Растительные ресурсы, 2022, T. 58, № 3, стр. 222-235

В последние годы наблюдается тенденция к более широкому применению различных природных биологически активных веществ в качестве средств для профилактики и лечения многих социально-значимых заболеваний [1]. Ярким примером источника таких веществ является Арония черноплодная (Aronia melanocarpa (Michx.) Elliot) [2]. Это растение высоко ценилось как противопростудное и вяжущее средство [3, 4].

Арония черноплодная – A. melanocarpa относится к семейству розоцветных Rosaceae и представляет собой многолетний листопадный кустарник высотой до 3 м. Продуктивный возраст ветвей – не более 10 лет. Восстановление куста происходит за счет ежегодно образующихся порослевых побегов и корневых отпрысков. Однолетние побеги красно-бурые, побеги старшего возраста – темно-серые. Корневая система мочковатая, состоит из вертикально и горизонтально расположенных корней. Листья обратнояйцевидные, с пильчатым краем, очередные, длиной 4–8 см и шириной 3–5 см, летом – ярко-зеленые, осенью – красные; верхняя сторона листьев кожистая, глянцевая, гладкая, темно-зеленая, нижняя – слабоопушенная с беловато-матовым оттенком. Цветки небольшие, белые, пятилепестные, двуполые, собраны в плотные щитковидные соцветия 5–6 см в диаметре. Цветет арония в мае–июне примерно через 2 недели после распускания листьев, цветение продолжается 12–15 дней. Арония – самоопыляемое растение, а позднее цветение исключает возможность повреждения цветков весенними заморозками, что обеспечивает хорошее ежегодное плодоношение. Плоды созревают в конце августа–начале сентября, плодоношение начинается с 3–5 лет. Плоды шаровидной формы, реже – сдавленно-округлые, черного цвета, с сизым налетом, диаметром 10–15 мм. Кожица плодов плотная, мякоть фиолетово-красная, почти черная, вкус кисло-сладкий, вяжущий [5].

Родина аронии – восточная часть Северной Америки. В 1935 г. растение попало сначала на Алтай, а затем распространилось по другим регионам. В культуру в России была введена И.В. Мичуриным, который рекомендовал ее для северного садоводства. Благодаря своей неприхотливости и зимостойкости A. melanocarpa интродуцирована почти во всех эколого-географических районах нашей страны, даже в тех, где затруднено возделывание других плодово-ягодных культур. Растение светолюбивое, к почвам малотребовательное. Размножают аронию семенами, вертикальными и горизонтальными отводками, делением куста, корнеотпрысками, зелеными черенками и прививкой [6].

Плоды A. melanocarpa являются официнальным лекарственным сырьем [7] и внесены в Государственный реестр лекарственных средств (гос. регистрация на сухие плоды № 85/301/5, на свежие – № 71/609/16, № 73/941/24) [8].

Плоды A. melanocarpa содержат множество соединений, таких как углеводы, органические кислоты, аминокислоты, минералы, витамины, ароматические соединения и полифенолы [9]. Химический состав плодов аронии зависит от многих факторов, включая климатические условия, состав почвы, зрелость ягод, методы сбора урожая и условия хранения [10].

Углеводы. Основными углеводами, входящими в состав плодов аронии черноплодной, являются сахара, а их общее содержание может варьировать от 68 до 158 г/кг [11]. Согласно анализу химического состава, среди сахаров можно выделить глюкозу (11–40 г/кг), фруктозу (14–42 г/кг) и сорбит (44–76 г/кг). Сахароза обнаружена в ягодах в количестве до 0.34% [12].

Органические кислоты. Содержание органических кислот в аронии черноплодной низкое (1.1–1.4%) [11, 12]. Лидирующее место среди кислот занимают L-яблочная (13.1 г/кг), лимонная (2.1 г/кг) и хинная (5.9 г/кг) кислоты. Также, помимо перечисленных кислот, в плодах аронии содержатся шикимовая, щавелевая и янтарная кислоты, однако их количество минимально [3, 11]. Исследование химического состава жмыха плодов аронии черноплодной показало, что в этом продукте содержится галактуроновая кислота [13].

Белки и аминокислоты. Общее содержание белка в плодах аронии черноплодной низкое (0.7 г/100 г сырой массы), белки в основном содержат в своем составе следующие аминокислоты: глутаминовую, аспарагиновую и аргинин [3, 14].

Минералы, микро- и макроэлементы и витамины. Минеральное содержание (зольность) свежих плодов аронии составляет 4–6 г/кг [3], сока – 5 г/кг [15]. Суммарное содержание золы в жмыхах находится на уровне 1.4–3.9% в сухом веществе, причем наиболее зольными являются семена [13].

Среди макроэлементов, входящих в состав аронии черноплодной, основными являются калий и кальций, которые играют ключевую роль в окислительно-восстановительных процессах, переносе металлов, а также в ряде важных биохимических реакций [16, 17]. Основными микроэлементами являются Fe, Zn, Cu, Mn и Sn [13, 17].

В соке, полученном из плодов аронии, обнаружены следующие витамины: B₁ (25–90 мкг/100 мл), B₂ (25–110 мкг/100 мл), B₆ (30–85 мкг/100 мл), аскорбиновая кислота (5–100 мг/100 мл), пантотеновая кислота (50–380 мкг/100 мл) и ниацин (100–550 г/100 мл) [9].

Ароматические соединения. В настоящее время в аронии черноплодной идентифицировано более 48 ароматических соединений, из которых количественно лидируют амигдалин, циангидрин бензальдегида, синильная кислота, бензальдегид, бензиловый спирт, 2-фенилатанол, фенилацетальдегид [3]. Химический анализ сока из плодов аронии показал, что среди ароматических соединений основными являются следующие: спирты (48.9%), кетоны (30.3%), углеводороды (0.2%), кислоты (5.8%), альдегиды (2.9%), терпены (0.6%), сложные эфиры (0.3%). Наиболее распространенные соединения – 3-пентен-2-он (23.6%), 1-гексанол (18.2%) и 2-гексен-1-ол (11.1%) [17].

Полифенолы. Арония черноплодная является одним из самых богатых источников полифенолов среди других растений [18] и отличается высоким содержанием процианидинов, антоцианидинов и фенольных кислот, в то время как флавонолы присутствуют в небольших количествах [19].

При сборе плодов и приготовлении из них экстрактов всегда нужно учитывать, что полифенольный состав аронии значительно меняется в процессе их развития и созревания. Наибольшее содержание полифенолов наблюдается в незрелых плодах [20]. Также на полифенольный состав влияют погодные условия (температура и инсоляция) [10].

Основным полифенольным классом, в составе аронии черноплодной, являются процианидины, процентное содержание которых составляет 66%. Единицами процианидинов являются катехины, связанные между собой в основном C4–C6 и C4–C8 связями [19, 21]. Вторым по количественному содержанию является еще один класс полифенолов – антоцианы. Их содержание составляет около 25% от общего количества полифенолов. В основном они представляют собой смесь четырех различных гликозидов цианидина: 3-O-галактозида (68.9%), 3-O-глюкозида (1.3%), 3-O-арабинозида (27.5%) и 3-O-оксилозида (2.3%). Кроме того, в минимальном количестве в аронии представлены следующие антоцианы: пеларгонидин 3-O-галактозид и пеларгонидина арабинозид [19]. Общее содержание антоцианов может колебаться от 307 до 1480 мг на 100 г сырой массы [3].

Фенольные кислоты составляют 7.5% от всех полифенолов аронии. Основные соединения этой группы – хлорогеновая, неохлорогеновая и розмариновая кислоты [19, 22].

Флавонолы – группа полифенолов, содержащихся в аронии черноплоднов в минимальном количестве (около 1.3% от общего количества полифенолов). Согласно химическому анализу, по большей части это кверцетин [19]. В следовых количествах арония черноплодная содержит кверцетин-3-O-виканозид, а также кверцетин-3-робинобиозид [23]. Известно, что общее содержание флавонолов в листьях (180–786 мг/100 г) выше, чем в плодах (12–44 мг/100 г) [22].

Известно, что полифенолы, а также другие биологически активные вещества, содержащиеся в различных частях аронии черноплодной, обладают широким спектром биологической активности и низкой токсичностью [24].

В настоящее время, это растение представляет большой интерес для онкологов-экспериментаторов в качестве сырья для создания на его основе средств, для дополнительной терапии пациентов со злокачественными новообразованиями.

Во многих экспериментальных работах показано, что экстракты, выделенные из различных частей растения, оказывают противоопухолевое действие. Так, в экспериментах in vitro при использовании экстракта из плодов аронии, обогащенного антоцианами, наблюдали ингибирование пролиферации опухолевых клеток толстой кишки (HT-29) и мелономы кожи человека [25, 26]. В работе E.-S. Hwang (2018) показано, что 48-часовая инкубация клеток гепатоцеллюлярной карциномы человека SK-Hep1 совместно с экстрактом из листьев аронии приводит к торможению их роста [27]. Кроме того, добавление этого экстракта в культуру HL60 оказывало антипролиферативное действие в отношении опухолевых клеток [28]. Антоцианы из аронии способны связываться с рецепторами эстрогена ERα и β в клетках опухоли, оказывая воздействие, сходное с таковым официнального препарата тамоксифена, селективного модулятора рецепторов эстрогена, применяемого для лечения эстроген-зависимых опухолей молочной железы [29]. Противоопухолевое действие экстракта из плодов аронии показано на животных с перевиваемыми опухолями. Так, на мышах с меланомой В-16 применение антоциансодержащего комплекса (АСК) из аронии приводило к торможению роста первичной опухоли (на 26%): ее масса отличалась от контрольных значений в 1.3 раза [30]. Уменьшение массы первичной опухоли также отмечено у мышей с раком легкого-67, получавших изолированно АСК аронии [31].

Одним из механизмов, лежащих в основе противоопухолевого действия растительных экстрактов, является их воздействие на протеины – регуляторы клеточного цикла (р53, р21, р27, циклин D 1, циклин А), в результате чего подавляется деление опухолевых клеток [32]. Многими авторами показано, что использование экстракта из аронии черноплодной, обогащенного антоцианами, подавляет рост опухолевых клеточных линий благодаря активации циклин-зависимых киназ и подавлению циклиновых белков, которые являются ключевыми точками в основных фазах клеточного цикла (G1-S, S, G2-M) [33, 34].

Известно, что антоцианы вызывают апоптоз опухолевых клеток посредством высвобождения митохондриального цитохрома С, активации ферментов, высвобождающих каспазу, увеличения соотношения регуляторных белков (Bax и Bcl-2) [35]. В работе T. Sharif et al. [36] показано, что сок из аронии вызывает в клетках лейкемии человека усиление экспрессии опухолевого супрессора p73, активной каспазы 3 и подавляет экспрессию циклина B1 и эпигенетического интегратора UHRF1. Кроме того, сок значительно снижает потенциал митохондриальной мембраны и вызывает выброс цитохрома С в цитоплазму. Авторы показали, что противоопухолевая активность связана преимущественно с хлорогеновыми кислотами, некоторыми цианидиновыми гликозидами и производными кверцетина [36].

Еще одним механизмом запуска апоптоза с помощью экстрактов из аронии черноплодной, богатых антоцианами, является их влияние на активность топоизомераз. Ферменты топоизомеразы I и II играют жизненно важную роль в репликации ДНК, облегчая раскручивание суперспиральной ДНК. Следовательно, ингибирование активности топоизомеразы приводит к апоптозу [37]. В экспериментальных работах показано, что использование экстракта из плодов, приводит к снижению активности топоизомеразы I и II в опухолевых клетках HT-29 [38].

В литературе встречаются сведения об антиметастатических свойствах аронии черноплодной. Согласно экспериментальным данным, добавление экстракта из листьев аронии в опухолевую клеточную культуру человека SK-Hep1 приводит к торможению клеточной миграции, а также способствует снижению концентрации MMP-2/9, за счет подавления экспрессии мРНК MT1-MMP [27]. На животных с карциномой легких Льюис показана способность АСК из плодов аронии черноплодной ингибировать развитие метастазов: у животных, получавших растительный комплекс в изолированном режиме, достоверно меньше контрольного уровня оказались масса легких с метастазами и площадь метастатического поражения легких [30].

В механизме противометастатического действия экстрактов из аронии черноплодной имеет значение антиангиогенный эффект антоцианов, который опосредуется несколькими механизмами: угнетением экспрессии фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), стимулирующего рост кровеносных сосудов, васкуляризацию опухолей и их метастазирование, и подавлением экспрессии рецепторов VEGF на эндотелиальных клетках через ингибирование активации сигнального пути STAT3 [39, 40]. Антиинвазивное действие, представляющее собой предотвращение деградации коллагена базальной мембраны путем протеолиза, также присуще антоцианам. Известно, что для своей инвазии опухолевые клетки секретируют протеолитические ферменты, вызывающие деградацию внеклеточного матрикса. Причем деградация базальной мембраны зависит не от количества протеолитических ферментов, а от баланса активированных протеаз и их ингибиторов [41]. Матриксные металлопротеиназы и активаторы плазминогена – ферменты, регулирующие деградацию базальной мембраны. Подавление инвазии опухолевых клеток антоцианами осуществляется путем снижения ими экспрессии металлопротеиназ и урокиназного активатора плазминогена, а также стимуляции экспрессии тканевого ингибитора матриксной металлопротеиназы-2 и ингибитора активатора плазминогена [42].

Согласно литературным данным, развитие опухолей различного генеза сопровождается увеличением уровня триглицеридов и холестеринов, что является одним из факторов развития процесса метастазирования [43]. Для антоцианов, выделенных из аронии черноплодной, характерен гиполипидемический эффект [44–46]. Кроме того, во многих исследованиях показано, что использование аронии черноплодной и ее экстрактов приводит к снижению общего холестерина [47, 48], модуляции инсулинового, адипогенного и воспалительного путей [49].

В процессе развития злокачественных новообразований возникают нарушения в прокоагулянтных, антикоагулянтных механизмах и системе фибринолиза, что также приводит к запуску процесса образования метастазов [50]. Выявлено нормализующее влияние плодов аронии на показатели свертываемости крови. Известно, что назначение коммерческого экстракта из аронии черноплодной пациентам со злокачественными новообразованиями приводит к нормализации гемостатических свойств плазмы крови [51–53].

Еще одним перспективным направлением в онкологии является исследование включения аронии черноплодной в схему химиотерапии злокачественных новообразований, с целью создания на ее основе препаратов для повышения эффективности и/или снижения токсического действия цитостатиков.

Опубликованы данные, полученные в результате комплексного изучения химического состава насыщенного антоцианами комплекса из A. melanocarpa, полученного на кафедре фармацевтического анализа ФГБОУ ВО “Сибирский государственный медицинский университет” (г. Томск) и его исследования в онкологическом эксперименте в НИИФиРМ им. Е.Д. Гольдберга (Томский НИМЦ). В составе комплекса, полученного экстракцией 95% подкисленным спиртом этиловым, определено содержание антоцианов (5.83 ± 0.25%), катехинов (0.22 ± 0.02%), дубильных веществ (4.65 ± 0.30%), фенолокислот (0.27 ± 0.01%) и других биологически активных веществ [54].

На животных с перевиваемыми карциномой легких Льюис (3LL), раком легкого-67 (РЛ-67) и меланомой В-16 (В-16) изучено влияние антоциансодержащего комплекса A. melanocárpa (АСК) на эффективность цитостатического лечения. Так, на мышах-самках линии С57ВL/6 с перевитой карциномой легких Льюис показана способность АСК плодов аронии черноплодной повышать антиметастатическое действие циклофосфана: при совместном использовании циклофосфана и АСК аронии достоверно повышался противометастатический эффект цитостатика, судя по уменьшению количества (в 2.0 раза) и площади (в 12.6 раза) метастазов в легких (Р < 0.01), а также достижению максимальных значений индекса ингибирования метастазирования (98%).

У мышей с перевитой меланомой В-16 применение АСК аронии приводило к повышению противометастатического действия цитостатика. Так, в случае совместного использования циклофосфана и АСК аронии достоверно уменьшались количество и площадь метастазов в легочной ткани (в 2.1 раза) относительно этих показателей у животных группы монохимиотерапии [30].

Выявлено также повышение противометастатического действия циклофосфана под действием АСК (судя по уменьшению количества и площади метастазов в легких) у животных c раком легкого-67 [31].

Известно, что у онкологических больных уже активированы процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), еще более возрастающие в процессе цитостатического лечения. Побочные эффекты химиотерапии напрямую связаны с процессами свободнорадикального окисления, наработкой активных форм кислорода (АФК) и реакциями свободнорадикального окисления (СРО), приводящими к оксидативной модификации нуклеиновых кислот, белков и липидов. Так, метаболиты циклофосфана индуцируют ПОЛ, продукты которого нарушают все клеточные процессы, протекающие с потреблением энергии [55]. Нарушение баланса между свободными радикалами и антиоксидантной системой усиливает интоксикацию и приводит к повреждению здоровых органов и тканей, что оказывается лимитирующим фактором при решении вопроса о продолжении лечения [56]. Природные антиоксиданты способны связывать свободные радикалы, отдавая им электроны, препятствуя избыточной их концентрации на мембранах и, таким образом, прекращать процессы разрушения в клетках организма. Антиоксидантные свойства присущи флавоноидам, антоцианам: благодаря фенольной структуре и наличию гидроксильных групп в углеродных кольцах они напрямую связывают активные кислородные радикалы, вступая во взаимодействие с ними и приводя к стабилизации молекул [57–61], тем самым защищая ДНК здоровых клеток от повреждающего воздействия интермедиантов и продуктов перекисного окисления липидов [62]. Также известно, что эти соединения переходят в хиноидную форму, которая сама по себе является субстратом для детоксицирующих ферментов II фазы метаболизма. Это приводит к индукции общего повышения защиты организма от токсических ксенобиотиков [63].

Сведения литературы указывают на способность экстракта аронии черноплодной снижать побочные эффекты доксорубицина посредством уменьшения проявления оксидативного стресса, вызванного цитостатиком [64]. Аналогичные результаты были получены при исследовании влияния коммерческого экстракта из аронии на окислительный стресс у пациенток с метастазирующим раком молочной железы (РМЖ). Показано, что назначение растительного экстракта приводит к повышению активности антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы) в плазме крови у пациентов с РМЖ как до, так и после операционного вмешательства, а также и на фоне использования цитостатиков [65]. Авторы предполагают, что механизм ингибиции окислительного стресса с помощью экстракта заключается в снижении уровня в плазме крови гомоцистеина, который играет одну из ключевых ролей в процессе перекисного окисления липидов [65, 66]. В работе D. Rugina [66] также показано, что культивирование β-клеток поджелудочной железы совместно с экстрактом аронии черноплодной приводит к увеличению уровня таких антиоксидантных ферментов, как супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза по сравнению с клетками, подвергшимися воздействию только прооксидантнов [67].

Анемия встречается у половины онкологических больных, особенно при распространенном процессе, а у пациентов, получающих химиотерапию, ее частота достигает 90% [68]. Вследствие анемии в организме развивается гемическая гипоксия органов и тканей, а снижение содержания кислорода менее 1% стимулирует выработку факторов транскирипции, таких как HIF-1α, NF-kB и АР-1 [69]. Индуцируемые ими изменения активности генома приводят к адаптации клеток к этому состоянию, стимулируют ангиогенез, блокируют апоптоз, способствуя усилению опухолевого роста, инвазии и метастазированию. Низкие концентрации кислорода также оказывают мутагенное действие, усиливают нестабильность генома и, соответственно, вариабельность опухолевых клеток, что является основой для дальнейшей клональной селекции наиболее устойчивых линий. Низкое содержание кислорода в клетке является фактором химиорезистентности опухоли. Гипоксическое состояние способствует агрессивному развитию опухолей и является универсальным фактором неблагоприятного прогноза [70, 71]. В связи с этим, лечение анемии может приводить к повышению оксигенации опухоли и, таким образом, усиливать эффективность противоопухолевой терапии [72].

В наших экспериментах на животных с опухолью обнаружено, что назначение АСК из аронии совместно с доксорубицином приводит к стимуляции процессов восстановления костномозгового кроветворения, в особенности эритроидного ростка. Так, отмечено повышение общей клеточности костного мозга, преимущественно за счет увеличения содержания эритронормобластов. Содержание клеток этой популяции в костном мозге мышей, которым вводили растительный комплекс на фоне химиотерапии, на протяжении всего срока эксперимента оказалось выше такового у животных, получавших только монохимиотерапию.

Состояние костномозгового кроветворения во многом зависит от функциональной активности пула кроветворных клеток-предшественников. Проведенные исследования позволили установить, что при введении АСК из аронии на фоне доксорубицина наблюдалось достоверное увеличение (в 2.0 раза) выхода КОЕ-Э на 10-е сут после инъекции цитостатика, что превышает таковой показатель у животных, получавших референс препарат рекормон совместно с цитостатиком [73 ] .

Антоциансодержащие растения также оказывают положительное влияние на иммунологический статус организма. Так, в работе T. Iwashima et al. [2019] показано, что экстракт плодов аронии подавляет усиленную экспрессию мРНК для IL-1β и IL-6. Более того, под воздействием растительного экстракта наблюдалась ингибиция работы сигнальной молекулы IL-6 – IL6ST (gp130) как на уровне мРНК, так и на уровне белка. Кроме того, было отмечено подавление увеличения экспрессии мРНК CXCL8 (IL-8) и CCL2 (MCP-1), что свидетельствует об иммуномодулирующем действии растительного экстракта [39].

Таким образом, приведенные выше данные убедительно доказывают перспективность создания на основе A. melanocarpa лекарственных средств для дополнительной терапии пациентов со злокачественными новообразованиями. Расширение арсенала средств для индивидуализации схем лечения и рационального выбора терапевтической тактики позволит улучшить качество и продлить жизнь пациентам с онкологической патологией. Кроме того, богатая сырьевая база и низкая стоимость растительного сырья делают такого рода препараты экономически доступными для большинства нуждающихся больных.