Triterpene glycosides from plants of the genus Panax

Abstract

This review examines the chemical properties of triterpene glycosides isolated from plants of the genus Panax. The trivial, abbreviated and systematic names of glycosides most commonly used at present are given.

Full Text

Лекарственное растение Panax ginseng C.A. Meyer (женьшень) – эндемичное многолетнее травянистое растение, относящееся к семейству Аралиевых (Araliaceae). Корни этого растения уже более 4 тыс. лет используются в Китае и Корее как универсальное средство от многих болезней [1]. Женьшень считают средством, активно влияющим на состояние нервной системы человека, его эндокринный аппарат, обмен веществ и сердечно-сосудистую систему. Современные фармакологические исследования препаратов женьшеня показывают, что по широте и разнообразию медико-биологического действия он не имеет себе равных в растительном мире [1, 2].

Долгое время лекарственную ценность корней женьшеня определяли только по его внешнему виду. Началом химического исследования женьшеня считают 1854 г., когда американский химик S. Garriques сообщил о выделении из P. quinquefolium аморфного вещества – сапонина панаквилона [3]. Название «сапонин» происходит от лат. sapo – мыло; так называют вещества из растений, водные растворы которых образуют стойкую мыльную пену. Они обладают гемолитической активностью и являются ядами для животных, дышащих жабрами. Интерес химиков именно к этому классу соединений был вызван в какой-то мере легкостью их обнаружения. Ведь достаточно было встряхнуть водные растворы таких веществ, и образовавшаяся устойчивая пена указывала на наличие сапонинов, чем дольше она не разрушалась, тем выше считалась концентрация этих веществ в растворе. Необычайная легкость обнаружения сапонинов и одновременно трудность выделения и установления структуры таких сложных соединений способами, существовавшими в то время, долгие годы не давали покоя ученым, побуждая вновь и вновь пытаться разгадать тайну химических веществ, определяющих целительную силу женьшеня.

Начало 1960-х годов в Советском Союзе ознаменовалось появлением нового фундаментального научного направления – химия природных биологически активных соединений. В 1959 г. в Москве был создан Институт химии природных соединений (ИХПС), в настоящее время – Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН). Институт возглавил академик М.М. Шемякин, а заместителем директора по научной части был назначен член-корреспондент Н.К. Кочетков.

Во Владивостоке в 1959 г. кандидат химических наук Георгий Борисович Еляков возглавил лабораторию химии природных биологически активных соединений Дальневосточного филиала Сибирского отделения Академии наук СССР (ДВФ СО АН СССР). Уже в 1961 г. молодые сотрудники начинают химическое исследование легендарного корня P. ginseng C.A. Meyer, и в 1962 г. Г.Б. Еляков и Л.И. Стригина публикуют свою первую работу о выделении из корней приморского женьшеня панаксозида А и характеризуют его как диглюкозид [4], а затем совместно с сотрудниками ИХПС АН СССР (г. Москва) публикуют серию работ об исследовании углеводной составляющей панаксозидов А и В [5, 6].

В этом же году японские химики под руководством профессора Шибата Ш. (Shibata S.) из Университета г. Токио, подвергнув кислотному гидролизу сумму нейтральных сапонинов женьшеня, выделяют сапогенин – панаксадиол (1) и устанавливают его структуру [7, 8]. При установлении структуры панаксадиола японские ученые обратили внимание на структурное сходство сапогенина из женьшеня и бетулафолиентриола – тритерпеноида ряда даммарана, который ранее обнаружили немецкие химики в листьях березы (Betula alba) [9].

Позднее удалось выделить еще один сапогенин – панаксатриол (2), подобный по структуре панаксадиолу (1), но с дополнительной гидроксильной группой [10], которая, как было затем определено, находится в положении 6 [11].

С организацией Института биологически активных соединений в составе ДВФ СО АН СССР, позже переименованного в Тихоокеанский институт биоорганической химии (ТИБОХ ДВО РАН), химические исследования женьшеня были продолжены [12, 13]. С этого момента началось долгое соперничество и в то же время сотрудничество ученых СССР и Японии. Ученые обменивались информацией и образцами полученных из женьшеня сапонинов и сапогенинов [14, 15].

Выделенные из женьшеня сапонины представляют собой гликозиды, агликонами которых являются тетрациклические и пентациклические тритерпеноиды. Пентациклические тритерпеноиды представлены только олеаноловой кислотой, а тетрациклические – тритерпеновыми спиртами даммаранового ряда. Гликозиды тритерпеноидов ряда даммарана присутствуют практически во всех видах женьшеня и являются характеристичными соединениями растений рода Panax, а их качественный и количественный состав служит визитной карточкой каждого корня. Информация о качественном составе и количественном содержании гинзенозидов позволяет стандартизировать выпускаемые на основе женьшеня лекарственные средства и может быть критерием их качества. Знания о составе гинзенозидов в корнях женьшеня различного происхождения в настоящее время становятся необходимым элементом современного фармацевтического и биохимического производства препаратов женьшеня.

Отметим, что для установления структуры гликозидов, в которых природа соединила воедино углеводную компоненту с тритерпеновым спиртом (агликоном или генином), субстрат сначала расщепляли нагреванием с кислотой, а полученные фрагменты идентифицировали отдельно. При таком подходе определение истинной (нативной) структуры агликона осложнялось тем, что в условиях жесткого кислотного гидролиза освободившийся от сахарной компоненты агликон мог далее трансформироваться, и тогда в руки исследователей попадал уже артефактный продукт. Так, в ходе дальнейших исследований было показано, что тритерпеноиды – панаксадиол (1) и панаксатриол (2), считавшиеся ранее сапогенинами женьшеня, на самом деле являются артефактами и образуются уже в процессе проведения кислотного гидролиза сапонинов. При этом процесс циклизации открытой боковой цепи с образованием пиранового кольца происходит с изменением конфигурации асимметрического центра при С-20 [16].

Использование ферментативного гидролиза для расщепления гликозидов женьшеня позволило выделить сапогенины в нативном виде [17–19]. Нативные сапогенины стали называть протопанаксадиол (3) и протопанаксатриол (4), добавляя приставку «прото-» к уже существующим названиям панаксадиол и панаксатриол, подчеркивая этим первоначальность их и одновременно структурное родство с полученными ранее артефактными агликонами [11] (см. рисунок).

Артефактные (1, 2) и нативные сапогенины (3, 4) даммарановых гликозидов женьшеня

О названиях гликозидов женьшеня. За прошедшие более 60 лет химического изучения тритерпеновых гликозидов из растений различных видов рода Panax было выделено и идентифицировано более 400 тритерпеновых гликозидов, которые являются производными тетрациклических (даммаранового ряда) и пентациклических (ряда олеанана) тритерпеноидов. Все эти соединения кроме полного систематического названия имеют короткое тривиальное. Например, гликозид с систематическим названием 6-O-(α-D-глюкопиранозил)-20-O-(β-D-глюкопиранозил)-даммар-24-ен-3β,6α,12β,20(S)-тетраол называют гинзенозидом-Rg1 (ginsenoside-Rg1) либо панаксозидом A. Как правило, в таких названиях использовались видовые названия растений с добавлением окончания «-озид» («-oside»). Японские ученые Шибата Ш. и др. еще в 1960-е годы для названий гликозидов, выделенных из женьшеня, стали использовать видовое определение Panax (P. ginseng + oside = ginsenoside), затем к названию добавляли заглавную латинскую букву (R – radix, корень, F – folium, лист), указывая, из какой части растения выделен данный гликозид, и далее ставили прописную букву либо аббревиатуру, состоящую из букв и цифр, определяющих положение соответствующего пятна гликозида на ТСХ пластинке (от «a» – полярных соединений до «h» – неполярных) [1]. Исходя из этого, можно сказать, что название ginsenoside-Rg1 указывает, что такой гликозид впервые выделен из женьшеня P. ginseng C.A. Meyer (ginsenoside); «R» означает, что использовались корни, а «g1» –строчная буква и цифра, определяют положение пятна одного из неполярных, судя по букве «g», гликозидов на ТСХ пластинках. В краткой форме это записывалось: G-Rg1 или (только для гинзенозидов) Rg1.

В дальнейшем эти принципы стали использовать многие авторы, присваивая подобным образом тривиальные названия вновь выделенным гликозидам из различных видов женьшеня и называя их: псевдогинзенозиды (pseudoginsenoside от P. pseudoginseng), нотогинзенозиды (notoginsenoside от P. notoginseng), квинквинозиды (quinquenoside от P. quinquefolium), вина-гинзенозиды (vina-ginsenoside от Vina-Ginseng – английского названия P. vietnamensis). Но только для гликозидов, впервые выделенных из P. japonicus, до сих пор используется название чикусетсу-сапонин (chikusetsu-saponin), которое образовано иначе и исходит от японского названия этого вида женьшеня (Сhikusetsu Ninjin).

В отличие от японских исследователей российские ученые под руководством Г.Б. Елякова для гликозидов женьшеня дали название «панаксозиды», используя родовое название женьшеня – Panax. Семь основных гликозидов, впервые выделенных из корней приморского женьшеня, получили название – панаксозиды A–G (panaxoside A–G), причем индексация, в отличие от японских ученых, велась от неполярных (А) к полярным (G) соединениям [10].

В 1971 г., когда была полностью выяснена структура гинзенозида-Rg1, выделенного из корней корейского P. ginseng C.A. Meyer, было проведено его прямое сравнение с близким по структуре панаксозидом А, выделенным российскими учеными из корней приморского женьшеня. Результаты показали полную идентичность этих гликозидов [20]. Позже структура панаксозида А была подтверждена и рентгеноструктурными исследованиями [21]. К сожалению, это единственный из опубликованных в литературе пример прямого сравнения панаксозидов и гинзенозидов. Когда уже в 1986 г. в ТИБОХ ДВО РАН были начаты работы сравнительного анализа гликозидов плантационного женьшеня Приморья и культуры клеток на его основе, мы использовали выделенные ранее образцы гликозидов женьшеня (панаксозиды А, B, C, D, E, F и G). Сравнив литературные данные о гинзенозидах, опубликованные японскими авторами, мы показали, что панаксозиды А, B, C, D, E, F и G идентичны гинзенозиду-Rg₁, -Rg₂, -Re, -Rc, -Rb₂, -Rb₁ и -Ro соответственно [22].

Следует отметить, что различные тривиальные названия гликозидов женьшеня, первоначально опубликованные авторами, иногда как рабочий вариант, после уточнения структуры и выяснения дублирующих названий для таких гликозидов, в последующих публикациях, как правило, корректируются, чтобы избежать путаницы в одинаковых тривиальных названиях для разных гликозидов. Тем не менее до сих пор в тривиальных названиях гликозидов женьшеня можно встретить казусы. Например, гликозиды, выделенные из P. notoginseng (Burk.) F.H. Chen и названные нотогинзенозидами K, L и M (Yoshikawa M. et al.) [23, 24], не идентичны нотогинзенозидам K*, L* и M*, выделенным из этого же растения другими исследователями (Ma G.W. et al.) [25].

Гликозиды тритерпеноидов даммаранового ряда. Основное количество гликозидов, выделенных из растений рода Panax, являются гликозидами тетрациклических тритерпеноидов даммаранового ряда. При этом среди даммарановых гликозидов в зависимости от структуры тритерпеноидов можно выделить две группы:

1. Гликозиды протопанаксадиола 3 (3β,12β,20(S)-тригидроксидаммар-24-ена) и протопанаксатриола 4 (3β,6α,12β,20(S)-тетрагидроксидаммар-24-ена) как гидрокси-производные даммарендиола-II (3β,20(S)-дигидроксидаммар-24-ена). Открытая боковая цепь этих тритерпеноидов имеет двойную связь у С-24, а ассиметрический центр при С-20 имеет (S)-конфигурацию. В начале 1990-х годов в корнях P. vietnamensis Ha et Grushv. и P. notoginseng (Burk.) F.H. Chen. были обнаружены гликозиды даммарендиола-II – винагинзенозид-R3 (VG-R3) [23] и нотогинзенозид-I (NG-I) [24], но как минорные гликозиды.
2. Гликозиды, агликоны которых являются структурными аналогами тритерпеноидов (3) и (4), но имеют модифицированную боковую цепь следующих типов: а) циклические (замкнутые), в которых боковая цепь замкнута в пятичленный или шестичленный цикл; б) гидратированные, окисленные и кетонизированные, где дополнительная ОН-группа окислена до кетогруппы; в) дегидрированные, в которых есть окси-функция при С-20, но содержатся две сопряженные двойные связи и г) дегидратированные, в которых нет ОН-группы при С-20 и имеются две двойные связи.

Гликозиды тритерпеноидов (3) и (4) обнаружены в растениях практически всех видов женьшеня. Эти гликозиды являются доминирующими по содержанию в растениях P. ginseng C.A. Meyer, P. quinquefolium L. и P. notoginseng (Burk.) F.H. Chen. При этом отношение суммарного содержания гликозидов протопанаксадиола (3) к содержанию гликозидов протопанаксатриола (4) в корнях женьшеня часто используется для сравнения качества сырья женьшеня, а также служит критерием физиологического воздействия препаратов на организм человека.

Монодесмозиды протопанаксадиола (3) имеют в своем составе углеводную компоненту, присоединенную по гидроксильной группе при С-3 или С-20 агликона, а монодесмозиды протопанаксатриола (4), как правило, по гидроксильной группе при С-6 или С-20. Из гликозидов протопанаксатриола с другим местом привязки углеводной компоненты известен лишь глюкозид C-L10 (по гидроксильной группе при С-12). Он обнаружен в листьях японского женьшеня (P. japonicus C.A. Mey.) [26]. Естественно, бисдесмозиды протопанаксадиола (3) имеют углеводные компоненты, присоединенные по гидроксильным группам при С-3 и С-20, а бисдесмозиды протопанаксатриола (4) – по гидроксильным группам при С-6 и С 20. Бисдесмозиды протопанаксатриола (4), которые имеют углеводные цепи по 3,20-гидроксильным группам агликона, как у протопанаксадиола (3), были выделены, но их содержание было очень незначительно. Это гинзенозид-Ia (G-Ia), обнаруженный в бутонах цветков P. ginseng C.A. Meyer [27], и вина-гинзенозид-R4 (VG-R4), выделенный из корней P. vietnamensis Ha et Grushv. [28].

Углеводные цепи даммарановых гликозидов, состоящие из трех моносахаридных остатков, как правило, представляют собой линейный трисахарид. Корневища же японского женьшеня (P. japonicus C.A. Mey) и близкие ему подвиды содержат даммарановые гликозиды (C-III) [29] и (C-VI) [30], углеводные компоненты которых имеют в своем составе остаток разветвленного трисахарида. Наличие таких гликозидов в корневищах, как считает проф. Танака О., является признаком отличия этого вида женьшеня от других растений рода Panax [31].

В дополнение следует сказать несколько слов о гликозидах женьшеня, которые имеют ацилированную углеводную компоненту. Даммарановые гликозиды с ацетилированными углеводными цепями присутствуют в различных видах женьшеня, но чаще всего как минорные гинзенозиды. Это довольно распространенные и устойчивые соединения по сравнению с другими ацильными производными гинзенозидов. Малонильные производные обнаружены в корнях P. ginseng C.A. Meyer [32] и листьях P. quinquefolium L. [33] и являются производными гинзенозидов-Rb1, -Rc, -Rb2 и -Rd.

Совсем недавно из корней P. quinquefolium L. были выделены квинквинозиды I (Q-I) и II (Q-II), которые оказались 6’’-О-бутеноилпроизводным гинзенозида-Rd и 6’’-О-октеноилпроизводным гинзенозида-Rb1 [33].

Другая группа гликозидов – это гликозиды агликонов с модифицированной боковой цепью. Агликоны монодесмозидов с модифицированной боковой цепью, обнаруженные в растениях рода Panax, являются структурными аналогами только протопанаксатриола (4). Гликозиды агликонов с циклической боковой цепью были обнаружены в корневищах P. pseudo-ginseng Wall. [34], P. japonicus var. major (Burk.) Wu et Feng [35, 36], их выделили из корней вьетнамского женьшеня P. vietnamensis Ha et Grushv. [37]. Следует отметить необычайно высокое содержание гликозида Ma-R2 с агликоном типа окотиллола в корнях вьетнамского женьшеня (5,29 %). Наличие же в женьшене гликозидов, агликоны которых имеют циклическую и гидратированную боковую цепь, позволило Дюку Н.М. (Duc N.M.) с соавторами предложить биогенетическую схему образования тритерпеновых спиртов с циклической боковой цепью [38]. Авторы утверждают, что биогенез обоих типов гликозидов, содержащих агликон как с циклической, так и окисленной боковой цепью, имеет некоторые общие черты. В доказательство они приводят работу Яхары С. (Yahara S.), осуществившего кислотно-катализируемое окисление 20(S)-протопанаксатриола (4) мета-хлорпербензойной кислотой и получившего в результате смесь эпимерных по С-24 даммарановых спиртов с циклической боковой цепью типа окотиллола [39]. При этом было высказано предположение, что образование таких соединений должно происходить через циклизацию интермедиата, который, однако, не удалось выделить [38]. Обнаружение же в растениях рода Panax гликозидов, таких как вина-гинзенозид-R12 (VG-R12) [40] и нотогинзенозид-J (NG-J) [23, 41], агликоны которых имеют окисленную боковую цепь, подтверждает принципиальную возможность образования эпоксидов типа.

Агликоны бисдесмозидов с окисленной боковой цепью, обнаруженные в различных видах женьшеня, являются структурными аналогами как протопанаксадиола (3), так и протопанаксатриола (4). Гликозиды с такими агликонами были обнаружены в растениях женьшеня как минорные компоненты СГФ. Японские ученые Карикура М. (Karikura M.) и др., проводившие исследование продуктов расщепления гинзенозидов -Rb1 и -Rb2 в желудках крыс при оральном введении, обнаружили, что наряду с просапогенинами (частично гидролизованными сапонинами) образуются гликозиды агликонов с гидроксилированными и даже пергидроксилированными боковыми цепями [42]. При этом они наблюдали, что при использовании в подобном эксперименте гинзенозида-Rg1 происходило разрушение гликозидной связи при С-20 и гидратация боковой цепи агликона. Они отметили, как и ранее Хан Б. (Han B.) с соавт. [43], что углеводная компонента в положении С-20 гликозидов протопанаксатриола (4) очень легко отщепляется даже в условиях мягкого гидролиза (0.1 н HCl, 37 ºС – имитация условий в желудке крысы), а затем легко происходит гидратация в боковой цепи агликона. В случае гинзенозидов протопанаксадиола (3) гликозидная связь при С-20 устойчива в этих условиях (0.1 н HCl, 37 ºС), и поэтому предпочтительным становится окисление боковой цепи. Вероятно, такая лабильность гликозидной связи при С-20 гинзенозидов протопанаксатриола (4) объясняет в какой-то мере тот факт, почему монодесмозиды агликонов с циклической и измененной боковой цепью обнаруживаются только в случае производных протопанаксатриола (4). Воздействие УФ-облучения также приводило к гидратации боковой цепи агликонов (3) и (4) в некоторых гинзенозидах [44].

Даммарановые гликозиды, агликоны которых имеют две двойные связи в боковой цепи 20(21),24 или 20(22),24, как правило, обнаруживаются в женьшене после обработки корней при повышенных температурах. Например, чтобы получить «красный женьшень» (Red Ginseng), корни женьшеня обрабатывают паром длительное время или проваривают [2]. При этом третичная гидроксильная группа агликона в результате реакции дегидратации отщепляется и в боковой цепи образуется вторая двойная связь. Присутствие же в «красном женьшене» 20(R)-монодесмозидов можно объяснить дегидратацией 20(S)-эпимеров и повторной гидратацией 20-еновых продуктов с образованием эпимерных по С-20 соединений. То, что 20(R)-гинзенозиды образуются именно в результате температурной обработки корней, Китагава И. (Kitagawa I.) доказал следующим образом. Из двух половинок одного и того же корня женьшеня были приготовлены «красный» и «белый женьшень», последующий анализ которых показал, что 20(R)-гинзенозиды присутствуют только в «красном женьшене» [45]. Нагревая бетулафолиентриол, который структурно близок протопанаксадиолу (3), в течение 15 мин в растворе хлорбензола с каталитическим количеством перхлората 2,4,6-коллидиния в условиях азеотропной отгонки хлорбензола, Атопкина Л.Н. с соавт. наблюдали образование в основном 3α,12β-дигидроксидаммар-20(22),24-диена [46].

Таким образом, данные, приведенные в обзоре, свидетельствуют о целесообразности дальнейших методологических и структурных исследований тритерпеновых гликозидов растений рода Panax с целью сравнительного анализа и систематизации номенклатурной вариабельности в различных первоисточниках в унифицированную систему с необходимой достоверностью.