Rosa platyacantha Schrenk (Роза платьяканта Шренк) из Казахстана является природным источником биоактивных соединений, имеющих косметическое значение
Резюме: Растения, принадлежащие к роду Роза , известны своим высоким содержанием биоактивных молекул и широким спектром лечебных и косметических действий. Роза платьяканта Шренк – вид дикого типа, широко распространенный в горных районах Казахстана. Фитохимический состав, а также биологическая активность R. platyacantha Экстракты до сих пор полностью не исследованы. В этом исследовании различные части R. platyacantha, собранные в Алматинской области, Казахстан, использовали для приготовления пяти водно-спиртовых экстрактов (R1-R5). Экстракты сравнивали по содержанию фитохимических веществ и выбранной биологической активности, важных для потенциального косметического применения R. platyacantha. Экстракт R3, приготовленный из цветочных почек, показал наиболее значительный антиоксидантный и ингибирующий потенциал тирозиназы, снижающий монофенолазную и дифенолазную активность тирозиназы. Экстракт R3 также проявлял ингибирующую коллагеназу активность и цитотоксичность в отношении клеток меланомы человека A375, будучи менее цитотоксичным в отношении нераковых кератиноцитов кожи HaCaT. Анализ фракций, полученных из экстрактов R3, показал, что кверцетин, кемпферол, рутин, и их производные, скорее всего, ответственны за ингибирующие свойства тирозиназы экстрактов R. platyacantha.
Авторы: Асхат Сабитов1, Катажина Гавел-Бембен2, Зуриядда Сакипова1, Марселина Стжепек-Гомулка2, Ульяна Хоян2, Эльмира Сатбаева1, Казимеж Гловняк2, Агнешка Людвичук3
1 Казахский национальный медицинский университет имени Асфендиярова, ул. Толе би, 94, г. Алматы, 050012, Республика Казахстан;
2 Кафедра косметологии, Университет информационных технологий и менеджмента в Жешуве, Сухарского 2, 35-225, Жешув, Польша;
3 Независимая лаборатория химии натуральных продуктов, кафедра фармакогнозии, Люблинский медицинский университет, ул. Ходзки 1, 20-093 Люблин, Польша;
Ключевые слова: роза платьяканта Шренк; ВЭЖХ/ESI-QTOF-MS, антиоксидант; тирозиназа, эластаза, коллагеназа, меланома, цитотоксичность in vitro.
✒ Смотреть полную оригинальную версию публикации в научном журнале Molecules.
Введение
Виды, принадлежащие к роду Роза, являются одними из самых популярных декоративных и режущих растений на планете. Род Rosa состоит из более чем 200 видов, однако только около 10-15 видов использовались для размножения современных культурных сортов, что делает остальные виды дикого типа менее изученными. Экстракты и соединения, выделенные из различных видов шиповника , широко используются в качестве традиционных лекарственных средств и исследуются при различных заболеваниях, таких как кожные заболевания, гепатотоксичность, почечные нарушения, диарея, артрит, диабет, гиперлипидемия и рак. Спиртовые экстракты различных видов шиповника также показали некоторую противовирусную активность без цитотоксических эффектов. Противораковое действие Розы объясняется богатым содержанием антиоксидантов. Показано, что основными компонентами экстракта являются нейтральные и кислые фенолы, оказывающие антипролиферативное и апоптотическое действие на раковые клетки. Экстракты розы также могли бы иметь противоположный эффект и повышать выживаемость клеток; например, экстракты R. canina содержат изофлавоновые фитоэстрогены, которые увеличивают выживаемость эстроген-зависимых раковых клеточных линий, таких как клетки рака молочной железы (MCF-7) in vitro. Экстракты из других видов Rosa , таких как R. rugosa, также содержат другие активные соединения, влияющие на эпигенетику раковых клеток, ингибирующие активность гистон-ацетилтрансферазы и индуцирующие апоптоз клеточных линий рака предстательной железы.
Виды Роза также являются особенно богатым источником активных ингредиентов для косметической промышленности. R. alba, R. borboniana, R. canina, R. centifolia, R. damascena, R. davurica, R. floribunda, R. gallica, R. hybrida, R. moschata, R. multiflora, R. rubiginosa, R. rugosa и R. spinosissima входят в число видов, которые в настоящее время используются в косметических продуктах и обладают научно доказанной активностью по уходу за кожей. Например, спиртовой экстракт цветков R. multiflora предотвращает индуцированные ультрафиолетом (УФ) биохимические повреждения, ведущие к фотостарению, за счет снижения количества активных форм кислорода (АФК), интерлейкина (ИЛ)-6, ИЛ-8 и матриксной металлопротеиназы (ММП)-1. уровней. Недавно было показано, что порошок шиповника R. canina , содержащий семена и скорлупу, увеличивает продолжительность жизни клеток, уменьшает морщины, увлажняет и эластичность кожи. Экстракт лепестков R. gallica снижал экспрессию MMP-1, индуцированного солнечным УФ-излучением, что является отличительным признаком образования морщин. Экстракты и соединения, выделенные из R. canina , R. gallica и R. rugosa , были тщательно изучены для оценки их эффективности в качестве потенциальных ингредиентов для осветления кожи. Было обнаружено, что содержащиеся в изобилии в экстрактах шиповника полифенолы, особенно кверцетин, кемпферол и эллаговая кислота, обладают ингибирующей активностью in vitro в отношении тирозиназы, фермента, ответственного за синтез меланина.
Фитохимический состав рода Rosa различается у разных и одних и тех же видов, особенно в отношении концентрации витамина С и фенольных соединений, и зависит от географического положения, экологии, состава почвы и других факторов окружающей среды. Недавние исследования Dani et al. показали, что фитохимический состав Rosa sp. также зависит от развития и старения цветков. Наиболее изученными частями растений шиповника являются плоды шиповника, которые известны как богатый источник природных антиоксидантов, например, ПНЖК (полиненасыщенных жирных кислот), таких как линолевая кислота, а также флавоноидов, тритерпеноидов и фитостеролов. Галактолипиды, которые также содержатся в плодах шиповника, проявляют некоторую противовоспалительную и противоопухолевую активность. Недавно было показано, что цветочные почки R. rugosa содержат кислые полисахариды с антиоксидантными и омолаживающими свойствами, а также нейроактивные депсид-глюкозиды, флавоноиды и дубильные вещества. Флавоноиды, включая производные кемпферола и кверцетина, также были обнаружены в цветочных почках R. damascena. В листьях различных видов шиповника обнаружено значительное количество полифенолов, составляющее от 5,7 ± 0,08 до 15,2 ± 0,21 % от сухой массы. У R. canina содержание полифенолов выше в листьях, чем в плодах.
В настоящем исследовании мы изучили фитохимический состав и выбранную косметическую активность Rosa platyacantha Schrenk, произрастающей в горах Заилийского Алатау, Северного Тянь-Шаня (Алматы, Казахстан). Этот вид Rosa до сих пор не охарактеризован в научной литературе. Кроме того, очевидно, что растения, произрастающие в неблагоприятных природных условиях, например, в горах Алматинской области, в целом богаты фитохимическими соединениями с широким спектром биологической активности, включая антиоксидантные, противовоспалительные и УФ-защитные свойства. Экстракты таких растений являются потенциально интересным источником активных ингредиентов для косметических средств, защищающих кожу от вредного воздействия факторов окружающей среды, включая загрязнение воздуха и ультрафиолетовое излучение. По этой причине в этом исследовании экстракты R. platyacantha , приготовленные из различных частей растения, были исследованы на предмет их антиоксидантного потенциала, ингибирующих свойств эластазы, коллагеназы и тирозиназы, а также антимеланомной активности in vitro . Экстракт цветочных почек, обладающий наиболее значительными свойствами ингибирования тирозиназы, был фракционирован для идентификации соединений, ответственных за ингибирование тирозиназы.
Результаты и обсуждение
Фитохимический состав и экстракты антиоксидантов из различных частей R. platyacantha
Водно-спиртовые экстракты, приготовленные из цветков, листьев, бутонов, листьев со стеблями и цветков без лепестков R. platyacantha (R1-R5 соответственно), сравнивали по содержанию общих фенольных соединений и флавоноидов. Экстракты Р2-Р5 характеризовались одинаковым содержанием фенолов (14,53-13,30 мг ОЭ/г сухой массы, с.в.), тогда как экстракт Р1 содержал значительно меньшее количество этих соединений (8,61 мг ОЭ/г сухой массы). Содержание флавоноидов было сопоставимо между экстрактами и варьировало от 2,03 до 2,49 мкг/г сухой массы.
Фенольные соединения, особенно флавоноиды, считаются наиболее активной группой природных соединений с широким спектром применения в медицине, пищевых продуктах и косметике. Как показали несколько исследователей, фенольные соединения и флавоноиды являются мощными антиоксидантами, поэтому они могут служить эффективными поглотителями активных форм кислорода (АФК). Хотя низкие количества АФК важны для внутриклеточной передачи сигналов, повышенные уровни АФК могут вызывать повреждение ДНК, липидов и белков и, таким образом, приводить к развитию преждевременного старения кожи, нарушений пигментации или рака кожи.
Антиоксидантный потенциал экстрактов R1-R5 сначала сравнивали с использованием анализов поглощения радикалов DPPH и ABTS. В обоих методах наибольшая и наименьшая антиоксидантная активность была обнаружена в экстрактах R. platyacantha с наибольшим и наименьшим содержанием фенолов соответственно.
Способность экстрактов R1-R5 защищать клетки от повреждающего действия АФК также анализировали in vitro с использованием спонтанно иммортализованной линии кератиноцитовых клеток человека HaCaT. В этом анализе клетки подвергали воздействию H2O2 в присутствии или в отсутствии экстрактов R1-R5 в концентрации 25 и 10 мкг/мл, а образование внутриклеточных АФК контролировали с использованием флуорогенного красителя H2 DCFDA. После диффузии в клетку H2 DCFDA деацетилируется клеточными эстеразами и затем окисляется АФК в 2′,7′-дихлорфлуоресцеин (DCF). Cтимуляция клеток HaCaT с помощью H2O2 увеличивала интенсивность флуоресценции DCF примерно в 4 раза, что указывает на увеличение продукции внутриклеточных АФК. Предварительная обработка клеток экстрактами R1-R5 снижала внутриклеточный уровень АФК в 2,5 раза по сравнению с клетками без предварительной обработки. Наблюдаемое снижение внутриклеточного окислительного стресса было сравнимо с известным поглотителем АФК NAC.
Хроматографический анализ экстрактов, полученных из разных частей R. Platyacantha, показал, что наиболее характерными соединениями являются хинная кислота, изомер метоксигалловой кислоты и метилбревифолинкарбоксилат. Изомер метоксигалловой кислоты был самым обильным соединением экстрактов R3 и R5. Содержание хинной кислоты и метилбревифолинкарбоксилата было сопоставимо в экстрактах R1, R2, R4 и сравнительно ниже в экстракте R3.
В то время как хинная и эллаговая кислоты и их производные представляют собой соединения, обычно идентифицируемые в экстрактах различных видов Rosa sp., насколько нам известно, это первое сообщение, указывающее на присутствие производных бревифолина у видов рода Rosa.
В литературе очень мало сообщений о химическом составе R. platyacantha. В обеих публикациях сообщалось о наличии гидролизуемых дубильных веществ (галлотаннинов и эллагитанинов) в плодах R. platyacantha. В метанольном экстракте, полученном из этого растительного сырья, идентифицированы эллаговая и галловая кислоты. Результаты текущих исследований подтверждают наличие обеих кислот и их производных также в экстрактах, полученных из других частей R. platyacantha. Впервые подтверждено наличие производных бревифолина. Известно, что последние соединения встречаются в гранате, сладких апельсинах и видах Zanthoxylum. Также интересно заметить, что фармакологический профиль бревифолина, как сообщается, аналогичен эллаговой кислоте. С химической точки зрения эллагитаннины также могут подвергаться окислению до соединений, содержащих дегидрогексагидроксидифенольную группу, что также сопровождается присутствием бревифолинкарбоновой кислоты. Это соединение было обнаружено также во всех экстрактах, полученных из R. Platyacantha.
Среди других характерных компонентов следует отметить наличие производных галловой и хлорогеновой кислот, а также флавоноидов, относящихся к флавонолам, особенно производным кверцетина. Эти соединения известны из научной литературы как эффективные антиоксиданты и ранее были обнаружены в экстрактах других видов шиповника. Обилие хинной кислоты, кверцетина и галловой кислоты, а также их производных в экстрактах R. platyacantha объясняет их значительную антиоксидантную активность.
Антиколлагеназная и антиэластазная активность экстрактов R. platyacantha
Повышенная активность коллагеназы и эластазы играет ключевую роль в образовании морщин на коже за счет нарушения конфигурации коллагеновых и эластических волокон и последующей потери эластичности кожи. Повышение активности коллагеназы и эластазы обусловлено как внутренними (хронологическими), так и внешними (УФ-излучение) факторами старения. В общем, экстракты R. platyacantha были более эффективны в отношении коллагеназы, чем ингибиторы эластазы. Все протестированные экстракты продемонстрировали значительное ингибирование коллагеназы при 100 мкг/мл, при этом экстракт R3 был наиболее активным (ингибирование коллагеназы 38%). Экстракты R1, R2 и R3 значительно снижали активность коллагеназы также при 50 мкг/мл (ингибирование 18-34%). Активность эластазы значительно снижалась только при использовании экстрактов R1, R2 при концентрации 100 мкг/мл (ингибирование 11-13%) и экстракте R4 при 50 мкг/мл (ингибирование 16%).
На сегодняшний день в растительных экстрактах, в том числе видов шиповника, идентифицировано несколько природных ингибиторов коллагеназы и эластазы. Было показано, что экстракт R. rugosa ингибирует активность коллагеназы, а экстракт R. damascena из лепестков ингибирует эластазу. Экстракты R. hybrida и R. centifolia показали ингибирующий потенциал в отношении как коллагеназной, так и эластазной активности.
Антитирозиназная активность экстрактов R. platyacantha
Использование растительных экстрактов для лечения нарушений пигментации кожи приобрело популярность в последние годы. Тирозиназа (EC. 1.14.18.1), ключевой фермент меланогенеза , является наиболее популярной мишенью для осветляющих кожу косметических ингредиентов. Тирозиназа катализирует лимитирующее превращение L-тирозина в L-дигидроксифенилаланин (L-ДОФА) (монофенолазная активность) и впоследствии в допахинон (дифенолазная активность).
R. platyacantha ингибируют монофенолазную и дифенолазную активность тирозиназы дозозависимым образом, при этом экстракт R3 является наиболее активным. Экстракт R3 в концентрации 100 мкг/мл ингибирует 90% монофенолазной и 38% дифенолазной активности тирозиназы. Экстракты R2 и R4 снижали активность дифенолазы на 20%, но не влияли на монофенолазную активность тирозиназы.
Антимеланомная активность экстрактов R. platyacantha in vitro
Несколько фенольных соединений, идентифицированных в экстракте R. platyacantha, включая эллаговую и галловую кислоты, кемпферол и кверцетин, вызывают апоптоз в клеточных линиях меланомы in vitro. Следовательно, экстракты, богатые этими соединениями, могут использоваться для химиопрофилактики меланомы, подавляя инициацию, продвижение и прогрессирование раковых клеток. Добавление химиопрофилактических средств в косметику может повысить их эффективность за счет многократного нанесения непосредственно на поверхность кожи.
Экстракты R1-R5 анализировали на их цитотоксичность in vitro в отношении клеточных линий меланомы человека (A375, SH-4) и мыши (B16-F10) и нераковых кератиноцитов человека HaCaT. За исключением экстракта R1, все проанализированные экстракты были цитотоксичны для клеточных линий меланомы. Наиболее выраженная цитотоксичность экстрактов R3 и R5 наблюдалась в отношении клеточной линии А375 (IC 50 = 97,31 и 72,90 мкг/мл соответственно). Цитотоксический эффект этих экстрактов в отношении нераковых клеток НаСаТ был ниже в 1,9-2,4 раза (IC 50 = 187,30 и 174,20 мкг/мл соответственно). Насколько нам известно, это первый отчет, показывающий антимеланомную активность экстрактов Rosa spp. Ранее было доказано, что экстракты R. canina цитотоксичны для линий клеток толстой кишки, шейки матки, гепатоцеллюлярной и немелкоклеточной карциномы легкого и лейкемии. R. rugosa уменьшала пролиферацию клеток рака предстательной железы. Было показано, что R. roxburghii индуцирует внутренний апоптоз в клеточных линиях плоскоклеточной карциномы пищевода, карциномы желудка и карциномы легких.
Выводы | Роза платьяканта Шренк
Исследование является первой комплексной характеристикой химического профиля и отдельных биологических свойств экстрактов, полученных из различных частей R. platyacantha, произрастающего в Алматинской области Казахстана. Фитохимические исследования подтверждают наличие галловой и эллаговой кислот и их производных как наиболее характерных компонентов этого вида Rosa. Впервые подтверждено наличие производных бревифолина у рода Rosa , а наличие флавоноидов у исследованных R. platyacantha.
Представленные результаты также показывают, что экстракт, полученный из закрытых цветков (бутонов) (R3) R. platyacantha, является богатейшим источником фитосоединений со значительным антиоксидантным потенциалом, подтвержденным стандартными анализами удаления радикалов DPPH и ABTS, а также исследованиями in vitro на кератиноцитах HaCaT. Экстракт R3 также был эффективен против клеток меланомы человека, проявляя значительно более низкую цитотоксичность в отношении нераковых клеток кожи. Кроме того, экстракт закрытых цветков эффективно ингибирует монофенолазную и дифенолазную активность тирозиназы, что свидетельствует о его значительном осветляющем потенциале кожи. Активные соединения экстрактов, которые могут быть ответственны за наблюдаемую активность, включают, в частности, кверцетин и его производные, например рутин. Галловая и эллаговая кислоты и кемпферол также являются активными ингредиентами.
Основываясь на профиле биологической активности, экстракт цветочных почек R. platyacantha следует рассматривать как эффективный активный ингредиент осветляющих кожу, омолаживающих и защищающих косметических средств.