Přednáška 3

TOXICITA SEKUNDÁRNÍCH METABOLITŮ ROSTLIN II: SAPONINY TRITERPENOVÉ A STEROIDNÍ,

STEROIDY, KARDENOLIDY A BUFADIENOLIDY.

OSNOVA PŘEDNÁŠKY:

• triterpenové saponiny

• steroidní sloučeniny

o steroidní saponiny

o kardioaktivní glykosidy (kardenolidy, bufadienolidy)

• ostatní steroidní sloučeniny (ekdysteroidy, gugulsterony, pregnanové deriváty, withanolidy,

fytosteroly)

SAPONINY

Saponiny jsou velká skupina glykosidů rostlin charakterizována povrchově-aktivními vlastnostmi,

většina saponinů má hemolytické vlastnosti – interagují se steroly v membránách erytrocytů a dochází

k zvýšené permeabilitě a ztrátě hemoglobinu. Monodesmosidy jsou hemolyticky mnohem toxičtější

než bidesmosidy a aktivita klesá s prodlužující délkou glykosidického uskupení. Toxické jsou pro

studenokrevní živočichy (moluscidní úč.), zejména pro ryby.

Farmaceutické použití: některé saponiny jsou používány jako výchozí materiál pro syntézu steroidů,

ve fytoterapii, nutraceutikách a kosmetickém průmyslu.

Toxicita saponinů: perorálně jsou mírně toxické, z nepoškozeného GIT se málo vstřebávají. Naopak,

parenterálně podání nebo poškozená sliznice GIT jejich toxicitu výrazně zvyšuje. Obecné toxické

vlastnosti saponinů:

• hemolytické vlastnosti (i.v., i.p. aplikace)

• poškození membrány buněk sliznic GIT (gastroenteritidy, poškození střevní sliznice)

• při hlubším pronikání mohou vyvolat poškození jater, dýchací potíže a křeče.

Strukturně jsou saponiny klasifikovány do 2 skupin podle aglykonu:

• steroidní saponiny – C27

• triterpenové saponiny – tetracyklické a pentacyklické sloučeniny (viz triterpeny)

Cukerná složka saponinů je navázána na aglykon etherovou nebo esterovou vazbou. Podle počtu

navázaných oligosacharidových řetězců se označují jako modesmosidy (1 cukerná složka se váže

u steroidů a triterpenů v poloze 3), nebo bidesmosidy (mají 2 cukerné složky; druhý oligosacharid je

navázaný v případě triterpenů esterově v poloze 28, u steroidů etherově v poloze 26).

Struktura saponinů

Steroidní saponiny

Steroidní saponiny – C27, struktura odvozená od hexacyklického skeletu spirostanu, nebo

pentacyklického furostanu.

Uhlíkový skelet aglykonů steroidních saponinů

Steroidní saponiny se vyskytují hlavně u jednoděložných krytosemenných rostlin v čeledích

Smilacaceae (Smilax), Asparagaceae (Yucca, Agave) a Dioscoreaceae (Dioscorea), zřídka

u dvouděložných r. např. Fabaceae (Trigonella), Plantaginaceae (Digitalis), Melanthiaceae (Paris).

Diosgenin

Steroidní aglykon různých saponinů (dioscin, deltonin, deltosid).

Výskyt: např. Solanum spp. (Solanaceae), Dioscorea spp. (Dioscoreaceae), Trillium erectum

(Melanthiaceae). Výskyt v podobě glykosidů ‒ Panicum spp. (Poaceae).

Toxicita: látka spojována s intoxikacemi ovcí spásající Panicum spp. U diosgeninu byla zjištěna

antitumorová aktivita.

Symptomy intoxikace: jsou popisovány jako estrogenní působení a hepatogenní fotosenzibilace.

Dioscin

Steroidní aglykon různých saponinů (dioscin, deltonin, deltosid).

Výskyt: např. Dioscorea spp. (Dioscoreaceae), Trillium spp., Paris spp. (Melanthiaceae), Trigonella spp.

(Fabaceae).

Toxicita: působí silně hemolyticky na malé savce. Dříve uváděna potenciální hepatotoxicita,

v subchromických dávkách po dobu podávání u potkanů (90 dnů) nepotvrzena. Inhibitor CYP2C9,

CYP2E1 a CYP3A4 (možná interakce s léčivy). Dále, dioscin vykazoval signifikantní anthelmentický

účinek na Dactylogyrus intermedius.

Konvalamarosid

Furostanový saponin.

Výskyt: Convallaria majalis (Asparagaceae), Adonis vernalis (Ranunculaceae)

Toxicita: steroidní saponin se silnou hemolytickou aktivitou. Způsobuje lokální iritace.

Spirokonazol A

Spirostanový saponin.

Výskyt: Paris spp. (Melanthiaceae), Dracaena spp. (Asparagaceae)

Toxicita: saponin vykazuje moluscidní, antimalarickou, antimykotickou a bakteriostatickou aktivitu.

Triterpenové saponiny

Aglykony triterpenových saponinů obsahují ve své struktuře -amyrinový (ursanový), -amyrinový

(oleanový), anebo lupeolový typ.

Struktura aglykonů triterpenových saponinů

Zdrojem triterpenových saponinů jsou především čeledě Hippocastenaceae, Fabaceae, Mimosaceae,

Ranunclulaceae, Araliaceae, Apiaceae, Polygalaceae, Caryophyllaceae, Primulaceae, Spireaceae aj.

Aescin

Směs triterpenových saponinů. Farmaceuticky významná sloučenina (venofarmakum, antivarikózum).

Zdroj: plody Aesculus hippocastanum (Hippocastanaceae)

Toxicita: hemolytická aktivita. Dřívější nálezy teratogenity sloučeniny nebyly potvrzeny, naopak,

extrakt z plodů A. hippocastanum se jeví jako bezpečný a dobře tolerovaný.

Fytolakagenin

Aglykon saponinů fytolakatoxinu, fytolakosidu E a dalších.

Výskyt: Phytolacca americana (Phytolaccaceae)

Toxicita: směs saponinů a glykoproteinů v rostlině způsobují těžké intoxikace u dětí, vyšší dávky i u

dospělých. Toxicita rostliny se zvyšuje se jejím zráním, všechny části rostliny jsou toxické, nejvíce

semena a kořeny s oddenky, následují listy, lodyha a plody. Dříve užívaná v tradiční medicíně

(projímadlo, dávidlo).

Příznaky intoxikace: u dětí narkotický účinek, bezprostřední palčivý pocit v ústech, zvracení po dobu 2

hodin, křeče v GIT a průjem.

Ilexolid A

Výskyt: kořeny a listy Ilex pubsecens, I. chinensis (Aquifoliaceae), užívané v TČM na léčbu

kardiovaskulárních onemocnění, zánětlivých procesů a analgetický efekt.

Toxicita: podle pokusů na zvířatech, extrakty z I. pubescens považované za relativně bezpečné, můžou

způsobovat alergické reakce.

Medikagenová kyselina

Aglykon několika glykosidů např. medikagenová kyselina 3-O-β-triglukosid.

Výskyt: Medicago sativa, Dolichos kilimandscharicus, Castanospermum australe (Fabaceae)

Toxicita: antinutriční působení na střevní sliznici, významný hemolytický efekt, antifungální

a nematocidní aktivita.

α-Hederin

Výskyt: Hedera helix, Kalopanax septembolum, (Araliaceae), Anemone coronaria (Ranunculaceae),

Sapindus spp. (Sapindaceae)

Toxicita: významný alergen, silné hemolytické vlastnosti

Hederagenin-3-arabinosid

Výskyt: Hedera spp., Schefflera spp. (Araliaceae), Phytolacca spp. (Phytolaccaceae), Fatsia spp.,

Lonicera nigra (Caprifoliaceae), Pulsatilla spp. (Ranunculaceae)

Toxicita: způsobuje podráždění GIT, kontaktní dermatitidy, vykazuje antineoplastickou aktivitu –

rakovina prsu, pojivové tkáně, žaludku, jater a prostaty.

Echinocystová kyselina

Aglykon u glykosidů scheflerosidu a museninu

Výskyt: Schefflera capitala (Araliaceae), Strophantus spp. (Apocynaceae), Echinocystis spp.

(Cucurbitaceae). Výskyt u rostlin používaných v TČM, Ayurvédě.

Toxicita: hemolytický efekt + významný spermicidní úč., in vitro antigonadotropní aktivita nalezená

u scheflerosidu. Echinocystová kyselina inhibuje signifikantně acetylcholinesterasu srovnatelně jako

donepezil (u myší).

Pfaffová kyselina

Nortriterpenový aglykon saponinů pfaffosidů A-F.

Výskyt: Hebanthe spp. (Amaranthace). Hebanthe eriantha (dříve známa jako Pfaffia paniculata) je

známa jako „Brazilský ženšen“, kořeny používané jako tonikum a afrodisiakum, v lidové medicíně jako

antidiabetikum.

Toxicita: pfaffosidy D-F, zejména pfaffosid F, vykuzují cytototoxickou aktivitu (inhibice růstu buněčné

linie melanomu).

KARDIOAKTIVNÍ GLYKOSIDY

Všechny aglykony kardioaktivních glykosidů mají tetracyklické steroidní jádro. Dělí se na 2 hlavní

skupiny: kardenolidy (C-23) a bufadienolidy (C-24), přičemž kardenolidy mají navázaný v poloze 17

nenasycený 5četný lakton, bufadienolidy nenasycený 6četný lakton.

Struktura aglykonů kardioaktivních glykosidů

Cukerná složka bývá navázána zpravidla v poloze 3, tvoří mono- až oligosacharidy.

Účinek na srdce (pozitivně ionotropní, negativně chronotropní, pozitivně bathmotropní, negativně

dromotropní) způsobuje aglykon, cukry modifikují jeho fyz.-chem. vlastnosti. U bufadienolidů je

vystupňován účinek diuretický, kardiotonický účinek je slabší.

Farmakokinetika kardioaktivních glykosidů závisí na polaritě molekuly – digitoxin je lipofilní, velmi

dobře se vstřebává, silně se váže na plazmatické proteiny, jeho eliminace je pomalá (poločas > 6 dnů).

Digoxin, který je méně lipofilní, je resorbován z asi 80 %, vazba není na proteiny tak silná, proniká do

tkání, není silně metabolizován a eliminuje se ledvinami docela rychle (poločas 36 hodin). Oubain,

velmi polární sloučenina, může být podán jen intravenózně (p.o. se resorbuje velmi málo), eliminace

ledvinami je rychlá.

Použití: léčba srdečního selhávání, arytmií, dříve jako diuretika, některé jako šípové jedy.

Toxicita: v nízkých koncentrací dochází k ovlivnění srdeční činnosti – působí jako blokátory Na+/K+-

ATPasy. Zvláště citlivé na kardioglykosidy jsou kočky (LD50 v µg/kg při i.v. podání).

Symptomy intoxikace: nevolnost doprovázená zvracením, poruchy vidění, únava, slabost, delirium,

křeče, bolest hlavy, diarea, poruchy srdečního rytmu, extrasystoly, v těžkých případech kompletní AV

blok s bradykardií, smrt následkem ventrikulární fibrilace.

Výskyt hlavně u rostlin čeledí:

• Apocynaceae (Asclepias, Calotropis, Carissa, Cryptostegia, Gomphocarpus, Periploca,

Xysmalobium, Acokanthera, Apocynum, Cerbera, Nerium, Strophantus, Thevetia)

• Plantaginaceae (Digitalis)

• Ranunculaceae (Adonis, Helleborus)

• Asparagaceae (Bowiea, Convallaria, Drimia)

• Brassicaceae (Cheiranthus, Erysimum)

• Celastraceae (Euonymus)

• Fabaceae (Coronilla)

• Moraceae (Antiaris, Antiaropis, Castillia)

• Malvaceae (Corchorus)

Vzácně taky u živočichů: bufadienolidy produkují jedové žlázky v kůži ropuch (Bufo), kardenolidy byly

nalezené u některých motýlů, jejichž housenky požírají rostliny obsahující kardioaktivní glykosidy, a

někteří brouci je syntetizují z fytosterolů (Chrysolina sp.).

Kardenolidy

Adonitoxin

Výskyt: Adonis vernalis (Ranunculaceae)

Digitoxin

Výskyt: Digitalis spp. (Digitalis lanata, D. purpurea, D. grandiflora,…)

Toxicita: LD50 pro vybrané živočichy: morče 60 mg/kg (p.o.), kočka 180 µg/kg (p.o.), člověk 3 mg (p.o.)

Digoxin

Výskyt: D. lanta (Plantaginaceae)

Fytofarmakum: používaný při terapii srdečního selhávání a fibrilaci síní s rychlou odpovědí komor.

Evomonosid

Výskyt: Euonymus europea (Celastrace) – jedovatý keř pěstovaný v parcích za zahradách.

Konvalatoxin

Výskyt: Convallaria majalis (Asparagaceae), Adonis vernalis (Ranunculaceae) aj.

Toxicita: intoxikace se projevuje jako digitalisová otrava.

Oleandrin

Výskyt: Nerium oleander (Apocynaceae)

Symptomy intoxikace: podráždění GIT, významná hyperkalemie, AV blok

Cymarin, ouabain, k-strofantosid

Kardioaktivní glykosidy, které jsou součástí afrických šípových jedů.

Výskyt: cymarin: Strophanthus spp. (Apocynaceae), Adonis vernalis (Ranunculaceae); ouabain:

Strophanthus spp., Acokanthera spp. (Apocynaceae); k-strofantosid: Strophanthus spp., Acokanthera

spp. (Apocynaceae)

ouabain

Toxicita: cymarin se prakticky nevstřebává z GIT, k-strofantosid významně toxický vůči obratlovcům,

rychle se eliminuje z organismu.

Bufadienolidy

Scilaren A

Výskyt: Drimia maritima (Asparagaceae)

Toxicita: kardiotonická sloučenina, která se rychle vylučuje z organismu, významný diuretický efekt.

Scilirosid

Výskyt: Drimia maritima – červená forma

Toxicita: rodenticidum – tradičně používán jako jed na krysy a potkany.

STEROIDY A FYTOSTEROLY

Ekdysteroidy C19-29 steroidy obsahující 7-en-6-on chromofor a několik hydroxylových skupin, u rostlin hydroxylová skupina vždy přítomná na C14. Strukturně jsou ekdysteroidy odvozené od ekdysonu (u hmyzu má funkci hormonu). Výskyt: hlavně v čeledích Podocarpaceae, dále Asteraceae, Lamiaceae.

β-Ekdyson (20-hydroxyekdyson) Výskyt: např. rod Pfaffia spp. (Amaranthaceae), Ajuga iva, Vitex schiliebenii (Lamiaceae), Silene nutans (Caryophyllaceae)

Toxicita: insekticidní aktivita, genotoxicita ve studii na Allium cepa. α-Ekdyson Výskyt: Pteridium aquilinum (Dennstaedtiaceae)

Toxicita: potenciálně karcinogenní pro spásající dobytek. Pregnanové deriváty Steroidy odvozené od pregnanu, výskyt jako aglykony i glykosidy. Guggulsterony Výskyt: Commiphora mukul (Burseraceae)

Z-guggulsteron

E-guggulsteron

Toxicita: cytoxicita – in vitro došlo ke zvýšení účinnost terapie u lidských multirezistentních rakovinných buněk prsů (MCF-7/DOX cells) při podávání společně g. s doxorubicinem. Stizofylin Výskyt: Stizophyllum riparium (Bignoniaceae)

Toxicita: cytotoxicita vůči myší buněčné linii P-388 (myší lymfocytická leukemie). Pregnanové steroidy rodu Cynanchum Výskyt: Cynanchum spp (Apocynaceae), použití v TČM

Pregnanové steroidy rodu Cynanchum

Toxicita: cytotoxická vůči různým nádorových liniím lidských buněk - hepatokarcinom (SMMC-7721), Hela, karcinom prsu (HL-60, MCF-7), myelogenní leukemická linie (K-562), adenokarcinomu plic, karcinom jater (HepG-2). Pregnanové steroidy Marsdenia tenacissima, M. condurango (Apocynaceae) Marsdenia tenacissima, M. condurango se používají v TČM.

Pregnanové steroidy Marsdenia tenacissima, M. condurango (Apocynaceae)

Toxicita: cytotoxická aktivita vůči různým nádorových buněčným liniím (žaludku, jícnu, plic, hepatocelulárního karcinomu). Působí synergicky s paklitaxelem, cisplatinou (inhibice MRP2 efluxní aktivity and zvýšení celkové akumulace Pt-nádorových léčiv). Withanolidy Steroidy vzniklé přestavbou ergostanového skeletu, u kterých je uhlík C-22 a C-26 oxidován a vytváří δ-lakton. Tyto sloučeniny jsou typické pro čeleď Solanaceae v rodech Withania, Physalis, Nicandra, Lycium a Datura. Použití: Withania somnifera – tradičně používána v Ayurvédě jako sedativum a hypnotikum.

withaferin A

withanolid D

withanolid E

Withanolidy s cytotoxickou aktivitou.

Toxicita: zajímavá cytotoxická aktivita byla zjištěna u withaferinu A, withanolidu D a withanolidu E v in

vitro a in vivo testech na zvířatech.