Чага и ее биоактивные комплексы: история и перспективы

Обзор состояния изученности известного в России грибного лекарственного сырья чаги вызван необходимостью обобщить сведения о воздействии его отдельных компонентов на молекулярные мишени раковой клетки.

Сырье гриба чаги (стерильные наросты гриба Inonotus obliquus) представляет собой комплекс грибной ткани, продуктов деградации и ассимиляции грибом компонентов древесной ткани. Сырье богато полифенолами, тритерпеноидами грибного и растительного происхождения, полисахаридами. В начале  1960-х годов сырье чаги вошло в Государственную фармакопею СССР и было рекомендовано к применению  как неспецифическое лекарственное средство для лечения гастритов, язвы желудка, полипозов, предраковых заболеваний и некоторых  злокачественных опухолей в случаях, когда не показаны лучевая терапия и хирургическое вмешательство.

Однако фармакологический потенциал чаги до конца не задействован. Прежде всего, очевидно разнонаправленное действие различных биоактивных комплексов чаги на молекулярные мишени раковой клетки:  ингибирующее циклинзависимые киназы и проапоптотическое (тритерпеноиды), иммуноопосредованное  цитотоксическое и провоспалительное (полисахариды), генопротективное и антиапоптотическое (полифенолы).

Комплексное воздействие этих веществ на раковую ткань, очевидно, имеет менее выраженный эффект, чем таргетированное воздействие на злокачественно-трансформированные клетки. Следовательно,  на повестке дня – клинические испытания очищенных биоактивных комплексов чаги, прежде всего про апоптотического (инотодиол, бетулиновая кислота) и противовоспалительного (3,4-дигидроксибензалаце тон) действия. В работе на основании рассмотренных данных предположено, что углубленное изучение  сырья чаги в будущем может привести к созданию на его основе новых и более эффективных лекарств.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: базидиомицеты; иммунотерапия; лекарственные грибы; полисахариды; рак;  таргетная терапия; тритерпеноиды
СОКРАЩЕНИЯ:
ЕКК – естественные киллерные клетки;
МНС1 – главный комплекс гистосовместимости I типа;
ФНО – фактор некроза опухолей;
VEGF – фактор роста эндотелия сосудов;
EGF – эпидермальный фактор роста;
IFN-γ – интерферон гамма;
IL-4 – интерлейкин 4;
NF-κB – транскрипционный ядерный фактор;
P 53 – транскрипционный фактор, регулирующий клеточный цикл;
TNF-α – фактор некроза опухолей альфа. 

Введение

Известное в народной медицине лекарственное сырьё под названием «чага» вошло в Государственную фармакопею СССР в начале 1960-х годов как тонизирующее и профилактическое средство, рекомендованное к применению при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и не задействованное в основных лечебных схемах онкотерапии.

Исследования биоактивных комплексов чаги последних лет свидетельствуют о том, что многие из них могут использоваться в таргетной терапии злокачественных новообразований.

Цель настоящего обзора – показать историю фармакологического изучения чаги с акцентом на исследования последних лет, когда было начато изучение воздействия её биоактивных комплексов на различные молекулярные мишени раковой клетки.

История медицинского и фармакологического изучения чаги

Чага (известная также как берёзовый гриб, рак,кяр) представляет собой продукт взаимодействия мицелия базидиального гриба Inonotus obliqbbs (Fr.) Pilat (Hymenochaetales, Agaricomycetes), ксилемы и каллусной ткани живых деревьев, преимущественно порядка Fagales (Букоцветные). Она имеет вид чёрных растреснутых наростов на стволе дерева твёрдой консистенции с рыжевато-жёлтой более мягкой сердцевиной.

Мицелий гриба, вызывающего эти наросты, живёт многие годы в сердцевине дерева, под корой развивает отслаивающие её распростёртые плодовые тела, а в местах разрывов коры формирует комплексные образования, именуемые чагой (мнение о склероциальной природе чаги является упрощённым).

Лекарственные свойства чаги издавна известны в народной медицине Урала, Сибири, северных районов европейской территории России. Традиционно она использовалась в виде чаёв при лечении туберкулёза, раковых заболеваний лёгких, печени и желудочно-кишечного тракта. Применяли чагу также в качестве обезболивающего и противовоспалительного средства.В поле зрения отечественных клиницистов и практических врачей (Ф.И. Иноземцев, Э. Фробен, А. Фрухт, И.И. Лапин, С.А. Смирнов) сырьё чаги попало во второй половине 19 века в связи с положительными результатами использования отвара берёзового гриба в терапии злокачественных новообразований.

С 1959 года комплексное изучение чаги начинается в Ботаническом институте им. В.Л. Комарова АН СССР в сотрудничестве с 1-м Ленинградским медицинским институтом им. И.П. Павлова. Эти исследования включали такие направления, как биология и анатомия возбудителя чаги, её ресурсный потенциал, химическое изучение грибного сырья, экспериментальное изучение его на простейших и позвоночных животных и клинические испытания с привлечением больных с развитым процессом образования опухолей.

Клинические испытания показали улучшение состояния больных, нормализацию показателей крови и лимфатической системы, снижение болевого синдрома. Однако химические исследования тех лет позволяли идентифицировать полифенолы и полисахариды, оказывающие общее иммуномоделирующее действие и осуществляющие хемосорбцию , но не давали возможности выявить вещества адресного действия.

Полученные результаты трактовались осторожно. Чагу предлагали рассматривать как общеукрепляющее и, возможно, онкопревентивное средство, и рекомендовали использовать в качестве вспомогательного при лечении широкого спектра желудочно-кишечных заболеваний. В таком качестве чага была включена в Государственную фармакопею СССР и рекомендована к применению как неспецифическое лекарственное средство для лечения гастритов, язвы желудка, полипозов, предраковых заболеваний и некоторых форм злокачественных опухолей в случаях, когда не показаны лучевая терапия и хирургическое вмешательство.

В конце 1960-х годов на Западе издаётся роман А.И. Солженицына «Раковый корпус», в котором автор, в частности, основательно излагает опыт лечения липосаркомы желудка сочетанием лучевой терапии с водными экстрактами чаги.

Интерес отечественного научного сообщества к проблеме лекарственных грибов, и чаги в частности, возродился в конце 1990-х в связи с прогрессом в химическом изучении растительного сырья, а также расшифровке молекулярных механизмов патофизиологических процессов.

Полисахариды чаги

Из полисахаридов чаги наиболее важным в фармакологическом отношении являются бета-глюканы. Эти вещества издавна широко используются в иммунотерапии злокачественных новообразований. Несмотря на то, что непигментированный ослизняющийся мицелий представлен небольшой фракцией, бета-глюканы из сырья чаги выделяются в заметном количестве.

В основополагающей работе  по бета-глюканам чаги сравнивали метод щелочной экстракции полисахаридов и методферментативного расщепления с последующим гравиметрическим анализом.

Количество неочищенного бета-глюкана, полученного методом щелочной экстракции составляло 13,7 г на 100г образца, а метод ферментативного расщепления -15,3г на 100г. Экспериментально показана биологическая активность бета-глюканов, экстрагированных из сырья чаги.

Ланостановые тритерпеноиды

Ланостановые тритерпеноиды – производные полициклического углеводорода ланостана (или 4,4,14альфа-триметилхолестана). Они характеризуются довольно компактной молекулярной структурой и достаточно высокой реакционной способностью.

Попадая в клетку, эти вещества вступают в реакцию с транскрипционными факторами и низкомолекулярными интермедиатами сигнальной трансдукции, а также с некоторыми мембранными и ядерными рецепторами клетки, обычно инактивируя их. С этим, в своей основе ингибирующим, эффектом связана их биологическая активность.

Ланостановые тритерпеноиды чаги изучены достаточно полно. Среди них наиболее выраженной фармакологической активностью обладает инотодиол, оказывающий выраженное антипролиферативное  и проапоптотическое действие. Данные о высокой биологической активности инотодиола поверялись целой серией испытаний на экспериментальных наборах раковых клеток.

Бетулин

Бетулин представляет собой белое кристаллическое или смолистое вещество (тритерпеновый спирт), которое заполняет полости клетокпробковой ткани в коре ряда лиственных пород (в частности, берёзы и ольхи). При ферментативном окислении даёт бетулиновую кислоту (3бета-гидрокси-20(29)-лупаен-28-овая кислота) – пентациклический тритерпеноид с выраженной биологической активностью, главным образом, проапоптотической.

Чага накапливает и концентрирует бетулин примерно так же, как Taxomyces andreanae – таксол. В гифах мицелия, прорастающих через клетки пробковой ткани, цитоплазма вакуолизируется, и гифа в значительной степени заполняется смолистым веществом. В такой (очевидно, ферментативно модифицированной) форме «грибной» бетулин имеет выраженную биологическую активность, вызывая апоптоз даже у клеток весьма агрессивных форм меланомы.

Очевидно, бетулин – не единственный компонент древесной ткани, накапливаемый  или метаболизируемый грибом. Помимо лигноцеллюлозных комплексов, чага окисляет флавоноиды, танины и некоторые другие вещества.

В большинстве видов берёз присутствуют гликозиды, флавоноиды, стеролины, эфирные масла, танины и витамины, содержание в коре биологически активного тритерпеноида бетулина, в зависимости от вида, варьирует от 7 до 44%. Растения рода Alnus  содержат терпеноиды, флавоноиды, диарилгептаноиды, фенолы, стероиды и танины. Состав лигноцеллюлозного комплекса древесины всех названных растений также различается.

Меланины и полифенольные дериваты

В ходе колонизации древесного субстрата Inonotus obliquus осуществляет окисление лигноцеллюлозных комплексов, в котором принимают участие экстрацеллюлярные ферменты гриба, прежде всего лакказы. Итогом этой окислительной деятельности является накопление вокруг растущего мицелия продуктов неполной деградации лигнина – от депозитов аморфного и лишь слегка модифицированного лигнина до полифенольных дериватов различного молекулярного веса.

Эти вещества являются мощным поглотителем свободных радикалов и активных форм кислорода, поэтому привлекают особое внимание исследователей.

Накапливая полифенольные компоненты экстрацеллюлярно, гриб осуществляет также внутриклеточный синтез меланинов. Последние идентифицируют в спиртовых экстрактах грибного сырья спектрофотометрическим методом.

В.Г. Бабицкой и сотрудниками меланины были идентифицированы в экстрактах I. obliquus. Эти авторы показали,  что добавление в среду ионов меди (0,008%), пирокатехола (1,0мМ) стимулировали меланогенез in vitro. Продукция меланина в опытах коррелировала с синтезом о- и п-дифенолоксидаз.

У грибов меланин  меланин образуется из предшественника – диоксифенилаланина, секретирующегося аппаратом Гольджи грибной клетки с субмембранной области. После окисления диоксифенилаланина образующийся меланин откладывается экстрапариетально. В биосинтезе грибных меланинов принимают участие лакказы, дифенолоксидазы и тирозиназы – окислительные ферменты, высокая активность которых отмечена для мицелия I. obliquus.

Одним из относительно недавно идентифицированных полифенольных производных,  выделенных из сырья чаги, является 3,4-дигидроксибензалацетон. Он проявляет ингибирующую активность в отношении хемокина NF-kB, являющегося системным фактором опухолевой прогрессии.

Воздействие биоактивных комплексов чаги на молекулярные мишени раковой клетки

Раковые клетки характеризуются активизацией программ выживания и пролиферации, повышенной устойчивостью к апоптозу, подвижностью, репликативным бессмертием, нестабильностью генома и более чем необратимыми эпигеномными изменениями. Для них свойственна аутокринная акселерация пролиферации, активная пролиферативная и толерогенная сигнализация.

Опухолевая прогрессия связана с разбалансировками клеточного цикла, часто вызванными клеточным стрессом. При этом генетические риски, связанные с мутациями генов – опухолевых супрессоров, прежде всего р53, определяют высокую скорость опухолевой прогрессии и её необратимость.

Как традиционные, так и альтернативные схемы лекарственной терапии злокачественных новообразований сталкиваются с двумя базовыми проблемами:

1. небольшим количеством витальных молекулярных мишеней, специфичных для рака;
2. высоким адаптивным потенциалом раковых клеток и клональной и гетерогенностью раковой ткани.

Практическое решение этих проблем сводится к гибкому терапевтическому реагированию, ситуационному сочетанию сильных и слабых лекарственных воздействий на опухоль, привлечению широкого спектра  слабых стимулов, направленных на ингибирование процессов по принципу Ле Шателье. Биоактивные комплексы грибного происхождения занимают в этой практике определённую нишу.

Ингибирование митогенной активности

Прямое действие биоактивных комплексов чаги на экспериментальные наборы злокачественно-трансформированных клеток показало, что ингибирование ими митогенной активности может быть связано с несколькими принципиально важными направлениями:

• ингибированием протеинкиназ – основного генератора пролиферативных сигналов;
• арестом клеточного цикла;
• нарушением пролиферативных сигнальных каскадов.

Индукция апоптоза, опосредованного естественными киллерными клетками

Цитотоксическая активность иммуноцитов против широкого спектра опухолевых клеток-мишеней, предшествующая направленной иммунизации грызунов, была названа естественной киллерной активностью. Естественные киллерные клетки – филогенетически древняя разновидность Т-клеток,хотя и ряд других субпопуляций Т-лимфоцитов обладает подобным действием.

Распознание цитотоксическими лимфоцитами злокачественных клеток происходит в связи с тем, что последние значительно снижают экспрессию антигенов главного комплекса гистосовместимости I типа (МНС-1). В ходе контакта с раковыми клетками клетки-киллеры индуцируют либо ФНО-зависимый апоптоз (ФНО-фактор некроза опухоли), либо неспецифический лизис клетки путём контаминации их цитологическими гранулами, содержащими перфорин и гранзим В.

Полисахариды клеточной стенки грибов ложно распознаются клетками врождённого иммунитета в качестве инвазивного клона микроорганизмов, поскольку у этой группы иммуноцитов сформирован целый класс рецепторов, настроенных на распознание молекулярных фрагментов самых разных клеточных стенок. Глюканы, маннаны, хитозан, являющиеся основными гидрофильными компонентами клеточных стенок грибов, выступают для иммунных клеток как один из «патоген-ассоциированных молекулярных образов», будучи комплементарными ряду их рецепторов.

Иммунная система распознаёт эти фрагменты и значительно активизируется. Механизм этой активизации сегодня  в общих чертах ясен. Поступающие в желудочно-кишечный тракт грибные полисахариды, не подвергаясь ферментативному разрушению, захватываются клетками слизистой оболочки кишечника и переносятся ими в подслизистый слой. Там происходит их взаимодействие с рецепторами макрофагов и дендритных клеток, поглощающих, частично расщепляющих эти вещества и связывающих их фрагменты с молекулами МНС 1.

В селезёнке и лимфатических узлах эти антиген-репрезентирующие клетки стимулируют гранулоциты и клетки-киллеры, ответственные за местный иммунитет. Часть глюканов с током крови попадает в печень, где захватывается купферовыми клетками, выделяющими в ответ на это взаимодействие то же набор цитокинов и активирующими системный иммунитет.

По современным представлениям, роль развития иммунной реакции в условиях опухолевой прогрессии противоречива. Помимо интерферона и ФНО, имеющих выраженное онкостатическое действие, в тканевой жидкости фиксируется увеличение концентрации VEGF (факторов роста эндотелия сосудов) и EGF (эпидермального фактора роста), продуцируемых гранулоцитами и В-лимфоцитами.

Все клеточные участники реакции (включая злокачественные клетки) повышают уровень активности NF-кВ. Тем не менее, в ситуации неистощённых депо ЕКК такого рода провоцирование иммунной реакции себя оправдывает, поскольку стимулирует массовый ЕКК-опосредованный ФНО-зависимый апоптоз либо перфорин-зависимый цитолиз.

Иммуноопосредованной супрессии опухолей, индуцированной полисахаридами чаги, посвящено большое количество работ, из которых приведём исследование Вона и сотрудников. В этом исследовании было показано, что презентация полисахаридов I.obliquus иммунными клетками мыши ведёт к продукции последними активных форм кислорода, секреции  TNF-a и IFN-y/IL-4, активизации NF-kB, т.е. классической картине активизации врождённого иммунитета.

Поглощение свободных радикалов и активных форм кислорода

Полифенольные дериваты, которыми богато сырьё чаги, обладают высоким потенциалом хемосорбции. Прежде всего, при устойчивой к атаке свободных радикалов и активных форм кислорода химической структуре с распределённой  С-С-связью они имеют свободные СН-связи, открытые для окисления и присоединения реакционноспособных молекул. Антиоксидантной активности экстрактов чаги посвящено немало работ.

Выводы

В целом можно констатировать, что к настоящему времени чага относится к числу хорошо изученных лекарственных грибов. Её спецификой является обилие растворимых в воде полифенольных соединений, определяющих высокий сорбционный потенциал (поглощение циркулирующих лигандов, в том числе медиаторов опухолевой прогрессии), мягкое проапоптотическое и иммуномоделирующее действие.

Представляет интерес применение чаги в сочетании с традиционными методами лекарственной и лучевой терапии злокачественных новообразований. Отдельного внимания заслуживает паллиативное лечение с  использованием этого перспективного в онкотерапии сырья.

Достаточно чётко просматриваются также направления дальнейших фармакологических испытаний. Прежде всего, очевидно наличие разнонаправленного действия различных биоактивных комплексов чаги  на молекулярные мишени раковой клетки. Комплексное воздействие этих веществ на раковую ткань, очевидно, имеет более слабый эффект, нежели таргетированное воздействие на злокачественно-трансформированные клетки. Следовательно, на повестке дня – клинические испытания  очищенных биоактивных комплексов чаги, прежде всего проапоптотического  (инотодиол, бетулиновая кислота) и противовоспалительного (3,4-дигидроксибензалацетон) действия.

В качестве паллиативного средства при распространённом опухолевом процессе чага хорошо себя зарекомендовала с конца 1950-х годов. В связи с паллиативной терапией важным представляется изучение влияния биоактивных комплексов чаги на болевой синдром, изменение порогов чувствительности нервных окончаний. Прогресс в области биоинформатики  уже в ближайшем будущем позволит моделировать взаимодействие биоактивных молекул чаги с мембранными и ядерными рецепторами клетки, её транскрипционными факторами, ингибирующими частицами и малыми молекулами РНК. При этом совсем не исключено, что углубленное изучение сырья чаги может привести к созданию на его основе новых и более эффективных лекарств.
    

© 2020. И.В. Змитрович¹, Н.П. Денисова¹, М.Э. Баландайкин², Н.В. Белова¹, М.А. Бондарцева¹,  Л.Г. Переведенцева³, В.В. Перелыгин⁴, Г.П. Яковлев¹, ⁴

¹ Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН, Санкт-Петербург, Россия
² Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия
³ Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
⁴ Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, Санкт-Петербург, Россия