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Cycloarta-23-ene-3beta,25-diolはEuphorbia spinidens由来の五環ステロイドであり、分子ドッキングによるCOX阻害剤として、スイスの雄性マウスとWistarラットにおける鎮痛・抗炎症活性のin vivoでの研究を行った
Cycloarta-23-ene-3beta,25-diol a pentacyclic steroid from Euphorbia spinidens, as COX inhibitor with molecular docking, and in vivo study of its analgesic and anti-inflammatory activities in male Swiss mice and Wistar rats.
PMID: 32634574 DOI: 10.1016/j.prostaglandins.2020.106473.
抄録
背景と目的:
ユーフォルビア（Euphorbia）は、花を咲かせる植物の大規模な属です。イランでは、この科の植物のいくつかは、炎症性疾患の治療に使用されており、また、腰痛を緩和するためにも使用されています。ユーフォルビアスピニデンスは、シクロアルタ-23-エン-3β,25-ジオールの豊富な供給源である。シクロアルタン構造体は植物ステロイド合成の出発物質であり、本研究の目的は、ユーフォルビアスピニデンスから単離されたシクロアルタン化合物のCOX阻害活性、分子ドッキング、および抗炎症活性のin vivoアプローチを実証することである。
BACKGROUND AND AIMS: Euphorbia is a large genus of flowering plants. In Iran, some plants of this family have been used in the treatment of inflammatory disorders and also to relieve back pain. Euphorbia spinidens is a rich source of Cycloarta-23-ene-3beta,25-diol. Cycloartane structures are the starting material for the synthesis of plant steroids, and the aim of this study is to demonstrate COX inhibitory activity, molecular docking and in vivo approach of anti-inflammatory activity of cycloartane compound isolated from Euphorbia spinidens.
材料および方法:
植物原料をアセトン-クロロホルムで抽出し、カラムクロマトグラフィーで分画した。予備的なH-NMRスペクトルに基づき、シクロアルタン画分を選択し、繰り返しリサイクルHPLCシステムにより精製した。化合物の構造と純度をH,C-NMR,HPTLC,質量分析により決定した。試験した化合物のCOX-1およびCOX-2に対する阻害活性を比色COX（卵巣）阻害剤スクリーニング法により評価した。ベロ細胞を用いて正常細胞に対する毒性を評価し、選択性指数を算出した。COX 阻害活性の結果は、分子ドッキング実験により評価・確認した。in vivoアプローチでは、酢酸誘発性腹斜筋試験およびホルマリン試験により鎮痛活性を評価した。抗炎症活性を評価するために、マウスのクロトン油誘発性耳水腫、ラットのカラギーナン誘発性ラット前足浮腫を用いた。疼痛試験は、スイスの雄性マウス（２５〜３５ｇ）を用いて行った。カラギーナン試験には、雄性Wistarラット（160～200g）を使用した。
MATERIAL AND METHODS: Plant material was extracted with acetone-chloroform and submitted to column chromatography for fractionation. Based on preliminary H-NMR spectra, cycloartane fraction was selected and purified by repeated recycle HPLC system. The structure and purity of compound were determined by H and C-NMR, HPTLC, and mass spectra. Inhibitory activities of the tested compounds on COX-1 and COX-2 were evaluated by a colorimetric COX (ovine) inhibitor screening method. Vero cells were used to assess the toxicity against the normal cells, and calculate the selectivity index. COX inhibitory activity results were evaluated and confirmed by molecular docking experiments. In the in vivo approach, analgesic activity was assessed by acetic acid-induced abdominal writhing and formalin tests. Croton oil-induced ear edema in mice and carrageenan-induced rat paw edema in rats were used to evaluate anti-inflammatory activity. Pain tests were carried out on male Swiss mice (25-35 g). Male Wistar rats (160-200 g) were used for the carrageenan test.
結果:
シクロアート-23-エン-3β,25-ジオールは、シクロオキシゲナーゼ1,2阻害活性を示し、COX-2に対してより選択性が高いことが明らかになった。また、COXタンパク質受容体中の結合エネルギーを予測した分子ドッキングにより、in vitroでのCOX阻害効果を確認し、COX受容体中でのリガンドの最適な位置と受容体ポケット内での残基相互作用を決定し、阻害剤設計上考慮すべき点を明らかにした。in vivo試験では、シクロアルタンは200mg/kgの用量で酢酸誘発性の腹筋収縮とホルマリン誘発性の舐め行動を有意に抑制した。同量でマウスのクロトン油耳水腫を、ラットのカラギーナン誘発性足水腫を減少させた。
RESULTS: Cycloart-23-ene-3β,25-diol showedin vitro cyclooxygenase 1 and 2 inhibitory activities with more selectivity for COX-2. Molecular docking by predicting binding energies in COX protein receptors confirmed in vitro COX inhibitory results, and determined the best position for ligand in COX receptors along with its residue interactions in receptor pockets, which must be considered for designing of their inhibitors. In the in vivo studies, cycloartane inhibited significantly acetic acid-induced abdominal contractions and formalin-induced licking behavior at a dose of 200 mg/kg. The same dose reduced croton oil ear edema in mice and carrageenan-induced paw edema in rats.
結論:
以上の結果から、シクロアート-23-エン-3β,25-ジオールは、正常細胞に対する毒性が低く、有望な鎮痛・抗炎症作用を示し、優れた選択性指標とCOX-2阻害活性を有する抗炎症性化合物を設計するためのテンプレートとなる可能性があることが示唆された。
CONCLUSION: Therefore, according to these findings, cycloart-23-ene-3beta,25-diol showed promising analgesic and anti-inflammatory effects with low toxicity against normal cells and can be suggested as a template lead for designing anti-inflammatory compounds with good selectivity index, and potency for COX-2 inhibitory activity.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.