez kanały wapniowe aktywowane receptorowo oraz w niewielkim stopniu przepływem Ca2+ przez kanały zależne od napięcia (28).
Ryc. 11. Wzór strukturalny związku 14 (28).
W indukowanym jonami potasu skurczu mięśni gładkich naczyń pośredniczy napływ jonów Ca2+ przez kanały zależne od napięcia. Werapamil (selektywny inhibitor napięciozależnych kanałów Ca2+) w większym stopniu niż chalkony hamuje napływ jonów Ca2+ indukowany przez K+.
W badaniach prowadzonych na izolowanym jelicie królika, w porównaniu do werapamilu (IC50 = 0,16 μg/ml), chalkony występujące w Syzygium samarangense ( Myrtaceae) – 2´-hydroksy-4´,6´-dimetoksy-3´-metylchalkon, 2´,4´-dihydroksy-6´-metoksy-3´,5´-dimetylochalkon, 2´,4´-dihydroksy-6´-metoksy-3´-metylochalkon, wykazały znacznie słabsze działanie rozkurczowe z wartościami IC50 odpowiednio 148, 77 i 142 μg/ml (34).
Również izosalipurpozyd (ryc. 12) występujący w korze wierzby ma działanie spazmolityczne, jakkolwiek słabsze od papaweryny. Podobnie spazmolitycznie działa izolikwirytozyd, którego aglikonem jest izolikwirytygenina (ryc. 6), zidentyfikowana w korzeniach lukrecji (4).
Ryc. 12. Wzór strukturalny izosalipurpozydu.
Działanie przeciwwrzodowe
Wyizolowane z żywicy liści Zuccagnia punctata ( Fabaceae) 2´,4´-dihydroksychalkon i jego metoksylowa pochodna wykazują działanie ochronne na błonę śluzową żołądka i dwunastnicy (29). W badaniach na szczurach, w modelu z etanolem jako czynnikiem uszkadzającym błonę śluzową, 2´,4´-dihydroksy-3´-metoksychalkon ujawnił silniejsze działanie ochronne – zapobiegał uszkodzeniom śluzówki w obrębie żołądka w 82%, a w obrębie dwunastnicy w 39%. Natomiast 2´,4´-dihydroksychalkon był aktywny jedynie w stosunku do błony śluzowej żołądka (42%). Wymienione chalkony działają synergistycznie z melatoniną. W przypadku zastosowania z melatoniną 2´,4´-dihydroksychalkonu efekt ochronny wzrósł do 90% i 76%, odpowiednio w stosunku do błony śluzowej żołądka i dwunastnicy. Podanie 2´,4´-dihydroksy-3´-metoksychalkonu z melatoniną spowodowało wzrost efektu ochronnego do 98% w przypadku błony śluzowej żołądka i do 67% w przypadku dwunastnicy. Melatonina podana samodzielnie hamuje uszkodzenia błony śluzowej żołądka w 75%, a błony śluzowej dwunastnicy w 25%. Przypuszcza się, że działanie ochronne chalkonów związane jest z ich zdolnością do zmiatania wolnych rodników, które generowane przez etanol powodują uszkodzenie błony śluzowej (29).
W mechanizmie działania przeciwwrzodowego chalkonów wskazuje się na hamowanie H+K+-ATP-azy, dzięki czemu następuje hamowanie sekrecji soku żołądkowego (7). Ksantoangelol i 4-hydroksyderrycyna (ryc. 4) hamują H+,K+-ATP-azę oraz fosfatazę p-nitrofenylową stymulowaną przez K+ w żołądku świni (7).
Inny naturalnie występujący chalkon – soforadyn (ryc. 13), wykazuje działanie przeciwwrzodowe dzięki obecności 3 grup prenylowych w cząsteczce (7). Otrzymane syntetyczne analogi soforadynu miały słabsze działanie przeciwwrzodowe. Jeden z otrzymanych związków – sofalkon, podobnie jak soforadyn (ryc. 13), jest inhibitorem enzymów: H+,K+-ATP-azy i Na+,K+-ATP-azy, w wyniku kompetycyjnego przyłączania się w miejscu enzymu wiążącym ATP i blokowania fosforylacji (7). Działanie lecznicze tego chalkonu, obok jego zdolności zwiększania syntezy śluzu, jest także wynikiem wpływu na lipazę i fosfolipazę A oraz enzymy hydrolizujące lipidy błony śluzowej, wytwarzane m.in. przez Campylobacter pylori. Sofalkon podany wraz z klarytromycyną działa bakteriobójczo w stosunku do Helicobacter pylori (7).
Ryc. 13. Wzory strukturalne: A – soforadynu i B – sofalkonu.
Inne działania
Niektóre z chalkonów wywierają działanie estrogenne poprzez zdolność wiązania się z receptorem estrogenowym (7). Opisano także antynocyceptywne właściwości chalkonów (35), obniżające ciśnienie krwi (33) oraz stymulujące regenerację wątroby (7). Wśród innych właściwości chalkonów można wymienić działanie przeciwłupieżowe i stymulujące porost włosów (7).
1Pracę przygotowano w ramach projektu zamawianego PBZ-KBN-092/PO5/2003/10
Piśmiennictwo
1. Tomas-Barberan F.A., Clifford M.N.: Flavanones, chalcones and dihydrochalcones – nature, occurence and dietary burden. J. Sci. Food Agric. 2000, 80, 1073. 2. Hsieh H.K. et al.: Synthesis and anti-inflamatory effect of chalcones and related compounds. Pharm. Res. 1998, 15, 39. 3. Iwashina T.: The structure and distribution of the flavonoids in plants. J. Plant Res. 2000, 113, 287. 4. Kohlmünzer S.: Farmakognozja. Wydawnictwo lekarskie PZWL, Warszawa 1998. 5. Akihisa T. et al.: Chalcones, coumarins, and flavanones from the exudate of Angelica keiskei and their chemopreventive effects. Cancer Lett. 2003, 201, 133. 6. Alias Y. et al.: An antimitotic and cytotoxic chalcone from Fissistigma lanuginosum.J. Nat. Prod. 1995, 58, 1160. 7. Dimmock J.R. et al.: Bioactivities of chalcones. Curr. Med. Chem. 1999, 6, 1125. 8. Edwards M.L., et al.: Chalcones: A new class of antimitotic agents. J. Med. Chem. 1990, 33, 1948. 9. Lawrence N.J. et al.: The interaction of chalcones with tubulin. Anticancer Drug Res. 2000, 15, 135. 10. Parmar V.S. et al.: Anti-invasive activity of alkaloids and polyphenolics in vitro. Bioorg. Med. Chem. 1997, 5, 1609. 11. Shibata S.: Anti-tumorigenic chalcones. Stem. Cells 1994, 12, 44. 12. Wattenberg L.: Chalcones, myo-inositol and other novel inhibitors of pulmonary carcinogenesis. J. Cell Biochem. Suppl. 1995, 22, 162. 13. Wattenberg L.W. et al.: Inhibition of carcinogen-induced pulmonary and mammary carcinogenesis by chalcone administered subsequent to carcinogen exposure. Cancer Lett. 1994, 83, 165. 14. Alcaraz L.E. et al.: Antibacterial activity of flavonoids against methicillin-resistant Staphylococcus aureus strains. J. Theor. Biol. 2000, 205, 231. 15. De Los Angeles Alvarez M. et al.: Bacteriostatic action of synthetic polyhydroxylated chalcones against Escherichia coli.Biocell. 2004, 28, 31. 16. Devia C.M. et al.: Structure-biological activity relationship of synthetic trihydroxilated chalcones. Rev. Microbiol. 1998, 29, 307. 17. Popova M. et al.: New bioactive chalcones in propolis from El Salvador. Z. Naturforsch. C. 2001, 56, 593. 18. Sato M. et al.: Growth inhibition of oral bacteria related to denture stomatitis by anti-candidal chalcones. Australian Dental J. 1997, 42, 343. 19. Vibhute Y.B., Baseer M.A.: Synthesis and activity of a new series of chalcones as antibacterial agents. Indian J. Chem. B. 2003, 42, 202. 20. Barfod L. et al.: Chalcones from Chinese liquorice inhibit proliferation of T cells and production of cytokines. Int. Immunopharmacol. 2002, 2, 545. 21. Go M.L. et al.: Antiplasmodial chalcones inhibit sorbitol-induced hemolysis of Plasmodium falciparum - infected erythrocytes. Antimicrob. Agents Chemother. 2004, 48, 3241. 22. Kayser O., Kiderlen A.F.: In vitro leishmanicidal activity of naturally occurring chalcones. Phytother. Res. 2001, 15, 148. 23. Kharazmi A. et al.: Discovery of oxygentade chalcones as novel antimalarial agents. Ann. Trop. Med. Parasitol. 1997, 91, 91. 24. Li R. et al.: In vitro antimalarial activity of chalcones and their derivatives. J. Med. Chem. 1995, 38, 5031. 25. Lunardi F. et al.: Trypanocidal and leishmanicidal properties of substitution-containing chalcones. Antimicrob. Agents Chemother. 2003, 47, 1449. 26. Zhai L. et al.: The antileishmanial activity of novel oxygenated chalcones and their mechanism of action. J. Antimicrob. Chemother. 1999, 43, 793. 27. Ko H.H. et al.: Structure-activity relationship studies on chalcone derivatives: Potent inhibition of platelet aggregation. J. Pharm. Pharmacol. 2004, 56, 1333. 28. Lin C.N. et al.: Chalcones as potent antiplatelet agents and calcium channel blockers. Drug Dev. Res. 2001, 53, 9. 29. De la Rocha N. et al.: Cytoprotective effects of chalcones from Zuccagnia punctata and melatonin on the gastroduodenal tract in rats. Pharmacol. Res. 2003, 48, 97. 30. Hsieh H.K. et al.: Synthesis and anti-inflammatory effect of chalcones. J. Pharm. Pharmacol. 2000, 52, 163. 31. Le Bail J.C. et al.: Chalcones are potent inhibitors of aromatase and 17b-hydroxysteroid dehydrogenase activities. Life Sci. 2001, 68, 751. 32. Beutler J.A. et al.: Two new cytotoxic chalcones from Calythropsis aurea.J. Nat. Prod. 1993, 56, 1718. 33. Opletalová V. et al.: Chalcones (1,3-diarylpropen-1-ones) and their analogues as potential therapeutic agents of diseases of the cardiovascular system. Ces. Slov. Farm. 2003, 52, 12. 34. Amor E.C. et al.: Spasmolytic flavonoids from Syzygium samarangenese (Blume) Merr. & L.M. Perry. Z. Naturforsch. C. 2005, 60, 67. 35. Corréa R. et al.: Antinociceptive properties of chalcones. Structure-activity relationships. Archiv. Pharmazie. 2001, 334, 332.
otrzymano/received: 2007-07-04
zaakceptowano/accepted: 2007-08-05
Adres/address:
*Mirosława Krauze-Baranowska
Katedra i Zakład Farmakognozji z Ogrodem Roślin Leczniczych Akademii Medycznej w Gdańsku
Al. Gen. J. Hallera 107, 80-416 Gdańsk
tel.: (0-58) 349-31-65
e-mail: krauze@amg.gda.pl
