11.07.2017

Из мускатного ореха выделили соединение, «охлаждающее» в 30 раз эффективнее, чем ментол

Японские химики выделили и идентифицировали соединение, активирующее ионный канал TRPM8, также известный как рецептор холода и ментола 1 (cold and menthol receptor 1, CMR1). Взаимодействуя с TRPM8, это соединение, как и L-ментол, дает ощущение холода. Новый активатор чувства холода, полученный из мускатного ореха и относящийся к классу неолигнанов, в 30 раз эффективнее ментола. Если будет доказано, что неолигнан безопасен, он сможет стать компонентом зубных паст и ополаскивателей рта.

Всем знакомо ощущение прохлады во рту, когда мы чистим зубы содержащей ментол зубной пастой или сосем ментоловые леденцы. L-ментол (далее просто «ментол»; см. рис. 2), наиболее известное из «охлаждающих» веществ природного происхождения, используется в разнообразных косметических и медицинских продуктах, и не только ради приятного вкуса, но и для местной анестезии. Такая популярность ментола объясняется простотой его крупномасштабного производства. Да, ментол был впервые выделен и идентифицирован как компонент эфирного масла мяты и был назван в честь мяты (лат. mentha — мята), но количество получаемого натурального ментола недостаточно, чтобы покрыть современные потребности пищевой и фармацевтической промышленности, и сейчас время его получают синтетически (см., например, Japan: Takasago to Expand L-Menthol Production in Iwata Plant).

У ментола есть ряд недостатков: в низких концентрациях его воздействие на рецепторы слабое и довольно быстро проходит, а увеличение концентрации ментола может вызывать раздражение слизистых или кожи — словом, тканей, в клетках которых содержатся рецепторы к нему. Поэтому поиск веществ, способных вызывать чувство холода, до сих пор актуален, причем из-за сложившихся в последнее время в обществе предпочтений производители стараются искать такие вещества среди соединений природного происхождения.

Чем вызван физиологический эффект ментола? В организме человека ментол связывается со специфическим каналом TRPM8 (рецептором холода и ментола 1, см. CMR1, cold and menthol receptor 1). TRPM8 представляет собой особый тип белков — ионный канал. Как и другие ионные каналы, TRPM8 располагается в мембранах клеток. Когда к нему присоединяются молекулы ментола, он активируется, в нем открывается «пора», через которую катионы натрия Na⁺ и кальция Ca ²⁺ проходят в живую клетку, меняя разность потенциалов на ее мембране.

Ионные каналы семейства TRP (transient receptor potential, см. Transient receptor potential channel), включающего наряду с TRPM8 рецептор высокой температуры и капсаицина TRPV1, расположены в мембранах сенсорных нейронов (см. Sensory neuron) и позволяют им реагировать на внешние воздействия — температуру, давление и химические вещества. Например, они открываются при отклонении температуры от оптимального значения: TRPM8 разрешает вход ионов натрия и кальция в клетку нейрона при температуре меньше 25°C, а TRPV1В делает то же самое, когда температура повышается до 42°C. Возникающее при этом изменение биоэлектрического потенциала нейронов воспринимается центральной нервной системой как ощущение холода или жары.

Рецепторы TRPM8 и TRPV1 позволяют распознавать колебания окружающей температуры, что дает их обладателям (в числе которых и представители нашего вида) выживать в окружающей среде, избегая как переохлаждения, так и перегрева. В начале 2000-х годов было обнаружено, что ионный канал TRPM8 открывается для ионов натрия и кальция в результате воздействия ментола так же, как и в результате понижения температуры (см. A. M. Peier et al., 2002. A TRP Channel that Senses Cold Stimuli and Menthol). Таким образом, на уровне сигнала, получаемого центральной нервной системой, понижение температуры и воздействие ментола воспринимаются одинаково — как «холодок». Другой температурный рецептор, TRPV1, активируется капсаицином — веществом, входящим в состав перца чили, поэтому этот перец мы называем жгучим.

Чтобы выяснить, какие еще вещества кроме ментола способны активировать ионный канал TRPM8, исследователи из японской химической и косметической компании Kao, работавшие под руководством Томохиро Сираи (Tomohiro Shirai), провели скрининг экстрактов, выделенных из различных растений. Они искали, что может заставить канал TRPM8 открыться и обеспечить проникновение ионов кальция и натрия внутрь нейрона. Оказалось, что изменения конформации TRPM8, аналогичные возникающим при понижении температуры или воздействии ментола, вызывает этаноловый экстракт высушенного и измельченного мускатного ореха.

Но на этом работа не закончилась, а только началась. Поскольку в экстракте одновременно присутствовала целая смесь соединений, нужно было выяснить, какое из них отвечает за взаимодействие с TRPM8. На то, чтобы обнаружить, какой экстракт активирует TRPM8, Сираи с коллегами потребовалось не более года, а вот на поиски отвечающего за действие экстракта соединения, его выделение, очистку и установление строения ушло несколько лет.

Полное название нового конкурента ментола — трео-Δ8^/-7-этокси-4-гидрокси-3,3^/,5^/-триметокси-8-O-4^/-неолигнан. Это вещество относится к лигнанам — соединениям растительного происхождения, имеющим в своем составе один или несколько фенилпропановых фрагментов (С₆–С₃). Подкласс лигнанов, содержащий два таких фрагмента, называют неолигнанами. Обнаруженное вещество (точнее, смесь четырех его оптических изомеров) активирует рецептор TRPM8 в 30 раз эффективнее ментола и практически соответствует по активности ицилину — синтетическому активатору «рецептора холода». Под термином «холоднее в 30 раз» или «в 30 раз эффективнее» ментола подразумевается, что для формирования ощущения холода, начинающегося с химической активации и раскрытия ионного канала, достаточно использовать обнаруженный неолигнан в концентрации в 30 раз меньшей, чем у ментола, способного вызвать такой же отклик рецептора.

Активность самого эффективного из четырех оптических изомеров обнаруженного неолигнана в 116 раз выше, чем у ментола. Наименее эффективный зеркальный изомер в 8,7 раз «холоднее» ментола. Активность выделенной из мускатного ореха смеси всех четырех зеркальных изомеров (как говорилось выше, она в 30 раз больше, чем у ментола) — это усредненное значение. Наиболее вероятно, что будет применяться не оптически чистый зеркальный изомер неолигнана с самой высокой эффективностью, а смесь его изомеров. Дело в том, что повышение эффективности, связанное с воздействием одной конкретной зеркальной формы вещества, не будет окупаться затратами на ее выделение. Скажем, далеко не все зеркальные изомеры, содержащиеся в лекарственных формах антибиотиков тетрациклинового ряда, эффективны против бактерий, но эту смесь изомеров не разделяют, чтобы не увеличивать стоимость фармацевтической субстанции.

Охлаждающее воздействие неолигнана начинает чувствоваться позднее, чем в случае ментола, но и длится дольше. Чтобы определить это, исследователи ополаскивали рот 0,02-процентным раствором неолигнана или ментола в течение 30 секунд, после чего в течение часа каждые пять минут выставляли оценку чувству холода во рту по шкале от нуля до пяти: 0 — нет ощущения холода; 1 — слабое ощущение, 5 — ощущение максимальной интенсивности (плюс промежуточные варианты 2–4). Выделенное из мускатного ореха вещество достигало того уровня охлаждения, которое обеспечивается ментолом, только спустя после 5 минут после применения, но сохраняло «холодок» 30 минут, в то время как действие ментола пропадало через 10 минут после полоскания (см. рис. 3).

Замедление проявления действия и больший его срок у неолигнана исследователи объясняют тем, что молекулярная масса этого соединения почти в три раза больше массы ментола, и это замедляет как его адсорбцию, так и десорбцию на мембранах слизистой оболочки. Иными словами, неолигнан дольше остается доступным для рецепторов TRPM8, но и дольше «подходит» к ним. Также было обнаружено, что ментол и неолигнан мускатного ореха связываются с различными участками этого рецептора, а значит, они не будут конкурировать за рецептор, а окажут на ощущения человека синергетическое воздействие. Это означает, что есть принципиальная возможность совместного применения ментола и неолигнана в лекарственных препаратах, косметических составах или в пищевой промышленности: ментол будет быстро «охлаждать», а неолигнан обеспечивать длительность такого «охлаждения».

Тем не менее немедленной коммерциализации трео-Δ8^/-7-этокси-4-гидрокси-3,3^/,5^/-триметокси-8-O-4^/-неолигнана ожидать не стоит. Как мята не может обеспечить все потребности промышленности в ментоле, так и мускатный орех не может стать источником неолигнана, а значит, необходима разработка пригодного для промышленного производства способа синтеза этого вещества. Также, конечно, необходимо выяснить, насколько оно безопасно. Сираи с коллегами работает над решением обеих задач.

Источник: Tomohiro Shirai, Kentaro Kumihashi, Mitsuyoshi Sakasai, Hiroshi Kusuoku, Yusuke Shibuya, and Atsushi Ohuchi. Identification of a Novel TRPM8 Agonist from Nutmeg: A Promising Cooling Compound // ACS Medicinal Chemistry Letters. 2017. Publication Date (Web): May 31, 2017. DOI: 10.1021/acsmedchemlett.7b00104.

Аркадий Курамшин

Источники:

1. elementy.ru