Recensione Naturali Cumarina Composti di Piombo per la Loro Attività Farmacologica

Abstract

Cumarina (2H-1-benzopyran-2-one) è una pianta derivata prodotto naturale noto per le sue proprietà farmacologiche come anti-infiammatorio, anticoagulanti, antibatterico, antimicotico, antivirale, antitumorale, antipertensivi, antitubercolari, anticonvulsivante, antiadipogenic, ipoglicemizzante, antiossidanti e neuroprotettive. L’esposizione dietetica ai benzopironi è significativa in quanto questi composti si trovano in verdure, frutta, semi, noci, caffè, tè e vino. In considerazione della bassa tossicità stabilita, della relativa economicità, della presenza nella dieta e della presenza in vari rimedi erboristici di cumarine, sembra prudente valutare ulteriormente le loro proprietà e applicazioni.

1. Introduzione

Le cumarine (2H-1-benzopiran-2-one) (1) sono costituite da un’ampia classe di sostanze fenoliche presenti nelle piante e sono costituite da anelli fusi di benzene e α-pirone . Più di 1300 cumarine sono state identificate come metaboliti secondari da piante, batteri e funghi . Il composto prototipo è noto come 1,2-benzopirone o, meno comunemente, come acido idrossicinnamico e lattone, ed è stato ben studiato. Le cumarine sono state inizialmente trovate nella fava tonka (Dipteryx odorata Wild) e sono riportate in circa 150 specie diverse distribuite su quasi 30 famiglie diverse, di cui alcune importanti sono Rutaceae, Umbelliferae, Clusiaceae, Guttiferae, Caprifoliaceae, Oleaceae, Nyctaginaceae e Apiaceae. (Vedi Schema 1.)

anche se distribuiti in tutte le parti della pianta, le cumarine verificarsi a livelli più alti nei frutti (Bael frutti (aegle Marmelos) , Tetrapleura tetraptera TAUB (Mimosaceae) , mirtillo e lampone), semi (fagioli tonka) (Calophyllum cerasiferum Vesque e Calophyllum inophyllum Linn), seguita dalle radici (Ferulago campestris) , foglie (Murraya paniculata) , Phellodendron amurense var. wilsonii, e lattice della foresta pluviale tropicale Calophyllum teysmannii var. tè verde inophylloide e altri alimenti come la cicoria. Si trovano anche ad alti livelli in alcuni oli essenziali come l’olio di cassia , l’olio di corteccia di cannella e l’olio di lavanda . Le condizioni ambientali e i cambiamenti stagionali potrebbero influenzare l’incidenza delle cumarine in varie parti della pianta. La funzione delle cumarine è tutt’altro che chiara, anche se i suggerimenti includono regolatori di crescita delle piante, batteriostatici, fungistati e persino prodotti di scarto .

La biosintesi della cumarina è esaminata da Bourgaud et al. . Ci sono tipi di cumarine trovati in natura a causa di varie permutazioni causate da sostituzioni e coniugazioni; tuttavia, la maggior parte degli studi farmacologici e biochimici sono stati fatti sulla cumarina stessa e sul suo metabolita primario, 7-idrossicumarina nell’uomo . Alcuni di questi precedenti lavori farmacologici sulla cumarina sono stati esaminati e altre revisioni più complete riguardano l’occorrenza, la chimica e le proprietà biochimiche delle cumarine naturali semplici e più complesse.

2. Classificazione delle cumarine

Le cumarine naturali sono principalmente classificate in sei tipi in base alla struttura chimica dei composti (Tabella 1). Le proprietà fisico-chimiche e le applicazioni terapeutiche delle cumarine naturali dipendono dal modello di sostituzione.

3. Coumarins and Pharmacological Activity

3.1. Cumarine per attività antinfiammatoria

La cumarina (1) presenta proprietà antinfiammatorie e viene utilizzata nel trattamento dell’edema. Questo rimuove il fluido proteico ed edema dal tessuto danneggiato stimolando la fagocitosi, la produzione di enzimi e quindi la proteolisi . Un altro composto imperatorin (2) mostra anche attività antinfiammatoria nel macrofago del topo stimolato da lipopolisaccaridi (RAW264.7) in vitro e un modello di edema della zampa del topo indotto da carragenina in vivo. L’imperatorina blocca l’espressione proteica dell’ossido nitrico sintasi inducibile e della cicloossigenasi-2 in RAW264.7 stimolato dal lipopolisaccaride . Esculetin (3) è stato isolato da Cichorium intybus e Bougainvillea spectabilis Wild (Nyctaginaceae) . Ha esibito attività antinfiammatoria nella colite del ratto indotta dall’acido trinitrobenzensolfonico . Esculetin (3) inibisce la cicloossigenasi e gli enzimi lipossigenasi, anche della generazione di anioni superossido neutrofili-dipendenti . (Vedi Schema 2.)

3.2. Cumarine per attività anticoagulante

Dicoumarolo (4) è stato trovato nel trifoglio dolce e ha mostrato attività anticoagulante . (Vedi Schema 3.)

Le cumarine sono antagonisti della vitamina K che producono il loro effetto anticoagulante interferendo con l’interconversione ciclica della vitamina K e del suo epossido 2,3 (epossido di vitamina K) . La vitamina K è un cofattore per la carbossilazione posttranslazionale dei residui di glutammato in γ-carbossiglutammati sulle regioni N-terminali delle proteine dipendenti dalla vitamina K (Figura 1) .

Questi fattori della coagulazione (fattori II, VII, IX e X) richiedono γ-carbossilazione per la loro attività biologica. Le cumarine producono il loro effetto anticoagulante inibendo il ciclo di conversione della vitamina K, causando così la produzione epatica di proteine parzialmente carbossilate e decarbossilate con ridotta attività procoagulante . Oltre al loro effetto anticoagulante, gli antagonisti della vitamina K inibiscono la carbossilazione delle proteine anticoagulanti regolatrici C e S e quindi hanno il potenziale per esercitare un effetto procoagulante. In presenza di ioni calcio, la carbossilazione provoca un cambiamento conformazionale nelle proteine della coagulazione che promuove il legame con i cofattori sulle superfici fosfolipidiche. La reazione di carbossilazione richiede la forma ridotta di vitamina K (vitamina ), ossigeno molecolare e anidride carbonica ed è legata all’ossidazione della vitamina all’epossido di vitamina K. L’epossido di vitamina K viene quindi riciclato in vitamina attraverso due fasi della reduttasi. Il primo, che è sensibile all’antagonista della vitamina K, riduce l’epossido di vitamina K alla vitamina K1 (la forma alimentare naturale della vitamina K1), mentre il secondo, che è relativamente insensibile agli antagonisti della vitamina K, riduce la vitamina K1 alla vitamina . Il trattamento con antagonisti della vitamina K porta all’esaurimento della vitamina, limitando così la γ-carbossilazione delle proteine coagulanti dipendenti dalla vitamina K. L’effetto delle cumarine può essere contrastato dalla vitamina K1 (ingerita nel cibo o somministrata terapeuticamente) perché la seconda fase della reduttasi è relativamente insensibile agli antagonisti della vitamina K (Figura 1). I pazienti trattati con una grande dose di vitamina K1 possono anche diventare resistenti al warfarin fino a una settimana perché la vitamina K1 si accumula nel fegato ed è disponibile per la reduttasi insensibile alla cumarina.

3.3. Cumarine per attività antibatterica

La cumarina (1) ha un’attività antibatterica molto bassa, ma composti con sostituzioni di idrocarburi a catena lunga come l’ammoresinolo (5) e l’ostrutina (6) mostrano attività contro un ampio spettro di batteri Gram +ve come Bacillus megaterium, Micrococcus luteus, Micrococcus lysodeikticus e Staphylococcus aureus . Un altro composto cumarinico antogenolo (7) dai frutti verdi di Aegle marmelos mostra attività contro l’enterococco. Imperatorin (2) , una furanocumarina isolata da Angelica dahurica e Angelica archangelica (Umbelliferae), mostra attività contro Shigella dysenteriae . Grandivittin (8), agasyllin (9), aegelinol benzoate (10) e osthole (11) sono stati isolati dalle radici di Ferulago campestris (Apiaceae). Felamidin (12) è stato anche isolato da Ferulago campestris . Aegelinol e agasyllin hanno mostrato una significativa attività antibatterica contro ceppi batterici Gram-positivi e Gram-negativi clinicamente isolati come Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Enterobacter cloacae e Enterobacter aerogenes. L’attività antibatterica è stata trovata anche contro Helicobacter pylori dove è stata dimostrata un’inibizione dose-dipendente tra 5 e 25 mg / mL. (Vedi Schema 4.)

Molte delle cumarine naturali esistenti sono state isolate da piante superiori; alcuni di loro sono stati scoperti in microrganismi. I membri importanti della cumarina che appartengono alle fonti microbiche sono novobiocin, coumermicina e chartreusin. Novobiocina (13) è stato isolato come fungine metabolita da Streptomyces niveus e Streptomyces spheroides e ha esposto un ampio spettro di attività antibatterica contro gli organismi Gram-positivi come Corinebacterium difterite, Staphylococcus aureus, Streptomyces pneumoniae, e Streptomyces pyogenes e organismi Gram-negativi come Haemophillus influenzae, Neisseria meningitides, e Pasteurella e ha dimostrato di DNA girasi attività di inibizione . La coumermicina (14), cioè strutturalmente simile alla novobiocina, è quasi 50 volte più potente della novobiocina, contro Escherichia coli e Staphylococcus aureus, ma produce un’azione batteriostatica e l’organismo ha sviluppato gradualmente resistenza. La coumermicina inibisce anche il supercooling del DNA catalizzato dalla girasi del DNA di Escherichia coli . (Vedi Schema 5.)

Chartreusin (15) è stato isolato da Streptomyces chartreusis e ha una rara struttura e stato prevalentemente attivo contro i batteri Gram-positivi , ma a causa della sua tossicità, il composto non è stato provato per applicazioni terapeutiche. (Vedi Schema 6.)

3.4. Cumarine per attività antifungina

Osthole (11) è un derivato cumarinico bioattivo estratto da piante medicinali come Angelica pubescens , Cnidium monnieri e Peucedanum ostruthium . Osthole esibiva un ampio spettro di attività antifungina contro importanti patogeni vegetali come Rhizoctonia solani, Phytophtora capsici, Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum e Fusarium graminearum . Un certo numero di cumarine sono state testate per l’attività antifungina e le tre più efficaci sono psoralen (16), imperatorin (2) e ostruthin (6). (Vedi Schema 7.)

3.5. Cumarine per attività antivirale

Una grande varietà di prodotti naturali sono stati descritti come agenti anti-HIV, e composti aventi nucleo cumarina sono tra questi. Gli inophyllum e i calanolidi rappresentano nuovi derivati cumarinici inibitori dell’HIV. Inophyllum A (17), inophyllum B (18), inophyllum C (19), inophyllum E (20), inophyllum P (21), inophyllum G1 (22), e inophyllum G2 (23) sono stati isolati da gigante lumaca africana, Achatina fulica. Gli Inophyllum B e P (18 e 21) hanno inibito la trascrittasi inversa dell’HIV (RT) con valori IC50 di 38 e 130 nM, rispettivamente, ed entrambi erano attivi contro l’HIV-1 in coltura cellulare (IC50 di 1,4 e 1,6 µM) . (Vedi Schema 8.)

Due isomeri, (+)-calanolide A (24) e (−)-calanolide B (25), sono stati isolati dalle foglie di Calophyllum lanigerum (Clusiaceae). I calanolidi A e B erano completamente protettivi contro la replicazione dell’HIV-1 . ( + )- Il calanolide A è un inibitore non nucleosidico della RT con una potente attività contro l’HIV-1. (- )- Calanolide B e (- ) – diidrocalanolide B (26) possiedono proprietà antivirali simili a quelle di (+) – calanolide A . Sia (+)-calanolide A che ( + ) – diidrocalanolide A (27) sono stabili a pH neutro e attualmente in fase di sviluppo per il trattamento delle infezioni da HIV. Tuttavia, a pH < 2,0 per 1 ora, il 73% del (+)-calanolide A è stato convertito in (+)-calanolide B mentre l ‘ 83% di (+)-diidrocalanolide A è stato convertito in (+)-diidrocalanolide B . Precedentemente inophyllum A (17) e (- ) – calanolide B (25) sono stati isolati dall’olio di semi di Calophyllum inophyllum Linn e Calophyllum cerasiferum Vesque, rispettivamente. Entrambi appartengono alla famiglia Clusiaceae e sono noti per i potenti inibitori dell’HIV-1 RT . (Vedi Schema 9.)

Pyranocoumarins come pseudocordatolide C (28) e calanolide F (29) sono stati isolati da estratti di Calophyllum lanigerum var. austrocoriaceum e Calophyllum teysmannii var. inophylloide (Re) P. F. Stevens (Clusiaceae). Entrambi i composti hanno mostrato attività anti-HIV . Imperatorin (2) inoltre inibisce l’infezione ricombinante HIV-1 del virus pseudotipizzato della stomatite vescicolare o gp160-avvolto in parecchie linee delle cellule T e nelle cellule di HeLa . (Vedi Schema 10.)

3.6. Cumarine per attività antitumorale

Imperatorin (2) ha mostrato effetti antitumorali . Osthole (11) è efficace nell’inibire la migrazione e l’invasione delle cellule di cancro al seno mediante saggi di guarigione delle ferite e transwell. I saggi di luciferasi e zimografia hanno rivelato che l’osthole inibisce efficacemente il promotore della metalloproteinasi-s della matrice e l’attività enzimatica, che potrebbe essere una delle cause che portano all’inibizione della migrazione e dell’invasione da parte dell’osthole . L’esculetina (3) ha mostrato attività antitumorali e salva i neuroni primari coltivati dalla tossicità N-metil-D-aspartato . Gli effetti protettivi di fraxin (30) contro la citotossicità indotta dal perossido di idrogeno sono stati esaminati nelle cellule endoteliali della vena ombelicale umana . La maggior parte delle cumarine grandivittin (8), agasyllin (9), aegelinol benzoato (10) e osthole (11) della pianta di Ferulago campestris hanno mostrato marginalmente attività citotossica contro la linea cellulare del cancro polmonare A549 . Chartreusin (15) ha dimostrato di esibire proprietà antitumorali contro L1210 murino, leucemie P388 e melanoma B16 . 3 ” – Demethylchartreusin (31) è un nuovo antibiotico antitumorale prodotto da Streptomyces chartreusis ed era un analogo strutturale della chartreusina contenente lo stesso aglicone della chartreusina, ma diversi tipi di zucchero . (Cfr. Schema 11.)

La cumarina (1) che è isolata forma l’olio della foglia di cassia ha esibito l’attività citotossica .

3.7. Cumarine per attività antipertensiva

Diidromammea C/OB (32) è una nuova cumarina che è stata isolata dai semi dell’albero dell’Africa occidentale Mammea africana Sabine (Guttiferae) . La struttura molecolare è stata chiarita con il metodo a raggi X a cristallo singolo . Negli studi sono stati utilizzati effetti antipertensivi degli estratti di metanolo e diclorometano della corteccia staminale di Mammea africana in ratti albino Wistar maschi ipertesi indotti da estere metilico Nw-nitro-L-arginina che pesano 250-300 g di ratti di 12-16 settimane . Gli estratti di diclorometano e metanolo di corteccia staminale di Mammea africana hanno mostrato una significativa attività antiiperglicemica e hanno migliorato le alterazioni metaboliche nei ratti diabetici albini Wistar maschi indotti da streptozotocina (bambini di 3 mesi, del peso di 200-250 g) . Gli effetti vasodilatatori della cumarina sono riferiti sulle cellule del miocardio coltivate pure . Scopoletina (33) è stata isolata dai frutti di Tetrapleura tetraptera TAUB (Mimosaceae) e produce ipotensione in animali da laboratorio in vitro e in vivo attraverso la sua attività miorilassante liscia . La visnadina (34), un principio attivo estratto dal frutto di Ammi visnaga, ha mostrato attività vasodilatatrici periferiche e coronariche ed è stata utilizzata per il trattamento dell’angina pectoris . Khellactone (35) è stato isolato da Phlojodicarpus sibiricus e ha mostrato un’azione vasodilatatrice . (Vedi Schema 12.)

3.8. Cumarine per attività antitubercolare

Umbelliferone (36) si trova in molte piante e ottenuto dalla distillazione di resine appartenenti all’ordine naturale Umbelliferae . Umbelliferone (36), phellodenol A (37), psoralen (16) e scopoletin (33), bergapten (38), (+)- (S)-marmesin (39), (+)- (S)-rutaretin (40) e xantiletina (41) sono stati isolati da tutte le piante di Fatoua pilosa. I composti scopoletina e umbelliferone sono risultati attivi contro Mycobacterium tuberculosis H37Rv con valori MIC di 42 e 58,3 µg/mL, rispettivamente . I composti phellodenol A, ( + )- (S)-marmesin e xanthyletin hanno mostrato attività a 60 µg/mL e i restanti composti hanno mostrato attività a più di 119 µg/mL. Phellodenol A è stato anche isolato dalle foglie di Phellodendron amurense var. wilsonii . (Vedi Schema 13.)

3.9. Cumarine per attività anticonvulsivante

Imperatorin (2) ha mostrato azione anticonvulsivante nei topi e i valori di ED50 variavano tra 167 e 290 mg/kg. Gli effetti neurotossici acuti nel test del camino hanno rivelato che i valori di TD50 per imperatorin variavano tra 329 e 443 mg/kg . Osthole (11) ha mostrato un’azione anticonvulsivante nei topi e i valori di ED50 variavano tra 253 e 639 mg/kg e gli effetti neurotossici acuti con i valori di TD50 variavano tra 531 e 648 mg/kg .

3.10. Cumarine per la sclerosi multipla

Osthole (11) potrebbe essere un potenziale agente terapeutico per il trattamento della sclerosi multipla .

3.11. Cumarine per attività antiadipogenica

Fraxidin (42), fraxetin (43), fraxin (30), esculetin (3), esculin (44) e scopoletin (33) sono state isolate dalle cortecce staminali di Fraxinus rhynchophylla DENCE (Oleaceae). Esculetin (3) ha mostrato l’attività antiadipogenic più potente contro la linea cellulare del preadipocyte, 3T3-L1 dal sistema di analisi in vitro . (Vedi Schema 14.)

3.12. Cumarine per l’attività inibente del citocromo P450

Methoxsalen (8-methoxypsoralen) (45) si trova nei semi dell’Ammi majus (Umbelliferae) e ha mostrato un potente inibitore microsomiale P 450 basato sul meccanismo in vitro e effetti di methoxsalen monodose sull’attività umana del citocromo P 450 2A6 . (Vedi Schema 15.)

3.13. Cumarine per attività antiiperglicemica

La fraxidina (42) ha inibito la formazione di ossido nitrico sintasi inducibile e ha mostrato attività antiiperglicemica .

3.14. Cumarine per attività antiossidante

Fraxin (30) ha mostrato un effetto di scavenging dei radicali liberi ad alta concentrazione (0,5 mm) e un effetto protettivo cellulare contro lo stress ossidativo mediato da H2O2 . Esculetin (3) ha esibito la proprietà antiossidante . L’attività antiossidante delle cumarine grandivittina (8), agasillina (9), aegelinolo benzoato (10) e ostolo (11) è stata valutata in base ai loro effetti sui leucociti del sangue intero umano e sulla chemiluminescenza polimorfonucleata isolata . Fraxin (30) e esculin (44) sono stati caratterizzati in steli e frutti di Actinidia deliciosa (kiwi) e Actinidia chinensis . Fraxin (30) estratto da Weigela florida var. le foglie di glabra (Caprifoliaceae) proteggono le cellule dallo stress ossidativo.

3.15. Cumarine per attività neuroprotettiva

Esculetin (3) ha anche mostrato effetti neuroprotettivi sulla lesione cerebrale ischemia/riperfusione in un modello di occlusione dell’arteria cerebrale media in topi a 20 µg/mL ed è stato somministrato intracerebroventricolarmente a 30 min prima dell’ischemia .

3.16. Cumarine come fitoalessine

Le fitoalessine sono derivati cumarinici ossigenati e sono prodotte nelle piante in risposta a infezioni fungine, danni fisici, lesioni chimiche o processi patogeni. La proprietà comune delle fitoallexine è di inibire o distruggere gli agenti invasori come batteri, insetti e virus. Ayapin (46) è uno di loro e strutturalmente è 6,7-metilendiossicumarina. Inizialmente è stato isolato da Eupatorium ayapana (Asteraceae) . Successivamente, ayapin (46) è stato isolato da un certo numero di altre piante come Helianthus annuus , Artemisia apiacea , Pterocaulon virgatum e Pterocaulon polystachyum . (Vedi Schema 16.)

4. Identificazione di cumarine da diverse fonti e loro delucidazione strutturale

I composti cumarinici isodispar B (47), dispardiolo B, (48), mammea A/AB cyclo E (49), mammea A/AB dioxalanocyclo F (50), disparinolo D (51) e disparpropylinol B (52) sono stati isolati dai frutti e dalla corteccia del gambo di Calophyllum dispar (Clusiaceae) . (Cfr. Schema 17.)

l’olio di Semi e oli essenziali come la corteccia di cannella olio e olio di lavanda, dalle radici (Ferulago campestris) , contengono una certa quantità di cumarina composto (1).

I principali costituenti cumarinici trovati dalle foglie di Murraya paniculata sono 7-metossi-8-(3-metil-2-ossobutossi)-2H-cromen-2-one (53) e murrayatin (54). Quest’ultimo è stato trovato anche nelle foglie di Murraya exotica . (Cfr. Schema 18).

Prenylcoumarins (+)-fatouain A (55), (+)-fatouain A (56), (+)-fatouain C (57), (−)-fatouain D (58), (+)-fatouain E (59) e (−)-fatouain F (60), oltre a due nuove bis-prenylcoumarins, (+)-fatouain G (58), e (+)-fatouain H (59), sono stati isolati da piante intere di Fatoua pilosa . (Vedi Schema 19.)

Marmin (63) è isolato dalla corteccia. Imperatorin (2) e aurapten (64) sono isolati dal frutto di Aegle marmelos (linn) Correa comunemente noto come Bael (o Bel) appartenente alla famiglia Rutaceae . (Vedi Schema 20.)

5. Analisi delle cumarine con metodi diversi

Vari metodi per l’isolamento e l’analisi delle cumarine sono cromatografia (cromatografia su carta, cromatografia su strato sottile, gascromatografia e cromatografia liquida ad alte prestazioni), metodi titrimetrici e spettrofotometrici (colorimetrici e polarografici). Metodi per l’analisi dei derivati cumarinici previsti dalle farmacopee ufficiali (Farmacopea statunitense (23a edizione), Farmacopea europea (3a edizione, Suppl. 2001), e la farmacopea britannica (16a edizione, 1998) e i metodi per la determinazione della cumarina nel trifoglio dolce giallo sono stati rivisti .

6. Conclusione

Questo lavoro riguarda i composti di piombo cumarinici naturali e le loro ampie proprietà farmacologiche e i loro metodi di identificazione secondo le loro farmacopee ufficiali. Le cumarine naturali sono di grande interesse a causa delle loro proprietà farmacologiche diffuse, e questo attrae molti chimici medicinali per un’ulteriore derivatizzazione della spina dorsale e li screening come diversi nuovi agenti terapeutici.

Ringraziamenti

Gli autori ringraziano Durban University of Technology per le strutture e KN Venugopala è grato a NRF, Sud Africa, per DST/NRF Innovation Postdoctoral Fellowship.