Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDS OF MUSHROOMS - A SOURCE OF INNOVATIONS IN MEDICINE

Semenova E.V. 1 Tyumentseva V.R. 1 Kozubenko A.A. 1 Chebotok V.V. 1 Borisovskaya I.V. 2
1 FGBOU VO «Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko»
2 Federal state Autonomic educational institution «Belgorod state national research University»
Mushrooms are a promising source of biologically active substances used in medicine. Search and detection of mushroom metabolites is today a problem of medical biotechnology. The most important effect of these compounds is their ability to reduce side effects during radiotherapy or chemotherapy. Oncology is one of the progressive threats to human life, and therefore the search for compounds with antitumor activity is gaining relevance, nevertheless, fundamental research is needed to use their valuable therapeutic effect. Mushroom polysaccharides are the main source of antitumor activity and all parenteral forms have been successfully used in clinical therapy, along with the fact that some of them can also be effective when taken orally. Significant pharmacological effects and physiological properties of fungi are the maintenance of homeostasis and the regulation of biorhythms, increased immunity, they are also used as a source of lipid-lowering, antiviral, antibacterial, anti-inflammatory, antifungal, hepatoprotective, antidiabetic, antithrombotic and hypotensive substrates. The main representatives studied are Paecilomyces tenuipes, Ganoderma lucidum, Coriolus versicolor, Lentinula edodes, Agaricus brasiliensis, Cordyceps sinensis, Grifola frondosa, Hericium erinaceus, Podaxis pistillaris.
maitake
fungi
antibiotics
pharmacy
triterpenes
anti-tumor mushrooms

Растения традиционно использовались в качестве источника большинства биологически активных веществ, и поэтому такие растительные лекарственные средства составляют важную часть традиционной и доказательной медицины во всем мире. Широкое использование грибов в качестве лекарств было очень долгое время ограничено азиатскими странами. В настоящее время лекарственные грибы в основном используются в качестве пищевых добавок или функциональных продуктов питания. Тем не менее они могут стать настоящими представителями традиционной или доказательной медицины [1].

В клинической практике широко применяются гризеофульвин, пенициллины, циклоспорины, производные эрголина, которые являются представителями грибов, несмотря на то что высшие базидиомицеты являются обширным ресурсом для получения биологически активных соединений, полезных с терапевтической точки зрения. Современные научные исследования лекарственных грибов расширились в геометрической прогрессии в течение последних двух десятилетий, и научные исследования показывают, что соединения, производные грибов, функционируют в системе человека [1; 2]. Даже среди известных видов доля хорошо изученных грибов очень мала. Опыт этномедицинского использования грибов, экологическая потребность грибов в производстве биоактивных вторичных метаболитов и улучшенные возможности для генетического, фармакологического и химического анализа позволяют нам предположить, что грибы имеют большой потенциал для успешного внедрения их в клиническую практику [3].

Наиболее важными видами грибов являются Paecilomyces tenuipes, Ganoderma lucidum, Coriolus versicolor, Lentinula edodes, Agaricus brasiliensis, Cordyceps sinensis, Grifola frondosa, Hericium erinaceus и некоторые другие. Благодаря широкому традиционному использованию данных представителей доступна обширная информация о деятельности in vitro, способах действия и эффектах в анализах на животных. Однако также не хватает исследований, изучающих взаимосвязь «структура-активность», возможные токсикологические риски при использовании грибов и их метаболитов, клинических испытаний, критериев качества, установленных методов их контроля [4].

Глюкан и полисахариды, полученные из грибов, проявляют иммуномодулирующую активность. Способность этих соединений усиливать или подавлять иммунный ответ зависит от ряда факторов, таких как дозировка, путь введения, время и частота введения, механизм действия. Исследование показало, что некоторые метаболиты грибов усиливают врожденный и приобретенный иммунитет. В частности, активируют многие виды иммунных клеток: цитотоксические макрофаги, моноциты, нейтрофилы, природные клетки-киллеры, дендритные клетки и химические мессенджеры, интерлейкины, интерферон, колониестимулирующие факторы, которые запускают реакции комплемента. Их также можно рассматривать как мультицитокиновые индукторы, способные индуцировать экспрессию генов различных иммуномодулирующих цитокинов и рецепторов цитокинов. Лимфоциты, регулирующие выработку антител (β-клетки) и опосредованную клетками цитотоксичность (T-клетки), также стимулируются [5; 6].

Основными преимуществами использования биологически активных соединений грибов являются:

  • большинство грибов искусственно выращены, что гарантирует правильную идентификацию. Способность выращивать грибы в виде мицелия в ферментерах, в контролируемых условиях с последующим улучшением чистоты продукта - это важный критерий в тенденции развития лекарственных грибов;
  • грибы имеют вегетативное размножение, таким образом, мицелий может храниться в течение длительного времени, а генетическая и биохимическая последовательность может быть проверена с течением времени.

В связи с вышеизложенным целью нашей работы является обобщение литературных данных о перспективах использования различных видов грибов в фармации и биотехнологии.

Материал и методы исследования

Объектами настоящего исследования являются грибы, в частности: виды Ganoderma, Polyporaceae, Maitake, Podaxis pistillaris грибы родов, Lentinula (шиитакэ), Cordyceps. Исследование проводилось с помощью поисково-информационных (eLibrary, PubMed, CyberLeninka, ResearchGate) и библиотечных баз данных.

Результаты исследования и их обсуждение

Грибы нуждаются в антибактериальных и противогрибковых соединениях, чтобы выжить в их естественной среде. Поэтому неудивительно, что антимикробные соединения с более или менее сильной активностью могут быть выделены из многих грибов и что они могут быть полезны для человека [7]. Но до сих пор на рынке в качестве антибиотиков присутствуют только соединения из микроскопических грибов.

Грибы обладают антимикробной активностью благодаря входящим в их состав биологически активным веществам. Аппланоксидная кислота A (2a), выделенная из Ganoderma annulare (Fr.) Gilbn., проявляет слабую противогрибковую активность против трихофитоновых ментагрофитов [8]. Стероиды, такие как 5a-эргоста-7,22-диен-3b-ол (3) или 5,8-эпидиокси-5a, 8a-эргоста-6,22-диен-3b-ол (4), выделенные из Ganoderma applanatum (Pers)., оказались слабо активными в отношении ряда грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов [9; 10]. Щавелевая кислота является одним из агентов, ответственных за антимикробный эффект Lentinula edodes (Berk.) Pegler против S. aureus и других бактерий [11]. Этанольные мицеллы из L. Edodes проявляют антипротозойную активность против Paramecium caudatum [12]. Антимикробная активность Podaxis pistillaris (L.: Pers.) Morse, используемого в некоторых частях Йемена для лечения пелёночного дерматита у детей и в Южной Африке против солнечного ожога [13], вызвана эпикоразинами [14]. Эти факторы относятся к группе эпиполитиопиперазин-2,5-дионов, важного класса биологически активных грибковых метаболитов [13].

Особый интерес представляют соединения, проявляющие активность в отношении мультирезистентных бактериальных штаммов. Европейской Ganoderma species Ganoderma pfeifferi Bres. произведены новые сесквитерпеноидные гидрохиноны, названные ганомицины [15], они ингибируют рост метициллин-резистентного Staphylococcus aureus и других бактерий. Кроме того, мы обнаружили, что метаболиты этого гриба ингибируют рост микроорганизмов, ответственных за проблемы с кожей (Pityrosporum ovale, Staphylococcus epidermidis, Propionibacterium acnes).

Противоопухолевая активность грибов. Онкология занимает одну из лидирующих позиций смертности в связи с заболеваниями. Опыт стран Азии и Восточной Европы показывает, что шляпные грибы могут играть важную роль в профилактике и лечении рака. Грибы содержат огромный источник новых мощных биофармацевтических соединений. Противоопухолевая активность достигается за счёт полисахаридных и полисахаридно-белковых метаболитов грибов посредством стимулирования защитных механизмов организма [16; 17]. В составе плодовых тел грибов содержатся различные биоактивные соединения, в частности бета-глюканы; они имеют бета-связи (от 1 до> 3) в главной цепи глюкана и дополнительные точки бета-ветвления (от 1 до> 6), которые необходимы для их биологического действия [18]. Глюканы с высокой молекулярной массой оказываются более эффективными, чем глюканы с низкой молекулярной массой. Препараты активируют эффекторные клетки, такие как макрофаги, Т-лимфоциты и NK-клетки, чтобы секретировать цитокины TNF-a, IFN-g, IL-1b и т.д., являющиеся антипролиферативными. Они индуцируют апоптоз и дифференцировку в опухолевых клетках. Существуют доказательства того, что b-d-глюканы индуцируют биологический ответ, связываясь с рецептором мембранного комплемента типа 3 (CR3, альфа-Mb2 интегрин или CD11b / CD18) на иммунных эффекторных клетках [19].

Ганодерные кислоты - это класс тритерпенов, обнаруженных в грибах Ganoderma (reishi). Было обнаружено, что ганодерная А и В кислоты обладают биологической активностью, включая гепатопротекцию, противоопухолевые эффекты и ингибирование 5-альфа-редуктазы [20]. В химическом составе гриба майтаке превалируют щелочные металлы калий, магний, кальций, рибофлавин, эргокальциферол, никотиновая кислота, клетчатка и аминокислоты. Бета-глюкан, превалирующий в грибах семейства Polyporaceae, был выделен в качестве белок-связывающего полисахаридного соединения для усиления иммунитета. Профилактика рака является одним из предполагаемых применений метаболита гриба майтаке. Считается, что майтаке оказывает свое влияние благодаря своей способности активировать различные эффекторные клетки, такие как макрофаги, природные клетки-киллеры, Т-клетки, интерлейкин-1 и супероксидные анионы, которые обладают противораковой активностью [21]. Недавние исследования в Новой Зеландии показывают, что комбинация метаболитов Reishi и Cordyceps оказала благотворное влияние на качество жизни у некоторых пациентов с онкологией на последних стадиях. Исследователи полагают, что смесь активных ингредиентов из разных грибов усиливает иммунный ответ, предоставляя множественные стимулы для естественной защиты организма [22]. Cordyceps sinensis повышает клеточный иммунитет, обладает способностью бескислородной очистки от радикалов и поддерживает клеточные биоэнергетические системы.

Химическая модификация производится для улучшения биологической селективности и активности полисахаридов и их клинических свойств, делая их водорастворимыми. Основными процедурами, используемыми для модификации, являются окислительно-восстановительный гидролиз, формолиз и карбоксиметилирование. Большинство клинических данных об иммуностимулирующей активности получены в отношении полисахаридов лентинана, крестина и шизофиллана, но полисахариды некоторых других перспективных лекарственных грибов также показывают хорошие результаты. Полисахариды грибов предотвращают онкогенез, проявляют прямую противоопухолевую активность против различных аллогенных и сингенных опухолей и, как полагают, предотвращают метастазирование опухолей. Полисахариды грибов не воздействуют непосредственно на раковые клетки, но оказывают противоопухолевое действие, активируя различные иммунные реакции у пациентов. Противоопухолевое действие полисахаридов требует интактного компонента Т-клеток; их активность опосредована тимус-зависимым иммунным механизмом. Практическое применение грибов зависит не только от биологических свойств, но и от биотехнологической доступности. Piptoporus betulinus традиционно использовался в Богемии для лечения рака прямой кишки и заболеваний желудка [23]. Он также известен как грибок «ледяного человека», который был обнаружен в 1991 году при археологических раскопках, в останках человека, проживавшего в бронзовом веке, который носил плодоносящие тела P. betulinus, прикрепленные к его одежде во время своего путешествия по Альпам. В Восточной Европе использовались плодовые тела I. obliquus как народное лекарство от рака и болезней желудка с XVI или XVII века. Тритерпены и пероксиды эргостерола также способствуют противораковой активности. Меланиновый комплекс I. obliquus обладает высоким антиоксидантным и генозащитным действием на катализируемое пероксидазой окисление аминодифенилов.

Лентинан из L. edodes, шизофиллан из S. commune, MD-фракция из Grifola frondosa, полисахарид-пептид и полисахарид-К, полученные из мицелия Trametes versicolor, успешно прошли I, II, III стадию клинических испытаний при исследовании лечения рака желудка, пищевода, носоглотки, толстой кишки, прямой кишки и легких. Полисахарид-К подавляет иммуносупрессию, связанную с хирургическим вмешательством и длительной химиотерапией. Данные метаболиты используются в качестве дополнения к стандартным методам лечения, таким как хирургическое вмешательство, лучевая терапия и химиотерапия. Применение лентинана (парентерально 0,5–1,0 мг лентинана в день, внутривенно) в дополнение к химиотерапии привело к увеличению времени выживания, восстановлению иммунологических показателей и улучшению качества жизни у пациентов с раком желудка, раком толстой кишки и другими карциномами в сравнении с пациентами, которым проводили только химиотерапию. В рандомизированном многоцентровом исследовании с участием 89 больных раком желудка среднее время выживания в группе иммунохимиотерапии (химиотерапия и лентинан 2 мг в неделю внутривенно) было 189 дней, а в контрольной группе (только химиотерапия) 109 дней [24]. В другом исследовании пациентов с запущенным колоректальным раком средняя продолжительность жизни составляла 200 дней в группе, получавшей лентинан (2 мг в неделю, 23 пациента), и 94 дня в контрольной группе. В контролируемом рандомизированном исследовании 130 пациентов получали шизофиллан внутримышечно 40 мг в неделю с 14-го дня, всего 1134 мг в дополнение к применению митомицина, после хирургического удаления всей опухоли. Медиана выживаемости через 5 лет составила 72,2% в группе шизофиллана и 61,9% в контрольной группе (134 пациента, только химиотерапия). Шизофиллан не влиял на время выживания, когда опухолевая ткань не могла быть удалена полностью. В рандомизированном контролируемом исследовании с 462 пациентами с колоректальным раком с лечебной резекцией ПСК давали перорально в течение менее 3 лет после митомицина С (внутривенно в день операции и 1 день после) и 5-фторурацила (перорально в течение 5 месяцев). В сравнении с контрольной группой было обнаружено увеличение кривой выживаемости без рецидивов в группе PSK. Было проведено контролируемое клиническое исследование полисахарид-пептида у 485 больных раком, контрольная группа из 211 пациентов с раком желудочно-кишечного тракта и лёгких. При применении 3 г полисахарид-пептида в день перорально в течение 30 дней побочные эффекты от обычной терапии (рак пищевода: лучевая терапия Co 60-гамма-лучом, DT 65–70 Гр в течение 6–7 месяцев) значительно уменьшились. PSP повысила выживаемость пациентов с раком пищевода на 11%. Иммуностимулирующий эффект лентинана был также исследован у пациентов со СПИДом. В исследовании II фазы 107 ВИЧ-позитивных пациентов лечились диданозином (400 мг в день, каждые 6 недель). После этого 88 пациентов получали дополнительно 2 мг лентинана в неделю внутривенно в течение 24–80 недель, пациенты контрольной группы получали только диданозин. В отличие от контрольной группы наблюдалось значительное увеличение числа клеток CD4þ через 38 недель. Производилось исследование эффективности комбинаций MD-фракции и целого порошка G. frondosa для лечения пациентов в возрастном диапазоне от 22 до 57 лет на II–IV стадиях рака. Регресс рака или значительное улучшение симптомов наблюдалось у 58,3% пациентов с раком печени, у 68,8% пациентов с раком молочной железы и у 62,5% пациентов с раком легких. Исследование показало, что у пациентов с лейкемией, раком желудка и раком головного мозга наблюдается улучшение на 10–20%. Фракция MD, по-видимому, подавляет прогрессирование рака и, в первую очередь, оказывает свое влияние посредством стимуляции активности NK-клеток. Ни одно из этих соединений не проявляет каких-либо значительных побочных эффектов [25].

Заключение

Результаты анализа, полученные в ходе структурированного исследования библиографических баз данных рецензируемой исследовательской литературы, позволили прийти к выводу, что благодаря стратегическому совершенствованию методов скрининга и идентификации грибы по-прежнему являются потенциальным ресурсом для новых лекарственных средств. Метаболиты грибов продемонстрировали широкий спектр биологической активности, что позволяет удовлетворять многие важные потребности в медицине. Были также изучены данные клинических испытаний фармацевтических компаний, которые приобрели либо лицензировали биологически активные соединения грибов для клинических исследований или испытаний. Данные результаты важны ввиду отсутствия химиотерапевтических агентов некоторых форм злокачественного рака, а именно: отрицательный к эстрогену рецептор рака молочной железы человека, мезотелиома, острый лимфоцитарный лейкоз, острый миелоидный лейкоз, лимфома Ходжкина, безнадежная астроцитома. Таким образом, данное исследование показало перспективы использования биологически активных соединений грибов в медицине.