Alkaloider i skelört (Chelidonium majus L.)

Transkript

1 Alkaloider i skelört (Chelidonium majus L.) (Bild: Lardy J.) Erika Persson Kurs: Läkemedelsutveckling från naturprodukter, 3p Apotekarprogrammet, T7 Handledare: Anders Backlund Avdelningen för farmakognosi, Institutionen för läkemedelskemi, Uppsala universitet Institutionen för fysiolologi och farmakologi, Göteborgs universitet

2 Innehåll Sida 1. Sammanfattning 3 2. Bakgrund 3 3. Moderorganism Chelidonium majus L Aktiva substanser 4 5. Effekter av C. majus Antivirala effekter Antimikrobiella effekter Antitumöreffekter Effekter på nervsystem m. m Diskussion 9 Referenser 10 Bildreferenser 11 2

3 1. Sammanfattning Flera alkaloider i skelörten anses kunna bidra till dess ganska spridda effekter. Forskning kring skelörten inriktar sig idag mest på bl. a. dess potential i cancerbehandling och jag kommer här att redogöra för de effekter som idag mest studeras och deras eventuella farmakologiska grund. Jag kommer också att ta upp de effekter som skelörten sägs dela med sin släkting opiumvallmon och försöka utreda om dessa verkligen existerar (och i så fall om någon specifik substans är ansvarig). 2. Bakgrund Skelörten (Chelidonium majus L.) är en växt som länge använts inom svensk folkmedicin och som fanns kvar i de svenska farmakopéerna ända till slutet av 1800-talet 1. Den förekom i bl. a. tysk klostermedicin 2 och infördes under medeltiden till Sverige av munkar för att användas som medicinalväxt. Numera förekommer den förvildad utefter vägar, stenrösen och nära bebyggelse. Traditionellt användes skelörten bl. a. för lever- och gallbesvär men detta grundade sig mest på att man påverkad av signaturläran såg ett samband mellan gulsot och den gula färgen hos blommor och mjölksaft. Både den ovanjordiska delen och roten har dock använts som spasmolytikum vid kramper i magtarmkanal och gallvägar. 3 Mjölksaften innehåller ett antal mer eller mindre giftiga alkaloider och har på grund av sin hudretande effekt 4 även använts vid hudåkommor som vårtor, bölder, skorv och ringorm 5. Det rör sig alltså om en växt som tidigare använts mycket men som senare, kanske framför allt på grund av sin giftighet, hamnat lite i skymundan bland inhemska medicinalväxter i Sverige. På senare år har dock allt fler börjat intressera sig för skelörtens verkningar och då kanske främst för dess antitumöreffekter och antimikrobiella effekter 6. I andra europeiska länder (t. ex. Frankrike och Tyskland) har skelörtspreparat traditionellt använts mot ett antal olika åkommor och i Tyskland finns t. ex. idag flera preparat som används för att öka gallflödet m. m. Skelörten har också haft stor användning inom traditionell kinesisk örtmedicin. 7 Den källa som gjorde att jag blev intresserad av skelörten var dock boken Lust och lidande av Matts Bergmark där författaren i princip beskriver skelörten som en fullgod och inhemsk ersättningsväxt för opiumvallmon (Papaver somniferum L.). Båda arterna tillhör familjen Papaveraceae och enligt Bergmark har alla opiumvallmons alkaloider någon motsvarighet i skelörten med liknande medicinsk verkan. Morfin skulle således motsvaras av chelidonin och motsvarigheter skulle även finnas för papaverin, kodein o. s. v. Bergmark påpekar också fördelen i det enklare sätt på vilket den alkaloidinnehållande mjölksaften kan utvinnas ur skelörten, eftersom saften finns i stor mängd i hela växten och på grund av ett övertryck lätt sipprar ut då växten skadas 8 (till skillnad från opiumvallmon där den alkaloidinnehållande mjölksaften främst utvinns ur frökapslarna 9 ). Det var alltså detta påstående om att skelörten skulle kunna användas som en svensk motsvarighet till opiumvallmon som jag blev fascinerad av och ville undersöka i detta arbete och 1 Nielsen 1978, s Frohn 2001, s Sandberg et al 2001, s Ibid, s Nielsen 1978, s Colombo et al 1996, s Ibid, s Bergmark 1981, s 95 9 Sandberg et al 2001, s 322 3

4 det jag då främst ville fokusera på var eventuella analgetiska och spasmolytiska effekter. Jag undrade lite över varför jag inte hört talas mer om dessa verkningar eftersom Bergmark beskriver dem som så givna. Det jag har märkt efter att ha satt mig in mer i litteraturen är att dessa inte alls tycks intressera forskare lika mycket som de antimikrobiella och antitumöreffekter som studerats mycket på senare år och den givna följdfrågan blir ju då varför intresset är så svalt samt hur uttalade de spasmolytiska och analgetiska effekterna för skelörten egentligen är i förhållande till opiumvallmon. I den mån effekterna existerar vill jag också försöka koppla dem till skelörtens ingående alkaloider (alternativt kommentera varför en viss alkaloid inte har en effekt som tidigare tillskrivits den). Jag har också under arbetets gång blivit mer intresserad av de övriga effekter som skelörten tycks ha och detta arbete kommer därför att dels bli en liten exposé över de effekter som man idag anser starkast kan kopplas till skelörten samt de alkaloider man anser ligger bakom och dels en diskussion om de effekter (kramplösning och smärtlindring) som jag först blev intresserad av och om varför de eventuellt inte är så uttalade som vissa källor hävdar. 3. Moderorganism Chelidonium majus L. Skelörten (se bild på titelsidan) tillhör som sagt familjen vallmoväxter (Papaveraceae) som förutom opiumvallmon även innehåller ett antal svenska vallmoarter. Växten blir 30-80cm hög och kan alltså förekomma nära bebyggelse vid vägkanter, stenmurar, kyrkogårdar, skräpmark m m. Att den av Linné hänfördes till vallmoväxterna beror bl a på att den har de för dessa karaktäristiska fyra kronbladen, flera ståndare och två foderblad. Stjälken har nedtill utstående hår och de kala, ljusgröna bladen har också glesa hår på undersidan. Frökapseln är smal och 3-5 cm lång 10 men det mest karaktäristiska för örten är nog den orange-gula mjölksaften vilken alltså finns i hela växten och lätt sipprar ut då t ex stjälken bryts. Hela växten anses giftig men framför allt roten Aktiva substanser Skelörten innehåller förutom olika alkaloider även andra substanser som flavonoider och coumariner 12 och dessa anses eventuellt bidra till effekter som observerats för flera av de ingående alkaloiderna men kan även vara orsaken till effekter som observerats men inte kunnat tillskrivas någon speciell alkaloid. 13 Som vi skall se förekommer det dock fortfarande skilda åsikter om vilken eller vilka föreningar som egentligen är huvudansvariga för vilken effekt. De alkaloider som förekommer i störst mängd i skelört tillhör grupperna isokinolin- (undergruppen protoberberinalkaloider) och benzofenantridinalkaloider. 14 Isokinolinalkaloiderna syntetiseras från aminosyran tyrosin 15 och protoberberintypen fungerar sedan som utgångsmaterial vid syntes av benzofenantridinalkaloiderna 16 (Fig1.). 10 Mossberg et al 1992, s Sandberg et al 2001, s Colombo et al 1996, s Ibid, s Ibid, s Samuelsson 1999, s Colombo et al 1996, s 129 4

5 Fig 1. Hur protoberberintypen (tv) kan fungera som utgångsstruktur för benzofenantridinalkaloider (th) (Colombo et al 1996, s 129) Coptisin och berberin är alkaloider av protoberberintyp och förekommer tillsammans med chelidonin i störst mängd i växtens ovanjordiska delar. Chelidonin är dock en benzofenantridinalkaloid liksom sanguinarin och chelerythrin och alla dessa tre alkaloider förekommer i rötterna 17. (Fig2.) a) b) c) d) Fig 2. De fem mest centrala alkaloiderna i skelörten; a) Berberin (Colombo et al 2001, s 405); b) Coptisin (Ibid, s 405); c) Chelidonin (Grynkiewicz et al 2001, s 953); d) Chelerythrin och sanguinarin (Colombo et al 1996, s 129) Till gruppen isokinolinalkaloider (dock undergruppen benzylisokinolinalkaloider) hör även opiumvallmons alkaloider och dessa innehåller som övriga alkaloider i denna gruppering ett isokinolinskelett. 18 Detta kan särskilt tydligt ses i opiumalkaloiden papaverin som än idag är känd och används för sina spasmolytiska egenskaper. (Fig3.) 17 Colombo et al 1996, s Samuelsson 1999, s 455ff 5

6 a) b) Fig3. a) Isokinolinskelett (Samuelsson 1999, s 452). b) Papaverin (Hopkins 1999, s 282) En viss likhet finns således mellan berberintypalkaloider och papaverin och det är ju då inte svårt att föreställa sig att den kramplösande effekt som skelört sagts ha faktiskt kan ha en grund. Den alkaloid som Bergmark hävdar motsvarar morfin är chelidonin 19 men dessa två strukturer är tvärtemot vad Bergmark skriver inte särskilt lika (Fig4.). a) b) Fig4. Jämförelse mellan strukturerna för a) morfin (Samuelsson 1999, s 456) och b) chelidonin (Grynkiewicz et al 2001, s 953) 5. Effekter av C. majus Vid en översikt över skelörtens effekter och aktiva substanser bör först klargöras att den information som finns i ämnet ger om inte tvetydiga så i alla fall en del olika bud om vilken förening som bär huvudansvaret för en viss effekt. Den bild man då så småningom får säger därför att det knappast bara är en förening som bidrar till en viss effekt men att man dock kan urskilja trender i fråga om vilka föreningar som är mest centrala. På senare år har skelörten främst kommit att studeras med avseende på effekter som tumörhämning, antivirala och antimikrobiella effekter. Örten har ju som bekant använts mot vårtor (virussjukdom) och har även i århundraden använts för behandling av maligna tumörsjukdomar 20 och med tanke på alkaloiders troliga funktion som försvarssubstanser för växter 21 är det ju inte svårt att föreställa sig att flera av dem kan ha antimikrobiella effekter (alltså mot svamp och bakterier). I en artikel av Schmeller et al diskuteras den stora diversitet i effekter som observerats för framför allt sanguinarin och berberin. Dessa alkaloider förekommer i flera släkten av Papaveraceae och har setts ha så olika effekter som hämning av DNA-syntes och proteinsyntes, membraninstabilitet, störning av oxidativ fosforylering, samverkan med diverse neuroreceptorer, bindning till mikrotubuli osv. En så stor spridning i effekter gör att författarna drar slutsatsen att föreningarna måste mediera någon sorts försvar mot både diverse mikroorganismer och större organismer som andra växter, insekter och vertebrater Bergmark 1981, s Colombo et al 1996, s Hopkins 1999, s Schmeller et al 1996, s

7 5.1. Antivirala effekter Aktivitet mot ett antal olika virus har observerats både för helextrakt av skelörten, alkaloidextrakt och för de specifika alkaloiderna. I en reviewartikel av Colombo et al nämns bland de virus som hämmas bl a adenovirus, herpes simplex-virus, olika retrovirus m. m. Alkaloidextrakt från skelörten visade t. ex. effekt mot adenovirus typ 5 och 12 och alkaloider av benzofenantridintyp med ett kvartärt kväve (alltså t ex chelerytrin och sanguinarin) sågs hämma reverst transkriptas samtidigt som denna effekt kunde korreleras med antileukemisk aktivitet (se nedan). Berberin (som ju är en berberintypsalkloid) uppvisade däremot mycket svag hämning av detta enzym Antimikrobiella effekter I samma artikel som ovan ges anges också ett urval av de effekter mot bakterier och fungi som observerats för skelörtens alkaloider. Derivat av sanguinarin och chelerythrin har t. ex. visat aktivitet mot Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae och Candida albicans och. den antifungala effekten av diverse benzofenantridinalkaloider har också bekräftats i andra studier som tas upp i reviewartikeln. Även berberin anges i denna artikel ha uppvisat effekter som häver de fysiologiska svar som orsakas av E. colis enterotoxin, t. ex. ökad sekretion från tarmen, och berberin anges här också hämma tillväxt av olika släkten av fungi. 24 Andra effekter på cellnivå som alkaloiderna kan ha i alla celler och som skulle kunna utgöra ett försvar mot både mikroorganismer och större organismer nämns i inledningsdelen av stycket om om skelörtens effekter Antitumöreffekter Enligt den reviewartikel av Colombo et al från 1996 som jag främst använt mig av för övergripande information om skelörtens effekter har som sagt denna växt använts i århundraden för behandling av tumörsjukdomar och då framför allt de ovanjordiska delarna. 25 Enligt denna artikel verkar det mest vara diverse benzofenantridinalkaloider som uppvisat anticancereffekter men för en substans av detta slag är det också viktigt att endast utöva effekt mot tumörceller och inte mot friska celler. Flera studier har t ex visat att chelidonin (eller eventuellt det kommersiella chelidoninderivatet Ukrain som finns på marknaden i flera länder) av denna anledning inte är en lämplig substans för tumörbehandling 26 och denna substans har också lägre antitumöraktivitet än kvartära benzofenantridinalkaloider som sanguinarin och chelerythrin. Vissa derivat av chelidonin (t. ex. chelidonin N-oxid) har dock visat högre anticancer- och bakteriostatisk effekt 27 och studier har också rapporterat att Ukrain skulle kunna inducera produktion av T-lymfocyter och att antalet T-hjälparceller då ökar samtidigt som T- suppressorcellerna minskar i antal. Denna generella immunostimulerande effekt skulle eventuellt kunna vara till fördel i cancerpatienter. 28 I en senare artikel från 2001 hävdar dock Colombo att coptisin är den alkaloid som utvinns ur växtens ovanjordiska delar som står för den största tumörcellshämningen 29 och vi kan bara med detta konstatera att flera olika föreningar antagligen bidragit till den tumörhämmande effekt som 23 Colombo et al 1996, s Ibid, s Ibid, s Colombo et al 1996, s 129 och Panzer et al 2000, s Colombo et al 1996, s Ibid, s Colombo et al 2001, s 408 7

8 skelörten länge varit känd för. Eftersom det dock mest varit de ovanjordiska delarna som använts för detta ändamål och eftersom coptisin är den alkaloid som förekommer i störst mängd där så beror eventuellt den traditionella effekten mest på denna förening, men det är naturligtvis värt att lägga mer energi på att studera de i roten mer förekommande benzofenantridinalkaloiderna som i studier också visat sig ha antitumöreffekter Effekter på nervsystem m m I en studie från 2001 visades att sanguinarin till skillnad från chelidonin bl. a. hämmar aktiviteten av MAO som ju deltar i nedbrytning av katekolaminer. Substansen skulle enligt denna artikel även kunna störa bildningen av dopamin och på detta sätt övergripande reglera katekolaminmängden på biologiskt aktiva platser. 30 Förutom dessa effekter på nervsystemet är väl de som varit mest aktuella att studera smärtlindring samt den kramplösande effekten på glatt muskulatur. Skelörten har ju traditionellt använts för bl. a. dessa och för sin lugnande effekt 31 och alla är ju också effekter som observerats för diverse opiumalkaloider. På grund av släktskapet mellan skelörten och opiumvallmon har jag därför valt att ta upp dessa effekter under det här avsnittet. Bergmark hävdar ju också att opiumvallmons alla alkaloider har någon motsvarighet i skelörten med liknande kemisk struktur och medicinsk verkan 32 och det kan ju därför vara intressant att utreda om detta verkligen stämmer. a) b) Fig5. a) Chelidonium majus (Foto: Wothe. Podlech 1998, s 37), b) Papaver somniferum (Foto: Schimmitat/Angerer. Podlech 1998, s 83) Av nämnda effekter är väl den kramplösande för magtarm- och gallbesvär den som är bäst dokumenterad och som gett skelörten den största användningen. 33 Dessa effekter är ju bl. a. kända för opiumalkaloiden papaverin som ännu idag används för relaxering av diverse glatt muskulatur och i FASS finns t ex Papaverin Recip med denna indikation. Alla opiumvallmons alkaloider räknas som sagt till isokinolinalkaloiderna (och innehåller således ett isokinolinskelett) men papaverin är en av de enklaste opiumalkaloiderna och vid en närmare 30 Lee et al 2001, s Thompson et al 1980, s Bergmark 1981, s Sandberg et al 2001, s 324 8

9 titt liknar denna ganska mycket skelörtens isokinolinalkaloider (jämför papaverin och t ex coptisin i figurerna 3b resp 2b). Även om Colombo et al hävdar att andra substanser än alkaloider kan vara ansvariga för den spasmolytiska effekt som skelörten orsakar 34 visar flera något senare studier att bl. a. isokinolinalkaloiden coptisin hämmar kontraktion som inducerats i preparat från mag-tarmkanalen 35 och vid endast en visuell granskning av papaverin och coptisin tycks det ju heller inte så konstigt att de skulle ha en liknande effekt. Vad gäller den eventuella analgetiska effekten är ett så självklart struktur-aktivitetssamband dock inte lika lätt att finna och den smärtlindrande effekten har ju heller aldrig omtalats lika mycket som för morfin, som ju är den alkaloid som har den största analgetiska effekten bland opiumvallmons alkaloider. Morfin tillhör ju alltså också isokinolinalkaloiderna men har en mycket mer komplicerad struktur än t. ex. papaverin. Bergmark hävdar att den alkaloid som i skelörten skulle motsvara morfin är chelidonin men den analgetiska effekten av chelidonin är omtvistad och vid en strukturell jämförelse tycks ju heller inte morfin och chelidonin särskilt lika (se Fig4). En artikel från där Ukrain testades för analgetisk effekt i råttor och möss redovisar t. ex. att det i deras försök endast blev lyckade resultat med mycket stora doser av chelidoninderivatet (19mg/kg). I en senare artikel från 2001 diskuteras dock försök som gjorts med att syntetisera O-acyl- och O- alkylderivat av chelidonin (alltså etrar eller estrar av modersubstansen). Dessa testades sedan i musmodeller med avseende på diverse CNS-effekter och några av derivaten uppvisade potenta smärtlindrande egenskaper. 37 Detta skulle ju kunna vara en lämplig utgångspunkt för framtida forskning och ett område som är värt att utforska mer, både för nyttan av att ha tillgång till inhemska droger (till skillnad mot opiumvallmon, som ju inte förekommer vilt i Sverige) men även för den eventuella ekonomiska nytta som skulle kunna dras om man på ett enkelt sätt skulle kunna utvinna en substans ur en växt som inte är särskilt krävande och där substansen sedan också enkelt kan manipuleras för att ge önskad effekt. 6. Diskussion Skelörten har traditionellt använts för ett antal åkommor men de effekter, som forskningen idag mest fokuserar på är de antivirala och antimikrobiella effekterna samt antitumöreffekten. Dessa har örten länge brukats för vid behandling av vårtor, svampsjukdomar, maligna sjukdomar o. s. v. och ett antal alkaloider av både isokinolin- och benzofenantridintyp har kunnat kopplas till dem i varierande grad. Vad gäller de effekter som skelörten i egenskap av släkting till opiumvallmon har ansetts dela med denna (t. ex. enligt boken Lust och lidande av Matts Bergmark) är nog den spasmolytiska effekten på glatt muskulatur i bl a magtarmkanalen den mest belagda och den är även den som skelörten traditionellt haft störst användning för. Den analgetiska effekt som Bergmark hävdar förekommer nämns bara i ett fåtal av de övriga källor jag använt (och kan kanske även kopplas till att en upplösning av kramper ju gör att smärta orsakad av dessa avtar!), tycks inte lika vedertagen men fortsatt forskning på nya derivat av chelidonin skulle kunna öppna dörren för en eventuell utveckling av smärtstillande läkemedel baserade på semisyntetiska chelidoninderivat. 34 Colombo et al 1996, s Hiller et al 1998 och Boegge et al Kleinrok et al Grynkiewicz et al

10 Referenser Bergmark, M. Lust och lidande; Bokförlaget Prisma: Stockholm, Sverige 1981; 6e uppl. Boegge, S. C. et al. Reduction of Ach-induced contraction of rat isolated ileum by coptisine, (+)- caffeoylmalic acid, Chelidonium majus and Corydalis lutea extracts. Planta Medica 1996, 62(2), Colombo, M. L. och Bosisio, E. Pharmacological activities of Chelidonium majus L. (Papaveraceae). Pharmacological Research 1996, 33(2), Colombo, M. L. et al. Cytotoxicity evaluation of natural coptisine and synthesis of coptisine from berberine. Il Farmaco 2001, 56, Frohn, B. Klostermedizin; Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG: München, Tyskland Grynkiewicz, G. et al. Synthesis and biological activity of O-acyl and O-alkyl chelidonine derivatives. Eur. J. Med. Chem. 2001, 36, Hiller, K. O. et al. Antispasmodic and relaxant activity of chelidonine, protopine, coptisine, and Chelidonium majus extracts om isolated guinea pig ileum. Planta Medica 1998, 64(8), Hopkins, W. G. Introduction to plant physiology; John Wiley & Sons, Inc., USA 1999; 2a uppl. Kleinrok, Z. et al. Basic central pharmacological properties of thiophosphoric acid alkaloid derivatives from Chelidonium majus L. Polish Journal of Pharmacology and Pharmacy 1992, 44(3), Lee, S. S. et al. Inhibitory effects of sanguinarine on monoamine oxidase activity in mouse brain. Phytotherapy Research 2001, 15, Mossberg, B. et al. Den nordiska floran; Wahlström & Widstrand: Stockholm, Sverige Nielsen, H.. Läkeväxter förr och nu; Bokförlaget Forum AB: Sverige Panzer, A. et al. Ukrain, a semisynthetic Chelidonium majus alkaloid derivative, acts by inhibition of tubulin polymerization in normal and malignant cell lines. Cancer Letters 2000, 160, Samuelsson, G. Drugs of natural origin: A textbook of Pharmacognosy; Apotekarsocieten, Swedish Pharmaceutical Press, Stockholm, Sverige 1999; 4e uppl. Sandberg, F. (konsult) et al. Örtmedicin och växtmagi; Reader s Digest AB: Stockholm, Sverige 2001; 2a uppl. Schmeller, T. et al. Biochemical activities of berberine, palmatine and sanguinarine mediating chemical defence against microorganisms and herbivores. Phytochemistry 1997, 44(2), Thomson, W. A. R. (huvudredaktör), Wahlin, B. (översättning och bearbetning). Läkeväxter från hela världen; P A Norstedt & Söners förlag: Stockholm, Sverige

11 Bildreferenser Titelsida. Sandberg, F. (konsult) et al. Örtmedicin och växtmagi; Reader s Digest AB: Stockholm, Sverige 2001; 2a uppl., s 324. (Upphovsman: Lardy, J.) Fig1. Colombo, M. L. och Bosisio, E. Pharmacological activities of Chelidonium majus L. (Papaveraceae). Pharmacological Research 1996, 33(2), Fig2. a), b) Colombo, M. L. et al. Cytotoxicity evaluation of natural coptisine and synthesis of coptisine from berberine. Il Farmaco 2001, 56, Fig2. c) Grynkiewicz, G. et al. Synthesis and biological activity of O-acyl and O-alkyl chelidonine derivatives. Eur. J. Med. Chem. 2001, 36, Fig2. d) Colombo, M. L. och Bosisio, E. Pharmacological activities of Chelidonium majus L. (Papaveraceae). Pharmacological Research 1996, 33(2), Fig3. a) Samuelsson, G. Drugs of natural origin: A textbook of Pharmacognosy; Apotekarsocieten, Swedish Pharmaceutical Press: Stockholm, Sverige 1999; 4e uppl. Fig3. b) Hopkins, W. G. Introduction to plant physiology; John Wiley & Sons, Inc., USA 1999; 2a uppl. Fig4. a) Samuelsson, G. Drugs of natural origin: A textbook of Pharmacognosy; Apotekarsocieten, Swedish Pharmaceutical Press: Stockholm, Sverige 1999; 4e uppl. Fig4. b) Grynkiewicz, G. et al. Synthesis and biological activity of O-acyl and O-alkyl chelidonine derivatives. Eur. J. Med. Chem. 2001, 36, Fig5. a) Foto: Wothe. Podlech D. (Svensk bearb. Nilsson Ö.). Medicinalväxter: Bestämningsbok för 315 arter; Bonnier Fakta Bokförlag AB: Stockholm, Sverige Fig5. b) Foto: Schimmitat/ Angerer. Podlech D. (Svensk bearb. Nilsson Ö.). Medicinalväxter: Bestämningsbok för 315 arter; Bonnier Fakta Bokförlag AB: Stockholm, Sverige