Reserpin, en drog från växten Rauwolfia serpentina

Reserpin, en drog från växten Rauwolfia serpentina Renée Carlberg Biologiskt Aktiva Naturprodukter i Läkemedelsproduktion - A8 1

Innehållsförteckning Sida 1. Sammanfattning 3 2. Historisk bakgrund 4 3. Hur och varför projektet startade 5 4. Metodbeskrivning för t ex extraktion och isolering av substansen 5 5. Beskrivning av biologisk aktivitet 6 6. Biosyntes 7 7. Läkemedelsutveckling 7 8. Klinisk effekt och användning 7 9. Referenser 9 2

1. Sammanfattning Reserpin kommer från olika arter av genuset Rauwolfia. Rauwolfia serpentina är den art som har mest betydelse för isolering av reserpine. Extrakt från växter av detta genus har sedan länge använts inom folkmedicin i Indien för att bota maniska personer, feber och ormbett. Man använder sig i Sverige inte längre av reserpin på grund av dess biverkningar som är depression, är huvudvärk, torr mun, yrhet, låg hjärtrytm, smärta i bröstet och mardrömmar. Olika preparat med reserpine finns dock fortfarande på marknaden ibland annat USA. Man avänder den mot högt blodtryck och mot maniska tillstånd. Det är billigare att isolera reserpine från själva växten än att syntetisera den på ett laboratorium. Litteraturen nämner inte så mycket om hur reserpin används inom läkemedelsutvecklingen men man använder reserpine i alla fall för att syntetisera deserpidine. Reserpine utgör sin effekt genom att blockera vesicular monoamine transportören i presynapsen. Genom att blockera denna så kan inte de biologiska aminerna norepinefrin, serotonin och dopamin att transporteras från cytoplasman in till de pressynaptiska vesiclarna. Det finns många olika sätt man kan isolera och separera reserpine. De vanligaste metoderna är HPLC eller thin- layer chromatography. 3

2. Historisk bakgrund Man har identifierat över 100 arter av genuset Rauwolfia. 90 procent av dessa växer fritt i de tropiska områdena i världen med Australien som undantag där man på artificiell väg fått arten att växa. Regnskogar och tropiska savanner är speciellt lämpliga områden att låta Rauwolfia växa på. Medlemmarna av denna typ av växt är av speciellt intresse för farmakologer och biokemister för deras komplexa kemiska natur och deras biologiska aktivitet. Den viktigaste arten av detta genus är Rauwolfia serpentina inom forskning och klinisk medicin. Denna art växer fritt i Indien, Sri Lanka, Burma, Siam och Java. (Stitzel, 1977). Man kan aven utvinna reserpin från andra arter av genuset Rauwolfia. Dessa är Rauwolfia micantha, Rauwolfia tetraphy och Rauwolfia vomitoria. (Robbers et al., 1996). Bild 2: Rauwolfia serpentina (http://www.101herbs.com/reserpine.html) Reserpin isolerades första gången 1952 från Rauwolfia serpentina som är en indisk ormrot. Denna drog har traditionellt används i århundraden i Indien som folkmedicin. Reserpin är en alkaloid som har effekt både centralt och perifert genom att blockera vesicular monoamine transportören (VMAT). I Indien så använde man den för att bota maniska personer, feber och ormbett. Man använde den som lugnande medel inom psykiatrin vid panik och ångest eftersom en av dess bieffekter ar depression som då lugnar patienten. I slutet av 1970 så ersattes den av effektivare mediciner. (Varchi et al., 2005). 1931 rapporterade man i Indien att Rauwolfia serpentina sänker blodtrycket och att den har effekt på maniska tillstånd. Dessa fynd stimulerade forskare i Ciba 1946 att försöka komma på vilken det aktiva ämnet i Rauwolfia serpentina är och hitta detta ämnets kemiska struktur. På 1930talet hade man testat fem olika alkaloider men dessa försök var misslyckade. Nu hade man hittat en ny teknik för kemisk separation och fraktionering, nämligen countercurrent distribution. På sätt kunde varje faktor testas. Konstriktion av pupillen var den effekt som bäst beskrev aktiviteten av alla tester de gjorde. Men man såg även effekt på beteendet, reflexerna, musklerna, kroppstemperaturen, andningen och hjärtats funktion. Det mest aktiva ämnet som man hittade i Rauwolfia serpentina blandningen var reserpin och det var tusen gånger mer aktivt än den ursprungliga blandningen. Forskargruppen i Ciba klarlagde den steriska strukturen av reserpin 1956. (Ingelhein, 1983). 1952 blev Rauwolfia serpentina en typ av medicinalväxt i Indien (Stitzel, 1977). 4

Ett vanligt namn for Rauwolfia serpentina som reserpin kommer från ar engelskans Snake root eftersom den kommer från Rauwolfia serpentina som på svenska kallas indisk ormrot. Det generiska namnet på växten Rauwolfia serpentina ar uppkallad efter den ärade tyska botanisten och fysiker Leonhard Rauwolf. Det var den franska botanisten Plumier som uppkallade denna växt efter honom. Leonhard Rauwolf producerade en bok om sina observationer på detta genus när han kom tillbaka från Indien 1582. (Max, 1985, Stritzel, 1977). Plantan Rauwolfia serpentina kallas också for Sarpagandha på sanskrit, Chota- chand eller Chandrika på hindi, Pagla- ka- dawa på dialekten Bihar. Andra vanliga namn är Patalagandhi, Dhanburua och Covanamilpori. (Robbers et al., 1996). Redan på 70- talet så såldes reserpin inklusive semisyntetiskaderivat t.ex. Strosingopine för mer än 30miljoner U.S. dollar årligen. Det är dyrare at framställa reserpin på syntetisk väg än på naturlig väg. (Lewis and Lewis, 1977). 3. Hur och varför projektet startade På 1930 började man systematiskt att undersöka den farmakologiska aktiviteten av olika arter av Rauwolfia. Det flesta av dessa studier koncentrerade sig på den indiska växten Rauwolfia serpentina. 1931 så isolerade forskningsteamet Siddiqui and Siddiqui ett antal alkaloider från roten av denna växt. Flera av dessa substanser hade lovande farmakologiska aktiviteter som t.ex. serpentine och serpentinine. Ända så kom en forskare som hette Chopra och hans kollegor fram till i en rad olika artiklar under de första åren av 1940- talet att det måste vara en annan substans som står för blodsänkningseffekten i extrakten från Rauwolfia serpentina. Chopra undersökte en rad olika extrakt och hittade ett speciellt lovande extrakt som gav en sedativ effekt hos djur. Men det dröjde ända till 1952 tills Rauwolfia serpentina blev en medicinalväxt i Indien. Man började använda preparat från Rauwolfia serpentina när forskaren Muller isolerade reserpin som var den mest farmakologiskt aktiva alkaloiden i Rauwolfia serpentina roten. Beskrivningar i tidig indisk litteratur om effekter av Rauwolfia serpentina extrakt beror på reserpins farmakologiska aktivitet. (Stitzel, 1977). 4. Metodbeskrivning för t ex extraktion och isolering av substansen När använder sig av Rauwolfia serpentina for att extrahera fram reserpin får man även fram rescinamine i processen. I den slutliga blandningen så får man fram en blandning av reserpin och rescinamine. Från Rauwolfia tetraphy kan man extrahera fram reserpin och deserpine ihop. 5

När man extraherar fram reserpin från Rauwolfia vomitoria måste reserpin separeras från resinerna. (Robbers et al., 1996). Man har i studier använt sig av reversed- phase HPLC för att separera, identifiera och kvantitativt bestämma reserpin i Rauwolfia serpentina. Innan man analyserade proven i HPLC så extraherade man de torra Rauwolfia serpentina provet med hjälp av metanol. Som detektor använde man sig av en photodiodearray detektor. (Srivastava et al., 2006). Istället for att använda sig av en photodiodearray detektor sa kan man använda sig av MS for att identifiera reserpin nackdelen med denna metod att MS detektorer ar väldigt dyra (Neumann och Böcker, 2010). I en annan studie så har man separerat Rauwolfia alkaloider genom att använda sig av thin- layer kromatografi. Man kunde även med denna metod kvantitativt bestämma halten av reserpin och de andra alkaloiderna. Som detektor använde man sig av UV detektorer och IR detektorer. (Court och Habib, 1973) Reserpin finns även i små mängder i roten på växten Rauwolfia Volkensii. Man extraherade det pulveriserade extraktet med hjälp av petroleum. Man använde sig sedan även av thin- layer kromatografi for att separera ämnena. Som detektorer använde man sig av IR, MS och UV for att identifiera ämnena. (Akinloye och Court, 1981). Bild 2: Reserpin molekyl (http://www.101herbs.com/reserpine.html) 5. Beskrivning av biologisk aktivitet Reserpin utövar sin effekt genom att blockera vesicular monoamine transportören i presynapsen. Genom att blockera denna så kan inte de biologiska aminerna norepinefrin, 6

serotonin och dopamin att transporteras från cytoplasman in till de pressynaptiska vesiclarna för att sedan frisläppas i synaps klyftan. Därför kommer dessa aminer att metaboliseras av enzymet Monoamine oxidase i presynapsen. (Varchi et al., 2005). 6. Biosyntes Startmaterialet i den biosyntetiska processen för att syntetisera reserpin är tryptophan. Tryptophan omvandlas till tryptamine med hjälp av tryptophan decarboxylase enzymet. Sedan kombineras tryptamine ihop med secologanin och blir strictosidine med hjälp av enzymet strictosidine syntetase. Efter det sker en rad olika reaktioner som är katalyserade av olika enzymer for att slutligen bilda reserpin. Eftersom det ar dyrt att tillverka reserpin på syntetisk väg så föredrar man att tillverka den på naturlig vag. Rauwolfia tetraphylla är en art av genuset Rauwolfia som även den syntetiserar reserpin. Forskare har kommit fram till att om man tillsätter precurson trytophan till växten Rauwolfia tetraphylla stimulerar man biosyntesen av reserpin. (Anitha och Kumari, 2006). 7. Läkemedelsutveckling Man kan använda sig av reserpin för att syntetisera deserpidine. Deserpidine har använts for att sänka blodryck och som ett lugnande medel. Rauwolfia serpentina extrakt innehåller ungefär 0.10-0.16% reserpin medan Deserpidine bara utgör 0.04%. Eftersom det finns sa lite deserpidine naturligt sa kan man därför utgå från reserpin som finns kommersiellt tillgängligt för att syntetisera Deserpidine. Eftersom det inte finns så mycket Deserpidine tillgängligt naturligt så har substansen inte använts så mycket. Den enda skillnaden mellan de två molekylerna är att deserpidine saknar en metoxy grupp på C- 11. Deserpidine isoleras från Rauwolfia canescens. (Varchi et al., 2005). 8. Klinisk effekt och användning Reserpin är ett typ av lugnande medel. Ett lugnande medel lugnar det centrala nervsystemet och minskar känslomässig agitation utan att påverka vakenheten. Lugnande medel skiljer sig från hypnotika som t.ex. barbiturater genom att dem inte utövar sin effekt på hjärnans kortikala delar utan utövas sin effekt i hypotalamus. Reserpin var det första lugnande medlet i väst världen när det lanserades 1952. (Columbia Electronic Encyclopedia, 6th Edition). Reserpin ersatte elstötar och lobotomi som man tidigare använde öor att bota mentalt sjuka och schizofrena personer. Reserpin har även effekt mot ormbett och skorpionbett (Srivastava et al., 2006). Man använder också reserpin för att minska blodtrycket. Den utövar sin aktivitet genom 7

att minska aktiviteten i nervsystemet och på så sätt få hjärtat att slå långsammare och få blodkarlen att vidga sig. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/pmh0000095) I Sverige så är alla läkemedel som innehöll reserpin avregistrerade på grund av dess biverkningar. Reserpin ingick tidigare i bland annat Serpasil, Salures comp, Adelphin och Rivasin. (Fass.se). Biverkningar som man kan få av reserpin är huvudvärk, depression, torr mun, yrhet, låg hjärtrytm, smärta i bröstet och mardrömmar. Det finns många kombinationspreparat som t.ex. Diupres, Metatensin och Salutensin på marknaden i bland annat USA. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/pmh0000095) 8

9. Referenser Akinloye, B. och Court, W. (1981) The Alkaloids of Rauwolfia Volkensii. Journal of Ethnopharmacology, 4, 99 109. Anitha, S. och Kumari, R. (2006) Stimulation of reserpine biosynthesis in the callus of Rauvolfia tetraphylla L. by precursor feeding. African Journal of Biotechnology, 5, 659-661 Columbia Electronic Encyclopedia, 6th Edition Court, W. och Habib, M. (1973) Separation of Rauwolfia alkaloids by thin- layer chromatography. Journal of Chromatography, 80, 101-109. Ingelhein, B. (1983). Creativity in drug research: I. Trends in Pharmacological Sciences, 4, 283-285. Lewis, W och Lewis, M. (1977) Medical Botany: Plants affecting Man s health. John Whiley & Sons Inc, pp 187. Max, B. (1985). This and that, plants, drugs and pioneers. Trends in Pharmacological Sciences, 6, 353-355. Neumann, S. och Böcker, S. (2010) Computational mass spectrometry for metabolomics: Identification of metabolites and small molecules. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 398, 2779 2788. Robbers, J., Speedie, M. och Tyler, V. (1996) Pharmacognosy and Pharmacobiotechnology. Williams and Wilkins, pp 168. Srivastava, A., Tripathi, A., Pandey, R., Verma, R. and Gupta, M. (2006) Quantitative Determination of Reserpine, Ajmaline, and Ajmalicine in Rauvolfia serpentina by Reversed- Phase High- Performance Liquid Chromatography. Journal of Chromatographic Science, 44, 557-560. Stitzel, R. (1977). The Biological Fate of Reserpine. Pharmacological Reviews, 28, 179-208. Varchi, G., Battaglia, A., Samori, C., Baldelli, E., Danieli, B., Fontana, G., Guerrini, A. and Bombardelli, E. (2005) Synthesis of Deserpidine from Reserpine. Journal of Natural Products, 68, 1629-1631. Pub Med Health URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmedhealth/pmh0000095 2011-02- 04 9

101 Herbs URL: http://www.101herbs.com/reserpine.html 2011-02- 04 10