4.2.2. Хеморегуляторы, воздействующие на позвоночных животных

В растениях найдены многочисленные вещества, тем или иным образом воздействующие на плодовитость позвоночных животных. Ряд этих веществ, ингибируя плодовитость, действуют подобно половым гормонам позвоночных. Есть вещества, которые подавляют сперматогенез или ингибируют плодовитость посредством пока недостаточно изученных механизмов. Некоторые соединения воздействуют на мутагенез и канцерогенез. Наконец, есть еще одна группа растительных веществ, которая стимулирует плодовитость фитофагов. Экологическое значение этих трех групп хемоэффекторов несомненно, поскольку они в той или иной мере регулируют плотность полуляций фитофагов.

Продуцирование растениями ингибиторов плодовитости гормонального типа. Сообщения в 1930-х годах о присутствии в плодах некоторых пальм и граната Punica granatum L. веществ, идентичных половым гормонам самок млекопитающих, были встречены со скепсисом [Harborne, 1982]. Сейчас наличие и женских (встрой, эстриол), и мужских (тестостерон, андростенедион) гормонов у различных, растений в семенах, цветках, пыльце считается доказанным. Кроме того, в растениях обнаружены вещества, не являющиеся по химической структуре женскими гормонами, но оказывающие аналогичное действие. Для веществ такого типа предложен термин "фитоэстрогены" (phytoestrogens).

Открытие одного из фитоэстрогенов последовало за сообщениями о том, что беременные женщины в Бирме и Таиланде пользовались экстрактом корней растения из семейства бобовых, чтобы вызвать аборт. Химический анализ веществ корней этого растения (Pueraria mirifica Airy Shaw) привел в 1960 г. к открытию действующего вещества - стероида мирэстрола (miroestrol).

В Австралии в 40-х годах было сделано еще одно интересное наблюдение. Обнаружилось, что увеличение сроков выпаса овец на пастбищах с клевером подземным Trifolium subterraneum И привело к снижению их плодовитости. Причиной оказались два вещества из группы изофлавонов, выделенные из этого вида клевера, - генистеин и формононетин. Эти вещества по структуре схожи с половым гормоном самок млекопитающих - эстроном (фолликулином) и наиболее активным его синтетическим аналогом - диэтилстильбэстролом. Это еще один пример химической мимикрии. Интересно, что формононетин является проэстрогеном и уже в организме животного он превращается (путем деметилирования и восстановления) в более активное вещество - изофлаванэквол. Подсчитано, что ежегодно 1 млн австралийских овец теряют ягненка из-за этих веществ клевера. Проблема усложняется еще одним экологическим обстоятельством: существующие в Австралии формы Т. subterraneum L. прекрасно приспособились к среде обитания, создали в почве большие запасы семян, и поэтому не могут быть заменены другими видами клевера.

Изофлавоновый скелет генистеина и формононетина несет У клевера двойную эколого-биохимическую функцию, так как многие фитоалексины данного семейства - восстановленные формы этих двух соединений.

Была обнаружена еще одна интересная экологическая роль изофлавонов (Leopoldet al., 1976; см. [Harborne, 1982]). Бобовыми на пастбищах питаются птицы (quails), на которых изофлавоны в больших дозах также оказывают эстрогенный эффект и снижают откладку яиц. Но это действие в природных условиях проявляется лишь в годы с малым количеством осадков, когда растения растут менее пышно и обогащаются изофлавонами в расчете на единицу сырой массы. Такая регуляция имеет экологический смысл, поскольку тем самым в годы с меньшим обилием корма снижается численность популяции консументов.

Возможно, что другие присутствующие в растениях вещества типа половых гормонов или их имитаторов позвоночных связаны с такой регуляцией эколо-биохимических отношений этих растений с фитофагами.

Ингибиторы плодовитости иных типов. Среди этих разнородных по характеру своего воздействия и химизму веществ рассмотрим следующие: а) вещества конопли (Cannabis indica Lam.), присутствующие в марихуане; б) предложенный в качестве мужского контрацептива госсипол; в) алкалоиды, вызывающие интоксикацию домашнего скота; г) другие вещества.

Рис. 20. Каннабиоиды из конопли [Turner, 1983]. 1 - Δ⁹-тетрагидроканнабинол (ТГК), tetrahydrocannabinol); 2 - каннабинол; 3 - каннабидиол (cannabidiol). ТГК - наиболее психомиметически активный компонент препаратов конопли. Содержание ТГК в мексиканской марихуане составляет около 1 % (на сухую массу), в гашише - около 2%. Существуют препараты со значительно более высоким содержанием ТГК

А. Каннабиоиды и марихуана. В состав марихуаны входит Δ⁹-тетрагидроканнабинол (ТГК), который, как оказалось, способен уменьшать плодовитость млекопитающих. В ряде опытов показано, что смесь ТГК, каннабинола и каннабидиола (рис. 20) уменьшала плодовитость подопытных мышей и увеличивала у них частоту хромосомных нарушений [Dalterio et al., 1982]. Существенно, что снижение плодовитости и рост хромосомных нарушений наблюдались не только у мышей, получавших эти вещества с пищей, но и у их потомков. Данные опыты указывают на еще один аспект опасности марихуаны, поскольку использованная в опытах с мышами дозировка каннабиоидов соответствует примерно трем сигаретам с марихуаной для одного человека [Dalterio et al., 1982]. ТГК - наиболее психомиметически активный компонент препаратов конопли. Его содержание в мексиканской марихуане составляет около 1% (на сухую массу.) Считается, что в одной сигарете весом 1 г содержится около 10 мг ТГК (при горении сигареты его количество уменьшается до 2 мг). В гашише, который представляет собой смесь водонерастворимых смолистых компонентов конопли, содержание ТГК составляет около 2% [Turner, 1983]. Таким образом, опасность марихуаны и содержащихся в ней каннабиоидов выше, чем иногда полагают [Harborne, 1982].

Каннабиоиды производят очень существенные нарушения в организме животных: считается, что в организме нет системы которую они бы не нарушали. На клеточном уровне они, по-видимому, изменяют проницаемость мембран. Показана их способность подавлять образование цАМФ, что, как полагают, немаловажно для их ингибирующего действия на синтез проетагландинов в яичниках млекопитающих [Lewysohn et al., 1984].

Б. Госсипол. Этот полифенол (см. рис. 8) из семян хлопчатника проявляет контрацептивные свойства при введении в организм самцов млекопитающих. В ряде опытов самцы крыс получали госсипол ежедневно в оральных дозах 15-40 мкг/кг массы тела; инфертильность (потеря способности иметь потомство) наступала через 2-4 нед [Jensen et al., 1982]. У крыс нарушался сперматогенез, наблюдались ненормальности в ультраструктуре и морфологии сперматозоидов. Характерно, что после прекращения приема госсипола контрацептивный эффект исчезал. По некоторым наблюдениям китайских исследователей, аналогичное контрацептивное воздействие госсипол оказывал и на мужчин, получавших орально дозы 20 мг в день. Инфертильность в этом случае наступала через 20 дней и также была связана с ультра- структурными нарушениями в сперматозоидах.

Таблица 23. Примеры нарушения метаболитами растений молекулярных структур и биохимических процессов

Некоторые другие аспекты действия госсипола показаны в табл. 23,

В. Индолизидиновые алкалоиды. В растениях пастбищ на западе США - астрагале - Astragalus и остролодочнике - Oxytropis spp. (бобовые, подсем. Lotoideae) - найдены два индолизидиновых алкалоида (свайнсонип, слафрамин), которые вызывают у пасущихся животных хроническое заболевание нервной системы, называемое локоизмом. Помимо депрессии, ухудшения координации и других нарушений нервной системы, они вызывают аборты и дефекты у потомства. Эти алкалоиды ингибируют лизосомальную а-маннозидазу и вызывают вакуолизацию клеток тканей в результате накопления олигосахаридов, содержащих маннозу.

Недавно было показано, что корни цикория - Cichorium intylus L. содержат вещество или вещества, подавляющие сперматогенез млекопитающих [Roy-Choudhury, Venkatakrishna-Bhatt, 1983].

Плодовитость млекопитающих снижают экстракт Aristolochia indica L. [Che et al., 1984] и ряд других растительных препаратов.

Таблица 24. Примеры некоторых генотоксичных веществ растений

Таблица 25. Некоторые примеры веществ растений, показавших в определенных тест-системах канцерогенное действие [Kinghorn, 1983; и др.]

По-видимому, способность подавлять плодовитость консумен- тов гораздо шире распространена в растительном мире, чем считалось ранее.

Мутагены, канцерогены и антиканцерогены. Некоторые виды сосудистых растений содержат мутагенные вещества (табл. 24) LAmes, 1982; Carr, 1985; Shankel et al., 1987]; среди распространенных мутагенов растительного происхождения - флавоноиды.

Одним из часто встречающихся производных флавоноидов является кверцетин. Он может индуцировать мутации у культивируемых клеток млекопитающих. Показана также мутагенность сульфатного эфира кверцетина и других производных флавоноидов - кемпферола и изорамнетина [Sugimura, Sato, 1983].

Таблица 26. Примеры некоторых веществ растений, которые в определенных тест-системах показали коканцерогенное или нромоторное действие (по [Kinghorn, 1983]; и др.)

Ряд веществ растений являются канцерогенами (табл. 25) и коканцерогенами (табл. 26).

Показано, что пирролизидиновые алкалоиды канцерогенны для грызунов и мутагенны в тесте с предварительной активацией. Циказин (метилазоксиметанолгликозид) является канцерогеном для грызунов и мутагеном для сальмонеллы S. typhimurium His G 46. Данные об этих и других канцерогенах собраны, например, в работе [Шгопо, 1987].

Папоротник Pteridium aquilinum (L.) Kuhn содержит мутагенное вещество, выделенное в 1983 г. нидерландскими учеными и названное ими аквилидом А (рис. 21). Наличие этого вещества обеспечивает более 50% мутагенной активности, имеющейся у тканей папоротника. В данной работе в качестве теста на мутагенность применяли тест с использованием сальмонелл и микросом. В опытах с млекопитающими ранее было установлено, что данный вид папоротника, используемый в пищу, может вызывать карциномы кишечника и мочевого пузыря у животных.

В Национальном институте по изучению рака (США) был проведен массовый анализ экстрактов из 2500 видов растений, и оказалось, что экстракты 42 видов существенно усиливают рост опухолей у мышей и других видов экспериментальных животных. Экстракты этих видов усиливали рост опухолей на 175-466% [Caldwell, Brewer, 1983].

В растениях найдены вещества, обладающие в некоторых тест- системах и противоположным, т. е. антиканцерогенным, действием, а также антимутагены (рис. 22, табл. 27).

Противоопухолевая активность ряда растительных веществ сопряжена с другими проявлениями токсичности, что хорошо известно для некоторых алкалоидов. Таковы колхамин из безвременника великолепного Colchicum speciosum Stev. и безвременника осеннего С. automnale L., винбластин и винкристин из барвинка розового Vinca rosea L. Последние два вещества перспективны для биотехнологического синтеза ввиду высокой рыночной цены - около 5 млн долл, за 1 кг (1986 г.)

В число растительных веществ, обладающим антиканцерогенным эффектом в тех или иных фенолы, индолы, ароматические изотиоцианаты, метилированныем флавоны, кумарины, стеролы, ингибиторы протеаз, аскорбиновая кислота, токоферолы, каротены и др. [Ames, 1982; Wattenberg, 1983; Shankel et al, 1987].

Рис. 21. Аквилид A (aquilide А), мутагенное и канцерогенное вещество папоротника Pteridium aquili- num (L.) Kuhn [Hoeven van der et al., 1983]

Рис. 22. Циннамальдегид (cinnamaldehyde), антимутаген из лекарственного растения коричника китайского Cinnamomum cassia

Среди этих веществ выделяются три группы.

Во-первых, вещества, предотвращающие образование канцерогенов из веществ-предшественников, например аскорбиновая кислота и а-токоферол. Во-вторых, так называемые блокирующие агенты, предотвращающие взаимодействие канцерогенных агентов с молекулами-мишенями в тканях живого организма. Примерами таких блокирующих агентов являются антиоксиданты. В-третьих, так называемые супрессивные агенты. Они подавляют злокачественное развитие в тканях организма, уже получившего такие дозы канцерогена, которые могут вызывать рак. К группе супрессивных агентов относятся ингибиторы протеаз и встречающийся в растениях из семейства крестоцветных бензилизотиоцианат (рис. 23).

Один из путей образования канцерогенных веществ в организме млекопитающих, включая человека,- реакция нитрита с вторичными и третичными аминами и амидами, которая может протекать в желудке при имеющихся там pH с образованием нитрозаминов и нитрозамидов [Lijinsky, 1986; см. также гл. 6 о биотрансформации ксенобиотиков]. Поэтому представляют несомненный интерес вещества растительного происхождения, подавляющие реакции этого типа. Недавно было найдено, что таковыми являются дубильная, галловая и хлорогеновая кислоты. Найдены еще два вещества растений с подобным действием, которые в растворе, имитирующем желудочную жидкость, быстро реагировали с эквимолярным количеством нитрита - кофейная и феруловая кислоты (см. рис. 23) [Kuenzig et al., 1984].

Таблица 27. Примеры антимутагенной активности некоторых веществ растений

Ряд работ содержит дополнительные данные о генотоксичности для клеток животных веществ растений (например, [Ames, 1982; Fujiki et al., 1984; Maier et al., 1985; Das, 1987]), промоторной активности веществ растений (например, [Horiuchi et al., 1987]), снижении частоты химически индуцированных хромосомных аберраций в клетках животных под действием веществ растений (например, [Sasaki et al., 1987] ), ингибировании экспериментально индуцированных опухолей животных веществами растительного происхождения [Carr, 1985], включая более 70 сесквитерпеновых лактонов, ряд кумаринов [Краснов и др., 1987], о роли свободных радикалов, антиоксидантов и антимутагенов в процессах канцерогенеза и их ингибирования [Shankel et al., 1987], веществах растений, действующих как антимутагены [Kada, Shimoi, 1987; Gichner, Veleminsky, 1988] и антиоксиданты [Nakatani, Kikuzaki, 1987; Su et al., 1987].

Показано, что ванилин и некоторые другие антимутагенные вещества увеличивали частоту обменов сестринских хроматид (sister-chromatid exchanges, SCEs), индуцированных мутагенами у культивируемых клеток китайского хомяка [Sasaki et al., 1987]. По-видимому, механическое деление веществ, воздействующих на мутагенез, на два альтернативных класса: на мутагены и антимутагены, является весьма условным и отражает только современный уровень недостаточного познания механизмов мутагенеза. Так, перекиси липидов, которые обычно рассматриваются как вещества, обладающие мутагенной и канцерогенной активностью (и в определенных тест-системах их действительно проявляют), могут окалывать и противоположное воздействие. Аутоокисленные линолевая и олеиновая кислоты оказывали антимутагенное воздействие на УФ-индуцированный мутагенез Е. coli [Aikawa, Komatsu, 1987].

Можно уверенно прогнозировать, что в дальнейшем накопятся новые указания на распространенность в растительном мире веществ мутагенного, канцерогенного и, наоборот, антиканцерогенного действия. Логичо полагать, что растительные вещества в определенной мере регулируют или модулируют процессы мутагенеза и канцерогенеза (см. табл. 24 и 27) растительноядных животных и других организмов сооответствующих экосистем. Темп мутационного процесса в популяциях и факторы, влияющие на него, весьма важны с эволюционной точки зрения.

Рис. 23. Вещества растений - ингибиторы канцерогенеза у животных [Wattenberg, 1983; Kuenzig et al., 1984; и др.] 1 - бензилизотиоцианат (benzyl isothiocyanate); 2 - кофейная кислота (caffeic acid); 3 - феруловая (ferulic) кислота

Изучение природных мутагенов и канцерогенов неотделимо от исследования антропогенных загрязняющих веществ - канцерогенов. Одна из причин этого - то, что некоторые ксенобиотики одновременно являются и природными веществами, и антропогенными загрязняющими веществами. Так, катехол, обладающий канцерогенным действием на млекопитающих [Hirose et al., 1987], содержится в растениях и в таких продуктах питания, как лук, кофе и др. и в то же время выпускается химической промышленностью (только в одной Западной Европе 4-40 тыс. т ежегодно) [Hirose et al., 1987].

Стимуляторы плодовитости. Некоторые вещества, содержащиеся в растениях, как недавно было установлено, проявляют способность резко стимулировать плодовитость грызунов.

Фитогормон гибберелловая кислота GA₃, даваемый домовой мыши (Mus musculus) с водой в очень низкой концентрации 10^-6 М, почти удваивал долю плодовитых самок (females producing litters) в подопытной популяции грызунов. Доля самок, входящих в эструс, более чем удваивалась [Olsen, 1981].

В некоторой степени аналогично действует 6-метоксибензо-ксазолинон (6-МБОА) (6-methoxy-2-benzoxazolinone), содержащийся в весенних всходах ряда злаков и некоторых сложноцветных; 6-МБОА в дозировке 0,02-0,1 мг/г пищи способен стимулировать размножение полевок. Это же вещество является антифидантом для насекомых [Kubo, Kamikawa, 1983].

Возможно, что экологический смысл данных факторов в том, что появление определенных растительных веществ в пище или увеличение их содержания действует на организм грызунов как сигнал, свидетельствующий об увеличении кормовой базы, которая может гарантировать пропитание большого количества животных. В итоге данная популяция грызунов получает стимул для усиленного размножения в условиях роста экологической емкости местообитания.