3.03.2010 г. в Институте им. Вейцмана состоялось очередное заседание членов Дома ученых и специалистов Реховота. Из-за болезни д-ра А. Зеличeнка тема лекции была изменена. Перед аудиторией выступил зав. лабораторией института Вейцмана д-р Рабинков с лекцией на тему “Аллицин – история открытия и современный взгляд”.

Тематика вызвала интерес, т.к. аллицин – это активное вещество чеснока. Фармакологическое действие натуральных продуктов в последнее время привлекает исследователей.
Лектор – автор патентов, его работы могут найти применение в сельском хозяйстве (защите растений), различных областях медицины.
Аллицин – история открытия и современный взгляд д-р Арон Рабинков (Реховот)

Аллицин – главное биологически активное вещество чеснока: от открытия до наших дней.

Сегодня пойдет речь об аллицине, наиболее важном биологически активном веществе чеснока. Чеснок как лечебное растение был известен еще в далекой древности. Он упоминается еще в Танахе и египетских папирусных свитках.

В Китае чеснок с древнейших времен играет важную роль в традиционной медицине. В наши дни лечебные свойства чеснока подвергаются переоценке и переосмыслению. Продолжается научное изучение биологически активных веществ чеснока и механизма их действия. Важнейшим действующим началом чеснока признано считается аллицин, (диаллил дитиосульфинат) легко кипящее эфирное масло обладающее характерным чесночным запахом. По сути аллицин и является носителем этого запаха. Аллицин был открыт в 1944 американским ученым Честером Кавалитто и с тех пор интенсивно изучается в многочисленных лабораториях различных стран мира. Одно из самых известных свойств чеснока, а вслед за ним и аллицина является выраженное антибиотическое действие. Это растение, как и аллицин, называют природным антибиотиком. Необычайно важным и интригующим фактом является отсутствие аллицина в интактной дольке чеснока. Только при его разрушении (ножом или зубами) происходит образование специфического запаха и, как оказалось, образование аллицина. Молекула аллицина продуцируется ферментом аллииназа, открытом в чесноке в 1947 году швейцарскими исследователями Столлом и Зибеком. Они же обнаружили в чесноке и субстрат аллииназы особую аминокислоту аллиин, не содержащуюся в белках.
В клетках чесноковой дольки аллииназа содержится в вакуолях, отгороженных от цитоплазмы собственными мембранами, в то время как аллиин равномерно распределен в цитоплазме. Разрушение чесноковой клетки ведет к контакту аллииназы и аллиина, в результате чего начинает образовываться аллицин. Аллицин гидрофобная липофильная молекула, обладающая множеством биологических активностей и легко проходящая через клеточные мембраны. Аллицин влияет на множество биологических процессов, в частности в достаточной дозе он оказывает цитотоксическое действие, приводя к клеточной смерти. В основе механизма действия аллицина лежит его способность взаимодействовать с тиоловыми группами белков, изменяя метаболические процессы в клетках. Генерация аллицина имеет биологическую целесообразность, являясь примитивным защитным механизмом растения (чеснока, лука и др. представителей семейства Allium) от микроорганизмов почвы: бактерий, грибков, червей и т.д. Более высокая эффективность аллицина по отношению к микроорганизмам объясняется наличием у теплокровных больших количеств глутатиона, нейтрализующего аллицин. Аллицин является прародителем большинства активных серу содержащих веществ чеснока и, таким образом, основное биологическое и фармакологическое действие чеснока начинается с образования аллицина. Мое участие в изучении аллицина началось опосредованно и очень давно.
После открытия аллицина и описания его образования из аллиина с одновременным образованием пировиноградной кислоты и аммиака, эта реакция попалась на глаза моему московскому боссу, академику Александру Евсеевичу Браунштейну, крупнейшему специалисту по обмену аминокислот и автору теории механизма реакций катализируемых витамин B6-зависимыми ферментами. Посмотрев на реакцию А.Е., предположил, что аллииназная реакция тоже относится к этому классу. Он поручил исследовать этот вопрос своей аспирантке, моей будущей руководительнице Елизавете Васильевне Горяченковой. Она быстро справилась с задачей и еще в 1952 году опубликовала статью о пиридоксальфосфатной (витамин B6) природе аллииназы. А в 2006 году наша группа в Институте Вейцмана расшифровала трехмерную структуру аллииназы. Она оказалась димером, состоящим из двух одинаковых субединиц. На каждую субъединицу приходится 1 молекула кофактора пиридоксальфосфата. Фермент содержит также 2 олигосахаридных цепи, по-видимому, служащих для правильной транспортировки молекулы аллииназы в чесночной клетке. Очистив аллииназу из луковиц чеснока, и разработав простые и надежные методы анализа аллицина, аллиина и аллииназы, мы разработали способ биотехнологического получения чистого аллицина. Мы показали, что иммобилизация аллииназы на колонке не приводит к потере активности фермента. Напротив он оказался стабилизированным и активным при комнатной температуре в течение длительного времени. Пропуская через колонку с иммобилизованной аллииназой раствор синтетического аллиина, мы на выходе из колонки получали раствор чистого аллицина в концентрации до 2 мг/мл (максимальная водорастворимая концентрация аллицина). Таким образом, в нашей лаборатории впервые оказались доступными для исследования большие количества чистого аллицина.
Поговорим немного о биологической активности аллицина. Многочисленные исследования, включая и наши собственные, свидетельствуют об удивительно широком спектре его биологического действия, в большинстве повторяющего действие самого чеснока. Среди наиболее изучаемых и важных видов биологической активности аллицина можно назвать:
• благоприятное воздействие на сердечно – сосудистую систему,
• умеренное снижение повышенного давления,
• нормализация липидного состава крови,
• антитромботическое действие,
• улучшение усвояемости глюкозы,
• иммуномодулятоное действие,
• нормализация работы желудочно-кишечного тракта,
• а также выраженное антибиотическое действие (антимикробное, антигрибковое, антивирусное, антипаразитное, инсектицидное)
• и, что очень важно, по достижении необходимой дозы, цитотоксическое и противораковое действие.
Как я уже упоминал выше, основным механизмом действия аллицина является его способность модифицировать тиоловые группы в белках, что в свою очередь приводит к инактивации (реже активации) различных регуляторных белков, отвечающих за передачу внутриклеточных сигналов межклеточные контакты и деление клеток. Так, в частности, нами недавно показана крайне высокая чувствительность микротрубочек в клетке к действию аллицина, что приводит к остановке клеточного деления. Не стоит скидывать со счетов и выраженную антиоксидантную активность аллицина, важную для понимания его влияния на метаболические процессы. Наши исследования показали, что аллицин легко проходит через клеточную мембрану, не нуждаясь в специальном переносчике и, не встречая препятствий.
Липофильность аллицина облегчает его прохождение через мембрану, в то время как его предшественник гидрофильный аллиин свободно в клетку проникнуть не может. Цикл наших работ по механизму действия аллицина был положительно оценен специалистами. Однако самым ценным и неожиданным для нас, явилось письмо Ч. Каваллито “отца» – первооткрывателя аллицина, который нашел время и силы, чтобы специально оценить и поблагодарить за полученные результаты. Ознакомившись вкратце с получением и механизмом действия аллицина, перейдем к некоторым аспектам его биологической активности, где нам благодаря наличию в руках большого количества чистого аллицина удалось выполнить ряд работ и получить новые оригинальные данные по свойствам аллицина и механизма его действия. Прежде всего, хочу остановиться на антибиотическом действии. Нами показано выраженное пестицидное действие аллицина, что подводит базу под его применение в сельском хозяйстве с целью защиты растений. Мы показали дозо – зависимую токсичность аллицина для почвенных грибков, вредящих росту растения.
Согласно исследованиям, проведенным нами совместно с Еврейским университетом, аллицин эффективно очищает почву от патогенных микроорганизмов, представляя реальную альтернативу повсеместно использовавшемуся метилен бромиду, запрещенному мировыми конвенциями из-за его роли в образовании озоновых дыр.
Противогрибковое действие аллицина издавна используется в народной медицине для лечения кожных заболеваний и лечения поражений ногтей. Нами предложены препараты стабилизированного аллицина, используемого в виде капель и кремов, а также специальное устройство для образования аллицина локально в месте грибкового поражения. Группа добровольцев прошла 4-6 недельный курс лечения с четким положительным результатом. Задачей ближайшего будущего является внедрение аллицин – содержащих противогрибковых препаратов в медицинскую практику.
Другой цикл исследований в нашей группе был посвящен изучению влияния аллицина на заболевания сердечно – сосудистой системы. Ряд более ранних работ свидетельствовали о благоприятном воздействии чеснока (а в некоторых исследований и аллицина на гипертензию, и липидный профиль крови. В работах на животных с воспроизведенными моделями гипертензии и атеросклероза, нами было показано, что чистый аллицин достоверно снижает повышенное кровяное давление, общее содержание холестерина и триглицеридов в сыворотке крови и уровень холестерина в липопротеинах низкой плотности и, в то же время повышает уровень “хорошего” холестерина, т.е. холестерин в липопротеинах высокой плотности.
Самым важным свойством аллицина оказалась его способность обращать вспять развитие атеросклеротических бляшек и таким образом очищать просвет кровеносных сосудов. Замечательные результаты были получены совместно с проф. Розенталь из Тель-авивского университета по влиянию аллицина на болезнь ХХI века, так называемый, метаболический синдром (синдром Х). Этот синдром характеризуется комплексом из повышенного давления, повышенного уровня холестерина и триглицеридов крови, нарушенного липидного баланса, гипертензии, гиперинсулинемии и ожирения.
Аллицин у модельных животных обладал способностью снижать артериальное давление, нормализовать липидный обмен, снижать уровень холестерина, гомоцистеина и триглицеридов, снижать уровень инсулина в крови и, что было совершенным сюрпризом, предотвращать повышение веса тела у модельных животных, не нарушая их общего состояния. Поскольку аллицин известен рядом свойств, затрудняющих его применение как лекарственного средства, мы синтезировали новое соединение аллилмеркаптокаптоприл на базе известного и хорошо себя зарекомендовавшего гипотензивного средства каптоприла, где тиоловая группа была замещена половиной молекулы аллицина. Это стабильное кристаллическое соединение (на которое получен американский и др. патенты) повторил на экспериментальных животных основное благоприятное воздействие аллицина на метаболический синдром, что делает его очень перспективным для внедрения в медицинскую практику.
Одним из наиболее ценных свойств чеснока считается его противораковая активность. Кроме поверий и опыта народной медицины в ХХ веке накоплен обширный материал, свидетельствующий о защитном действии чеснока в развитии онкологических заболеваний. Обширные эпидемиологические исследования показали, что в местностях, где население постоянно употребляет в пищу большие количества чеснока заболеваемость раком толстой и прямой кишки как минимум на треть меньше.
Американские клиницисты убедительно доказали, что чем больше этого растения мы потребляем, тем ниже становятся уровни канцерогенных процессов в организме, способных привести к развитию рака и тем эффективнее его профилактическое защитное действие. Противораковое действие аллицина было замечено вскоре после его открытия. Вслед за этим появилось множество работ, посвященных его цитотоксическому и антипролиферативному действию.
Однако это действие аллицина, к большому сожалению исследователей, проявлялось только в экспериментах ин витро. Причиной этого являлись его короткое время жизни и высокая реакционноспособность аллицина. Литературные данные свидетельствуют, что аллицин, будучи введенным в кровь исчезает из кровотока в течение нескольких минут. Следовательно, чтобы обмануть природу и суметь использовать замечательные свойства аллицина, необходимо было обойти эти препятствия. Мы поставили своей целью разработать метод образования аллицина на поверхности раковой клетки, так чтобы он не должен был достигать опухоли через кровоток, то есть создать ситуацию, приближенную к таковой в клетке чеснока, где он образуется только как реакция на нарушение целостности клетки. Для этого нужно было осуществить направленный транспорт аллииназы к поверхности раковой клетки и в момент, когда посаженная на нее аллииназа сидит на “месте” ввести в кровоток аллиин (предшественник аллицина). Достигнув раковой клетки и вступив в соприкосновение с доставленной к ней аллииназе из аллиина начинает образовываться аллицин, который немедленно проникает через клеточную мембрану и убивает клетку. В качестве переносчика мы выбрали моноклональное антитело, развитое против специфического антигена, находящегося в избыточном количестве именно на данной раковой клетке и намного менее представленном в нормальных клетках. Направленная доставка позволяет селективно уничтожать опухолевые клетки, не затрагивая нормальные.
Наш оригинальный подход был апробирован в коьюгировании аллииназы с моноклональными антителами против рецептора эпидермального фактора роста, после чего были успешно вылечены мыши с пересаженным раком желудка. Связав аллииназу с известным антителом ретуксимабом удалось уничтожить ин виво клетки человеческой бета лимфоцитарной хронической лейкемии. Обнадеживающие результаты были получены и с рядом других опухолей. Все это говорит о большом потенциале данного подхода в лечении опухолей и реальной возможности получения противоопухолевого лечебного эффекта аллицина ин виво.
Последний пример новых подходов к лечебному применению аллицина будет из области смертельных грибковых заболеваний. Мы распространили принцип лечения аллицином с помощью его направленного образования в месте локализации возбудителя, связав аллииназу с оригинальным антителом против грибка Аспергиллус, полученному в Институте Вейцмана. Когда эти грибки активизируются, они вызывают пневмонию с 97%-ной смертностью у больных с подавленным иммунитетом (СПИД, пересадка органов, гормонолечение, гепатит C и т.д.). Вводя конюьгаты аллииназы с анти-аспергиллусным антителом ингаляторно мышам, заболевшим аспергиллезом, и после этого назначив аллиин, мы смогли вылечить этих животных от данного смертельного заболевания, что также, безусловно, свидетельствует о ценности аллицин-генерирующей системы, как подхода для лечения тяжелых инфекционных заболеваний.
Все вышесказанное позволяет заключить, что аллицин, эта “фантастическая” молекула продолжает интриговать исследователей и в наши дни, а новые разработки, типа приведенных выше, позволяют надеяться на получение современных лекарственных препаратов, в основе которых будут лежать его замечательные свойства.
март, 2010 г.
Арон Рабинков

Создать твит!