Verbascoside: una rassegna della sua presenza, (bio)sintesi e significato farmacologico

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Kalina Alipieva, et al

Astratto

I glicosidi feniletanoidi sono composti idrosolubili presenti in natura con notevoli proprietà biologiche ampiamente distribuiti nel regno vegetale.Verbascosideè un glicoside feniletanoide che è stato isolato per la prima volta dal verbasco ma si trova anche in molte altre specie vegetali. È stato anche prodotto da sistemi di colture vegetali in vitro, comprese le radici geneticamente trasformate (le cosiddette "radici pelose").Verbascosideè di natura idrofila e possiede attività farmacologicamente benefiche per la salute umana, tra cui antiossidante,anti-infiammatorioe proprietà antineoplastica oltre a numerose proprietà cicatrizzanti e neuroprotettive. Recenti progressi in materia di distribuzione, (bio)sintesi e bioproduzione diverbascosidesono riassunti in questa recensione. Discutiamo anche delle sue importanti proprietà farmacologiche e delineiamo prospettive future per la sua potenziale applicazione.

Parole chiave: Acteoside, Antinfiammatorio, (Bio)sintesi, Prevenzione del cancro, Sospensione cellulare, coltura Radici pelose, Glicosidi feniletanoidi, Verbascum spp.

Verbascosideda Cistanche

Tesoro dal giardino: la scoperta del verbascoside, la sua presenza e distribuzione

I glicosidi feniletanoidi sono composti idrosolubili presenti in natura ampiamente distribuiti nel regno vegetale, la maggior parte dei quali sono isolati dalle piante medicinali. Strutturalmente, sono caratterizzati da porzioni di acido cinnamico (C6–C3) e idrossifeniletile (C6–C2) che sono attaccate a un -glucopiranosio (apiosio, galattosio, ramnosio, xilosio, ecc.) tramite un legame glicosidico (Dembitsky, 2005; Jimenez e Rigara, 1994). Negli ultimi anni è cresciuto l'interesse per i composti aromatici, e in particolare per i glicosidi feniletanoidi, a causa del volume significativamente aumentato di letteratura che descrive il loro ruolo evidente nella prevenzione e nel trattamento di varie malattie e disturbi umani.

Ci sono rapporti contrastanti in letteratura riguardo alla designazione diverbascoside. Nel 1963 scienziati italiani riportarono l'isolamento di un glicoside feniletanoide dal verbasco (Verbascum sinuatum L.; Scrophulariaceae), che chiamaronoverbascoside(Fig. 1; Scarpati e Monache, 1963). Tuttavia, non è stato fornito alcun dato che descriva la sua delucidazione strutturale. Diversi anni dopo, lo stesso composto fu isolato dai seguaci del lillà comune (Syringa vulgaris, Oleaceae) e la struttura fu determinata essere 2-(3, 4-diidrossi fenil)etil{{5} }Ο- -L-rhamnopyranosyl-(1→3)-(4-Ο-Ε-caffeoyl)- -D-glucopiranoside, che gli autori hanno chiamatoacteoside(Birkofer et al., 1968). A vent'anni dalla prima relazione suverbascoside, Sakurai e Kato (1983) hanno riportato l'isolamento di un nuovo glicoside feniletanoide dall'albero della gloria (Clerodendron trichotomum Thunb, Lamiaceae) che è stato chiamato kusaginin dagli autori. Mentre si isolaverbascosidedal Succiamele (Orobanche rapumgenistae, Orobanchaceae), Andary et al. (1982) hanno scoperto che è identico a quello precedentemente riportatoacteosidee ha raccomandato di non utilizzare più questo nome successivo. Attualmente, 50 anni dopo la scoperta diverbascoside, esiste ancora una certa confusione riguardo al suo nome. Una ricerca nel database di Scopus (accesso a gennaio 2014) ha estratto 543 risultati disponibili sotto 'verbascoside' e 844 risultati sotto "acteoside", durante una ricerca utilizzando i termini accoppiati 'verbascosideEacteoside' ha restituito solo 326 articoli. Per evitare ulteriore confusione, consigliamo vivamente anche questoverbascosideoacteosideessere utilizzato principalmente; tuttavia, l'altro nome dovrebbe essere fornito anche nell'abstract dell'articolo o nell'elenco delle parole chiave.

Verbascosideè tra i più diffusi dei disaccaridi caffeoil esteri. Ad oggi,verbascosideè stato rilevato principalmente nella specie Verbascum (Alipieva et al., 2014) ma è stato riscontrato anche in più di 200 specie vegetali (Deepak et al., 1999; Schlauer et al., 2004; Taskova et al., 2005) appartenenti a 23 famiglie vegetali (Fig. 2) oltre ad altre recentemente segnalate, come Buddleja brasiliensis (Filho et al., 2012), Striga Asiatica (Huang et al., 2013), Olea Europea (Quirantes-Piné et al ., 2013b), Paulownia tomentosa var. tomentosa (Si et al., 2013), Lippia javanica, Lantana Camara (Oyourou et al., 2013) e Lippia citriodora (Bilia et al., 2008; Funes et al., 2009; Quirantes-Piné et al., 2009 ).

Verbascosideè stato rilevato sia in parti sotterranee (ad es. radici primarie e secondarie) che in superficie (ad es. steli, foglie e seguaci) delle piante, ma a livelli molto variabili. Ad esempio, le radici dei trojan Sideritis si accumulanoverbascosideal {{0}}.002 percento (Kirmizibekmez et al., 2012), mentre nelle parti aeree del Verbascum xanthophoeniceum la sua concentrazione è molto più alta (0,25 percento; Georgiev et al., 2011a). In un recente studio di metabolomica basato sulla risonanza magnetica nucleare (NMR), è stato scoperto cheverbascosideil contenuto varia all'interno delle specie vegetali dello stesso genere; da 0,2 percento in V. phoeniceum fino al 3 percento in Verbascum nigrum (Georgiev et al., 2011b). D'altro canto,verbascosideil contenuto nelle radici ({0}},9 percento) e nelle infiorescenze (0,8 percento) era comparabile (Gómez Aguirre et al., 2012). Un'altra fonte potenzialmente preziosa diverbascosidecomprende i sottoprodotti industriali. Ad esempio, è stato riscontrato che gli scarti di frantoio ottenuti come sottoprodotto dalla lavorazione del frutto delle olive contengono abbondanti quantità diverbascosideoltre a molti altri composti fenolici (ad es. oleuropeina, idrossitirosolo, acido caffeico e alcuni flavonoidi; Obied et al., 2007). È stato riportato che il verbascoside è abbondante nelle acque reflue dei frantoi (De Marco et al., 2007). Sebbene siano necessarie ricerche più dettagliate, le acque reflue dei frantoi potrebbero essere considerate una potenziale fonte diverbascoside(e molecole bioattive concomitanti) che sono adatte per applicazioni che coinvolgono integratori alimentari e alimenti (Cardinali et al., 2012).

Effetti biologici del verbascoside alla base della sua potenziale utilità clinica

Tradizionalmente, piante con alte concentrazioni diverbascosidesono stati utilizzati nella medicina popolare per il trattamento di infiammazioni e infezioni microbiche (Georgiev et al., 2012). Pertanto, nel corso di molti anni sono state condotte indagini sulle sue attività antimicrobiche e antimicotiche. In generale, questi studi possono essere considerati puramente osservazionali perché privi di qualsiasi approccio meccanicistico (Arruda et al., 2011; Avila et al., 1999; Pendota et al., 2013). Recenti studi su sette composti isolati dalla specie Lippia hanno confermato l'elevatissima attività anti-Cryptococcus neoformans diverbascoside, che gli autori hanno interpretato come promettente per un nuovo antimicotico selettivoverbascoside-contenenti farmaci (Funari et al., 2012). La combinazione di antibatterico,anti-infiammatorioe gli effetti anti-androgeni di puroverbascosideed estratti vegetali con le loro alte concentrazioni (Camellia sinensis e Commiphora Mukul) si mostrano promettenti nello sviluppo di trattamenti farmacologici per l'acne vulgaris (Azimi et al., 2012).

Anti-effetto infiammatorio dicistance

Meccanismi degli effetti antinfiammatori del verbascoside su pelle, endotelio, intestino e polmoni

I primi rapporti che descrivono ilanti-infiammatorioeffetti diverbascosidesi sono concentrati sull'inibizione del rilascio di istamina e acido arachidonico dai mastociti (Lee et al., 2006a). L'attività inibitoria del verbascoside dipende dalla presenza di Ca2 plus e si correla con ilverbascoside-inibizione associata della fosfolipasi A2 (Song et al., 2012). Studi meccanicistici sono stati condotti di recente, rivelando che il verbascoside down-regola la segnalazione MAPK dipendente da Ca2 più nelle cellule basofile (Motojima et al., 2013). Sembra essere coinvolto nell'inibizione delle allergie di tipo I. I feniletanoidi glicosilati, che sono costituenti di Anisomeles indica, mostrano una profondaanti-infiammatorioattività verso i macrofagi che sono stimolati da LPS e IFN-. In particolare, 40 μMverbascosideha dimostrato di inibire fortemente la produzione di NO, TNF- e IL-12 (Rao et al., 2009). Ilanti-infiammatorioe le attività anti-irritanti del verbascoside di Kigelia Africana sono state attribuite alla sua capacità di inibire l'ossido nitrico sintasi (iNOS) e il rilascio di NO dai macrofagi stimolati dai lipopolisaccaridi batterici (Picerno et al., 2005). È stata attribuita l'inibizione di iNOS in vitro e in vivo da parte di un estratto solubile in acqua di foglie di Wendita casinoverbascosideanche (Marzocco et al., 2007). Parallelamente all'inibizione di iNOS/NO, il verbascoside ha indotto l'eme ossigenasi 1, mentre ha soppresso il rilascio del box 1 del gruppo ad alta mobilità negli esperimenti in vitro e in vivo e questi effetti sono stati aboliti dal silenziamento di Nrf2 (Seo et al., 2013). Questo meccanismo anti-iNOS era strettamente connesso alla down-regulation di due fattori di trascrizione (NFκB e AP-1) da parte del verbascoside (Lee et al., 2005). La proteina attivatrice 1 (AP-1) è un regolatore trascrizionale dell'espressione di citochine nelle cellule ossee, cutanee e immunitarie e un importante modulatore dei processi infiammatori nelle malattie infiammatorie croniche, come l'artrite reumatoide e psoriasica, la psoriasi e il morbo di Crohn ( Zenz et al., 2008). Sono stati anche identificati i ruoli essenziali delle proteine ​​AP-1 nel controllo della proliferazione cellulare, della trasformazione neoplastica e dell'apoptosi (Shaulian e Karin, 2001). Con gli straordinari recenti progressi nella comprensione molecolare della patogenesi di queste patologie umane, AP-1 è diventato uno dei nuovi bersagli per le applicazioni terapeutiche. In particolare, il verbascoside e il suo derivato glicosilato teupolioside sono gli unici esempi consolidati dell'inibizione combinata efficacemente dell'espressione e del legame al DNA di entrambi i fattori trascrizionali proinfiammatori, AP-1 e NFκB (Pastore et al., 2009, 2012a). Altri polifenoli vegetali (resveratrolo, quercetina, ecc.) che sono stati studiati nelle stesse impostazioni sperimentali hanno dimostrato di essere inibitori selettivi di NFκB. La soppressione di entrambi questi fattori di trascrizione da parte dei feniletanoidi ha portato a un'inibizione molto più efficace della chemochina pro-infiammatoria IL-8 rispetto ad altri polifenoli (Pastore et al., 2009; Potapovich et al., 2011; Georgiev et al. , 2012). La chemochina attira i granulociti nei loci infiammatori e induce la proliferazione cellulare, caratteristica dei tessuti infiammati (Pastore e Korkina, 2010).

Nello studio meccanicistico degli effetti diverbascosidesu cellule di leucemia mielomonocitica umana che sono state esposte a stimoli proinfiammatori, come LPS e interferone-gamma, Speranza et al. (2010) ha riferito che il suoanti-infiammatoriole attività dipendono dall'inibizione sia dell'espressione che dell'attività di iNOS, dall'inibizione della produzione di anioni superossido intracellulare e dalla soppressione di SOD, catalasi e glutatione perossidasi a livello post-traduzionale.

Esistono grandi quantità di dati a sostegno del ruolo normativo diverbascosidenell'infiammazione vascolare che è indotta da lipoproteine ​​a bassa densità ossidate (oxLDL, che sono modelli di infiammazione cronica che porta all'aterosclerosi) e indotta da lipopolisaccaridi batterici (LPS, che è un modello di infiammazione settica intravascolare; Kostyuk et al., 2011).Verbascosideprevenuto selettivamente l'ossidazione delle LDL da parte del perossinitrito e geni down-regolati associati a stress ossidativo e infiammazione in risposta a oxLDL (p. es., VCAM1, ICAM1, IL-8, IFN-, SOD2, iNOS e NOX1). Inoltre, era completamente inefficace nei confronti dell'infiammazione indotta da LPS. Quattro glicosidi feniletanoidi, incluso il verbascoside, proteggevano le cellule endoteliali dalla citotossicità indotta da oxLDL (Martin-Nizard et al., 2003) che era derivata dallo stress ossidativo (Chiou et al., 2004).

Al di là del suo ben studiatoanti-infiammatorioattività tramite NFκB e MAPK,verbascosidepuò influenzare l'espressione genica attraverso una varietà di altre vie di segnalazione, i cui impatti sull'espressione dei mediatori dell'infiammazione sono stati studiati solo marginalmente fino ad oggi. In particolare, essendo un idrocarburo aromatico, il verbascoside si lega al fattore di trascrizione del recettore degli idrocarburi arilici (AhR), che contribuisce così alla trascrizione di numerosi geni di detossificazione codificanti per enzimi metabolizzanti di fase I e II, in particolare la sottofamiglia del citocromo P450 CYP1, Nrf2, glutatione S-transferasi (GST) ed enzimi antiossidanti. Di conseguenza, il verbascoside inibisce le citochine pro-infiammatorie a valle e i fattori di crescita (Korkina et al., 2011; Potapovich et al., 2011).

effetti antinfiammatori dell'estratto di cistanche

Biodisponibilità e metabolismo del verbascoside dietetico e applicato localmente

In generale, gli effetti sistemici dei polifenoli vegetali dipendono principalmente dalla loro biodisponibilità attraverso la barriera gastrointestinale. Dati molto disparati che descrivono le attività biologiche in vitro e in vivo dei polifenoli alimentari sembrano riflettere il loro destino nell'intestino, comprese biodisponibilità relativamente scarse e rapidi tassi di metabolismo ed escrezione (Martin e Appel, 2010). Mentre numerose indagini sulla loro bioattività nelle colture cellulari hanno rivelato che l'intervallo ottimale di concentrazioni per gliconi polifenolici e coniugati di zucchero nei planta è compreso tra μM e bassi mM, dopo l'ingestione compaiono nella circolazione come metaboliti di fase II e il loro plasma i livelli raramente superano le concentrazioni nM (Del Rio et al., 2013). Porzioni sostanziali di entrambi i polifenoli progenitori e dei loro metaboliti raggiungono il colon, dove vengono digeriti dal microbiota locale in piccoli acido fenolico e cataboliti aromatici. Sono facilmente assorbiti nel sistema circolatorio e successivamente viaggiano verso i tessuti bersaglio, dove esercitano i loro effetti protettivi e/o curativi. La recente revisione completa condotta da Del Rio et al. (2013) hanno fornito dati sulla biodisponibilità, sul metabolismo e sulla farmacocinetica di diversi polifenolici alimentari con proprietà salutari ampiamente riportate, come la quercetina, la curcumina e il resveratrolo. Sfortunatamente, non siamo riusciti a trovare pubblicazioni sulla biodisponibilità e sulla farmacocinetica diverbascosidenegli umani. Alcuni studi sugli animali sul soggetto hanno confermato che viene assorbito rapidamente (la sua concentrazione plasmatica più alta è stata raggiunta dopo circa 15 minuti) ed eliminato dai ratti (Li et al., 2014). Inoltre, la sua biodisponibilità orale era dello 0,12% (Wu et al., 2006).Verbascosideè stato distribuito uniformemente in tutti i compartimenti cerebrali studiati all'interno delle concentrazioni nM. Una valutazione analitica approfondita dei livelli plasmatici diverbascosidee i suoi metaboliti sono stati effettuati dopo aver nutrito ratti con estratti di Lippia citriodora (verbena limone) (Quirantes-Piné et al., 2013a). I principali composti del plasma inclusiverbascosidee sonoverbascoside(circa 80 e 60 ng/mL, rispettivamente), mentre i metaboliti minori erano idrossitirosolo, acido caffeico, acido ferulico e suo glucuronide e acido omoprotocatechuico.

Poiché le caratteristiche fisico-chimiche dei polifenoli, come le loro dimensioni molecolari, i gradi di polimerizzazione e la solubilità, sono determinanti chiave per il loro assorbimento nel tratto digerente e per l'ulteriore metabolismo e aspetto nel sistema circolatorio (Martin e Appel, 2010), si può presumere cheverbascosidesarebbe facilmente assorbito in modo simile alle catechine, ai flavanoni e ai glicosidi della quercetina. Quindi, studi umani suverbascosidebiodisponibilità, metabolismo e farmacocinetica possono far luce sui meccanismi alla base dei suoi effetti sulla salute sistemica.

La biodisponibilità e la biotrasformazione dei polifenoli vegetali nella pelle dopo l'applicazione topica sono completamente diverse dai processi che avvengono dopo l'ingestione. Le proprietà di barriera fisica altamente efficaci della pelle rendono estremamente complicato il compito di veicolare molecole estranee alla pelle stessa e ai tessuti interni. Infatti tutte le sostanze esogene a bassa lipofilia, comeverbascoside, hanno capacità limitate di permeazione cutanea (Korkina et al., 2009). Permeazione cutanea e rilascio transdermico diverbascosidepuò essere notevolmente aumentata dalla sua inclusione in liposomi o lipogel (Sinico et al., 2008). La barriera chimica cutanea è costituita da numerosi enzimi metabolici di fase I e di fase II e molecole non enzimatiche in grado di reagire e facilitare il metabolismo di sostanze estranee a basso peso molecolare. Il verbascoside è stato in grado di agire come recettore degli idrocarburi arilici che è collegato alle sottofamiglie CYP del citocromo P450 a valle; per esempio, CYP1A1 e CYP1B1 oltre agli enzimi che metabolizzano la glutatione perossidasi (fase I) e la glutatione-S-transferasi (fase II) nei cheratinociti umani (Pastore et al., 2012a, 2013; Potapovich et al., 2011).

Verbascosidein Cistanche ha l'effetto diAnti-infiammatorio e migliorare l'immunità

Evidenza degli effetti antinfiammatori sistemici e antiossidanti indiretti del verbascoside e dei suoi metaboliti negli esperimenti sugli animali e negli studi clinici sull'uomo

Sebbeneverbascosideha dimostrato di possedere attività di scavenging di specie reattive dell'ossigeno dirette piuttosto modeste rispetto a molti altri polifenoli vegetali in sistemi modello (Pastore et al., 2012a), i suoi metaboliti hanno dimostrato di migliorare significativamente le attività dei principali enzimi antiossidanti (catalasi, glutatione perossidasi e glutatione reduttasi) mentre sopprime la mieloperossidasi pro-ossidante e correlata all'infiammazione nei linfociti, negli eritrociti e nei neutrofili circolanti dei ratti a seguito dell'ingestione dell'estratto di verbena di limone (Quirantes-Piné et al., 2013a). Gli autori lo hanno suggeritoverbascosidecolpisce gli enzimi redox a livello post-trascrizionale. Inoltre, diverse pubblicazioni hanno fornito prove chiare che il verbascoside potrebbe indurre la trascrizione genica di enzimi antiossidanti tramite un meccanismo Nrf2-dipendente (Kostyuk et al., 2011, 2013; Pastore et al., 2012a,b).

Nel modello sperimentale di infiammazione intestinale indotta dal destrano solfato, che nell'uomo ricorda la malattia infiammatoria intestinale immuno-mediata, la somministrazione sistemica diverbascosideche è stato isolato da Plantago lanceolata L. ha migliorato sostanzialmente i modelli istologici e i sintomi clinici della colite, ha ridotto la secrezione di IFN pro-infiammatorio e ha inibito il burst ossidativo collegato alla NADPH-ossidasi (effetto antiossidante indiretto) nei macrofagi intestinali (Hausmann et al., 2007; Lenoir et al., 2011). Ulteriori studi converbascosideda colture cellulari vegetali di Syringa vulgaris L. hanno confermato i suoi effetti protettivi e curativi attraverso una ridotta attivazione di NFκB. Di conseguenza, gli eventi cellulari NFκB-dipendenti, come l'attivazione della metalloproteinasi (MMP2 e MMP9), l'ossido nitrico sintasi inducibile e la sovraregolazione del poli (ADP ribosio) e l'espressione del fattore di adesione sono stati attenuati (Mazzon et al., 2009). Sembra che il recettore attivato dal proliferatore del perossisoma (PPAR-) contribuisca in modo significativo alanti-infiammatorioeffetti diverbascosidenella colite sperimentale che è indotta dall'acido dinitrobenzensolfonico perché, nei topi con PPAR- abolito geneticamente, tali effetti non sono stati osservati (Esposito et al., 2010a). I glicosidi feniletanoidi di Castilleja tenuiflflora Benth (è verbascoside e verbascoside) hanno fornito una protezione gastrica significativa nel modello in vivo di ulcere gastriche acute e in un modello di edema dell'orecchio del topo. Ilanti-infiammatoriogli effetti erano paragonabili a quelli del desametasone (Sanchez et al., 2013). È stato dimostrato che l'intervento dietetico con verbascoside previene il danno intestinale e la nitrosilazione proteica nei suini (Di Giancamillo et al., 2013). La sua somministrazione orale da colture di cellule vegetali ha anche soppresso la parodontite indotta da legature, che è stata valutata dall'inibizione di diversi marcatori infiammatori, come mieloperossidasi, NFκB e iNOS, prodotti finali di nitrazione e perossidazione lipidica (Paola et al., 2011).

L'isolamento bioguidato dei glicosidi cicatrizzanti dai seguaci di Verbascum mucrotanum Lamm ha portato alla conclusione che l'applicazione oraleverbascosidepossiede la più alta combinatoria (guarigione delle ferite,anti-infiammatorioe anti-nocicettiva) rispetto ad altri glicosidi isolati dalla pianta. Inoltre, il verbascoside non ha mostrato alcuna tossicità acuta o danno gastrico (Akdemir et al., 2011). La forte guarigione delle ferite eanti-infiammatorioeffetti dell'applicazione topicaverbascosidesono stati precedentemente descritti in modelli animali di escissioni e ferite da scarificazione (Korkina et al., 2007).

Esistono diversi studi interventistici sull'uomo che coinvolgono estratti dietetici di verbena ed estratti di verbena limone contenenti grandi quantità di fenilpropanoidi, la maggior parte dei quali èverbascoside. Pertanto, secondo le analisi analitiche condotte da Bilia et al. (2008), le concentrazioni totali di fenilpropanoidi nelle soluzioni acquose di foglie delle piante erano di 20–150 mg/g di peso secco, il 97% del quale eraverbascoside, che possedeva notevoli proprietà antiossidanti negli esperimenti in vitro. Un altro studio analitico ha confermato la presenza diverbascosideed è verbascoside come principale componente fenolico della verbena limonata (Quirantes-Piné et al., 2009). È stato condotto uno studio randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo sull'efficacia dell'estratto di verbena di limone in combinazione con acidi grassi omega-3 nella gestione delle articolazioni (Caturla et al., 2011). L'estratto ha ridotto i sintomi del dolore e della rigidità e ha migliorato significativamente il funzionamento fisico nei soggetti con disturbi articolari. Come risultato secondario, l'estratto di verbena di limone ha mostrato forti proprietà antiossidanti. L'estratto ha protetto in modo significativo i componenti del sangue dallo stress ossidativo associato all'esercizio fisico mediante la modulazione dell'attività della GSH-reduttasi, che è stata precedentemente osservata in uno studio umano in doppio cieco (Carrera Quintanar et al., 2012). È stato dimostrato che l'integrazione di antiossidanti con l'estratto di verbena di limone protegge i neutrofili dal danno ossidativo indotto dall'esercizio cronico, dalla diminuzione dell'attività mieloperossidasica e dal danno muscolare senza influenzare l'adattamento immunitario o antiossidante all'esercizio (Funes et al., 2011). Inoltre, unverbascoside-l'estratto contenente ha dimostrato di potenziare gli enzimi glutatione-dipendenti e la superossido dismutasi nei globuli circolanti delle nuotatrici, diminuendo i livelli plasmatici degli ormoni sessuali (Mestre-Alfaro et al., 2011). Questi dati, ottenuti dai primissimi studi sull'uomo, che erano principalmente studi pilota, hanno fornito alcune prove preliminari sugli effetti sistemici positivi diverbascoside. Tuttavia, i meccanismi alla base di questi effetti devono ancora essere chiariti e sono necessarie ulteriori ricerche cliniche.

verbascoside/acteoside da cistanche migliora l'immunità

Verbascoside in protezione dai raggi UV

Per la pelle umana, le radiazioni UV rappresentano un drammatico stimolo ambientale alla base di numerose manifestazioni patologiche che alla fine portano all'invecchiamento precoce e al cancro (Korkina e Pastore, 2009; Korkina et al., 2009; Kostyuk et al., 2013; Pastore et al., 2012b). Questi effetti deleteri sono strettamente associati a danni irreversibili alle macromolecole cellulari, inclusi DNA e proteine, come conseguenza della persistente sovrapproduzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) e dell'esaurimento degli antiossidanti endogeni. È ormai generalmente accettato che le radiazioni UV inducano un'infiammazione cronica della pelle, che a sua volta aggrava lo squilibrio locale persistente di radicali liberi/antiossidanti. L'UV interagisce con compartimenti cutanei estremamente complessi a diversi livelli. In primo luogo, induce reazioni fotochimiche nei lipidi della superficie cutanea più esterna superficiale (SSL). Quindi, modifica fotochimicamente componenti di cheratinociti non vitali e lipidi intercellulari dello strato corneo, e infine, direttamente o tramite mediatori fotochimici, raggiunge gli strati vitali dell'epidermide e i compartimenti dermici sottostanti. Di conseguenza, l'identificazione di sostanze naturali per un'efficace fotoprotezione e soppressione delle reazioni infiammatorie nella pelle è attualmente una delle principali preoccupazioni della dermatologia investigativa. Teoricamente, i metaboliti secondari di origine vegetale per la fotoprotezione della pelle dovrebbero essere fotostabili e non promuovere reazioni fotochimiche nei componenti della pelle. Potrebbero modificare le interazioni pelle-UV in diversi punti cruciali come segue: (a) assorbendo UVA più UVB (azione schermo); (b) interrompere le reazioni indotte dai radicali liberi indotte dai raggi UV nei componenti della pelle (attività di scavenging e di rottura della catena antiossidante diretta); (c) proteggere gli antiossidanti SSL endogeni, come -tocoferolo, coenzima Q10 e squalene (attività di salvataggio degli antiossidanti); (d) induzione di sistemi antiossidanti endogeni nei cheratinociti (attività antiossidanti indirette); (e) attenuare la risposta infiammatoria nei cheratinociti (anti-infiammatorioattività); e (f) modulando le risposte allo stress metabolico e proliferativo eccessivo (azione antistress). Il pannello di metodi che consente di confrontare tutte le attività sopra menzionate di diversi polifenoli vegetali (resveratrolo, polidatina, quercetina, rutina everbascoside) è stato applicato da Kostyuk et al. (2013). Sulla base dei dati ottenuti, gli autori hanno concluso cheverbascosideera il miglior candidato per la fotoprotezione topica e di conseguenza per la chemioprevenzione dei tumori cutanei non melanoma indotti dai raggi UV. Le caratteristiche molecolari di un'efficace fotoprotezione da parte diverbascosidesono presentati in Fig. 3.

In generale, i processi cellulari indotti dai raggi UV possono essere suddivisi in almeno due fasi. Il primo consiste in eventi fotofisici e fotochimici che si verificano durante e immediatamente dopo l'esposizione ai raggi UV. Questi eventi innescano una serie di alterazioni molecolari, biochimiche e cellulari che sono caratteristiche della seconda fase. Ad esempio, durante la seconda fase, nei cheratinociti vengono stimolate numerose vie di trasduzione del segnale che portano all'attivazione della membrana sensibile ai raggi UV (EGFR) e dei recettori nucleari (AhR) (Pastore et al., 2012a, b; Potapovich et al., 2011). Pertanto, il successivo avvio della segnalazione intracellulare determina la modulazione dei geni sottostanti e la sintesi de novo di citochine infiammatorie, chemochine e molecole di adesione, formando così un pattern pro-infiammatorio caratteristico delle risposte UV. Un'altra caratteristica è la stimolazione di alcuni processi metabolici mediati da AhR (Pastore et al., 2012a,b) e l'eccessiva produzione intracellulare di NO da parte di NOS inducibili (Korkina e Pastore, 2009). Dati recenti lo hanno fortemente suggeritoverbascosideè particolarmente efficace nell'inibizione della seconda fase remota delle risposte infiammatorie e metaboliche all'irradiazione solare UV nei cheratinociti umani (Potapovich et al., 2013). Gli effetti protettivi ritardati dell'idrofiliaverbascosidesono stati spiegati in termini di bassa permeabilità attraverso il doppio strato lipidico delle membrane cellulari della pelle.

Infatti, uno studio fisico-chimico delle interazioni diverbascosidecon membrane modello fosfolipidico (Funes et al., 2009) ha rivelato la localizzazione delle molecole fenilpropanoidi nello strato superiore della membrana fosfatidilglicerolo all'interfaccia fosfolipide/acqua. Un altro esempio di risposta remota di seconda fase ai raggi UV nella pelle è l'aumento della melanogenesi.Verbascosideè stato dimostrato che inibisce efficacemente la produzione di melanina, che è indotta dai raggi UV e dall'ormone stimolante i melanociti nelle cellule di melanoma in vitro dalla down-regulation della tirosinasi, che è un enzima chiave coinvolto nella sintesi della melanina (Muñoz et al., 2013 ; Figlio et al., 2011). Inoltre, le proteine ​​legate alla tirosinasi inibiscono anche la sua produzione attivando la fosforilazione di ERK (Son et al., 2011) e inattivando l'adenilato ciclasi attraverso la via dell'ormone stimolante i melanociti (Song and Sim, 2009).

Polifenoli di origine vegetale, comeverbascoside, in genere assorbono la luce UV nell'intervallo di lunghezze d'onda di 300–400 nm e, quindi, sono ampiamente utilizzati come efficaci molecole di screening UVA-UVB. Per distinguere l'assorbimento UV dalle altre possibili proprietà fotoprotettive diverbascoside, è stato utilizzato il modello di irradiazione UVC di cheratinociti umani (Kostyuk et al., 2008; Pastore et al., 2009). Ancora,verbascosideha protetto efficacemente le cellule dalla necrosi indotta da UVC, il che indica chiaramente che lo scavenging dei radicali liberi è stato impiegato nel processo di fotoprotezione.

Purtroppo,verbascosidee simili glicosidi feniletanoidi sono generalmente molecole solubili in acqua; pertanto la loro penetrazione attraverso strati epidermici altamente idrofobici è limitata. In un modello ex vivo di pelle suina appena asportata,verbascosidele concentrazioni negli strati cutanei più profondi hanno raggiunto circa 2 nM a 24 ore dopo l'applicazione (Ouitas e Heard, 2009). Molto probabilmente, a causa della sua lenta penetrazione negli strati cellulari vitali della pelle dei suini, i suoi effetti inibitori sulla COX-2 erano meno evidenti rispetto all'arpagoside e alla 8-coumaroylharpagide (Abdelouahab e Heard, 2008). Per aumentare la stabilità diverbascosidenelle preparazioni topiche e nella sua biodisponibilità attraverso le barriere cutanee, è stato ottenuto da colture cellulari meristemiche di Buddleia davidii e derivatizzato ad acil-verbascoside, che possiede un profilo idrofilo inferiore (Vertuani et al., 2011). La sua forma derivatizzata mostrava capacità antiossidanti ancora più elevate e divenne più stabile nelle miscele olio/acqua rispetto alla molecola parentale.

verbascoside/acteoside da cistanche migliora la memoria

Effetti citoprotettivi del verbascoside come base per il suo utilizzo nel trattamento di malattie neurodegenerative e dolore

I recenti studi meccanicistici che indagano le proprietà citoprotettive diverbascosidee molti altri feniletanoidi hanno dimostrato che queste sostanze proteggono le cellule umane non solo per le loro attività dirette di scavenging di antiossidanti e radicali liberi, ma in gran parte per la sovraregolazione dei sistemi disintossicanti endogeni (Sgarbossa et al., 2012). Ilverbascoside, campneoside, forsytoside B ed echinacoside hanno attivato Nrf2, che è il fattore nucleare che regola gli enzimi protettivi e antiossidanti, mentre hanno inibito BACH1, che è un repressore dell'elemento di risposta antiossidante, oltre a indurre gli enzimi citoprotettivi di fase II, il più importante di che era l'eme ossigenasi 1 (HO-1). La presenza continua di perossido di idrogeno che viene prodotto nel sistema glucosio-glucosio ossidasi provoca inibizione della crescita e citotossicità mediata dai mitocondri e indipendente dalla caspasi nei confronti dei fibroblasti gengivali umani. Due agenti, catalasi everbascoside, hanno dimostrato di esibire capacità citoprotettive, sopprimendo le vie molecolari, portando alla morte delle cellule necrotiche (Yu et al., 2012).

Gli effetti neuroprotettivi diverbascosidesono stati studiati in modelli sperimentali assortiti. Poiché la neurodegenerazione è un processo patologico complesso, molti meccanismi sono alla base della sua progressione. In uno dei primi studi (Sheng et al., 2002), gli effetti protettivi diverbascosidesono stati esaminati su apoptosi e stress ossidativo indotti dallo ione 1-metil-4- fenilpiridinio (MPP plus ), utilizzando cellule neuronali del feocromocitoma (PC12). Gli effetti neuroprotettivi sono stati determinati mediante un test 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio bromuro (MTT) e seguire la citometria per l'apoptosi in oltre alla misurazione dei livelli di attività della caspasi-3 e dei livelli di perossido di idrogeno extracellulare. I risultati hanno rivelato che il verbascoside ha ridotto significativamente la morte apoptotica nelle cellule PC12, mentre ha aumentato i livelli di perossido di idrogeno extracellulare. Di conseguenza, si è concluso che è benefico per le malattie neurodegenerative indotte dallo stress ossidativo. In uno studio simile condotto dallo stesso gruppo (Deng et al., 2008),verbascosideè stato studiato nelle cellule neuronali SH-SY5Y per studiarne gli effetti protettivi sul danno indotto da MPP plus utilizzando diversi test, tra cui il test MTT, la determinazione delle specie reattive dell'ossigeno (ROS), le misurazioni dei livelli di attività della caspasi-3 e il livelli di espressione di Bcl-2 e potenziali di membrana mitocondriale oltre alla valutazione citometrica dell'apoptosi. Il trattamento delle cellule neuronali danneggiate con verbascoside a concentrazioni di 0.1, 1.0 e 10 mg/L ha causato miglioramenti significativi in ​​tutti i test eseguiti. Il verbascoside è stato in grado di ridurre l'intervallo di apoptosi dal 38,9% al 29,5% e di disattivare la caspasi-3, mentre ha portato a livelli di espressione più elevati del gene Bcl-2, alla diminuzione dell'accrescimento di ROS e MPP inoltre - fallimento indotto del potenziale di membrana mitocondriale nelle cellule SH-SY5Y. Di conseguenza, questo composto è stato suggerito dagli autori come utile per il trattamento del morbo di Parkinson (PD). Pu et al. (2003) hanno anche dimostrato che il verbascoside è in grado di inibire la neurotossicità indotta da MPP nei neuroni dei granuli cerebellari inibendo le vie correlate all'apoptosi, come la disattivazione della caspasi-3 e l'espressione del frammento della poli polimerasi proteolitica (ADP-ribosio) (PARP) . Wang et al. (2009) hanno dimostrato le attività protettive del verbascoside sul danno cellulare SH-SY5Y indotto da A (25-35) diminuendo i potenziali di membrana, la modulazione della segnalazione apoptotica tramite Bcl-2, il rilascio del citocromo c e la scissione della caspasi{ {31}}. Inoltre, è stato testato in un modello di infiammazione del sistema nervoso centrale indotto da endotossina/citochina batterica LPS/IFN- - e i suoi effetti neuroprotettivi sono stati dimostrati attraverso la modulazione di questi fattori di trascrizione, inibendo l'espressione neuronale dell'ossido nitrico sintasi oltre a evitando l'attivazione della COX-2, che è un enzima pro-infiammatorio, nelle cellule di glioma (Esposito et al., 2010b).

In effetti, numerosi studi hanno rivelato l'efficacia diverbascosidein modelli sperimentali correlati alla malattia di Alzheimer (AD). È stato valutato per le sue possibili proprietà anti-amiloidogeniche rilevanti per l'AD, come il suo effetto sull'aggregazione di una 42-proteina amiloide mer (A 42), e ha scoperto che inibisce l'aggregazione di A 42 in una dose -dipendente, suggerendo che la parte catecola del composto possa essere responsabile di questa inibizione (Kurisu et al., 2013).

L'inibizione dell'aggregazione da parte di piccole molecole sembra rappresentare una strategia promettente per la prevenzione e il trattamento dell'AD.Verbascosidee i suoi derivati ​​glicosilati erano inibitori estremamente potenti dell'aggregazione delle proteine ​​​​amiloidi a concentrazioni di b10 μM. Gli aggregati amiloidi provocano una cascata di danni ossidativi irreversibili ai neuroni everbascosideproteggere efficacemente le cellule neuronali dal danno indotto dall'amiloide. La relazione struttura-attività ha suggerito che le porzioni catecoliche dei feniletanoidi sono essenziali per i loro effetti anti-amiloidi. Le cellule neuronali PC12 che sono state sottoposte a citotossicità indotta da A sono state trattate converbascosidein condizioni in vitro utilizzando HO-1, che è un importante enzima coinvolto nella protezione neuronale, ha mostrato attività neuroprotettiva attraverso l'attivazione di HO-1 e la traslocazione nucleare del fattore di trascrizione Nrf2 (Wang et al ., 2012).

In un altro lavoro, gli effetti inibitori diverbascosidesono stati valutati contro la proliloligopeptidasi (POP), che è un'endoproteasi di tipo serina citosolico coinvolta nella patogenesi dell'AD. È stato scoperto che inibisce efficacemente il POP in modo dipendente dalla concentrazione con un valore di IC50 di 1,3 ± 0,2 μM, che è simile a quello del controllo positivo (baicalin, IC50 di 12 ± 3 μM; Filho et al ., 2012). Inoltre, Kahraman et al. (2010) hanno descritto le attività inibitorie moderate diverbascosideche è stato isolato da Verbascum mucronatum contro la famiglia degli enzimi delle colinesterasi, che include gli enzimi chiave che svolgono ruoli cruciali nella patogenesi dell'AD. In un lavoro simile del nostro gruppo, abbiamo testatoverbascosidee altri composti correlati (forsitoside B e leucosceptoside B) e sottofrazioni che sono state ottenute da V. xanthophoeniceum e hanno dimostrato costantemente livelli moderati di inibizione (inferiore al 50 percento) a concentrazioni di 200 ug/mL verso l'acetilcolinesterasi (47,94 ± 1,13 percento) e butirrilcolinesterasi (39,19 ± 0,25 percento; Georgiev et al., 2011a). Gli effetti di miglioramento della memoria del verbascoside sono stati stabiliti anche nei topi utilizzando un modello di deficit di memoria indotto dalla scopolamina mediante evitamento passivo e test del labirinto d'acqua di Morris, suggerendo il miglioramento della funzione del sistema colinergico centrale (Lee et al., 2006b; Lin et al., 2012).

Il danno ossidativo causato dai ROS è stato considerato uno dei fattori scatenanti della neurodegenerazione e dell'invecchiamento ed è coinvolto nelle patologie di molte malattie neurodegenerative (Santos et al., 2013; Schapira, 2006).Verbascosideè stato rivelato che esercita una robusta attività antiossidante in molti modelli sperimentali (Korkina, 2007) come mostrato nella Tabella 1. Inoltre, la sua capacità antiossidante plasmatica dopo l'ingestione orale e la sua capacità di potenziare le difese antiossidanti endogene utilizzando la generazione di malondialdeide (MDA), il FRAP valore e livelli di attività SOD in diversi modelli animali sono stati completamente riportati e non è stata osservata tossicità acuta o orale fino a 2000 mg/kg nei ratti (Funes et al., 2009; Quirantes-Piné et al., 2013a). Questi studi evidenziano le relazioni di alcune attività struttura-antiossidanti e suggeriscono che i quattro idrossili in posizione orto nei due anelli aromatici diverbascosidecontribuiscono alle sue notevoli attività antiossidanti (Zhou e Sadik, 2008). Inoltre, la sua isoderivata (isverbascoside) possiede un'attività chelante 2-volte più forte rispetto a quella diverbascoside, e i gruppi idrossilici fenolici svolgono ruoli critici nelle sue attività inibitorie della perossidazione lipidica e chelanti i metalli (Li et al., 1997).

L'attività analgesica di isverbascosideè stato riportato in due modelli in vivo di dolore neuropatico (Isacchi et al., 2011), in cui il feniletanoide è stato applicato per via orale (300–600 mg/kg) e per via intraperitoneale (100 mg/kg). In particolare, entrambi i tipi di somministrazione hanno effettivamente ripristinato l'iperalgesia indotta meccanicamente e chimicamente. Gli effetti antinocicettivi di isverbascoside(applicati per via orale e topica) sono stati confermati (Backhouse et al., 2008) in tre diversi modelli di dolore indotto chimicamente e meccanicamente e confrontati con quello dell'ibuprofene. In effetti, gli autori hanno scoperto che il verbascoside e l'ibuprofene possiedono uguali attività antinocicettive.

Verbascoside e cellule cancerose: approcci chemioterapici contro chemiopreventivi

Poiché l'incidenza dei tumori è in costante crescita, vi è un urgente bisogno di misure preventive oltre a migliori approcci terapeutici. Ad esempio, negli ultimi due decenni, i polifenoli naturali di origine vegetale (feniletanoidi, resveratrolo, silibina, polifenoli del tè verde, flavonoidi, antociani, ecc.) hanno suscitato particolare interesse come principi attivi emergenti nelle composizioni dermatologiche/cosmeceutiche per la prevenzione, rallentamento o reversione della tumorigenesi cutanea (chemioprevenzione). Quando vengono applicati cronicamente sulla pelle, non dovrebbero danneggiare le normali cellule della pelle o influenzare negativamente le loro funzioni, ma sopprimere la trasformazione delle cellule tumorigeniche, inibire la proliferazione delle cellule tumorali e attivare l'apoptosi delle cellule tumorali. Si dice anche che si sintonizzino con le terapie antitumorali convenzionali. Esistono numerosi nuovi bersagli molecolari e cellulari tra cui cellule staminali tumorali, senescenza cellulare, enzimi epigenetici coinvolti nella cancerogenesi, fattori di crescita epidermica, recettori degli idrocarburi arilici ed enzimi metabolici della sottofamiglia CYP1, che sono stati segnalati per essere influenzati positivamente dai polifenoli vegetali , che è stato recentemente rivisto (Korkina et al., 2013). Inoltre, è stato ipotizzato cheverbascosidepotrebbe esercitare proprietà antitumorali, citotossiche e anti-metastatiche grazie alle sue funzioni estrogeniche e anti-estrogeniche (Korkina, 2007; Papoutsi et al., 2006).

Le cellule tumorali sono comunemente caratterizzate dai seguenti tre disturbi principali: blocco della differenziazione (presenza di cellule non differenziate), inibizione dell'apoptosi e proliferazione accelerata. Le pubblicazioni più recenti lo hanno chiaramente dimostratoverbascosidepuò essere considerato un potente agente chemiopreventivo/chemioterapico del cancro in grado di inibire la proliferazione delle cellule tumorali e indurne la differenziazione e l'apoptosi. È stato riportato che il verbascoside mostra attività anti-proliferativa nei confronti di alcune cellule tumorali in vitro (Wartenberg et al., 2003), per indurre la differenziazione delle cellule di carcinoma gastrico umano e l'apoptosi mediante modulazione telomere-telomerasi-dipendente dal ciclo cellulare (Zhang et al., 2002) e per riparare il danno al DNA causato dallo stress ossidativo (Li et al., 2000). Nel ben descritto studio di Lee et al. (2007), sono stati rivelati i meccanismi alla base degli effetti anti-proliferativi del verbascoside sulle cellule HL-60 della leucemia promielocitica umana. La concentrazione di 30 μM ha indotto un'inibizione del 50 percento della proliferazione di HL-60, ha indotto l'arresto del ciclo cellulare nella transizione da G0 a G1 bloccando le cicline D2, D3 ed E oltre alle protein chinasi ciclina-dipendenti CDK2 e CDK6, e, soprattutto, ha indotto la differenziazione delle cellule tumorali che era collegata a specifiche attività biochimiche e ai livelli di espressione dell'antigene di superficie delle cellule CD14. Questi e altri risultati simili (Wartenberg et al., 2003; Zhang et al., 2002) forniscono prove convincenti cheverbascoside, come l'acido all-trans-retinoico e la vitamina D3, è un potente induttore della differenziazione terminale delle cellule leucemiche verso la linea dei monociti/macrofagi. Pertanto, il verbascoside è stato proposto come farmaco sperimentale per il trattamento di pazienti con mielo e altri tipi di leucemie.

L'eccessiva esposizione alle radiazioni solari UVA e UVB è ampiamente considerata come causa di tumori della pelle, come il carcinoma a cellule squamose e il basalioma. Il danno diretto dei raggi UVB al DNA delle cellule della pelle e l'infiammazione cronica della pelle indotta dai raggi UV, l'accelerazione della proliferazione dei cheratinociti, l'apoptosi inibita e l'immunosoppressione sembrano essere alla base del processo di carcinogenesi indotta dai raggi UV. Inoltre, UVB induce le sottofamiglie del citocromo P450 (CYP1A1 e CYP1B1) che sono coinvolte nell'attivazione metabolica dei pro-cancerogene organici e nelle loro conversioni finali in cancerogeni. Gli attuali sforzi per la chemioprevenzione dei tumori della pelle non melanoma comprendono la ricerca di sostanze naturali non tossiche adatte per l'applicazione topica cronica e in grado di ostacolare gli effetti cancerogeni delle radiazioni UV. Ad oggi, con l'eccezione dei retinoidi orali, nessun altro composto naturale o sintetico è stato approvato nell'uomo, né per via orale né per via topica, come agenti chemiopreventivi contro le due prevalenti neoplasie cutanee non melanoma associate ai raggi UV. In accordo con recenti pubblicazioni,verbascosidepuò essere un buon candidato per la chemioprevenzione del cancro della pelle grazie al suo post-UV prominente e di lunga durataanti-infiammatorioattività verso le cellule epidermiche (Kostyuk et al., 2013).

anti-effetto infiammatorio della cistancheverbascoside

La produzione biotecnologica e la (bio)sintesi del verbascoside

È importante sviluppare metodi sostenibili per produrre valoreverbascosideper applicazioni farmaceutiche. Le tecnologie vegetali in vitro sono state utilizzate per oltre un secolo. Inoltre, la coltura di cellule vegetali/tessuti è diventata sempre più attraente come alternativa economicamente vantaggiosa agli approcci classici per la produzione di massa sostenibile di molecole di origine vegetale (il cosiddetto concetto di "fabbriche di cellule verdi") a causa dei loro numerosi vantaggi. In primo luogo, la modificazione genetica in un sistema confinato può essere facilmente applicata senza le barriere normative associate alle colture in campo. In secondo luogo, un sistema di coltura cellulare/tessutale può essere potenziato in bioreattori con tassi di produzione controllabili (Lim and Bowles, 2012). Inoltre, la coltura di cellule vegetali/tessuti è l'unico modo economicamente fattibile per produrre alcuni metaboliti di alto valore da piante rare e/o minacciate. I progressi in questo campo hanno portato alla produzione di massa di diversi importanti metaboliti (in particolare paclitaxel, shikonin e berberina) da parte di diverse aziende (Georgiev et al., 2013). I primi tentativi di ricerca hanno descritto l'induzione di una coltura in sospensione cellulare di S. Vulgaris, che si è scoperto accumulare grandi quantità diverbascosidefino al 16% sulla base del peso secco delle cellule (Ellis, 1983). La migliore produzione diverbascoside(2.3-volte) è stata osservata quando una coltura in sospensione cellulare di salsa Cistanche è stata alimentata con una combinazione di fenilalanina, tirosina e succo di cetriolo (una fonte economica di acido caffeico; Liu et al., 2007). In un recente studio di metabolomica che coinvolge cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS), Guarnerio et al. (2012) hanno osservato che l'esposizione alla luce di una coltura cellulare di Echinacea Angustifolia ha inibito la ramnosilazione dei glicosidi caffeoilfeniletanoidi, influenzando così negativamente la biosintesi del verbascoside. Georgiev et al. (2011c) hanno riportato il successo dell'upscaling della sua bioproduzione da parte di colture in sospensione cellulare di artiglio del diavolo (Harpagophytum procumbens, Pedaliaceae) in un nuovo bioreattore. Il trasferimento dai flaconi agitati al reattore a colonna aerato a impulsi ha prodotto 165,42 mg di verbascoside/L/giorno, che è uno dei livelli di produttività più elevati finora riportati. Tutti questi studi dimostrano la fattibilità della produzione biotecnologica, sebbene sia necessario un ulteriore upscaling (Georgiev et al., 2013) per lo sfruttamento commerciale praticabile di questo sistema di colture vegetali in vitro.

Anche le colture di organi e tessuti vegetali sono fonti interessanti diverbascoside. Le colture di radici avventizie (normali) di Castilleja tenuiflora sono state coltivate nel terreno B5 di Gamborg che è stato integrato con auxine esogene (acido indolo-3- acetico 10 μM o acido naftaleneacetico 10 μM). Dopo 30 giorni di coltivazione sommersa, il verbascoside raggiunge il picco di 14,62 mg/g di biomassa di radici secche (Gómez-Aguirre et al., 2012). Un'altra opzione interessante per la sua bioproduzione sono le colture di radici pelose che sono indotte tramite una trasformazione genetica mediata da Agrobacterium rhizogenes, che ha ricevuto crescente attenzione negli ultimi anni perché hanno tassi di crescita relativamente rapidi in terreni privi di ormoni, sono geneticamente e biochimicamente stabili e possono possiedono profili di metaboliti secondari simili a quelli delle piante da cui sono generati (Georgiev et al., 2012). Trasformando gli espianti di stelo di P. tomentosa con i ceppi di A. rhizogenes LBA 9402 e A4, Wysokinska e Rozga (1998) hanno ottenuto un clone di radice pelosa che era in grado di crescere in condizioni sommerse e accumulare il 9,5% di verbascoside. Inoltre, è stato sviluppato un protocollo efficiente per la creazione di colture di radici pelose di V. xanthophoeniceum utilizzando la trasformazione mediata da A. rhizogenes assistita da sonicazione (Georgiev et al., 2011d). Dieci giorni dopo l'inoculazione con la sospensione di A. rhizogenes ATCC 15834 e 45 s di esposizione agli ultrasuoni, sul 75% degli espianti di foglie di Verbascum sono apparse radici pelose. Inoltre, i cloni di radici pelose di V. xanthophoeniceum più vigorosi hanno mostrato una crescita stabile in coltura sommersa e hanno accumulato elevate quantità di biomassa (13–14 g di massa della radice secca/L). Il profilo del metabolita LC-MS delle radici pelose ha rivelato che il verbascoside era il metabolita secondario più abbondante e le sue quantità erano oltre 6 volte superiori a quelle nei tessuti della pianta madre (Georgiev et al., 2011c). Chiaramente, i sistemi vegetali in vitro (sia dedifferenziati che differenziati) hanno enormi potenziali biosintetici e possono quindi fungere da fonti interessanti per la bioproduzione del composto farmaceuticamente prezioso verbascoside, sebbene siano necessarie ricerche future più dettagliate.

Oltre all'interesse perverbascosideper scopi medici, il suo percorso biosintetico resta da chiarire completamente. I primi passi sono noti, ma restano da scoprire diversi intermedi a valle, enzimi chiave e i loro geni corrispondenti. L'attuale conoscenza del percorso, che si basa su esperimenti di alimentazione con precursori marcati con isotopi stabili, è riassunta in Fig. 4. La sua biosintesi inizia con la generazione di precursori di fenilalanina e tirosina da parte del percorso shikimate. La frazione idrossitirosolo diverbascosideè biosintetizzato dalla tirosina attraverso la tiramina e/o la dopamina, mentre la sua parte caffeoil è sintetizzata dalla fenilalanina attraverso una via del cinnamato (Ellis, 1983). La dopamina è incorporataverbascosideattraverso l'ossidazione all'aldeide corrispondente, la riduzione all'alcol e, infine, la -glicosilazione (Saimaru e Orihara, 2010). Uno studio che ha coinvolto colture in sospensione cellulare di S. Vulgaris ha rivelato che i precursori diidrossi, inclusi DOPA e dopamina, sono incorporati in modo molto meno efficiente nel verbascoside rispetto ai corrispondenti composti monoidrossilici (cioè tiramina, tirosolo e salidroside; Ellis, 1983). Sebbene fino ad oggi non siano stati identificati intermedi che conducano da acido caffeico, salidroside, idrossitirosolo, glucosio e ramnosio al verbascoside, e quindi non siano noti passaggi enzimatici determinati, il percorso a monte proposto (Fig. 4) può essere, in teoria, ingegnerizzato per aumentare i tassi di produzione. Chiaramente, sono necessarie ulteriori informazioni sulla biosintesi del verbascoside per sviluppare un processo di produzione biotecnologico praticabile utilizzando materiale vegetale ingegnerizzato metabolicamente. L'ottenimento di queste informazioni richiederà sicuramente l'identificazione robusta di tutti gli intermedi, seguita dalla caratterizzazione approfondita degli enzimi e dei geni coinvolti nei passaggi impegnati, come noi come la loro regolazione a livello cellulare.

La completa sintesi artificiale diverbascosideè stato ottenuto da Duynstee et al. (1999). In questo studio, un gruppo dell'Università di Leiden (Paesi Bassi) ha riportato la 15-sintesi a fasi del verbascoside, con una resa complessiva del 7,1%. Inoltre, i dati fisici e spettroscopici di sintetizzatoverbascosidesono risultati identici a quelli riportati per il verbascoside naturale.

Elaborazione a valle del verbascoside

Lo sviluppo di tecnologie efficienti in termini di costi per la produzione in serie diverbascosiderichiede che venga prestata una notevole attenzione al trattamento a valle diverbascoside-contenente (bio)massa. Sono stati sviluppati metodi efficienti e convenienti per la sua separazione e purificazione dagli estratti vegetali (Han et al., 2012; Yue et al., 2013) che prevedono l'uso della cromatografia in controcorrente ad alta velocità (HSCCC). Questa tecnica generalmente elimina l'adsorbimento irreversibile, che è un problema comune che si verifica nella cromatografia su colonna. Applicando HSCCC in combinazione con la separazione delle colonne di resina macroporosa, Yue et al. (2013) sono riusciti a isolare e purificare cinque glicosidi feniletanoidi, incluso il forsitoside B,verbascoside, alyssoside, èverbascosidee il leucosceptoside B di Lamiophlomis ruotano (Benth.) Kudo. Un sistema solvente a due fasi composto da acetato di etile/n-butanolo/acqua (13:3:10, v/v/v) è stato utilizzato per la separazione HSCCC in un passaggio (4 h), che ha portato a un isolamento riuscito dei suddetti glicosidi feniletanoidi a purezza elevata (tra 97,3 percento e 99,5 percento). In Cistanches deserticola Han et al. (2012) hanno combinato una fase di arricchimento su una colonna di gel di silice con purificazione mediante HSCCC preparativa (sistema: acetato di etile/n-butanolo/etanolo/acqua, 40:6:6:50, v/v/v/v) per isolare il verbascoside , tra gli altri composti, a livelli di purezza superiori al 95 percento come determinato dalla cromatografia liquida ad alte prestazioni. Inoltre, un approccio continuo assistito da ultrasuoni per l'arricchimento diretto degli oli commestibili (oliva, girasole e soia) con i principali fenoli nelle foglie di olivo (es. verbascoside, oleuropeina, apigenina-7-glucoside e luteolina-7- glucoside) è stato sviluppato (Japón-Luján, et al., 2008). In condizioni ottimali, sono stati necessari solo 20 minuti per arricchire gli oli commestibili per le suddette molecole bioattive. Il metodo di arricchimento avviene a temperatura ambiente in un sistema organico privo di solventi, che garantisce il miglioramento delle proprietà salutari degli oli alimentari e delle loro qualità.

Conclusione e prospettive

A cinquant'anni dalla scoperta diverbascoside, si sa molto poco sulla sua via biosintetica. Restano da scoprire diversi enzimi chiave e i geni che li codificano. Pertanto, è necessaria una migliore comprensione della sua biosintesi per identificare i mezzi per potenziare questo processo mediante l'ingegneria metabolica e successivamente per lo sviluppo di efficienti fabbriche di cellule/tessuti verdi per la sua produzione di massa. È probabile che i recenti progressi nelle piattaforme di trascrittomica e metabolomica facilitino notevolmente tali sforzi.

Secondo i dati qui riportati,verbascosidemostra effetti neuroprotettivi attraverso colinergici, antiossidanti eanti-infiammatoriomeccanismi e potrebbe essere un candidato promettente per applicazioni neuroprotettive. Le sue attività altamente positive nei modelli di infiammazione intestinale forniscono informazioni sulla sua fattibilità nella malattia infiammatoria cronica intestinale. Questo composto mostra una grande promessa per la prevenzione e il trattamento di una varietà di disturbi della pelle, dalle malattie infiammatorie croniche immuno-mediate ai tumori cutanei non melanotici indotti dai raggi UV solari. Tuttavia, va notato che alcune di queste attività si sono verificate a concentrazioni relativamente elevate diverbascosidee sono stati osservati principalmente in esperimenti in vitro o su animali. Ad oggi, i dati clinici affidabili che descrivono gli effetti sulla salute del verbascoside sono limitati e controversi; pertanto, questi studi dovrebbero essere considerati con cautela e dovrebbero essere condotti più studi clinici sulla sua efficacia e sicurezza.

Nonostante la ricchezza di dati di laboratorio disponibili che descrivono ilanti-infiammatorioeffetti diverbascosidea seguito di osservazioni in vitro oltre a quelle che coinvolgono modelli animali, molte questioni rimangono irrisolte rispetto alle applicazioni cliniche efficaci. In primo luogo, sono necessari studi umani su larga scala basati sull'evidenza con impostazioni terapeutiche specifiche. Le vie di somministrazione rappresentano un ulteriore aspetto cruciale per l'applicazione clinica. Diversi modelli sono stati utilizzati per dimostrare i suoi effetti protettivi in ​​seguito all'applicazione topica rispetto a quella sistemica. Per prevenire danni ai tessuti, è preferibile la somministrazione orale a causa della facilità di assorbimento intestinale rispetto a quello cutaneo e del minor rischio di autoossidazione della parte fenolica. Una prospettiva promettente per gli effetti in vivo è infatti prevista nella somministrazione sulla pelle attraverso appropriati mezzi stabilizzanti di somministrazione (Schmitt et al., 2009). Tuttavia, al momento, nonostante numerosi studi in vitro dimostrano lo scavenging dei radicali liberi eanti-infiammatoriole proprietà dei polifenoli vegetali, la loro bassa biodisponibilità e gli scarsi contributi alle capacità antiossidanti totali del plasma, le proprietà di scavenging diretto dei radicali in vivo rimangono incerte. Si potrebbero prevedere le attività antiossidanti indirette del verbascoside dovute all'induzione o/e all'attivazione dei principali enzimi antiossidanti endogeni e all'inattivazione degli enzimi pro-ossidanti. Un'altra questione importante è il metabolismo estremamente veloce del verbascoside nel corpo umano a causa delle molteplici vie metaboliche coinvolte nell'eliminazione delle tossine di origine vegetale (Korkina et al., 2008). Sono necessari ulteriori studi intensivi per confermare il potenziale clinico del verbascoside, consentendone così l'accettazione come agente terapeutico. È anche interessante per ulteriori modifiche chimiche perché la sua struttura offre un'interessante impalcatura (con vari siti reattivi) per la chimica combinatoria.

beneficio del Verbascosideda Cistanche

Ringraziamenti

KIA riconosce il sostegno finanziario del Ministero della Scienza e dell'Istruzione (progetto BG 051PO001-3.3.05-001 "Scienza e affari"). MIG apprezza molto il sostegno finanziario del programma Marie Curie della Comunità europea (sovvenzione PIEF-GA-2009-252558) e del Fondo nazionale per la scienza della Bulgaria (sovvenzione DO-02-261/2008).

Da: ' Verbascoside — Una rassegna della sua presenza, (bio)sintesi e significato farmacologico' diKalina Alipieva, et al

---Anticipi della biotecnologia 32 (2014) 1065–1076