Dracocephalum moldavica L. and Melissa officinalis L. : Chemistry and Bioactivities Relevant in Alzheimer’s Disease Therapy

Abstract

Oksidatiivisen stressin eli liiallisen reaktiivisten happiyhdisteiden määrän soluissa on jo pitkään arveltu olevan tärkeä Alzheimerin taudin kehittymiseen ja etenemiseen vaikuttava tekijä. Tämän vuoksi kiinnostus erilaisten antioksidanttien (yhdisteitä, jotka neutraloivat näitä happiradikaaleja soluissa) mahdollisia terapeuttisia ominaisuuksia Alzheimerin taudin hoidossa on tutkittu laajalti. Tähän mennessä ei kuitenkaan ole vielä onnistuttu löytämään antioksidanttia, joka olisi hyödyksi Alzheimerin taudin hoidossa. Tämän vuoksi on tärkeää pyrkiä löytämään uusia antioksidanttien lähteitä sekä tutkia niistä löytyviä aktiivisia yhdisteitä.

Kiinnostus luonnon antioksidantteja kohtaan on kasvanut voimakkaasti viime aikoina. Huomio on kiinnittynyt erityisesti aromaattisista sekä lääkekasveista löytyviin antioksidantteihin. Lamiaceae- perheeseen kuuluvia tuoksuampiaisyrttiä (Dracocephalum moldavica L.) ja sitruunamelissaa (Melissa officinalis L.) on käytetty Iranissa pitkään sekä ruoanlaitossa että lääkinnässä, minkä vuoksi näiden kasvien uutteiden antioksidanttisisältöä päätettiin analysoida käyttäen useaa erilaista in vitro- menetelmää. Näissä kokeissa ilmeni, että uutteilla oli useita antioksidanttisia vaikutuksia. Näistä antioksidanttisista vaikutuksista vastaavia yhdisteitä pyrittiin tunnistamaan käyttäen HPLC-PDA- tekniikkaa, minkä seurauksena niiden havaittiin sisältävän erilaisia polyfenoleita, kuten hydroksyloituneita bentsoeeni- ja cinnamamidihapon johdannaisia sekä flavonoideja. Kummankin kasvin uutteissa runsaimmin esiintynyt yhdiste oli rosmariinihappo.

Sitruunamelissaa (M. officinalis) on käytetty antiikin ajoista alkaen kognitiivisten toimintojen häiriöiden hoidossa. Perustuen tietoon kasvin käytöstä perinteisessä lääkinnässä, sen tehoa Alzheimerin taudin hoidossa on tutkittu viime aikoina kliinisin kokein. Sitruunamelissan todettiinkin olevan hyödyksi lievää ja keskivaikeaa Alzheimeimerin tautia sairastavien potilaiden hoidossa. Väitöskirjan osanan olevasta kooste-artikkelista käy ilmi, että tutkimalla lääkekasvien ominaisuuksia voidaan saada arvokkaita suuntaa-antavia vihjeitä Alzheimerin taudin lääkehoidon kehittämiseen. Tämän perusteella päätettiinkin testatata myös sitruunamelissauutteen kykyä estää asetyylikoliiniesteraasin (AChE) toimintaa, koska tämän entsyymin toiminna estämisen tiedetään olevan hyödyksi Alzheimerin taudin hoidossa. Uute kykeni estämään AChE:n toimintaa, minkä vuoksi uutteen sisältämiä komponentteja päätettiin tutkia terkemmin.

Uute jaettiin erilaisiin fraktioihin käyttäen HPLC-menetelmää, minkä jälkeen testattiin jokaisen fraktion kykyä inhiboida AchE. Suurin osa fraktioista kykeni inhiboimaan AChE:n toimintaa selkeästi tehokkaammin, kuin raakauute. Kaikista tehokkainta fraktiota analysoitiin tarkemmin sen aktiivisten yhdisteiden tunnistamiseksi, minkä seurauksena sen sisältämät yhdisteet tunnistettiin cis ja trans-rosmariinihapoiksi.

Tässä tutkimuksessa tunnistettujen yhdisteiden hyödyllisyyttä Alzheimerin taudin hoidossa tulisi seuraavaksi tutkia erilaisissa in vivo-malleissa. Lisäksi jäljellä olevien fraktioiden kemiallinen koostumus tulisi selvittää sekä antioksidanttiaktiivisuuden ja AChE:n toiminnan inhiboinnin välistä mahdollista yhteyttä tulisi tutkia tarkemmin.

Tämä tutkimus osoittaa tuoksuampiasyrtin (D. moldavica) sekä sitruunamelissan (M. officinalis) sisältävän monenlaisia aktiivisia antioksidantteja. Lisäksi sitruunamelissan sisältämät yhdisteet kykenivät estämään asetyylikoliiniesteraasin (AchE) toimintaa. Nämä tulokset tukevat osaltaan väitöskirjan osana olevan kooste-artikkelin johtopäätöksiä, joiden mukaan etnofarmakologinen kasvitutkimus voi osoittautua erittäin hyödylliseksi kehitettäessä uutta lääkehoitoa Alzheimerin tautiin. Lisäksi tässä väitöskirjassa kuvattu tutkimus osoittaakin, että perinteisesti lääkekasvina käytettyä sitruunamelissaa voidaan mahdollisesti hyödyntää uusien Alzheimerin taudin hoitoon käytettävien lääkkeiden kehityksessä.

Oxidative stress has been proposed to play a cardinal role in the aetiology and pathogenesis of Alzheimer’s disease (AD). Therefore, antioxidants have been studied for their therapeutic potential in AD therapy. However, there is still a need for novel sources of antioxidants.

Recently, there has been an increased interest in aromatic and medicinal plants as sources of natural antioxidants. The plants Dracocephalum moldavica L. and Melissa officinalis L., which belong to the family Lamiaceae, have been used in Iran for their culinary usefulness and medicinal properties. Therefore, extracts of the plants were screened for antioxidant properties in a battery of in vitro assays. The plant extracts demonstrated a wide range of antioxidant activities.

Furthermore, because it was important to determine which constituents present within the extracts may contribute to the observed activity, compositional fingerprint analyses were carried out using HPLC-PDA techniques. The extracts were found to contain polyphenolic compounds such as hydroxylated benzoic and cinnamic acid derivatives and flavonoids. Rosmarinic acid was the most abundant constituent in both plants.

The plant M. officinalis has been used since antiquity in the treatment of cognitive dysfunction. The plant was recently assessed for its clinical efficacy against AD and was found to be effective in the management of mild to moderate AD patients. According to a review carried out by the author, screening of medicinal plants for bioactivities relevant in the treatment AD can provide useful leads in the discovery of drugs against AD. Therefore, in addition to antioxidant evaluation, M. officinalis was screened for another bioactivity relevant to AD therapy, viz. acetylcholinesterase (AChE) inhibition. The plant extract showed AChE inhibitory activity, which formed the basis for activity guided fractionation.

The extract was fractionated using semipreparative scale HPLC fractionation. Fractions were subsequently subjected to AChE inhibitory screening. Most of the fractions demonstrated inhibitory activity and were proved to be significantly (P < 0.05) more potent than the crude extract. This is an indication of the complex nature of potential interactions between various components within the extract. The contents of the most potent fraction were tentatively identified as a mixture of cis- and trans-rosmarinic acid using LC-DAD-MS and NMR techniques.

There is a need to further investigate the efficacy of these chemical constituents in in vivo AD models. The remaining potent fractions should be analysed further to determine the identity of their chemical constituents and the possibility of a correlation existing between antioxidant activity and AChE inhibition should be investigated.

The current study showed the multifaceted nature of antioxidant action of D. moldavica and M. officinalis. Furthermore, the latter demonstrated AChE inhibitory activity. A review of the potential benefits of ethnopharmacological screening of plants in AD therapy was made and the importance of bioactivity guided screening and fractionation of medicinal plants was highlighted. It can be concluded that M. officinalis is a potential source for discovery and development of drugs against AD.