Сравнительное иследование противовирусной активности кверцетина и его производных

Секция 1. Биология

Section 1. Biology Секция 1. Биология

Uzunzhasova Aliya Bulatovna, Turmagambetova Aizhan Sabirzhanovna, Zaitseva Irina Alekseevna, Alexyuk Madina Saparbaevna, Sokolova Nadezhda Sergeevna, Korulkin DmitriyYurjevich, Bogoyavlenskiy Andrey Pavlinovich, Berezin Vladimir Eleazarovich,

Institute of microbiology and virology, Laboratory antivirus protection, Almaty, Kazakhstan E-mail: anpav_63@mail.ru

Comparative study antiviral activity of quercetin and its derivatives

Abstract: Development of preventive and therapeutic antiviral herbal medicines is one of the most important practical problems of modern virology. A comparative study of the ability derivates of quercetin inhibit influenza virus reproduction was shown. It has been established that the maximum activity of quercetin derivatives revealed the presence of two or three carbohydrate moieties, and the addition of gallic acid to the carbohydrate portion of the molecule decreases the antiviral activity of compound. It is shown that derivatives of quercetin can be considered as a promising source for new effective antiviral agents.

Keywords: quercetin, influenza virus, antiviral activity.

Узунжасова Алия Булатовна, Турмагамбетова Айжан Сабиржановна, Зайцева Ирина Алексеевна, Алексюк Мадина Сапарбаевна, Соколова Надежда Сергеевна, Корулькин Дмитрий Юрьевич, Богоявленский Андрей Павлинович, Березин Владимир Элеазарович,

Институт микробиологии и вирусологии, лаборатория противовирусной защиты, Алматы, Казахстан

E-mail: anpav_63@mail.ru

Сравнительное иследование противовирусной активности кверцетина и его производных

Аннотация: Разработка профилактических и терапевтических противовирусных растительных препаратов является одной из важнейших практических задач современной вирусологии. Проведено сравнительное изучение наличия способности полифенольных соединений на основе кверцетина подавлять репродукцию вируса гриппа. Установлено, что максимальная активность производных кверцетина выявляется при наличии двух-трех углеводных остатков, а добавление галловой кислоты к углеводной части молекулы несколько снижает активность препарата. Показано, что препараты производных кверцетина могут рассматриваться как перспективный источник для получения новых эффективных противовирусных средств.

Ключевые слова: кверцетин, вирус гриппа, антивирусная активность.

В последние годы большое внимание уделяется разработке и изучению профилактических и терапевтических лекарственных препаратов на основе растительных компонентов, в частности, биофлаво-ноидов. Одним из препаратов, широко используемых

в медицинской практике, является кверцетин и его производные. Кверцетин, подобно другим флавонои-дам, представляет собой полифенольное соединение, основным структурным элементом которого являются два ароматических кольца А и В, соединенных

3

Section 1. Biology

трехуглеродным мостиком, образующим пирановый или пироновый (при наличии двойных связей) цикл [1, 172]. По результатам экспериментальных исследований в водных системах выявлены наиболее важные для антиоксидантной активности структурные элементы молекулы кверцетина: 1) две ОН-группы в положениях СЗ’ и С4’; 2) двойная связь между 2-м и 3-м атомами углерода, желательно совместно с карбонильной группой в положении С4, необходимой для делокализации неспаренного электрона

от B-кольца; 3) ОН-группы в положениях СЗ и С5 совместно с карбонильной группой (рис. 1) [2, 45; 3, 236; 4, 115]. Кверцетин обладает антирадикальной активностью в отношении супероксидного радикала (О ), гидроксильного радикала (ОН) и липидного пероксид радикала (LOO), выступая в роли донаторов электронов или атома водорода [4, 114]. Гидроксильная группа фенола, ответственная за антирадикальную активность, диссоциирует в свою анионную форму в зависимости от pH среды.

Рис. 1. Структура кверцетина с активными центрами молекулы [4, 114]

Таким образом, антирадикальная активность кверцетинов возрастает с увеличением pH среды. Наличие трех активных центров молекулы позволяет кверцетину проявлять широкий спектр фармакологических свойств: капилляро-стабилизирующее, кардио- и радиопротекторное, регенеративное, антиоксидантное, противовоспалительное, спазмолитическое, антиульцерогенное, диуретическое, антисклеротическое [5, 207; 6, 407; 7, 189; 8, 420]. Кверцетин имеет свойства модуляторов активности различных ферментов, принимающих участие в деградации фосфолипидов (фосфолипаз, фосфогеназ, циклооксигеназ), влияющих на свободнорадикальные процессы и отвечающих за биосинтез в клетках оксида азота, протеиназ и др. В природе кверцетин встречается в виде гликозидных форм, содержащих от 1 до 3 остатков моносахаров в положениях 3, 5, 7, сопровождаемых наличием остатка галловой кислоты [9, 152; 10, 25; 11, 547].

В наших исследованиях было проведено сравнительное изучение наличия способности полифенольных соединений на основе кверцетина подавлять репродукцию вируса гриппа.

В работе были использованы следующие препараты: ремантадин (АО «Олайнфарм», Латвия), кверцетин (“Sigma”, США) и рутин (ЗАО «Алтайвита-мины», Россия): производные кверцетина (любезно

предоставленые сотрудниками химического факультета КазНУ, Алматы, Казахстан (таблица 1)).

Приготовление суспензий и растворов препаратов осуществляли в растворе фосфатно-солевого буфера, рН 7,2.

Для выращивания вирусов использовали

9- 11 дневные куриные эмбрионы, полученные из птицефабрик АО «Аллель Агро» (Алматы, Казахстан).

Исследования проводили с вирусом гриппа птиц, штаммы А/малая крачка/Южная Африка/1/61 (H5N3) и А/ГРУ/Коз1:оск/34 (H7N1) (получены из коллекции вирусов ГУ «Институт вирусологии им Д. И. Ивановского»).

Вирусы выращивали в аллантоисной полости

10- дневных куриных эмбрионов в течение 24-36 часов при 37 0 С.

Определение противовирусных свойств выполняли методом «скрининг-тест», рассчитанным на подавление репродукции вируса в количестве 100 ЭИД50 заданными дозами лекарственных препаратов. Критерием противовирусного действия считали снижение инфекционного титра вируса при обработке противовирусным средством в сравнении с контролем [12, 543; 13, 75].

Вирулицидную активность исследуемых препаратов определяли путем обработки вируссодержащего материала лекарственными препаратами

4

Секция 1. Биология

в различных дозах при 37 0 С в течение 30 мин. с последующим титрованием инфекционности обработанного материала. За реальное вирулицидное Таблица 1 Препараты, исследованные

Инфекционный титр вирусов на куриных эмбрионах определяли путем десятикратных разведений в соответствии с методом Reеd и Muench [14, 496; 15, 147].

Для сравнительного анализа противовирусных свойств кверцетина и его производных была изучена их вирулицидная активность в дозе 10 мг/кг (см. рис. 3). Установлено, что препараты 3 и 5 не влияли

действие принимали разность между инфекционным титром вируса в пробе до и после экспозиции с исследуемым препаратом [14, 496]. на наличие противовирусных свойств

на титр инфекционности вируса; препараты 1 и 4 обладали средневыраженными вирулицидными свойствами, сопоставимыми с коммерческим препаратом ремантадин, а препарат 2 проявлял ярковыраженную способность подавлять инфекционную активность вируса гриппа независимо от его антигенной структуры.

№ Название соединения Структурная формула

1 Кверцетин (3, 3’, 4’, 5, 7 - пентагидроксифлавон) он _Д>,ОН ОН 0

2 Рутин, кверцетин - 3 - О - рутинозид, рутозид, софорин (2 - (3, 4 - дигидроксифенил) - 5, 7 - диги-дрокси - 3 - [a-L - рамнопиранозил - (1 ^ 6) - ß-D -глюкопиранозилокси] - 4H - хромен - 4 - он) "YtVXXv Wv!2^z;°" он о ? но Т он

3 3 - О - (2” - галлоил) - ß-D - глюкопиранозид кверцетина н°^ лч JL 111 HV он о J fl jrr^ \1Ю он

4 3 - О - (2” - галлоил) - ß-D - глюкопиранозидо - (6^-1) -a-L - рамнопиранозид кверцетина ,014 НОч ,Оч

5 3 - О - (2” - галлоил) - ß-D - глюкопиранозидо - (6^1) -a-L - рамнопиранозил - 7 - О - ß-D - глюкопирано-зид кверцетина hLa/yv.°yII^ 1[°- у\Л j» он и Г X )1гж \но V он

5

Section 1. Biology

A/Almaty/8/9B

Примечание: вирусы были обработаны препаратами в дозе 10 мг/кг в течение 30 мин. при 37 0 С; результаты представлены в виде разницы десятичных логарифмов разведения между титром вируса до обработки препаратом и после; различия в подавлении инфекционности вирусов достоверны (P<0,05). По оси ординат дана степень снижения титра инфекционности вируса в десятичных логарифмах разведения.

Рис. 2. Вирулицидная активность кверцетина и его производных

Также была изучена вирусингибирующая активность кверцетина и его производных. Показано, что способность блокировать репродукцию 100 инфекционных доз вируса в значительной степени зависит от структуры используемого препарата (рис. 3). Установлено, что добавление одного гликозидного остатка к агликону кверцетина снижает его противовирусные

120 т------------------

1 2 3 4 5

A/AI maty/8/98

Примечание: по оси ординат степень подавления инфекционности вируса в %; ряд 1 вирус гриппа, штамм А/FPV/Rostock/34 (H7N1); ряд 2 вирус гриппа, штамм А/малая крачка/Южная Африка/1/61 (H5N3).

Рис. 3. Влияние кумаринов в дозе 10 мг/кг на инфекционный титр вируса

свойства независимо от наличия остатка галловой кислоты. Наличие двух сахарных остатков рутина приводит к 100 % подавлению репродукции вируса в исследуемой дозе. Появление галловой кислоты в углеводной части препарата 4 снижает активность соединения, которая вновь возрастает при появлении 3 углеводного остатка у 5 соединения.

Таким образом, в проведенных исследованиях было установлено, что структура производных кверцетина в значительной степени влияет на проявление противовирусных свойств соединения [16, 835; 17, 572; 18, 845]. Максимальная активность препаратов выявляется при наличии двух-трех углеводных

остатков, а добавление галловой кислоты к углеводной части молекулы несколько снижает активность препарата. Исследованные препараты производных кверцетина могут рассматриваться как перспективный источник для получения новых эффективных противовирусных средств.

Список литературы:

1. Kelly G. S. Quercetin Alternative Medicine review. - 2011. - Vol. 16, - No 2. - P. 172-194.

2. Музычкина Р. К., Корулькин Д. Ю., Абилов Ж. А. Качественный и количественный анализ основных групп БАВ в лекарственном растительном сырье и фитопрепаратах. - Алматы: Казак; Университету - 2004. - 288 с.

6

Секция 1. Биология

3. Музычкина Р. А., Корулькин Д. Ю., Абилов Ж. А. Основы химии природных соединений. - Алматы: ^азац Университету - 2010. - 564 с.

4. Роговский В. С., Матюшин А. И., Шилановский Н. Л. Перспективы применения препаратов кверцетина для профилактики и лечения атеросклероза//Международный научный журнал. - 2011. - № 3. - с. 114-118/

5. Конкина И. Г., Грабовский С. А., Муринов Ю. И., Кабальнова И. Н. Сравнительная оценка реакционной способности кверцетина и дигидрокверцетина по отношению к пероксильным радикалам//Химия растительного сырья. - 2011. - № 3. - с. 207-208.

6. Materska M. Quercetin and its derivates: chemical structure and bioactivity: a review Pol.J. Food Nutr. Sci. 2008. - Vol. 58, No. 4. - pp. 407-413.

7. Aguirre L., Arias N., Macarulla M. T., Gracia A., Portillo M. P. Beneficial Effects of Quercetin on Obesity and Diabetes The Open Nutraceuticals Journal, - 2011, - 4, - p.189-198.

8. Nijveldt R. J., van Nood E., van Hoorn D., Boelens P. G., van Norren K., van Leeuwen P. Flavonoids: a review of probable mechanisms of action and potential applications Am J Clin Nutr 2001; 74:418-25.

9. Hollman P. C., van Trijp J. M., Buysman M. N., van der Gaag M. S., Mengelers M. J., de Vries J. H., Katan M. B. Relative bioavailability of the antioxidant flavonoid quercetin from various foods in man//FEBS Lett. - 1997, Nov 24. - Vol. 418, № 1-2. - Р. 152-156.

10. Naidu P. V. S., Kinthada P., Kalyani P., Muralidhar P. Characterization and biological activities of quercetin thiosemicarbazone derivatives: potential anti cancer drugs Int J Pharm Biomed Sci 2012, 3 (2), 24-27.

11. Erlund I., Kosonen T., Alfthan G., Maenpaa J., Perttunen K., Kenraali J., Parantainen J., Aro A. Pharmacokinetics of quercetin from quercetin aglycone and rutin in healthy volunteers. Eur J Clin Pharmacol 2000, 56, 545-553.

12. Spalatin J., Hanson R. P., Beard P. D. The haemagglutination-elution pattern as a marker in characterizing Newcastle disease virus. Avian Dis. - 1970. - Vol. 14. - P. 542-549.

13. Шнейдер М. А. Методические вопросы научной разработки противовирусных средств, Минск: Наука,-1977, - с. 150.

14. Reed L., Muench H. A simple method ofestimating fifty percent endpoints. Amer. J. Hyg., 1938, V. 27, - P. 493-497.

15. Урбах В. Ю. Статистический анализ в биологических и медицинских исследованиях, Москва, - 1975, - с. 295.

16. Walle T. Absorption and metabolism of flavonoids. Free Rad Biol Med 2004, 36, 829-837.

17. Wiczkowski W., Piskuta M.K. Food Flavonoids. Pol J Food Nutr Sci 2004, 21, 539-573.

18. Williams R.J., Spencer P.E., Rice-Evans C. Flavonoids: antioxidants or signaling molecules? Free Rad Biol Med 2004, 36, 838-849

Lygin Sergei Aleksandrovisch, candidate of chemistry, associate Professor Birsk branch of the Bashkir State University, Russia, Birsk E-mail: lygins@mail.ru Kabirova Liana Rustamovna, student of biology and chemistry Birsk branch of the Bashkir State University, Russia, Birsk E-mail: lygins@mail.ru

The assessment of environmental state Karaidel district of Bashkortostan

Abstract: This article describes analysis results of lead on the frequency of genes and genotypes buttercup caustic inhabiting near local roads Baiki — Akbulyak; examine the extent of soil contamination with heavy metals along the highway of republican values Baiki — Birsk; chemical studies of water in the river Ufa, using chromatographic, volt amperometric and other methods. Found that the results obtained are within the MPC and characterize the area as environmentally friendly.

Keywords: chromatography, period of half-removal, motor pollution, chemical parameters of water, biochemical oxygen demand, nitrogen group, dissolved oxygen, ecology.

7