Ангелицин является родительским соединением в семействе встречающихся в природе органических соединений, известных как угловые фуранокумарины . Структурно его можно рассматривать как бензапира-2-он, слитый с фурановым фрагментом в положении 7,8. Ангелицин обычно встречается в некоторых видах растений Apiaceae и Fabaceae , таких как Bituminaria bituminosa . Он имеет коэффициент проницаемости кожи (Log K p ) -2,46. [2] Максимальное поглощение наблюдается при 300 нм. [3] Доступен спектр 1 HNMR; [ 1 ] инфракрасные и масс-спектры ангелицина можно найти в этой базе данных. Сублимация ангелицина происходит при 120 °C и давлении 0,13 Па. [4] Ангелицин является кумарином .
Люди использовали растения, богатые ангелицином, на протяжении столетий. Самая ранняя известная запись датируется 3000 годом до нашей эры, когда древние египтяне применяли масло и сок местных видов Apiaceae, подвергая свою кожу воздействию солнечного света, чтобы вылечить витилиго . Тем временем племена в Индии использовали Psoralea corylifolia , которая содержала псорален , изомер ангелицина. Люди также пытались собирать растения в качестве альтернативного источника пищи. Однако большинство из них оказались неприятными на вкус и токсичными, например, Angelica archangelica из-за способности раздражать кожу и повреждать внутренние органы. [5]
Название «ангелицин» происходит от вышеупомянутого растения Angelica . Это латинское название возникло в средневековой Европе, где это растение также использовалось как универсальное средство от многих видов болезней, не упоминая бубонную чуму . В то время люди верили, что растение может предотвратить захват души колдовством, проклятием и злым духом (добавить ссылку). Angelica могла появиться во сне с ангелом, объясняющим его применение, отсюда и название. По иронии судьбы, позже было обнаружено, что масло растения токсично при использовании в больших количествах, особенно когда растение свежее. [6]
Вид растений, в которых обнаружен ангелицин, был завезен в Британию в 19 веке. В настоящее время его можно найти в Канаде и некоторых частях США и Европы . Из-за токсичности некоторых частей растения и способности растения к размножению он включен в список инвазивных видов . [7]
Листья Angelica archangelica, богатые ангелицином, используются для извлечения этого соединения. [8] Было проведено множество исследований токсичности ангелицина, одно из которых показало, что это соединение вызывает хромосомные повреждения в клетках хомяков, подвергнутых воздействию УФ-излучения с длиной волны 320–380 нм. [9] Было показано, что хромосомные аберрации также вызываются у людей.
В настоящее время ведутся споры о том, следует ли считать Анжелику токсичной. Однако несомненно, что токсичность зависит от дозы введенного ангелицина и является исключительно делом экспертов, когда речь идет о его применении.
Биосинтез ангелицина можно описать как разновидность биологического синтеза фуранокумаринов. Он начинается с захвата органического углерода фотосинтезом и образования углеводов. Впоследствии углеводы становятся субстратами пути шикимовой кислоты , где они преобразуются в фенилаланин и тирозин. Ферменты, такие как аммиакалиазы, метилазы и гидроксилазы, затем преобразуют эти аминокислоты в производные коричной кислоты, которые подвергаются о -гидроксилированию, давая кумарины. Кумарины могут подвергаться дальнейшим реакциям, таким как пренилирование и окисление, чтобы дать несколько фуранокумаринов, одним из которых является ангелицин. [10]
Здесь биосинтез ангелицина описан более подробно, начиная с L-фенилаланина в качестве предшественника. Фенилаланин подвергается неокислительному дезаминированию фенилаланиновой аммиаклиазой (PAL) до транс - коричной кислоты . После этого транс -коричная кислота гидроксилируется в пара -положении транс -циннамат-4-монооксигеназой (C4H), которая использует НАДФН, H + и O 2 . Продукт, p -кумаровая кислота , затем преобразуется в умбеллиферон , важный промежуточный продукт пути биосинтеза. [11]
4-Кумаровая кислота 2-гидроксилаза (C2'H) гидроксилирует p -кумаровую кислоту в орто -положении. Примечательно, что эта реакция использует альфа-кетоглутарат, который восстанавливается до сукцината, оба из которых участвуют в цикле Кребса . Вновь образованная транс -дигидрокоричная кислота подвергается фотохимической изомеризации в цис -изомер, который спонтанно лактонизируется , давая умбелиферон. [12]
Затем умбеллиферон 6- пренилтрансфераза (PT) соединяет умбеллиферон с пренилдифосфатом, образуя остенол и пирофосфат. Остенол окисляется до (+)-колумбианетина с помощью (+)-колумбианетинсинтазы (CS), предполагаемого растительного цитохрома P450 , хотя детали этой реакции не ясны. Биосинтез завершается окислением (+)-колумбианетина, давая ангелицин с помощью ангелицинсинтазы (AS), которая также считается ферментом семейства цитохромов P450. [13]
Примечательно, что биосинтез ангелицина расходится в умбеллифероне, поскольку он также преобразуется в псорален, изомер ангелицина. Фактически, псорален, от которого происходит семейство линейных фуранокумаринов, гораздо более распространен в растениях, чем ангелицин. В результате большинство травоядных насекомых устойчивы к псоралену. Теперь все больше признается, что растения изобрели путь, ведущий к ангелицину, как альтернативный защитный механизм. Например, ангелицин усиливает токсичность псоралена, действуя как ингибитор детоксифицирующего цитохрома P450 у насекомых. [14] Более того, сравнение белковых последовательностей псораленсинтазы и ангелицинсинтазы показывает 70% идентичности в целом и 40% идентичности в участках распознавания субстрата. [13] Это означает, что биосинтез ангелицина является относительно недавно эволюционировавшим признаком.
Иодирование коммерчески доступного умбеллиферона (7-гидроксикумарина) дает 7-гидрокси-8-иодкумарин. Ацетоксигруппа может быть введена в гидроксил 7-гидрокси-8-иодкумарина, который используется для создания вагинола или вагинидиола с изопропиловым реактивом Гриньяра и коммерчески доступными эпоксидными альдегидами. Последующая кислотно-катализируемая фрагментация вагинола с дихлорметаном в трифторуксусной кислоте дает ангелицин. [15]
Соединение может быть выделено из природных источников, хотя это дает низкий выход из-за преобладания других фуранокумаринов. Популярная техника - это сушка на воздухе надземных частей и корней растений с последующей экстракцией н -гексаном и колоночной хроматографией на силикагеле. [1] [16]
Производные ангелицина используются для лечения псориаза и рака . Одним из способов лечения этих заболеваний является фотохимиотерапия ( ПУВА ), которая сочетает УФ-облучение с фотосенсибилизирующими химическими веществами. [17] [18] В большинстве случаев 4,5'-диметилангелицин применяется из-за его прочного связывания и специфичности к ДНК. Также было показано, что он активно подавляет синтез нуклеиновых кислот в опухолевых клетках, тем самым уменьшая их рост. [19]
В ПУВА ангелицин менее популярен, чем псорален, хотя оба фуранокумарина являются фотосенсибилизирующими и используются в паре с длинноволновым УФ-облучением. Ангелицин и псорален используются при других кожных заболеваниях, таких как витилиго и микоз . Фотосвязывание ДНК является наиболее изученным аспектом фотобиологии и фотохимии ангелицина. Согласно механизму, длинноволновое УФ-излучение заставляет ангелицин связываться с пиримидиновыми основаниями ДНК таким же образом, как и псорален. [20] Таким образом, может происходить ингибирование репликации ДНК посредством образования фотоаддуктов . Это может быть основой для желаемого терапевтического эффекта, как в случае производных псоралена. [17]
Однако следует проявлять крайнюю осторожность при использовании PUVA из-за возможных побочных эффектов. Поэтому этот тип лечения иногда используется как последнее средство, и часто вместо него используются кортикостероиды. [18] Одним из основных побочных эффектов PUVA является фототоксичность , с которой можно справиться с помощью гетероаналогов ангелицина. Например, недавно исследователи показали, что если фурановое кольцо заменить на 1-замещенное пиразольное или тиофеновое кольцо, новые гетероаналоги ангелицина практически не проявляют фототоксичности. [21]
Было показано, что ангелицин проявляет многогранный эффект на различные биомолекулы, который вытекает из структуры соединения и фотореактивности . Например, плоская структура позволяет ангелицину интеркалировать между основаниями ДНК. При воздействии ультрафиолетового света он подвергается реакции фотоциклоприсоединения C 4 с тимином и цитозином, образуя моноаддукт. Двойные связи ангелицина, участвующие в этой реакции, - это 3,4 и 4',5'. [22] Однако остальная часть ароматической системы ангелицина не может реагировать с пиримидином комплементарной цепи из-за неблагоприятного выравнивания реактивных двойных связей. [23] Липиды также восприимчивы к фотоиндуцированным реакциям с ангелицином, которые могут быть как аэробными, так и анаэробными. Аэробные реакции вызывают перекисное окисление липидов [24] , тогда как анаэробный путь приводит к конъюгации ангелицина с цепями ненасыщенных жирных кислот, такими как линоленовая кислота, способом, аналогичным образованию пиримидиновых аддуктов. [25]
Было показано, что белки взаимодействуют с ангелицином нековалентным образом. Например, существует измеримое сродство ангелицина к человеческому сывороточному альбумину (19,10 × 10 4 моль −1 л −1 ), который имеет один нековалентный сайт связывания на молекулу ангелицина. Ультрафиолетовый свет (365 нм) облегчает его ковалентное связывание с белками, которое усиливается в присутствии кислорода. На этой длине волны ангелицин также может модифицировать некоторые аминокислоты. [26] [27] [28]
Согласно MSDS Sigma-Aldrich, [29] LD 50 ангелицина составляет 322 мг/кг, что показывает острую токсичность при пероральном введении крысам. Возможные последствия - изменение циркадного ритма и рефлекса выпрямления , атаксия и анальгезия .
Ангелицин проявляет фототоксические и фотомутагенные эффекты при контакте с кожей. Он повышает чувствительность кожи к УФ-излучению [30], что приводит к серьезным повреждениям кожи, таким как эритема и волдыри . [31] [32] При облучении УФ-излучением с большей длиной волны ангелицин образует моноаддукты ДНК, которые могут вызывать рак кожи. [32] Напротив, изомер ангелицина, псорален, как сообщается, в пять-десять раз активнее ангелицина и сшивает ДНК . Это затрудняет репликацию ДНК в большей степени из-за неспособности двух цепей спирали ДНК разделяться. [33] И псорален, и ангелицин могут использоваться в терапии рака для подавления репликации ДНК в опухолевых клетках и индукции апоптоза — как упоминается в медицинском применении — но с ними следует обращаться осторожно, так как они могут вызывать фотодерматит в здоровых клетках в качестве побочного эффекта. [30] [33]
В культурах клеток млекопитающих ангелицин проявил мутагенные и цитотоксические эффекты, играя роль сильного ингибитора метаболизма лекарств. [34] Ингибирование обусловлено тем, что ангелицин снижает активность и экспрессию CYP1A1 , который регулируется арильными углеводородными рецепторами (AhR). Для объяснения этого явления предложено три гипотезы: [34]
Фототоксические свойства ангелицина были использованы при его использовании в качестве природного пестицида и дезинфицирующего средства. Обратите внимание, что трудно легко определить, представляет ли только ангелицин наибольший риск фототоксичности и фотомутагенности, поскольку в растениях ангелицин всегда встречается в смеси с производными ангелицина, псораленом и другими фуранокумаринами. Более того, состав фуранокумарина большинства видов растений точно не известен, как и токсические свойства некоторых фуранокумаринов. [32]