Биохимическое сырье
оптом

Шиконин, статья из раздела: Разное/Прочее
Шиконин

CAS номер: 517-89-5
Брутто формула: C16H16O5
Внешний вид: субстанция шиконина представляет собой кристаллический порошок.
Химическое название и синонимы: Shikonin, 5,8-Dihydroxy-2-[(1R)-1-hydroxy-4-methyl-pent-3-enyl]naphthalene-1,4-dione
Физико-химические свойства:
Молекулярная масса 288.30 г/моль
Вещества, которые образуются при горении: углекислый газ, окись углерода.


Описание:

Действующее вещество-шиконин обнаруживается в растении под названием Lithospermum erythrorhizon или воробейник краснокорневой. По химической структуре шиконин относится к нафтохинонному соединению. Исследования, проведенные за последние несколько лет, обеспечили научную основу для использования шиконина, который давно использовался в народной медицине для лечения различных инфекционных и неинфекционных заболеваний. В частности, показано, что шиконин обладает многими разнообразными свойствами, в том числе антиоксидантными, противовоспалительными, противомикробными и ранозаживляющими эффектами. Тот факт, что шиконин демонстрирует так много активных свойств, резко увеличил интерес к этой молекуле, особенно в последние несколько лет. Широкий спектр фармакологических эффектов шиконина, а также фармакокинетические свойства и токсичность делают его очень интересной молекулой-мишенью.

Шиконин был выделен из высушенного корня растения Lithospermum erythrorhizon в 1922 году. Тогда выделили и другие вещества наряду с шиконином, и идентифицировали многие из их химических свойств. Однако из-за физического и химического сходства с нафтазарином исходное описание структуры шиконина не было точным. Несколько лет спустя, в 1936 году, ученые объяснили правильную структуру этой молекулы, которая была идентифицирована как 5,8-дигидрокси-2 - [(1R) -1-гидрокси-4-метил-3-пентенил] 1,4-нафтохинон, которые также были первыми, кто идентифицировал энантиомер шиконина алканнин. Хотя в основном шиконин обнаружен в корне Lithospermum erythrorhizon, его наряду с алканнином и другими производными также можно найти в корнях других растений семейства Boraginaceae, в том числе те, что были из рода Arnebia (например, A. euchroma), Echium (E. lycopsis), Eritrichium и Onosma.

К сожалению, исследования токсичности этой молекулы в разных видах и с разными путями введения все еще отсутствуют и их следует проводить. Благодаря, своей высокой липофильности шиконин обычно используют в кремах и мазях, то есть на масляных препаратах. Действительно, его нерастворимость в воде обычно является причиной его низкой биодоступности. Кроме того, шиконин и его производные также являются термолабильными и первичными для окисления и полимеризации. В одном исследовании, использующем 3Н-шиконин у мышей, было показано, что шиконин быстро абсорбируется после перорального и внутримышечного введения, с периодом полураспада в плазме 8,79 ч и объемом распределения 8,91 л / кг. После внутривенной инъекции большая часть выводимого вещества соответствовала трансформированному метаболиту. Для улучшения устойчивости и водорастворимости шиконина было предпринято несколько подходов. Таким образом, в 1996 году удалось достичь примерно 200-кратное увеличение растворимости, фотостабильности и проницаемости шиконина in vitro путем образования комплекса включения a1: 1 с гидроксипропил-β-циклодекстрином. В 2004 году подтвердили эти результаты в работах, в котором исследовали включение шиконина, алканнина и их производных в β-циклодекстрин и гидроксипропил-β-циклодекстрин. Позже было достигнуто 181-кратное увеличение растворимости шиконина в водных средах в присутствии β-лактоглобулина при концентрации 3,1 мг / мл. Поскольку они в целом признаны безопасными, такие белки, как β-лактоглобулин, широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности. Одна молекула шиконина связывается ковалентно с β-лактоглобулином через Cys121, тогда как оставшиеся молекулы пигмента, скорее всего, связываются с белком через нековалентные взаимодействия. Чтобы облегчить прием клеток, приготовили шиконин-содержащие липосомы с использованием шиконина, соевого фосфолипида и холестерина, и обезвоженного алкоголя.

Применение: 

Лекарственное использование корня Lithospermum erythrorhizon датируется вторым веком, но первое письменное упоминание о его терапевтических качествах можно найти в традиционном китайском медицинском тексте с 1596 года. Корень рекомендовался к использованию для лечения ожогов, в качестве анальгетиков, геморроя и кожных ран. И только в 1976 году эти свойства шиконина были подтверждены экспериментально.

Последующие экспериментальные модели на животных и клинические исследования продемонстрировали эффективность эфиров шиконина и его энантиомер алканин в заживлении ран, что привело к появлению ряда фармацевтических составов.

В любом случае, эффект заживления ран корня L. erythrorhizon известны веками в традиционной китайской медицине; поэтому, хотя опубликованные сегодня данные могут быть противоречивыми, более глубокое изучение этого свойства заслуживает внимания, чтобы выяснить механизм действия, связанный с этой продемонстрированной активностью шиконина

Субстанцию шиконина зачастую приобретают производители косметических и фармацевтических средств, для изготовления разнообразной продукции: крема, мази, бальзам и и многое другое.

Широко используется как краситель в пищевой и химической промышленности.

Получение:

Шиконин, получают методом культивирования растительной ткани. Для этого производят масштабное культивирование клеток растения Lithospermum erythrorhizon, а также Arnebia Euchroma. При культивировании на специальных питательных средах растительные клетки размножаются с огромной скоростью и способны к дифференцировке.

Шиконин, представитель вторичного метаболита L. erythrorhizon, был впервые произведен промышленным путем, дифференцированных клеточных культур в 1980-х годах. Позже были использованы другие виды боронацевых растений, в том числе Арнебия, Эхиум, Оносма и Альканна для производства шиконина, и многие исследования оценили регулирование шиконина, включая трансгенную экспрессию, на этих растениях.

Проводились различные методы синтеза в культурах L. Erythrorhizon, например, с помощью генной инженерии, то есть путем введения бактериального гена, который способен катализировать регуляторную реакцию биосинтеза шиконина. Шиконин образуется из двух предшественников, 4-гидроксибензоата (4HB) и геранилдифосфата (GPP). GPP для биосинтеза шиконина образуется из мевалоната, а 3-гидрокси-3-метилглутарил-кофермент A редуктаза (HMGR) была идентифицирована как регуляторный фермент в этой части пути. 3-Геранил-4-гидроксибензоат (GBA), первый специфический промежуточный продукт в биосинтезе шиконина, получают из GPP и 4HB при катализе 4HB геранилтрансферазы. Этот фермент связан с мембраной и расположен в эндоплазматическом ретикулуме (ER). Он сильно регулируется светом, составом среды, растительными гормонами и элиситорами, а активность этого фермента тесно коррелирует с образованием шиконина. Позже фермент был солюбилизирован и частично очищен, но структурный ген до сих пор не клонирован. 4HB geranyltransferase демонстрирует высокую специфичность для GPP как изопреноидного субстрата и не принимает фарнезилдифосфат (FPP) или более длинные цепные пренилдифосфаты .

Действие на организм: 

Шиконин обладает широким спектром фармакологических свойств: таких как противоспалительные, обезболивающие, противоопухолевые, ранозаживляющие и другие. Подвергшийся многочисленным испытаниям шиконин показал, что имеет способность избирательно действовать на раковые клетки, вызывая в них некротические процессы, или апоптоз (то есть запрограммированное расщепление клеток на фрагменты), тем самым уничтожая их.

Было также показано, что шиконин увеличивает поглощение глюкозы в жировых тканях путем увеличения передачи сигналов инсулина. В ходе экспериментов на крысах выявили, что шиконин увеличивает поглощение глюкозы и в мышечных клетках через инсулиннезависимый путь с помощью кальция.

Шиконин работает, блокируя синтез простагландинов через замедление выработки циклооксигеназы, которая в свою очередь превращает арахидоновую кислоту в циклические эндопероксиды, являющиеся прекурсорами простагландинов. Ингибирование синтеза простагландинов поясняет противовоспалительные, обезболивающие, жаропонижающие и тромбоцитарные действия шиконина.

Шиконин ингибирует транскрипционную активацию человеческого TNF-α-промотора через интерференцию с базальным транскрипционным механизмом. Таким образом, шиконин может иметь клинический потенциал в противовоспалительной терапии.

Противовоспалительное действие шиконина активно исследовалось на животных организмах, а его потенциальное действие- in vitro. В некоторых работах перечислены наиболее актуальные исследования о том, что противовоспалительные эффекты шиконина и некоторых его производных можно отнести к нескольким различным механизмам действия, например, к ингибированию биосинтеза лейкотриена В4, подавлению дегрануляции малой клетки, ингибирование респираторного всплеска в нейтрофилах, изменение передачи фосфатидилинозитола или блокада хемокинов, связывающихся с CCR-1. Нафтазариновая структура шиконина и его производных делает их поглотителями свободных радикалов. Возможно, это один из механизмов действия, который также дает шиконину его противовоспалительные свойства. Было также продемонстрировано, что шиконин обладает лучшей эффективностью в качестве ингибитора СОХ, чем алканнин, но также более высокой цитотоксичностью и прооксидантной активностью. Тем не менее, недавние публикации продемонстрировали влияние других медиаторов, а также других сигнальных путей, тем самым расширив возможные механизмы действия и терапевтический потенциал шиконина.

Современная наука проделала долгий путь, продемонстрировав, что свойства, приписываемые древними народными традициями, кореньям L. erythrorhizon и другим видам Boraginaceae family имеют научную основу, придавая доверие к использованию этих лекарственных растений как ценного источника современных лекарств. В этом смысле шиконин выделяется как многообещающее лекарственное средство с широким спектром полезных эффектов для организма человека. Фактически, молекула, способная действовать одновременно на различные мишени, представляет собой большое преимущество в лечении множества заболеваний. Например, антимикробные свойства шиконина являются дополнительным преимуществом для его заживляющих свойств, поскольку лекарство, которое может как закрыть рану, так и предотвращать инфекцию и набухание, является весьма полезным. Этот пример можно распространить на случай воспалительной патологии, такой как язвенный колит, в которой анти-инфекционная активность шиконина может явственно улучшить эволюцию заболевания. Более того, этот характерный тип расстройства вызывает дефекты в кишечном эпителиальном барьере, что, в свою очередь, приводит к увеличению концентрации анаэробных бактерий с активностью N-ацетилтрансферазы, которая может активировать определенные канцерогены. Хотя шиконин не оказывает противомикробной активности против этих бактерий, он способен ингибировать фермент и поэтому играет защитную роль.

Токсикологические данные:

При оральном применении LD50 у мышей >1г/кг

При внутрибрюшинном применении LD50 у мышей: 20 мг/кг

При внутривенном введении у кроликов LD50: 16 мг/кг