Postępy Biochemii 58 (4) 2012

485

Justyna Piekielna
Jakub Fichna
Anna Janecka

*

Zakład Chemii Biomolekularnej, Uniwersytet

Medyczny w Łodzi, Łódź

*

Zakład Chemii Biomolekularnej, Uniwersytet

Medyczny w Łodzi, ul. Mazowiecka 6/8, 92-

215 Łódź, tel.: (42) 272 57 06, e-mail: anna.

janecka@ umed.lodz.pl

Artykuł otrzymano 12 czerwca 2012 r.

Artykuł zaakceptowano 29 sierpnia 2012 r.

Słowa kluczowe: salwinoryna A, działanie

halucynogenne, działanie przeciwbólowe, re-

ceptor ĸ-opioidowy, analogi salwinoryny A

Wykaz skrótów: CB

1

— receptor kanabinoid-

owy 1; KOR — receptor ĸ-opioidowy; nor-BNI

— nor-binaltorfimina; SA — salwinoryna A

Salwinoryna A i jej pochodne — aktywność biologiczna

i potencjalne zastosowanie terapeutyczne

STRESZCZENIE

S

alwinoryna A (SA) jest głównym biologicznie czynnym składnikiem szałwii wieszczej

(

Salvia divinorum), byliny występującej endemicznie na terenie Meksyku. Preparaty z

szałwii stosowane były od stuleci przez Indian Mazateków do celów rytualnych i leczni-

czych. Salwinoryna A jest selektywnym agonistą receptorów κ-opioidowych (KOR), wyka-

zującym silne działanie przeciwbólowe u zwierząt i ludzi oraz mającym korzystny wpływ

na czynność układu pokarmowego. U ludzi salwinoryna A wykazuje silne właściwości halu-

cynogenne. Celem niniejszej pracy jest omówienie wyników badań dotyczących aktywności

biologicznej salwinoryny A oraz poszukiwania analogów o lepszych właściwościach farma-

kologicznych, które mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie jako środki terapeutyczne,

zwłaszcza w chorobach układu pokarmowego.

WPROWADZENIE

Szałwia wieszcza (Salvia divinorum), nazywana także szałwią proroczą, boską

szałwią lub szałwią czarownika jest wieloletnią byliną z rodziny jasnotowatych

(Lamiaceae Lindl.), występującą endemicznie w górach Sierra Mazateca w połu-

dniowym Meksyku. Mazatekowie od wieków stosowali preparaty otrzymane z

szałwii w celach rytualnych (ze względu na silne działanie halucynogenne) oraz

w medycynie ludowej, jako środek przeciw biegunce i innym dolegliwościom ze

strony układu pokarmowego. Tradycyjnie szałwia wieszcza była przyjmowana

doustnie, albo przez żucie świeżych liści, lub przez picie przygotowanych na

nich nalewek [1]. W późniejszych czasach inhalacje dymem stały się najbardziej

popularną metodą zażywania szałwii wieszczej w celach rekreacyjnych [2], po-

nieważ powodowały bardzo szybkie pojawianie się halucynacji [3].

Substancja psychoaktywna zawarta w szałwii została wyodrębniona przez

Ortegę i wsp. [4] w 1982 r. i nazwana salwinoryną. Pięć lat później Valdes i wsp.

[5] wyodrębnili z niej dwa diterpeny. Główny psychoaktywny składnik szałwii,

zawarty przede wszystkim w liściach, nazwali salwinoryną A (SA) (96%), a dru-

gi, występujący w znacznie mniejszych ilościach i nie posiadający właściwości

halucynogennych, salwinoryną B (4%). Niewielkie ilości salwinoryny A zawarte

są też w łodydze i korzeniach. W 2001 r. z szałwii wieszczej wyizolowano ko-

lejny diterpen, salwinorynę C [6], a w 2003 r. salwinoryny D-F [7]. Struktura

salwinoryn A-F przedstawiona jest na rycinie 1.

ODDZIAŁYWANIE SALWINORYNY A Z RECEPTORAMI

Receptory opioidowe µ, δ i κ (odpowiednio MOR, DOR i KOR) [8] należą

do grupy receptorów związanych z białkiem G (GPCR, ang. G protein-coupled

receptors) i są zbudo-

wane z N-końcowej

części zewnątrzko-

mórkowej, siedmiu

hydrofobowych a−

-helikalnych

frag-

mentów

przecho-

dzących przez błonę

komórkową

(TM

I-VII) oraz C-koń-

cowej części we-

wnątrzkomórkowej.

W 2004 r. Chavkin

i wsp. [9] opubliko-

wali wyniki badań,

w których porównali

aktywność SA i en-

Rycina 1. Struktura salwinoryn A-F.

486

www.postepybiochemii.pl

dogennego ligandu KOR, dynorfiny A oraz dwóch selek-

tywnych agonistów KOR: U50,488 i U69,593. Wykazali, że

SA jest agonistą o podobnym powinowactwie i sile działa-

nia jak dynorfina A i, że silniej niż U50,488 i U69,593 akty-

wuje białka G

i

(Tab. 1).

Oddziaływanie SA z KOR jest zaskakujące, ponieważ

nie jest ona strukturalnie podobna do endogennych agoni-

stów tego receptora, dynorfin, które mają budowę pepty-

dową, ani do syntetycznych analogów, takich jak U69,593

czy U50,488, a jednocześnie ma działanie halucynogenne

podobne do działania znanego agonisty receptora seroto-

ninowego, dietyloamidu kwasu D-lizergowego (LSD) [10].

Ciekawe jest również, że SA, w przeciwieństwie do innych

opioidów, nie zawiera w swojej cząsteczce grupy aminowej,

uważanej za niezbędny element odpowiedzialny za wiąza-

nie z receptorami opioidowymi [11]. Opioidy, mające dzięki

obecności grupy aminowej charakter zasadowy, aktywują

KOR łącząc się z jego miejscem wiążącym zlokalizowanym

pomiędzy resztą Asp138 domeny błonowej TM III oraz resz-

tami aminokwasów zlokalizowanych w domenach TM VI i

TM VII [12]. Mechanizm oddziaływania oraz miejsce wią-

żące SA, nie posiadającej uprotonowanej grupy aminowej

niezbędnej do wytworzenia wiązań jonowych z receptorem,

głównie z resztą Asp138, nie zostało dotychczas poznane.

Początkowo przypuszczano, że grupy karbonylowe lub/i

atom tlenu pierścienia furanowego cząsteczki SA mogą

łączyć się z receptorem poprzez wiązania wodorowe [13].

Inny model wiązania SA z KOR, zaproponowany przez

Yana i Roth [14] zakładał, że SA wiąże się z receptorem

w tym samym miejscu co opiaty o budowie alkaloidowej,

ale oddziałuje z innymi resztami aminokwasowymi w łań-

cuchu białkowym receptora. Według tej teorii kompleks

SA-KOR stabilizowany jest przez oddziaływania hydro-

fobowe, wytworzone przez grupę acetylową i estrową SA

oraz przez wiązania wodorowe między pierścieniem fu-

ranowym SA a resztami aminokwasowymi w cząsteczce

receptora. W 2008 r. Kane i wsp. [12] przeprowadzili do-

kładne badania mające na celu określenia miejsca wiązania

SA z KOR. Zmieniając pojedyncze aminokwasy w sekwen-

cji białkowej receptora otrzymali jego zmutowane wersje.

Otrzymane wyniki powinowactwa i selektywności potwier-

dziły, że miejsce wiążące SA zlokalizowane jest w TM II i

VII, w przeciwieństwie do miejsc wiążących dla opiatów,

które łączą się z KOR w TM III i TM VI. Dodatkowo wyka-

zali, że aminokwasy znajdujące się we fragmencie TM VII

decydują o sile wiązania i selektywno-

ści SA do receptora. Kolejne badania

wykazały, że SA praktycznie nie wy-

kazuje powinowactwa do innych zna-

nych receptorów, z którymi łączą się

substancje psychoaktywne, takich jak

receptory DOR, sigma, ORL

1

, kanabi-

noidowe, muskarynowe i nikotynowe

oraz jonotropowe i metabotropowe re-

ceptory glutaminergiczne [9,13,14]. SA

nie oddziałuje też z receptorami sero-

toninowymi 5-HT

2A

, z którymi wiąże

się większość znanych związków o

działaniu halucynogennym, takich jak

LSD, 4-bromo-2,5-dimetoksyfenylo-

izopropyloamina (DOB), psylocybina czy meskalina [13,15].

AKTYWNOŚĆ BIOLOGICZNA SALWINORYNY A

Pobudzenie KOR zmniejsza wrażliwość na ból [7,16], po-

woduje zaburzenia nastroju, dysforię [18] oraz upośledza

orientację w czasie i przestrzeni oraz aktywność ruchową

[19]. KOR odgrywa również ważną rolę w układzie pokar-

mowym. Aktywacja KOR hamuje skurcze mięśni gładkich

in vitro [20], co in vivo przekłada się na zahamowanie pery-

staltyki jelit [21].

Harding i wsp. [22] scharakteryzowali działanie przeciw-

bólowe SA w teście rzucania ogona (ang. tail flick test) u my-

szy. SA okazała się silniejszym środkiem przeciwbólowym

niż morfina (wartości ED

50

wynosiły odpowiednio 1,98 i 5,8

mg/kg po podaniu podskórnym). Badania przeprowadzo-

ne przez McCurdy’ego i wsp. [23] wykazały, że SA ma silne

i zależne od dawki, ale krótkotrwałe działanie przeciwbó-

lowe po podaniu dootrzewnowym. Efekt analgetyczny SA

wynikał z jej oddziaływania z receptorami KOR i był blo-

kowany przez antagonistę tych receptorów, nor-binaltorfi-

minę (nor-BNI). Podobny efekt obserwowano po podaniu

dokomorowym [24] u myszy. Bardzo krótki czas działania

SA w zwierzęcych modelach bólu wynika prawdopodobnie

z jej szybkiej enzymatycznej degradacji do nieaktywnego

metabolitu, salwinoryny B.

Inne efekty obserwowane po podaniu SA in vivo to hi-

potermia [24], sedacja i upośledzenie koordynacji ruchowej

[25] oraz działanie przeciwlękowe [26]. SA, podobnie jak

inne związki o działaniu agonistycznym względem KOR,

zmniejsza poziom zewnątrzkomórkowej dopaminy zarów-

no w jądrze półleżącym u szczurów [27,28], jak i w skoru-

pie jądra ogoniastego u myszy [28,29], co prawdopodobnie

wywołuje obniżenie nastroju i efekt prodepresyjny. Aktyw-

ność biologiczną SA in vivo przedstawiono w tabeli 2.

WPŁYW SALWINORYNY A NA UKŁAD POKARMOWY

Do tej pory niewiele prac poświęcono badaniu wpływu

SA na motorykę i gospodarkę wodno-elektrolitową w ukła-

dzie pokarmowym. Capasso i wsp. [34] badali wpływ SA in

vitro na żołądkowo-jelitowe przekaźnictwo cholinergiczne

w preparatach z jelit świnki morskiej i myszy. Wykazali, że

SA hamuje skurcze jelit wywołane prądem elektrycznym,

a także stanem zapalnym wywołanym przez podanie oleju

Tabela 1. Porównanie powinowactwa salwinoryny A, dynorfiny A oraz dwóch syntetycznych ligandów KOR

do trzech typów receptorów opioidowych.

Ligand

K

i

(nM)

[

35

S]-GTPγS

Piśmiennictwo

EC

50

(nM)

MOP

DOP

KOP

MOP

DOP

KOP

Salwinoryna A >1000

>1000

7,9±0,8

>1000 >1000 4,6±1,2

[9]

Dynorfina A

8,1±0,2 5,8±0,8 1,7±0,1

65±34

72±12 5,65±2,08

[9]

U-50,488

294±49 >1000

0,20±0,01 >1000 >1000 9,31±2,54

[9]

U-69,593

692±97 >1000

0,70±0,05 >1000 >1000 26,1±10,7

[9]

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

487

krotonowego. Działanie SA znoszone było przez podanie

antagonisty KOR. Ta sama grupa zbadała następnie wpływ

SA na motorykę jelit myszy w warunkach in vivo, zarówno

w stanie fizjologicznym jak i w stanie zapalnym, wywoła-

nym podaniem oleju krotonowego [35]. W warunkach fizjo-

logicznych SA, tylko w wysokich dawkach (3 mg/kg i 10

mg/kg), hamowała ruchy jelit, a działanie to było niezależ-

ne od KOR. W stanie zapalnym hamujące działanie SA na

motorykę jelit było znacznie silniejsze. Nie obserwowano

podobnej zależności, gdy myszom podawano selektywnego

agonistę KOR, U-50,488. Wyniki te wskazują na inne dzia-

łanie SA w stanach zapalnych w porównaniu z warunkami

fizjologicznymi.

W dalszych badaniach Capasso i wsp. [36] wykazali, że

hamujący wpływ SA na perystaltykę jelit wynika z zaan-

gażowania w ten proces nie tylko KOR, ale również recep-

torów kanabinoidowych CB

1

, ponieważ badany efekt był

niwelowany zarówno przez podanie antagonisty KOR, nor-

-BNI jak i antagonisty CB

1

o nazwie rimonabant. Jednakże w

doświadczeniach in vitro SA wykazywała jedynie minimal-

ne powinowactwo do receptorów CB

1

[36]. W warunkach

fizjologicznych oraz w zwierzęcym modelu sepsy SA silnie

hamowała transport elektrolitów przez błonę w komórkach

dolnych odcinków przewodu pokarmowego, w wyniku

oddziaływania z receptorami KOR oraz receptorami kana-

binoidowymi, a także w wyniku hamowania neuroprzekaź-

nictwa cholinergicznego [37-39]. Wynika z tego, że SA dzia-

ła też na mechanizmy wewnątrzkomórkowe, niezależnie od

oddziaływania z receptorami [39].

Przedstawione dane pozwalają przypuszczać, że SA, lub

raczej jej pochodne , mogą znaleźć zastosowanie jako środki

lecznicze w terapii schorzeń układu pokarmowego np. sta-

nów zapalnych, czy w zespole jelita drażliwego, objawiają-

cych się biegunką i utratą elektrolitów [31,32,39]. Z danych

literaturowych wiadomo, że związki aktywujące receptory

kanabinoidowe CB

1

chronią myszy przed indukowanym

przy pomocy kwasu 2,4-dinitrobenzenosulfonowego za-

paleniem okrężnicy [40]. Analogi SA o działaniu wyłącznie

peryferyjnym, aktywujące zarówno KOR jak i receptory ka-

nabinoidowe, miałyby więc w jelitach działanie przeciwbó-

lowe, relaksacyjne i przeciwzapalne, a byłyby pozbawione

typowego dla SA działania psychoaktywne-

go. Ponieważ stany zapalne jelit powodują

wzrost zawartości receptorów CB

1

[40], już

małe dawki takich związków mogłyby być

wystarczające do złagodzenia objawów za-

palenia jelit.

Efekty uboczne ze strony ośrodkowego

układu nerwowego, takie jak halucynacje,

objawy schizofrenii, obniżenie sprawności

ruchowej, są czynnikami limitującymi za-

stosowanie SA jako leku. Poszukuje się więc

analogów SA, które nie byłyby w stanie prze-

chodzić przez barierę krew-mózg, ale wy-

wierały takie same efekty farmakologiczne

w układzie pokarmowym jak macierzysty

związek.

DZIAŁANIA SALWINORYNY A U LUDZI

Napar z szałwii wieszczej, zawierający niskie dawki SA i

pozbawiony działania halucynogennego, wykorzystywany

był w medycynie ludowej do leczenia anemii, bólów głowy

i reumatyzmu. SA przyjmowana w wyższych dawkach (3–

7,5 µg/kg) wywołuje intensywne i krótkotrwałe halucyna-

cje wzrokowe, smakowe czy słuchowe, połączone ze zmia-

nami w percepcji głębi, zwiększeniem odczuwania doznań i

poczucia estetyki [33,41,42].

Wyniki badań przedklinicznych i klinicznych nad ligan-

dami receptorów KOR sugerują, że KOR-selektywne po-

chodne SA mogą być w przyszłości wykorzystane w terapii

wielu schorzeń, głównie jako środki przeciwbólowe [16,43],

ale również środki moczopędne [43] czy terapeutyki w za-

stoinowej niewydolności serca [44]. Niedawno przeprowa-

dzone badania na zwierzętach wykazały, że ligandy KOR

mogą stać się też efektywnymi lekami przeciwdepresyj-

nymi [26], mogą również znaleźć zastosowanie w terapii

schizofrenii, chorób demencyjnych (choroby Alzheimera,

Huntingtona i Picka), choroby afektywnej dwubieguno-

wej, charakteryzującej się zaburzeniami percepcji, halucy-

nacjami i urojeniami, epilepsji, jak również mogą łagodzić

objawy psychosomatyczne wywołane przez stres [13,15,26].

Potencjalne możliwości wykorzystania analogów SA w te-

rapii chorób układu pokarmowego zostały omówione w

poprzednich rozdziałach.

PARAMETRY FARMAKOKINETYCZNE

I METABOLIZM SALWINORYNY A

SA ma stosunkowo krótkotrwałe działanie niezależnie

od badanego gatunku, oczekiwanych efektów, czy drogi

podania [45]. Działanie przeciwbólowe SA u myszy utrzy-

mywało się do 20 min po podaniu dootrzewnowym oraz

do 20 min po podaniu dordzeniowym w teście wicia [23,45]

i 30-45 min po podaniu dokomorowym w teście rzucania

ogona [24,30,45]. Wzrost poziomu prolaktyny po podaniu

dożylnym SA u małp z gatunku rezus trwał około 30 min.

Dla porównania, U69,593 w tej samej dawce wywoływał

podobny efekt przez 90 min [45,46]. Efekt halucynogenny

po wypaleniu szałwii wieszczej u ludzi jest również krótko-

trwały. Halucynacje pojawiają się w pełni już po 30 s, trwają

Tabela 2. Aktywność biologiczna salwinoryny A w warunkach in vivo.

Obserwowany efekt

Droga podania

Gatunek

działanie przeciwbólowe

dootrzewnowo

podskórnie

dordzeniowo

dokomorowo

mysz

23

22

30

24

działanie przeciwbiegunkowe

dootrzewnowo mysz

31,32

działanie przeciwzapalne

dootrzewnowo mysz

32

wpływ na aktywność ruchową

danio pręgowane 25

działanie uzależniające

dokomorowo

podskórnie

szczur

33

uwarunkowana

awersja miejsca

podskórnie

dootrzewnowo

szczur

mysz

33

29

działanie prodepresyjne

dootrzewnowo szczur

27

działanie uspokajające

dootrzewnowo mysz

25,29

działanie przeciwlękowe

podskórnie

szczur

26

działanie hipotermiczne

dokomorowo

mysz

24

488

www.postepybiochemii.pl

5–10 min i całkowicie zanikają po 20–30 min od podania.

Jednakże inhalacja dawki SA wynoszącej 200–500 µg wy-

wołuje głębokie halucynacje utrzymujące się około godziny

[1,45].

W 2008 r. Hooker i wsp. [47] wyznakowali cząsteczki SA

izotopem węgla

14

C, a następnie zbadali, przy użyciu po-

zytronowej emisyjnej tomografii komputerowej (PET) far-

makokinetykę i dystrybucję związku w mózgu i narządach

obwodowych u samic małp człekokształtnych. Stwierdzo-

no niezwykle szybki wychwyt SA przez mózg (maksymal-

ne stężenie wynoszące 3,3% podanej dawki obserwowano

już po 40 s) i czas półtrwania w surowicy wynoszący 8

min. Wyjątkowo szybki wychwyt do krwiobiegu i krótko

utrzymujące się wysokie stężenie SA w mózgu jest zgodne

z czasem trwania halucynacji po zastosowaniu preparatów

z szałwii wieszczej, natomiast fakt, iż najwyższe stężenie SA

odnotowano w móżdżku i korze wzrokowej mógłby wyja-

śniać obserwowane reakcje fizjologiczne.

Dotychczas opublikowano niewiele badań dotyczą-

cych szlaków metabolicznych SA w organizmie ludzkim.

Analiza struktury chemicznej związku wskazuje, że może

być on hydrolizowany do salwinoryny B [5,48], która jest

głównym metabolitem w badaniach ex vivo [49]. SA jest

najprawdopodobniej metabolizowana w wątrobie, przy

udziale izoform cytochromu P450: CYP2D6, CYP1A1, CY-

P2E1 i CYP2C18. Hydrofilowe metabolity związku są na-

stępnie wydalane przez nerki, a metabolity hydrofobowe

wraz z żółcią [42].

POCHODNE SALWINORYNY A

Dwa główne cele w badaniach zależności pomiędzy

strukturą a aktywnością biologiczną SA to poszukiwanie

analogów o wysokim powi-

nowactwie i selektywności w

stosunku do KOR, mogących

znaleźć zastosowanie jako

nowe środki przeciwbólowe

i przeciwgorączkowe oraz

poszukiwanie antagonistów

KOR o budowie opartej na

strukturze SA, o potencjalnym

zastosowaniu w leczeniu uza-

leżnień. Poniżej omówiono

najważniejsze

modyfikacje,

które mogą doprowadzić do

otrzymania analogów SA o

poszukiwanych

właściwo-

ściach farmakologicznych.

POZYCJA 1

Obecność grupy ketono-

wej w pozycji C-1 wydaje się

istotna, ale nie kluczowa dla

aktywności agonistycznej SA.

Holden i wsp. [50] wykaza-

li, że analog pozbawiony tej

grupy wykazywał 6-krotnie

mniejsze powinowactwo do

KOR niż SA, natomiast stał się

słabym agonistą MOR i DOR. Redukcja grupy ketonowej w

pozycji C-1 do grupy hydroksylowej (Ryc. 2a) spowodowa-

ła, że otrzymany analog stał się słabym antagonistą KOR.

POZYCJA 2

Badania zależności pomiędzy strukturą a aktywnością

SA wykazały, że kluczową rolę dla jej powinowactwa do

KOR i siły działania odgrywa obecność grupy acetylowej

w pozycji C-2 [45,51,52]. W ostatnich latach poświęcono

wiele uwagi pochodnym modyfikowanym w tej pozycji.

Béguin i wsp. [53] sugerowali, że tylko trójatomowe roz-

gałęzione łańcuchy mogą zastąpić grupę acetylową, nie

powodując spadku aktywności. Wykazali również, że na-

turalna konfiguracja na węglu C-2 powinna być zachowa-

na w przypadku podstawienia grupy acetylowej estrową,

eterową lub amidową, ale w przypadku podstawników

z ładunkiem elektrycznym, odwrotna konfiguracja daje

analogi o większym powinowactwie do KOR [54].

Lee i wsp. [55] otrzymali serię ośmiu analogów zawiera-

jących w C-2 atom chlorowca (F, Cl, Br lub I) o konfiguracji

zgodnej lub przeciwnej do konfiguracji grupy acetylowej w

SA. Otrzymane związki były pełnymi lub częściowymi ago-

nistami KOR. Analogi o takiej samej konfiguracji jak zwią-

zek macierzysty wykazywały większe powinowactwo do

KOR niż ich epimery. Powinowactwo do receptora wzrasta-

ło też wraz ze wzrostem promienia atomowego chlorowca

(I>Br>Cl>F). Jednak żaden z otrzymanych analogów nie

wykazał silniejszego powinowactwa do KOR niż SA. Nato-

miast podstawienie w pozycję C-2 grupy fluoroetoksymety-

lowej (Ryc. 2b) dało analog o porównywalnym do SA powi-

nowactwie do KOR, który jest pierwszym selektywnym li-

gandem tego receptora zawierającym atom chlorowca [56].

Rycina 2. Struktura wybranych analogów salwinoryny A.

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

489

Zastąpienie grupy acetylowej niedużymi podstawnika-

mi o małej lipofilowości (grupą aminową czy resztą ami-

nokwasową) pozwoliło otrzymać ligandy o wyższym niż

SA powinowactwie do KOR. Najlepsze wyniki otrzymano

po wprowadzeniu reszty waliny (Ryc. 2c) [51]. Natomiast

zastąpienie grupy acetylowej większymi podstawnikami

dawało pochodne o bardzo małej aktywności lub zupełnie

nieaktywne [51,57]. Wprowadzenie w pozycję C-2 podstaw-

nika aromatycznego spowodowało drastyczne zwiększenie

powinowactwa do MOR [22]. Analog zawierający w C-2

grupę benzoilową, o nazwie herkinorin (Ryc. 2d), wykazuje

wysokie powinowactwo do MOR (K

i

=12 nM) i jest obiecują-

cym związkiem o właściwościach przeciwbólowych, pozba-

wionym efektów ubocznych towarzyszących podawaniu

opiatów.

Jednym z najbardziej aktywnych analogów otrzymanych

poprzez modyfikację w pozycji C-2 jest 2-metoksymetylo-

salwinoryna (MOM) (Ryc. 2e) [58], wykazująca 7-krotnie

większe powinowactwo do KOR niż SA i dłuższy czas dzia-

łania w teście gorącej płytki po podaniu dootrzewnowym u

myszy [45].

POZYCJA 12/PIERśCIEń FURANOWY

Usunięcie pierścienia furanowego powoduje 1700-krot-

ny spadek powinowactwa do KOR w porównaniu z SA, co

świadczy o krytycznej roli tego pierścienia w wiązaniu z re-

ceptorem [32]. Zastąpienie pierścienia furanowego pierście-

niem 4-metylo-1,3,5-oksadiazolinowym (Ryc. 2f) spowodo-

wało tylko 29-krotny spadek aktywności w porównaniu z

SA. Natomiast otrzymany związek jest pierwszym analo-

giem SA o właściwościach antagonistycznych zarówno w

stosunku do MOR (K

e

= 430 nM)

jak i do KOR (K

e

= 360 nM).

Na rycinie 3 pokazano, które elementy strukturalne SA są

kluczowe dla aktywności biologicznej tego związku.

PODSUMOWANIE

Receptory KOR znalazły się w kręgu zainteresowań na-

ukowców jako potencjalny cel molekularny dla nowych le-

ków o działaniu przeciwbólowym i przeciwbiegunkowym

oraz środków leczniczych o możliwym zastosowaniu w te-

rapii uzależnień i w przebiegu chorób psychicznych. Obec-

nie jedynym agonistą KOR o klinicznym zastosowaniu jest

nalfurafina [44], stosowana u

chorych dializowanych w le-

czeniu świądu mocznicowego.

SA jest silnym i selektyw-

nym agonistą KOR, ale efekty

halucynogenne i krótki czas

działania dyskwalifikują ją

jako skuteczny środek leczni-

czy. W wielu krajach SA trak-

towana jest jako substancja

o działaniu narkotycznym, a

jej stosowanie uznano za nie-

legalne. W Polsce SA została

wpisana do wykazu środków

odurzających klasy I-N (po-

dobnie jak morfina) i wraz z wejściem w życie niedawnej

nowelizacji ustawy o przeciwdziałaniu narkomanii obrót

nią został zakazany [41]. Nie udowodniono wprawdzie uza-

leżniającego działania SA, jednak udokumentowano przy-

padki negatywnego działania tego związku na organizm

ludzki, jak paranoja, paniczny strach, objawy schizofrenii.

SA, będąca silnym i specyficznym agonistą KOR, może

posłużyć jako związek wyjściowy do syntezy nowych ana-

logów o lepszym profilu farmakokinetycznym, pozbawio-

nych działań ubocznych. Jak wykazały badania przedkli-

niczne, niektóre pochodne SA mogłyby znaleźć zastosowa-

nie w leczeniu wielu schorzeń: jako środki przeciwbólowe,

stabilizatory nastroju w terapii chorób psychicznych czy

środki przeciwbólowe i przeciwzapalne w terapii chorób

i stanów zapalnych układu pokarmowego. Odkrycie SA i

badania nad tym związkiem dają zatem nadzieje na stwo-

rzenie nowych skutecznych leków.

PIŚMIENNICTWO

1. Siebert DJ (1994) Salvia divinorum and salvinorin A: new pharmacologic

findings. J Ethnopharmacol 43: 53-56

2. Giroud C, Felber F, Augsburger M, Horisberger B, Rivier L, Mangin P

(2000) Salvia divinorum: an hallucinogenic mint which might become

a new recreational drug in Switzerland. Forensic Sci Int 112: 143-150

3. Baggott M, Erowid E, Erovid FA (2004) Survey of Salvia divinorum users.

Erowid Extracts 6: 12-14

4. Ortega A, Blount JF, Manchand PS (1982) Salvinorin a New trans-Neo-

clerodane Diterpene from Salvia divinorum (Libiatae). Chem Soc Per-

kins Trans 1: 2505-2508

5. Valdes LJ 3rd, Diaz JL, Paul AG (1987) Ethnopharmacology of ska Ma-

ria Pastora (Salvia divinorum, Epling and Jativa-M.). J Ethnopharmacol

7: 287-312

6. Valdes LJ 3rd, Chang HM, Visger DC, Koreeda M (2001) Salvinorin C, a

new neoclerodane diterpene from a bioactive fraction of the hallucino-

genic Mexican mint Salvia divinorum. Org Lett 3: 3935-3937

7. Munro TA, Rizzacasa MA (2003) Salvinorins D-F, new neoclerodane

diterpenoids from Salvia divinorum, and an improved method for the

isolation of salvinorin A. J Nat Prod 66: 703-705

8. Piestrzeniewicz MK, Fichna J, Janecka A (2006) Receptory opioidowe i

ich selektywne ligandy. Postepy Biochem 52: 313-319

9. Chavkin C, Sud S, Jin WZ, Stewart J, Zjawiony JK, Siebert DJ, Toth BA,

Hufeisen SJ, Roth BL (2004) Salvinorin A, an active component of the

hallucinogenic sage Salvia divinorum is a highly efficacious kappa-opi-

oid receptor agonist: Structural and functional considerations. J Phar-

macol Exp Ther 308: 1197-1203

10. Vortherms TA, Roth BL (2006) Salvinorin A: from natural product to

human therapeutics. Mol Interv 6: 257-265

Rycina 3. Zależności pomiędzy strukturą a aktywnością biologiczną salwinoryny A.

490

www.postepybiochemii.pl

11. Janecka A, Staniszewska R, Fichna J (2007) Endomorphin analogs.

Curr Med Chem 14: 3201-3208

12. Kane BE, McCurdy CR, Ferguson DM (2008) Toward a structure-

based model of salvinorin a recognition of the kappa-opioid receptor.

J Med Chem 51: 1824-1830

13. Roth BL, Baner K, Westkaemper R, Siebert D, Rice KC, Steinberg S,

Ernsberger P, Rothman RB (2002) Salvinorin A: a potent naturally

occurring nonnitrogenous kappa opioid selective agonist. Proc Natl

Acad Sci USA 99: 11934-11939

14. Yan F, Roth BL (2004) Salvinorin A: a novel and highly selective kap-

pa-opioid receptor agonist. Life Sci 75: 2615-2619

15. Sheffler DJ, Roth BL (2003) Salvinorin A: the ‚magic mint’ hallucinogen

finds a molecular target in the kappa opioid receptor. Trends Pharma-

col Sci 24: 107-109

16. Vonvoigtlander PF, Lahti RA, Ludens JH (1983) U-50,488: a selective

and structurally novel non-Mu (kappa) opioid agonist. J Pharmacol

Exp Ther 224: 7-12

17. Dykstra LA, Gmerek DE, Winger G, Woods JH (1987) Kappa Opioids

in Rhesus-Monkeys .I. Diuresis, Sedation, Analgesia and Discrimina-

tive Stimulus Effects. J Pharmacol Exp Ther 242: 413-420

18. Pfeiffer A, Brantl V, Herz A, Emrich HM (1986) Psychotomimesis me-

diated by kappa opiate receptors. Science 233: 774-776

19. Simonin F, Valverde O, Smadja C, Slowe S, Kitchen I, Dierich A, Le

Meur M, Roques BP, Maldonado R, Kieffer BL (1998) Disruption of the

kappa-opioid receptor gene in mice enhances sensitivity to chemical

visceral pain, impairs pharmacological actions of the selective kappa-

agonist U-50,488H and attenuates morphine withdrawal. EMBO J 17:

886-897

20. Chamouard P, Klein A, Martin E, Adloff M, Angel F (1993) Regulatory

role of enteric kappa opioid receptors in human colonic motility. Life

Sci 53: 1149-1156

21. De Schepper HU, Cremonini F, Park MI, Camilleri M (2004) Opioids

and the gut: pharmacology and current clinical experience. Neurogas-

troenterol Motil 16: 383-394

22. Harding WW, Tidgewell K, Byrd N, Cobb H, Dersch CM, Butelman

ER, Rothman RB, Prisinzano TE (2005) Neoclerodane diterpenes as a

novel scaffold for mu opioid receptor ligands. J Med Chem 48: 4765-

4771

23. McCurdy CR, Sufka KJ, Smith GH, Warnick JE, Nieto MJ (2006) Anti-

nociceptive profile of salvinorin A, a structurally unique kappa opioid

receptor agonist. Pharmacol Biochem Behav 83: 109-113

24. Ansonoff MA, Zhang JW, Czyzyk T, Rothman RB, Stewart J, Xu H,

Zjwiony J, Siebert DJ, Yang F, Roth BL, Pintar JE (2006) Antinocicep-

tive and hypothermic effects of salvinorin A are abolished in a novel

strain of kappa-opioid receptor-1 knockout mice. J Pharmacol Exp

Ther 318: 641-648

25. Fantegrossi WE, Kugle KM, Valdes LJ, Koreeda M, Woods JH (2005)

Kappa-opioid receptor-mediated effects of the plant-derived halluci-

nogen, salvinorin A, on inverted screen performance in the mouse.

Behav Pharmacol 16: 627-633

26. Braida D, Capurro V, Zani A, Rubino T, Vigano D, Parolaro D, Sala M

(2009) Potential anxiolytic- and antidepressant-like effects of salvino-

rin A, the main active ingredient of Salvia divinorum, in rodents. Br J

Pharmacol 157: 844-853

27. Carlezon WA, Beguin C, DiNieri JA, Baumann MH, Richards MR,

Todtenkopf MS, Rothman RB, Ma Z, Lee DY, Cohen BM (2006) De-

pressive-like effects of the kappa-opioid receptor agonist salvinorin A

on behavior and neurochemistry in rats. J Pharmacol Exp Ther 316:

440-447

28. Rothman RB, Murphy DL, Xu H, Godin JA, Dersch CM, Partilla JS,

Tidgewell K, Schmidt M, Prisinzano TE (2007) Salvinorin A: allosteric

interactions at the mu-opioid receptor. J Pharmacol Exp Ther 320: 801-

810

29. Zhang Y, Butelman ER, Schlussman SD, Ho A, Kreek MJ (2005) Effects

of the plant-derived hallucinogen salvinorin A on basal dopamine lev-

els in the caudate putamen and in a conditioned place aversion assay

in mice: agonist actions at kappa opioid receptors. Psychopharmacol-

ogy 179: 551-558

30. John TF, French LG, Erlichman JS (2006) The antinociceptive effect of

Salvinorin A in mice. Eur J Pharmacol 545: 129-133

31. Fichna J, Schicho R, Andrews CN, Bashashati M, Klompus M, Mckay

DM, Sharkey KA, Zjawiony JK, Janecka A, Storr MA (2009) Salvinorin

A inhibits colonic transit and neurogenic ion transport in mice by ac-

tivating kappa-opioid and cannabinoid receptors. Neurogastroenterol

Motil 21: 1326-e128

32. Fichna J, Dicay M, Hirota SA, Traboulsi D, Macdonald JA, Janecka A,

Beck PL, Zjawiony JK, Macnaughton WK, Storr MA (2011) Differential

effects of salvinorin A on endotoxin-induced hypermotility and neu-

rogenic ion transport in mouse ileum. Neurogastroenterol Motil 23:

583-e212

33. Braida D, Limonta V, Capurro V, Fadda P, Rubino T, Mascia P, Zani

A, Gori E, Fratta W, Parolaro D, Sala M (2008) Involvement of kappa-

opioid and endocannabinoid system on salvinorin A-induced reward.

Biol Psychiatry 63: 286-292

34. Capasso R, Borrelli F, Capasso F, Siebert DJ, Stewart DJ, Zjawiony JK,

Izzo AA (2006) The hallucinogenic herb Salvia divinorum and its active

ingredient salvinorin A inhibit enteric cholinergic transmission in the

guinea-pig ileum. Neurogastroenterol Motil 18: 69-75

35. Capasso R, Borrelli F, Zjawiony J, Kutrzeba L, Aviello G, Sarnelli G,

Capasso F, Izzo AA (2008) The hallucinogenic herb Salvia divinorum

and its active ingredient salvinorin A reduce inflammation-induced

hypermotility in mice. Neurogastroenterol Motil 20: 142-148

36. Capasso R, Borrelli F, Cascio MG, Aviello G, Huben K, Zjawiony JK,

Marini P, Romano B, Di Marzo V, Capasso F, Izzo AA (2008) Inhibi-

tory effect of salvinorin A, from Salvia divinorum, on ileitis-induced

hypermotility: cross-talk between kappa-opioid and cannabinoid

CB(1) receptors. Br J Pharmacol 155: 681-689

37. Braida D, Limonta V, Pegorini S, Zani A, Guerini-Rocco C, Gori E,

Sala M (2007) Hallucinatory and rewarding effect of salvinorin A in

zebrafish: kappa-opioid and CB1-cannabinoid receptor involvement.

Psychopharmacology 190: 441-448

38. Braida D, Limonta V, Capurro V, Fadda P, Rubino T, Mascia P, Zani

A, Gori E, Fratta W, Parolaro D, Sala M (2008) Involvement of kappa-

opioid and endocannabinoid system on Salvinorin A-induced reward.

Biol Psychiatry 63: 286-292

39. Fichna J, Dicay M, Lewellyn K, Janecka A, Zjawiony JK, MacNaughton

WK, Storr MA (2011) Salvinorin A has antiinflammatory and antino-

ciceptive effects in experimental models of colitis in mice mediated by

KOR and CB1 receptors. Inflamm Bowel Dis 18: 1137-1145

40. Massa F, Marsicano G, Hermann H, Cannich A, Monory K, Cravatt

BF, Ferri GL, Sibaev A, Storr M, Lutz B (2004) The endogenous can-

nabinoid system protects against colonic inflammation. J Clin Invest

113: 1202-1209

41. Baggott MJ, Erowid E, Erowid F, Galloway GP, Mendelson J (2010)

Use patterns and self-reported effects of Salvia divinorum: an internet-

based survey. Drug Alcohol Depend 111: 250-256

42. Zawilska JB, Wojcieszak J, Kuna P (2010) Salwinoryna A: działania far-

makologiczne, konsekwencje kiliniczne. Farmakoterapia w psychiatrii

i neurologii 2: 91-100

43. Wang Y, Tang K, Inan S, Siebert D, Holzgrabe U, Lee DY, Huang P,

Li JG, Cowan A, Liu-Chen LY (2005) Comparison of pharmacological

activities of three distinct kappa ligands (salvinorin A, TRK-820 and

3FLB) on kappa opioid receptors in vitro and their antipruritic and

antinociceptive activities in vivo. J Pharmacol Exp Ther 312: 220-230

44. Stewart DJ, Fahmy H, Roth BL, Yan F, Zjawiony JK (2006) Bioisosteric

modification of salvinorin A, a potent and selective kappa-opioid re-

ceptor agonist. Arzneimittelforschung 56: 269-275

45. Wang Y, Chen Y, Xu W, Lee DY, Ma Z, Rawls SM, Cowan A, Liu-Chen

LY (2008) 2-Methoxymethyl-salvinorin B is a potent kappa opioid re-

ceptor agonist with longer lasting action in vivo than salvinorin A. J

Pharmacol Exp Ther 324: 1073-1083

46. Butelman ER, Mandau M, Tidgewell K, Prisinzano TE, Yuferov V,

Kreek MJ (2007) Effects of salvinorin A, a kappa-opioid hallucinogen,

on a neuroendocrine biomarker assay in nonhuman primates with

high kappa-receptor homology to humans. J Pharmacol Exp Ther 320:

300-306

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

491

Salvinorin A and related diterpenes —

biological activity and potential therapeutic uses

Justyna Piekielna, Jakub Fichna, Anna Janecka

*

Department of Biomolecular Chemistry, Medical University of Lodz, 6/8 Mazowiecka St., 92-215 Lodz, Poland

*

e-mail: anna.janecka@ umed.lodz.pl

Key words: salvinorin A, antinociceptive effect, hallucinogenic action, ĸ-opioid receptor, salvinorin A analogs

ABSTRACT

Salvinorin A (SA) is the main active ingredient of

Salvia divinorum, a naturally occurring hallucinogen plant from Mexico. Traditionally,

herbal preparations obtained from

Salvia were used by the Mazatec Indians for their divination rites and the treatment of gastrointestinal

disorders. SA is a selective κ-opioid receptor agonist, producing antinociception in animals and humans and displaying regulatory effect on

colonic function. Studies in humans demonstrated potent hallucinogenic effect of SA. The extensive research on SA and related neocleroda-

ne diterpenes over the past few years resulted in a number of reports on their isolation, synthesis, and pharmacological characterization. In

this review we try to summarize, from the pharmacological and synthetic point of view, the structure-activity relationship studies of SA and

discuss the possible use of SA and its derivatives as therapeutics.

47. Hooker JM, Xu Y, Schiffer W, Shea C, Carter P, Fowler JS (2008) Phar-

macokinetics of the potent hallucinogen, salvinorin A in primates par-

allels the rapid onset and short duration of effects in humans. Neuro-

image 41: 1044-1150

48. Prisinzano TE (2005) Psychopharmacology of the hallucinogenic sage

Salvia divinorum. Life Sci 78: 527-531

49. Schmidt MD, Schmidt MS, Butelman ER, Harding WW, Tidgewell

K, Murry DJ, Kreek MJ, Prisinzano TE (2005) Pharmacokinetics of the

plant-derived kappa-opioid hallucinogen salvinorin A in nonhuman

primates. Synapse 58: 208-210

50. Holden KG, Tidgewell K, Marquam A, Rothman RB, Navarro H,

Prisinzano TE (2007) Synthetic studies of neoclerodane diterpenes

from Salvia divinorum: exploration of the 1-position. Bioorg Med Chem

Lett 17: 6111-6115

51. Fichna J, Lewellyn K, Yan F, Roth BL, Zjawiony JK (2011) Synthesis

and biological evaluation of new salvinorin A analogues incorporating

natural amino acids. Bioorg Med Chem Lett 21: 160-163

52.

Munro TA, Duncan KK, Xu W, Wang Y, Liu-Chen LY, Carlezon WA

Jr, Cohen BM, Béguin C (2008) Standard protecting groups create po-

tent and selective kappa opioids: salvinorin B alkoxymethyl ethers.

Bioorg Med Chem 16: 1279-1286

53. Béguin C, Richards MR, Wang Y, Chen Y, Liu-Chen LY, Ma Z, Lee DY,

Carlezon WA Jr, Cohen BM (2005) Synthesis and in vitro pharmaco-

logical evaluation of salvinorin A analogues modified at C(2). Bioorg

Med Chem Lett 15: 2761-2765

54. Béguin C, Richards MR, Li JG, Wang Y, Xu W, Liu-Chen LY, Carlezon

WA Jr, Cohen BM (2006) Synthesis and in vitro evaluation of salvino-

rin A analogues: effect of configuration at C(2) and substitution at

C(18). Bioorg Med Chem Lett 16: 4679-4685

55. Lee DY, Yang L, Xu W, Deng G, Guo L, Liu-Chen LY (2010) Synthesis

and biological evaluation of C-2 halogenated analogs of salvinorin A.

Bioorg Med Chem Lett 20: 5749-5752

56. Tidgewell K, Groer CE, Harding WW, Lozama A, Schmidt M, Mar-

quam A, Hiemstra J, Partilla JS, Dersch CM, Rothman RB, Bohn LM,

Prisinzano TE (2008) Herkinorin analogues with differential beta-ar-

restin-2 interactions. J Med Chem 51: 2421-2431

57. Cunningham CW, Rothman RB, Prisinzano TE (2011) Neuropharma-

cology of the naturally occurring kappa-opioid hallucinogen salvino-

rin A. Pharmacol Rev 63: 316-347

58. Lee DY, Karnati VV, He M, Liu-Chen LY, Kondaveti L, Ma Z, Wang

Y, Chen Y, Beguin C, Carlezon WA Jr, Cohen B (2005) Synthesis and

in vitro pharmacological studies of new C(2) modified salvinorin A

analogues. Bioorg Med Chem Lett 15: 3744-3747