Gwajanolidy i syryngina w zielu Rhaponticum pulchrum

Gatunki rodzaju Rhaponticum Adans. (rodzina Asteraceae, plemię Cardueae, podplemię Centaureinae), pochodzą z zachodniej i środkowej Azji, rozprzestrzenione są w południowej Europie, także w Australii. Ich systematyka jest nadal dyskutowana. W opisach botanicznych pojawiają się dwie nazwy synonimowe: Leuzea DC. i Stemmacantha Cass. Obecnie przyjmowana jest nazwa Rhaponticum, a takson Leuzea wydzielany jest tylko dla trzech gatunków: L. centauroides (L.) J. Holub, L. conifera (L.) DC. i L. rhapontica (L.) J. Holub. Stemmacantha nie zyskała sobie oficjalnego miejsca jako nazwa synonimowa dla Rhaponticum. Jednak najbardziej znany gatunek omawianej jednostki systematycznej Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin. opisywany jest zarówno pod nazwą rodzajową Leuzea, jak i Stemmacantha. Różne propozycje nomenklaturowe wskazują na podobieństwa morfologiczne wśród gatunków Rhaponticum i trudności z tym związane w ustaleniu prawidłowego pokrewieństwa i zasięgu w obrębie tej jednostki taksonomicznej. Poznanie i porównanie składu chemicznego roślin może być pomocne w rozwiązaniu tych problemów botanicznych. Od kilkudziesięciu lat w Katedrze i Zakładzie Roślin Leczniczych Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu (obecnie Katedra i Zakład Naturalnych Surowców Leczniczych i Kosmetycznych Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu) prowadzone są badania nad poszukiwaniem laktonów seskwiterpenowych, markerów taksonomicznych w gatunkach rodziny Asteraceae, w tym również rodzaju Rhaponticum. Wcześniej przedmiotem analiz fitochemicznych były części nadziemne Rhaponticum carthamoides, Leuzea rhapontica subsp. heleniifolia (Gren. & Godron.) J. Holub i L. rhaponticoides Graells. Wśród obecnie badanych roślin z rodzaju Rhaponticum jest ziele

R. pulchrum Fisch. et Mey.
Gatunek ten występuje w rejonie Kaukazu, rośnie na wysokości 900-1.200 m. Charakteryzuje się pierzastodzielnymi lub pierzastosiecznymi liśćmi oraz okazałymi (2,5-4 cm średnicy) i licznymi koszyczkami, które mogą być ozdobą również polskich ogrodów. Łodygi osiągają długość 50 cm. Ziele R. pulchrum posiada interesujący skład chemiczny. Przeważają w nim laktony seskwiterpenowe, należące do grupy gwajanolidów. Ich strukturę ustalono we współpracy z prof. dr hab. Wandą Kisiel z Instytutu Farmakologii, Zakładu Fitochemii PAN w Krakowie. W surowcu znaleziono także glukozyd fenylopropanowy, syrynginę. Fitochemia tego surowca stanowi część pracy doktorskiej Joanny Nawrot, adiunkta Katedry i Zakładu Naturalnych Surowców Leczniczych i Kosmetycznych UMP. Laktony seskwiterpenowe, poza tym, że są użyteczne w rozwiązywaniu problemów taksonomicznych, mają szerokie zastosowanie w lecznictwie. Przykładami mogą być: gwajanolidy - matrycyna i chamazulen z koszyczków rumianku pospolitego Matricariae anthodium, o działaniu przeciwzapalnym; cynaropikryna i grossheimina z liści karczocha zwyczajnego Cynarae folium, o działaniu pobudzającym wydzielanie soku żołądkowego i żółci; pseudogwajanolidy - helenalina z koszyczków arniki górskiej i arniki łąkowej Arnicae anthodium, o działaniu przeciwzapalnym; germakranolidy - partenolid z ziela złocienia maruny Chrysanthemi partheni herba, o działaniu przeciwmigrenowym.

Gwajanolidy
Z oczyszczonego metanolowego ekstraktu z ziela R. pulchrum wyizolowano i zidentyfikowano 9 gwajanolidów. Związki te można łatwo wykryć metodą chromatografii cienkowarstwowej (TLC), stosując płytki powleczone żelem krzemionkowym i odczynnik anyżowy jako wywoływacz. Już wcześniej zauważono, że podstawniki w pięcioczłonowym pierścieniu gwajanolidów, a przede wszystkim te na czwartym węglu, decydują o ich barwie na chromatogramach. W ten sposób można wykryć w gwajanolidzie takie grupy na C-4, jak epoksydową, egzometylenową, chlorometylową z hydroksylową, hydroksymetylową i inne. Oczywiście, ostatecznych informacji o budowie analizowanych związków dostarczają analizy spektralne, w tym przede wszystkim analiza protonowego magnetycznego rezonansu jądrowego (1H NMR). Do otrzymania laktonów seskwiterpenowych zastosowano kolumnę chromatograficzną, wypełnioną żelem krzemionkowym. Adsorbent ten, po wybraniu odpowiedniego układu rozpuszczalników, rozfrakcjonował ekstrakt na obecne w nim substancje. Większość z nich wymagała dalszego oczyszczania chromatograficznego (rechromatografii), by uzyskać pojedyncze związki, bo tylko takie nadają się do identyfikacji metodami spektralnymi.

Dominującym związkiem w zielu R. pulchrum okazała się

janeryna
Jej charakterystyczną cechą chemiczną jest obecność ugrupowania 4,15-epoksydowego. Na widmie 1H NMR pojawiają się charakterystyczne sygnały, świadczące o obecności tego ugrupowania: H-15 i H-15’ przy a = 3.32 i 3.11 ppm, ze stałą sprzężenia J15,15’ i J15’,15 = 4,4 Hz. Ponadto sygnał protonu H-3 pojawia się w niższym polu (a = 3.95 ppm) w porównaniu z sygnałem H-3 cynaropikryny (opisanej poniżej) z egzometylenem na C-4. „Wyróżnik” epoksydowy jest łatwo identyfikowany metodą TLC. Nadaje on oliwkowo-brązową barwę plamy, po spryskaniu chromatogramu odczynnikiem anyżowym. Na kontrolnych chromatogramach oczyszczonego wyciągu metanolowego z ziela R. pulchrum pojawiały się plamy związków o tej samej barwie, co sugerowało ich „pokrewieństwo chemiczne” z janeryną. Analiza 1H NMR wykazała, że jednym z nich jest 19-dezoksyjaneryna, różniąca się od dominującego laktonu seskwiterpenowego tylko strukturą estru na C-8. Niestety, nie udało się wyodrębnić wszystkich „janerynopodobnych” związków. Jedna z otrzymanych substancji na TLC wydawała się pojedyncza, jednak widma 1H NMR wykazały, że składa się ona z trzech gwajanolidów.

Cynaropikryna
to przedstawiciel gwajanolidów charakteryzujących się grupą egzometylenową przy C-4. Ta cecha nadaje na chromatogramie barwę różowo- fioletową a na widmie 1H NMR sygnały H-15 i H-15’ - dublety przy a = ok. 5.50 i 5.37 ppm, z równocennymi protonami o stałych sprzężenia J15,15’ = J15’,15 = 1,7 Hz. Jest to związek, który dość często występuje w gatunkach z podplemienia Centaureinae. Wspomniano wyżej o jego właściwościach goryczowych. Ale interesujące są właściwości cytotoksyczne cynaropikryny, a także możliwość jej działania ochronnego na komórki wątroby, za które odpowiedzialny jest prawdopodobnie ester metakrylowy w pozycji C-8. Warto nadmienić, że preparat oparty na tym związku jest na liście leków przeciwnowotworowych, oczekujących na rejestrację w Kazachstanie. Pochodną cynaropikryny, znalezioną w zielu omawianego gatunku, jest agueryna B. Sygnały przesunięć chemicznych przy a = 6.18 ppm i 5.67 ppm oraz 1.99 ppm wskazują na ester 2-metylopropenowy na C-8, inny niż w cynaropikrynie.

Bardzo podobny do dwóch wyżej wymienionych związków jest

repdiolid
- piąty lakton seskwiterpenowy ziela R. pulchrum. Posiada on dodatkową grupę hydroksylową na C-2 i to powoduje, że na chromatogramach nie barwi się on na kolor różowo-fioletowy, jak cynaropikryna i agueryna B, ale na granatowy, a na widmie 1H NMR pojawiają się przesunięte sygnały protonu przy C-2. Grupa aOH przy tym węglu powoduje obniżenie wartości przesunięcia chemicznego protonu H-3 na a = 4.32 ppm. Charakterystyczną cechą chemiczną kolejnych gwajanolidów jest obecność grup chlorometylowej i hydroksylowej na C-4. Na widmie protonowym 1H NMR pojawiają się charakterystyczne sygnały protonów przy C-15: dwa dublety H-15 i H-15’ odpowiednio a = 4.26 i 3.93 ppm, ze stałą sprzężenia J15,15’ i J15’,15 = 11,8. I ten wyróżnik strukturalny jest wykrywalny metodą TLC. Chlorojaneryna na chromatogramach wybarwia się na kolor zielony, a różniący się od niej obecnością dodatkowej grupy hydroksylowej na C-2 cebellina E (repensolid), na karminowy. Na widmie tego związku sygnały 1H NMR protonu na C-2 przesunięte są w kierunku niższych pól: a = 3.98 ppm. Gdy cząsteczka chloru zastąpiona jest grupą hydroksylową, jak to jest w 15-dezchloro-15-hydroksychlorojanerynie, sygnały protonów przy C-15 przesuwają się w kierunku niższych pól przesunięć chemicznych: dublety przy 4.00 i 3.85 ppm, ze stałą sprzężenia równocennych protonów J15,15’ = 12,1 Hz. Natomiast gdy grupa OH na C-15 jest zablokowana grupą acetylową, jak to jest w cebellinie G, pojawiają się sygnały H-15 i H-15’: a = 5.07 i 4.17 ppm i charakterystyczny singlet przy 2.16 ppm, świadczący o grupie acetylowej. W tych dwóch ostatnich związkach podstawniki na C-4 (grupy CH2OH i CH2OCOCH3) są odróżniane na chromatogramach - 15-dezchloro-15-hydroksychlorojaneryna barwi się na ciemnozielono, a cebellina G na kolor szary.

Przedstawicielem innej grupy związków naturalnych jest wyizolowana z ziela R. pulchrum

Syryngina
To ß-glukozyd alkoholu fenylopropanowego, który otrzymano po raz pierwszy z Syryngia vulgaris. Gromadzi się on w okolicach ścian komórkowych roślin jako prekursor ligniny. Stąd dość powszechnie spotkany jest w wielu roślinach. Zauważono, że towarzyszy on gwajanolidom w gatunkach należących do podplemienia Centaureinae, co może stanowić pewną wskazówkę chemotaksonomiczną. Działanie farmakologiczne syrynginy poznano po ustaleniu składu chemicznego korzenia eluterokokusa kolczastego Eleutherococcus senticosus (Rupr. et Maxim) Maxim. Działanie wzmacniające tego surowca zależy między innymi od obecności w nim syrynginy (nazwa synonimowa - eleuterozyd B). Porównując laktony seskwiterpenowe z ziela R. pulchrum i z części nadziemnych innych dotąd zbadanych gatunków z rodzaju Rhaponticum, można wysunąć dwa zasadnicze wnioski: Dominująca w R. pulchrum janeryna wyróżnia go od innych gatunków z rodzaju Rhaponticum i Leuzea. Obecność gwajanolidów, z większą ilością grup hydroksylowych w jego pięcioczłonowym pierścieniu (repdiolid, repensolid i 15-dezchloro-15- hydroksychlorojaneryna), może być cechą chemotaksonomiczną dla rodzaju Rhaponticum.

dr hab. n. farm. Gerard Nowak, prof. UM w Poznaniu
- Katedra i Zakład Naturalnych Surowców Leczniczych
i Kosmetycznych UM w Poznaniu

Piśmiennictwo:
Cis J., Nowak G., Kisiel W. Antifeedant properties and chemotaxonomic implications of sesquiterpene lactones and syryngin from Rhaponticum pulchrum. Biochem. System. and Ecology 34/2006, 862; Nowak G., Drożdż B., Holub M. Sesquiterpene lactones of the Cardueae, subtribe Centaureinae. In D. J. N. Hind & H. J. Bentje (eds). Compositae: Systematics. Procidings of the International Compositae Conference, Kew, 1994. vol 1, pp. 219-27. Royal Botanic Gardens, Kew; Nowak G. Chromatography of Twentysix Sesquiterpene Lactones from Centaurea bella. Chromatographia 35/1993, 325; Cis J., Nowak G., Horoszkiewicz- Hassan M., Kisiel W. Syryngin in Some Species of the Subtribe Centaureinae of the Asteraceae. Acta Soc. Bot. Poloniae. 72/2002, 105. ESCOP Monographs. European Scientific Cooperative On Phytotherapy. 2nd edition. Supplement. Eleutherococci radix. 110-120. Thieme. Stuttgart, New York 2009.