Активные компоненты экстракта Bacopa monnieri и ноотропное действие in vivo и in silico



Нарушения памяти, внимания и других когнитивных функций проявляются при различных неврологических заболеваниях, а также отмечаются у пациентов с перенесенным инсультом, при хронической недостаточности мозгового кровообращения, экстрапирамидных заболеваниях, расстройствах тревожно–депрессивного ряда.

Широко обсуждается врачами и фармацевтами вероятный нейропротекторный эффект препаратов на базе натуральных стандартизованных экстрактов. Нейропротекция направлена на уменьшение повреждения нейронов, на профилактику и уменьшение степени повреждения ткани мозга в неблагоприятных условиях при различных заболеваниях и травмах [1].

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о полимодальном эффекте флавоногликозидов на нервную систему, их способности модулировать активность различных нейротрансмиттерных систем. Предполагается, что этот фактор лежит в основе влияния указанных соединений на память, процессы обучения и выживаемость нейронов [2, 3].

Значительный интерес представляет изучение эффективности препаратов, в состав которых входит экстракт индийского растения Bacopa monnieri (Бакопа Монье, «брахми»).

Уникальность действия Bacopa monnieri обусловлена его составом [4]. Бакопа содержит сапонины (бакозид А и В, D-маннитол, моннерин), алкалоиды (брахмин, герпестин), флавоноиды (апегинин, лютеонин), Фитостеролы (бета-ситостерол, бетулиевая кислота, бетулиновая кислота, стигмастарол), сапогенины, гликозиды [4, 5].

По данным авторов [5], активные компоненты этого экстракта обладают в первую очередь антиоксидантными и ноотропными свойствами, способствуют улучшению нейропередачи и влияют на высвобождение определенных нейромедиаторов. Причина, по которой бакопа оказывает эти эффекты в организме, обусловлена наличием бакозидов — мощных биоактивных соединений, которые влияют на антиоксидантные ферменты и регулируют уровни нейромедиаторов ацетилхолина, дофамина, ГАМК и серотонина. Bacopa monnieri предотвращает накопление β-амилоида и борется с воспалением нервной ткани, которые являются признаками старения мозга и слабоумия. Эти свойства были подтверждены обширными исследованиями in vitro и in vivo.

В научной работе [6] изучалось влияние стандартизированного экстракта Bacopa monnieri на дендритную морфологию нейронов в базолатеральной области миндального тела, которая связана с обучением и памятью. Исследование проводилось на крысах «Вистар”, которые были разделены на группы. Крысы из каждой контрольной группы получали дозы экстракта Bacopa monnieri по 20 мг / кг, 40 мг/кг и 80 мг/кг соответственно. Эксперименты продолжались в течение 2, 4 и 6 недель. После 2, 4 и 6 недель, крысы подвергались прохождению пространственного теста — Т-лабиринта.

Рис. 1. Микрофотографии нейронов:

1— нейроны, заснятые камерой и, обработанные по методу Шолла А — 0 мг/кг экстракта бакопы в течение 4 недель, В — 20 мг/кг экстракта бакопы в течение 4 недель, C — 40 мг/кг экстракта бакопы в течение 4 недель, D — 80 мг/кг экстракта бакопы в течение 4 недель;

2 — нейроны, заснятые камерой и, обработанные по методу Шолла. А — 0 мг/кг экстракта бакопы в течение 6 недель, В — 20 мг/кг экстракта бакопы в течение 6 недель, C — 40 мг/кг экстракта бакопы в течение 6 недель, D — 80 мг/кг экстракта бакопы в течение 6 недель [6].

Метод концентрических окружностей Шолла (Sholl) (рисунок 2) был применен для количественной оценки дендритных точек ветвления и пересечений. Использовались концентрические окружности на прозрачном листе с шагом в 20 мкм. Лист помещали на нейронную сеть так, чтобы центр тела клетки нейрона совпадал с центром концентрических окружностей. Было подсчитано количество точек ветвления между двумя концентрическими окружностями. Дендритным пересечением была точка, где пересекаются дендрит с окружностью. Подсчитаны были также дендритные пересечения в каждом участке.

Рис. 2. Диаграмма амигдалоидного нейрона по методу Шолла (Sholl) [6].

Увеличение дендритной длины и точек ветвления базолатеральных амигдалоидных нейронов у крыс, которым давали более высокие дозы стандартизованного экстракта Bacopa monnieri в более длительное время, показало, что концентраций 40 мг/кг и 80 мг/кг было достаточно для инициирования структурных изменений в этих нейронах. Авторы работы предполагают, что значительное количество дополнительных дендритов, которое сформировалось в течение 4 и 6 недель могли привести к более быстрой и эффективной проводимости импульсов, и вероятно, являлись одной из причин улучшенного обучения и памяти у испытуемых крыс.

Исследования ноотропного действия экстракта Bacopa monnieri проводятся не только на животных, но и на группах людей разного возраста. В Индии для оценки эффективности влияния активных компонентов бакопы на разные виды памяти были проведены шестинедельные испытания на 60 студентах 2 курса медицинского колледжа [7]. Перед тестированием были проведены базовые биохимические исследования и контрольные тесты на внимание, запоминание, логическое мышление, скорость реакции, скорость прямого и обратного счета, скорость набора текста на компьютере и ряд других. По окончании экспериментов — сделаны повторные аналогичные тесты и взяты биохимические анализы.

В ходе тестирования студенты контрольной группы принимали 2 раза в день таблетки BaCognize®, содержащие по 150 мг экстракта Bacopa monnieri, стандартизованного по бакозиду А3, бакопазиду II, бакопазиду Х и бакопасапонину С.

Из 17 проведенных нейропсихологических тестов, 9 тестов показали значительно лучшие показатели в контрольной группе, принимавшей экстракт Bacopa monnieri, по сравнению с группой, получавшей плацебо.

В связи с тем, что на сегодняшний день отсутствуют методики, которые могут достоверно выявить улучшение памяти и других когнитивных способностей, авторы работы предлагают проводить тестирования по имеющимся у них методикам с использованием различных концентраций экстракта и различной продолжительностью экспериментов. По мнению авторов, использование экстракта Bacopa monnieri для улучшения памяти и повышения умственной активности приносит первые результаты не менее чем через две недели приема.

Медико-биологические исследования воздействия экстракта Bacopa monnieri на людей с когнитивными расстройствами личности имеют недостаточную доказательную базу, но ученые уверены в том, что у этого растения огромный потенциал в психофармакотерапии.

Как упоминалось выше, сапонины под названием «бакозиды», особенно бакозид А, считаются основными биоактивными компонентами, которые отвечают за когнитивные эффекты. Сам бакозид А, является смесью четырех тригликозидных сапонинов, а именно бакозида А₃, бакозида II, бакопасапонина С и бакопазида Х. Однако фармакокинетика и фармакодинамика бакозидов мало изучена.

Для улучшения понимания молекулярных механизмов взаимодействия рецепторов и ферментов с активными веществами экстракта Bacopa monnieri, а также вероятности их абсорбции кишечником и пенетрации через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) в работе [8] применяли методы компьютерного моделирования.

Такие исследования in silico, необходимы для определения потенциальной возможности существования комплексов лиганд-рецептор или лиганд-фермент и обнаружения возможных участков их связывания. Лигандами в нашем случае являлись компоненты экстракта Bacopa monnieri и их метаболиты.

Рис. 3. Проникновение через ГЭБ и абсорбция через ЖКТ in silico: A– бакозид А3, B -бакопазид II, C — бакопасапонин С, D — бакопазид Х, E — джюджюбогенин, F- псевдоджюджюбогенин, G — бакогенин А₁, H — такрин, I — донепезил, J — эбелин-лактон. Уровни абсорбции желудочно-кишечным трактом: 0 –хорошо, 1 — среднее, 2 — плохо, 3 — очень плохо. Проникновение (пенетрация) через ГЭБ: 0 — очень высокая, 1 — высокая, 2 — средняя, 3 — низкая, 4 — не проникает [8].

Вещества, принимаемые перорально для улучшения работы ЦНС, должны хорошо абсорбироваться кишечником и проникать через ГЭБ. При помощи компьютерных программ были определены доверительные интервалы (95 % и 99 %), которые нанесены в виде эллипсов на график (рисунок 3). Вещества, которые хорошо проникают или абсорбируются находятся внутри доверительных интервалов.

Как видно из графика, бакозид А₃, бакозид II, бакопасапонин С и бакопазид Х далеко стоят от границ доверительных интервалов. В эксперименте для контроля использовались стандартные лекарственные средства — такрин и донепезил, которые часто назначаются при лечении нарушений ЦНС, оба препарата находятся в зонах доверительных интервалов, что подтверждает ранее установленные свойства хорошей абсорбции и проникновения через ГЭБ.

Именно в этом исследовании на компьютерных моделях (2D и 3D формата) было показано, что комплексное соединение бакозид А, очень плохо абсорбируется желудочно-кишечным трактом, не проникает через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), и не связывается с белками-рецепторами, следовательно, сам он в неизменном виде не оказывает ноотропное действие. Авторы связывают неактивность бакозида с низкой биодоступностью гликозидированных сапонинов, высоким молекулярным весом, высоким значением площади полярной поверхности и низким коэффициентом липофильности.

Рис. 4. Схема образования эбелин-лактона и бакогенина А₁ в процессе дегликолизации и гидролиза основных компонентов бакозида А in vivo [8].

Бакозид А₃, бакозид II, бакопасапонин С и бакопазид Х в живом организме подвергаются биотрансформации с получением уже активных метаболитов — эбелин-лактона и бакогенина А₁ (рисунок 4), и вот эти два химических соединения, согласно компьютерным прогнозам, оказались биоактивными, способными проникать через ГЭБ и связываться с рядом рецепторов.

Одним из примеров связывания эбелин-лактона с рецепторами, а именно с М1-холинорецептором, представлен на рисунке 5.

Исследование различных «стыковок» эбелин-лактона с первичным участком связывания, выявило дополнительные взаимодействия неполярных участков рецептора, расположенных выше основного центра с молекулой эбелин-лактона. Как оказалось, эти неполярные участки находятся в пределах 4 Å от основного участка связывания. Предполагается, что молекула эбелин-лактона связывается как с основным, так и с аллостерическим участками рецептора и может быть аллостерическим модулятором с хорошей селективностью.

Рис. 5. 2-D карта молекулярной модели комплекса эбелин-лактона и М1-холинорецептора. Взаимодействия эбелин-лактона с неполярными участками L183, Y82 и L86, которые ответственны за аллостерические центры мускоринового рецептора [8].

Биоинформатика позволяет лучше разобраться в механизмах действия активных молекул, понять и визуально представить, как именно происходит связывание лиганда с рецептором, а также облегчить и ускорить ряд исследований в области фармакокинетики и фармакодинамики.

В исследовательской работе [8] было показано, что влияние на память и другие когнитивные функции оказывают именно метаболиты, а не сами бакозиды (бакозид А₃, бакозид II, бакопасапонин С и бакопазид Х).

Итак, исходя из представленной выше информации, можно сказать, что

– механизм ноотропного действия не был полностью доказан при применении стандартизованного экстракта Bacopa monnieri, но, вероятно, он связан с регуляцией синтеза ацетилхолина, а также с воздействием активных метаболитов бакозида А₃, бакозида II, бакопасапонина С и бакопазида Х, на пролиферацию дендритов;

– молекула эбелин-лактона является перспективной для создания ноотропных препаратов, и требует дальнейшего изучения.

Литература:

1. Скоробогатов Ю. В., Астахов Ю. С., Соколов В. О., Морозова Н. В. Оценка нейропротекторного эффекта препаратов растительного происхождения у пациентов с первичной открытоугольной глаукомой ранних (I-II) стадий со стабилизированным внутриглазным давлением на примере препарата «Танакан» // Офтальмол. ведомости. — 2014. — № 3. С. 35–44.
2. Захаров В. В., Бакулин И. С. Билобил интенс — нейропротективный препарат растительного происхождения: спектр применения в неврологии/ Нервные болезни. — 2017. — № 1. С. 15–20
3. Mansuri M. L., Parihar P., Solanki I., Parihar M. S. Flavonoids in modulation of cell survival signalling pathways. Genes & Nutrition. — 2014. pp. 2–9
4. Gupta Avneet*, Singh Manish Pal, Sisodia S. Siddhraj A review on herbal Ayurvedic medicinal plants and its association with memory functions The Journal of Phytopharmacology.- 2018. Vol. 7(2). pp. 162–166
5. Kaustubh S. Chaudhari, Nishant R. Tiwari, Rakesh R. Tiwari, Rohan S. Sharma Neurocognitive Effect of Nootropic Drug Brahmi (Bacopa monnieri) in Alzheimer’s Disease/ Ann Neurosciencies.- 2017. — vol. 24. pp. 111–122
6. Venkata Ramana Vollala, Subramanya Upadhya, Satheesha Nayak Enhancement of basolateral amygdaloid neuronal dendritic arborization following Bacopa monniera extract treatment in adult rats CLINICS. — 2011. — vol. 66(4). — pp. 663–671
7. Navneet Kumar, Abichandani L. G., Vijay Thawani, Gharpure K. J., Naidu M. U. R., Venkat Ramana Efficacy of Standardized Extract of Bacopa monnieri (Bacognize„) on Cognitive Functions of Medical Students: A Six-Week, Randomized Placebo-Controlled Trial/ Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. — 2016. — pp. 1–8
8. Seetha Ramasamy, Sek Peng Chin, Sri Devi Sukumaran, Michael James In silico and in vitro analysis of Bacoside A Aglycones and Its derivatives as the constituents responsible for the cognitive effects of Bacopa monnieri/ journal Plos One. — 2015. pp.1–19