PL: Zapomniane rośliny lecznicze – analiza składu i właściwości biologicznych | EN: Forgotten medicinal plants - analysis of composition and biological properties

abstractPL: Polski rynek suplementów diety rozwija się w dynamicznym tempie i zgodnie z danymi PMR w 2022 roku, jego wartość osiągnęła 6.9 miliarda złotych, a prognozy wskazują na dalszy wzrost. Ponad 70% Polaków deklaruje zażywanie suplementy diety, przy czym ich wiedza na temat bezpieczeństwa stosowania jest niewystarczająca. Szybki wzrost wartości rynku wynika z globalnych trendów i jest efektem m.in. skłonności Polaków do samoleczenia, wysokich kosztów zinstytucjonalizowanej opieki zdrowotnej, wszechobecnej reklamy, a także rosnącej liczby zachorowań na choroby cywilizacyjne, które są najczęstszą przyczyną zgonów w kraju (ponad 65% wszystkich zgonów): 40,6 % układ sercowo-naczyniowy, 24,5% nowotwory, 6,7% układ oddechowy, 2,2% cukrzyca i 26,2% pozostałe (na podstawie raportu Głównego Urzędu Statystycznego, 2020). Z tego względu obserwuje się wzrost zainteresowania suplementami diety pochodzenia naturalnego, które błędnie są uważane za substancje wspomagające farmakoterapię, z wyjątkiem niedoborów niektórych składników odżywczych np. minerałów czy witamin. Surowiec, jakim są ekstrakty lub frakcje z poszczególnych roślin, bardzo często wprowadzany jest na rynek bez jakichkolwiek rzetelnych badań dotyczących jego właściwości prozdrowotnych, lub nie jest on w udokumentowany sposób wystandaryzowany. Na rynku polskim znaczna część suplementów oraz surowców pochodzenia roślinnego stosowana jest w obszarze prewencji i łagodzenia skutków chorób sercowo-naczyniowych, stanowiących największy procent zgonów na przestrzeni ostatniej dekady. Na uwagę zasługują rośliny z taksonu Ilex, który obejmuje kilkaset gatunków, lecz dotychczas przebadaną w większym stopniu rośliną jest Ilex paraguariensis, której napar znany jest jako yerba mate - substytut kawy, ze względu na zawartość kofeiny. Roślina ta jest źródłem związków bioaktywnych o pozytywnym wpływie na gospodarkę lipidową, a także składnikiem kilkunastu suplementów diety dostępnych na rynku. Jej dobroczynne działanie według poprzednich doniesień literaturowych jest silnie związane z obecnością kofeiny w zielonych częściach rośliny. Istnieją również gatunki Ilex sp., które do tej pory nie były przedmiotem głębszego zainteresowania badawczy, takie jak europejskie odmiany Ilex aquifolium i Ilex meserveae. Podczas realizacji założeń pracy doktorskiej po raz pierwszy skupiono się na szczegółowej analizie składu chemicznego oraz właściwości biologicznych wybranych, dotychczas nieprzebadanych, występujących lokalnie oraz pochodzących z rodziny ostrokrzewu: Ilex aquifolium, oraz Ilex meserveae. Niniejsze badania miały na celu określenie składu ilościowego oraz jakościowego odmian bezkofeinowych Ilex aquifolium i Ilex meserveae, a także porównanie ich z popularnym zawierającym kofeinę Ilex paraguariensis. Skład chemiczny europejskich i południowoamerykańskich odmian Ilex jest podobny za wyjątkiem zawartości kofeiny i alkoloidów purynowych np. teobrominy, dlatego podjęto badania in vivo wpływu ekstraktów i ich frakcji z Ilex aquifolium, Ilex aquifolium Alaska oraz Ilex aquifolium Silver Queen zawierających relatywnie najwięcej związków bioaktywnych na metabolizm (głównie lipidów oraz cukrów) u organizmów modelowych (szczury Wistar oraz Zucker). Ekstrakty otrzymano przez macerację zliofilizowanego i zmielonego materiału badawczego za pomocą wody, metanolu i heksanu. Dwa ostatnie posłużyły do otrzymania oczyszczonych frakcji saponin i terpenoidów. W trakcie eksperymentu określono zmiany biochemiczne, histopatologiczne oraz wpływ frakcji na ekspresję genów odpowiedzialnych za prawidłowy metabolizm modelu badawczego. Analizy biochemiczne jak i badania biologiczne pozwoliły na ocenę parametrów: hematologicznych (m.in. zawartość białych i czerwonych krwinek, hemoglobiny, hematokrytu), lipidowych oraz biochemicznych (m.in. zawartość cholesterolu, triglicerydów, niezestryfikowanych kwasów tłuszczowych, poziomu insuliny i glukozy), immunologicznych i antyoksydacyjnych (m.in. immunoglobuliny G i M, interleukiny 6 i 10, całkowity status przeciwutleniacza i całkowity status utleniacza). Badania histopatologiczne przeprowadzono na tkankach wątroby a badanie ekspresji genów (wątroby i aorty) związane było z metabolizmem lipidów oraz odpowiedzią zapalną dla obu modeli badawczych. Druga część pracy doktorskiej dotyczyła pionierskich badań in vitro określających cytotoksyczność ekstraktów i ich frakcji na komórki skóry człowieka (NHDF) i myszy (L929). Ponadto zbadano wpływ samych frakcji na aktywność przeciw otoczkowemu ludzkiemu herpeswirusowi 1 (HSV-1-ATCC® VR-1493™) i nieotoczkowemu ludzkiemu adenowirusowi 5 (HAdV-5-ATCC® VR-5™) oraz na komórki nowotworowe raka piersi (MCF7), raka płuc (A549) i dwóch rodzajów nowotworu jelita grubego (LoVo i HT27). W trakcie realizacji badań analizowano chromatografią gazową sprzężona ze spektrometrią mas (GC-MS) zawartość związków lotnych techniką mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej z fazy nadpowierzchniowej (HS-SPME oraz HS-SPME-Arrow) oraz kwasów fenolowych, triterpenoidów, kwasów tłuszczowych i cukrów. Natomiast chromatografią cieczową z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS) analizowano zawartość saponin oraz polifenoli. Uzyskane wyniki badań wykazały podobieństwo składu jakościowego jak i ilościowego europejskich odmian z Ilex paraguariensis szczególnie w profilu związków lotnych, triterpenoidowym, kwasów fenolowych jak również cukrów oraz kwasów tłuszczowych. Kluczową kwestią był fakt, iż pomimo braku kofeiny we frakcjach wodnych uzyskanych dla Ilex aquifolium, wykazano silne działanie hipocholesterolemiczne. Zaprzecza to wcześniejszym doniesieniom, że hipolipidemiczne działanie Yerba mate (I. paraguariensis) jest spowodowane wyłącznie obecnością kofeiny. Dowiedziono również, że frakcje terpenoidowe miały wpływ na gospodarkę lipidową oraz cukrową, a także powodowały zmniejszenie oksydacyjnych uszkodzeń lipidów oraz łagodziły uszkodzenia wątroby. Na uwagę zasługuje również frakcja saponinowa, która również wskazuje na łagodzenie insulinooporności oraz modulację metabolizmu lipidów. Ponadto badane frakcje (saponinowa oraz terpenoidowa) wykazywały działanie przeciwzapalne, poprzez obniżenie ekspresji markerów stresu oksydacyjnego i genów prozapalnych tj. LOX-1 i TNF-α. W pracy udowodniono również silną aktywność biologiczną, szczególnie wskazując potencjał w prewencji i leczeniu raka jelita grubego. Dodatkowo ekstrakty saponinowe i terpenoidowe odmiany Ilex aquifolium Silver Queen wykazały dotychczas niepublikowaną aktywność przeciwko ludzkiemu wirusowi opryszczki oraz adenowirusowi.

abstractEN: The Polish market for dietary supplements is growing at a dynamic pace and, according to PMR, in 2022 its value reached PLN 6.9 billion, with forecasts indicating further growth. More than 70% of Poles say they take dietary supplements, with insufficient knowledge of their safety of use. The rapid increase in the value of the market is due to global trends and is a result of, among other things, the tendency of Poles to self-medicate, the high cost of institutionalised health care, ubiquitous advertising, as well as the growing number of diseases of civilisation, which are the most common cause of death in the country (more than 65% of all deaths): 40.6% cardiovascular system, 24.5% cancer, 6.7% respiratory system, 2.2% diabetes, and 26.2% other (based on a report by the Central Statistical Office, 2020). For this reason, there has been an increase in interest in dietary supplements of natural origin, which are erroneously considered to support pharmacotherapy, except for deficiencies of certain nutrients, such as minerals or vitamins. Raw materials, which are extracts or fractions of individual plants, are very often marketed without reliable research on their health-promoting properties or they are not standardized in a documented way. On the Polish market, a significant proportion of plant-derived supplements and raw materials are used in the area of prevention and mitigation of cardiovascular diseases, which account for the largest percentage of deaths in the last decade. Noteworthy are plants from the Ilex taxon, which includes several hundred species, but the plant studied to date to a greater extent is Ilex paraguariensis, the infusion of which is known as yerba mate, a coffee substitute, due to its caffeine content. The plant is a source of bioactive compounds with positive effects on lipid metabolism and is an ingredient in more than a dozen dietary supplements on the market. Its beneficial effects, according to reports in the previous literature, are strongly related to the presence of caffeine in the green parts of the plant. There are also species of Ilex sp. that have not been the subject of deeper research interest to date, such as European varieties of Ilex aquifolium and Ilex meserveae. During the implementation of the dissertation's objectives, the focus was for the first time on the detailed analysis of the chemical composition and biological properties of selected, hitherto unstudied, locally occurring and derived species of the holly family: Ilex aquifolium and Ilex meserveae. The present study aimed to determine the quantitative and qualitative composition of the decaffeinated varieties of Ilex aquifolium and Ilex meserveae and to compare them with the popular caffeine-containing Ilex paraguariensis. The chemical composition of European and South American varieties of Ilex is similar except for the content of caffeine and purine alkaloids, eg, theobromine, so an in vivo study of the effects of extracts and their fractions of Ilex aquifolium, Ilex aquifolium Alaska and Ilex aquifolium Silver Queen containing the relatively most bioactive compounds on metabolism (mainly lipids and sugars) in model organisms (Wistar and Zucker rats) was carried out. The extracts were obtained by macerating the lyophilised and ground test material with water, methanol, and hexane. The latter two were used to obtain purified fractions of saponins and terpenoids. During the experiment, biochemical and histopathological changes were determined, as well as the effect of the fractions on the expression of genes responsible for the normal metabolism of the test model. Biochemical analyses as well as biological studies allowed evaluating the following parameters: hematological (such as white and red blood cells, hemoglobin, hematocrit), lipid and biochemical (such as cholesterol, triglycerides, non-esterified fatty acids, insulin and glucose levels), immunological and antioxidant status (including immunoglobulin G and M, interleukins 6 and 10, total antioxidant status and total oxidant status). Histopathological studies were performed in liver tissues and gene expression studies (liver and aorta) were related to lipid metabolism and inflammatory response for both study models. The second part of the dissertation involved pioneering in vitro studies that determined the cytotoxicity of the extracts and their fractions in human (NHDF) and mouse (L929) skin cells (L929). In addition, the effects of the fractions themselves were examined for activity against enveloped human herpesvirus 1 (HSV-1-ATCC® VR-1493™) and non-enveloped human adenovirus 5 (HAdV-5-ATCC® VR-5™), as well as against breast cancer cells (MCF7), lung cancer (A549) and two types of colorectal cancer (LoVo and HT27). In the course of the study, the contents of volatile compounds were analysed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) using a microextraction technique to the head space solid-phase microextraction (HS-SPME and HS-SPME-Arrow) as well as phenolic acids, triterpenoids, fatty acids and sugars. Meanwhile, liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was used to analyse the content of saponins and polyphenols. The results showed similarity in both qualitative and quantitative composition of European varieties with Ilex paraguariensis, especially in the profile of volatile compounds, triterpenoids, phenolic acids, as well as sugars and fatty acids. A key point was that, despite the absence of caffeine in the aqueous fractions obtained for Ilex aquifolium, a strong hypocholesterolemic effect was demonstrated. This contradicts previous reports that the hypolipidemic effect of Yerba mate (I. paraguariensis) is due solely to the presence of caffeine. It also showed that the terpenoid fractions had effects on lipid and sugar metabolism, as well as reducing oxidative lipid damage and alleviating liver damage. The saponin fraction was also noteworthy, also indicating mitigation of insulin resistance and modulation of lipid metabolism. Furthermore, the fractions studied (saponin and terpenoid) exhibited anti-inflammatory effects by reducing the expression of oxidative stress markers and pro-inflammatory genes, i.e. LOX-1 and TNF-α. The study also demonstrated potent biological activity, which indicates potential in the prevention and treatment of colorectal cancer. Furthermore, the saponin and terpenoid extracts of the Ilex aquifolium Silver Queen cultivar showed previously unpublished activity against human herpes virus and adenovirus.

status: finished

collation: 154