Galantamina – zastosowanie w chorobach neurodegeneracyjnych.

W roślinach alkaloidy powstały najprawdopodobniej aby chronić rośliny przed atakującymi je owadami.  Obecnie niektóre z nich stosowane są jako leki i pomagają chronić ludzi i skracać ich cierpienie. Alkaloidy Amaryllidacae zostały wydzielone pod względem budowy jako grupa wśród alkaloidów izochinolinowych [1]. Najbardziej znanym z nich jest z pewnością galantamina.

Jak potwierdziły badania występuje ona w gatunkach z rodziny Amaryllidaceae. Sztandarowe rodzaje roślin z tej rodziny (Galanthus, Leucojum, Narcissus) używane do pozyskiwania galantaminy były znane jako remedia już w Starożytności. Narcyz (Narcissus: z łac. narkao – odurzać, usypiać) oraz przebiśnieg – (Galanthus: z łac. gala – mleko, anthus – kwiat) znajdowały się już w spisie roślin Dioskorydesa. Homer opisuje, jakoby Odyseusz przed walką z Kirke przyjął odtrutkę, którą dostał od Hermesa (moly) dodającą odwagi, przywracającą wspomnienia, prawdopodobnie mając na myśli galantaminę z przebiśniegu [2].

Zaobserwowano, że Galanthus uśmierza nerwobóle. We wczesnych latach 50-tych rosyjski farmakognosta opisał przypadek zastosowania przez kobietę mieszkająca na Uralu wywaru z dzikiej odmiany przebiśniegu i wyleczenie przez nią objawów paraliżu u dziecka [2]. Wpływ galantaminy uwidacznia się nie tylko na połączenia w sieci neuronalnej, ale także w płytce nerwowo-mięśniowej. Dzięki temu galantamina jako parasympatykomimetyk znosi działanie kurary i innych środków zwiotczających mięśnie (niedepolaryzujących płytkę motoryczną). Działanie to wykryto w badaniach prowadzonych podczas zimnej wojny w ZSRR (Maskovsky i Kruglikova-Lvova).

Galantamina pierwszy raz została wyodrębniona z liści i kwiatów Galanthus woronowii przez bułgarskiego farmakognostę Dimitar`a Paskov`a w roku 1959 [2]. Te doniesienia spowodowały zainteresowanie związkiem i rozpoczęły serie badań m.in. przy wykorzystaniu do tego celu zwierząt  (myszy, żab, szczurów, kotów, psów), a później ludzkich ochotników. Następnie naukowcy zaczęli szukać galantaminy w innych rodzajach roślin z rodziny Amaryllidaceae. Obecnie jest ona otrzymywana z naturalnego źródła z rodzajów Narcissus, Leucojum, Crinum lub syntetycznie, opracowane są również metody jej biosyntezy [2,4,5]. Stwierdzono jej obecność w ponad 20 gatunkach z rodziny Amaryllidaceae w tym w rodzaju Narcissus, Lycoris, Ungernia i Pancratinum [4,7]. W rodzajach Galanthus, Leucojum oraz Narcissus jej zawartość mieści się w zakresie 0.05-0.2% [6].

Galantamina, po raz pierwszy została wprowadzona do lecznictwa w Bułgarii pod nazwą Nivalin®, jako środek wspomagający leczenie chorób nerwowo-mięśniowych i rdzenia kręgowego [2]. Badania przedklinicze i kliniczne galantaminy, już pod kątem wykorzystania jej w chorobie Alzheimera, przeprowadzono w latach 80-tych i 90-tych. W 2000 roku została ona zatwierdzona w lecznictwie pod tym wskazaniem w Islandii, Irlandii, Szwecji i Wielkiej Brytanii. Aktualnie jest dopuszczona w wielu krajach Europejskich, Stanach Zjednoczonych i niektórych krajach Azji. Obecne badania potwierdzają odwracalny hamujący wpływ galantaminy na acetylocholinoesterazę (IC₅₀=3,2 μM; [5]) . To działanie stało się podstawą jej stosowania w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. W oparciu o hipotezę cholinergiczną i obserwowaną obniżoną ilość acetylocholiny (ACh) u chorych m.in. na chorobę Alzheimera zastosowanie znalazły leki zwiększające jej stężenie w obszarach mózgowych. Działają one poprzez blokowanie rozkładającego ją enzymu acetylocholinoestreazy (AChE).  Jak wykazały badania galantamina jest  kompetycyjnym inhibitorem acetylocholinoesterazy, dzięki czemu zwiększa ilość ACh w szczelinie synaptycznej.  Jest również allosterycznym modulatorem receptorów nikotynowych. Znaczy to, że dodatkowo pobudza receptory nikotynowe (pre i postsynaptyczne) w sposób bezpośredni, dzięki czemu uwalniane jest więcej acetylocholiny i glutaminianu, a także obserwowana jest sensytyzacja receptorów [3]. Galantamina swobodnie pokonuje barierę krew-mózg, co predystynuje ją do stosowania w schorzeniach neurodegeneracyjnych. Jest odwracalnym inhibitorem AChE, bezpiecznym do stosowania w odróżnieniu od toksycznych nieodwracalnych inhibitorów AChE tj. m.in. gazy bojowe (sarin, soban, tabun) i pestycydy (paraokson, paration, malaokson) [8].

Galantamina stosowana jest obecnie w terapii choroby Alzheimera, ale także i innych chorób neurodegeneracyjnych takich jak choroba Parkinsona,  choroba Picka, mózgowe porażenie dziecięce, zapalenie nerwu trójdzielnego, a także w miastenii, rwie kulszowej, polineuropatiach i miopatiach [3,9–11].

W Polsce (2015 r.) sugeruje się, że około 500 tys. osób cierpi z powodu chorób otępiennych. Połowa z tych osób to chorzy na chorobę Alzheimera (AD). Jako cechy zmienione patologicznie obserwuje się u chorych obumieranie neuronów na skutek pojawienia się zwyrodnienia neurofibrylarnego (hiperfosorylowane białko tau) oraz płytek starczych (blaszek nierozpuszczalnego β-amyloidu) [12]. Istnieją sugestie, że agregaty AChE z białkiem β– amyloidu są jeszcze bardziej toksyczne niż samo białko [13]. U chorych na AD wykazano obecność zarówno AChE i butyrylocholinoesterazy (BuChE) w blaszkach starczych, co sugeruje wpływ obu cholionoesteraz na ilość krążącej ACh i rozwój procesu chorobowego [2,8]. Zaobserwowano również zwiększenie wpływu BuChE na AChE u chorych w zaawansowanych stadiach AD. Plusem jest więc aktywność inhibitującą galantaminy wobec obydwu cholinoestraz z przewagą działania w kierunku AChE [14]. Wpływ hamujący receptory BuChE ze względu na ich położenie, prawdopodobnie może przyczynić się do poprawy funkcji poznawczych i stabilizacji nastroju chorego na AD.  [15]

Korzystny jest również fakt, że galantamina nie wykazuje hepatotoksyczności tak jak inne badane pod tym kątem substancje aktywne pochodzenia roślinnego (takryna i neostygmina) [16]. Nakano i wsp. wykazali w próbie na 279 chorych na AD leczonych galantaminą poprawę funkcji poznawczych, afektywnych i poprawę aktywności życiowej już po 12 miesiącach leczenia [17].

Istnieje coraz więcej doświadczeń sprawdzających aktywność galantaminy w innych (niż AD) chorobach neurodegeneracyjnych. Odnotowano pozytywny wynik w modelowych badaniach przy użyciu szczurów nad zastosowaniem galantaminy w łagodzeniu objawów choroby Huntingtona [18]. Przeprowadzono również próby zastosowania IChE (donepezylu i riwastygminy) w chorobie Parkinsona. Wykazały one korzystne wyniki w porównaniu do placebo. Ze względu na podobny mechanizm działania antycholinergicznego można sugerować podobny efekt po podaniu galantaminy [19]. We wstępnych badaniach nad zastosowaniem galantaminy w otępieniu z ciałami Lewiego (DLB), uzyskano korzystny wynik poprawy funkcji behawioralnych, psychiatrycznych a także poznawczych. DLB charakteryzuje się deficytem cholinergicznym, atrofią i uszkodzeniem neuronów mózgowych, szczególnie w istocie czarnej śródmózgowia (deficyty dopaminy). U chorych występują zmienne objawy zaburzenia funkcji poznawczych, problemy z fazą REM, omamy wzrokowe, urojenia, utrata przytomności a także syndrom parkinsonowski (spowolnienie ruchowe, sztywność mięśni). Mechanizm działania galantaminy poprzez wpływ cholinergiczny oraz wpływ modulujący receptory nikotynowe (pośredni wpływ na uwalnianie dopaminy) stawiają ją jako idealnego kandydata w terapii schorzenia DLB a także innych chorób neurodegeneracyjnych [20].

Galantamina wykazuje szereg innych godnych uwagi aktywności terapeutycznych. W badaniach na szczurach wykazała działanie analgetyczne porównywalne do działania morfiny, ale z efektem stymulującym ośrodek oddechowy. Spowodowała lekką bradykardię i obniżenie ciśnienia krwi. Naukowcy wykazali, że u zdrowych osób skraca czas trwania fazy REM i zwiększa ilość przebudzeń [21].

Na całym świecie trwa pogoń za znalezieniem idealnego leku na choroby neurodegeneracyjne w tym chorobę Alzheimera. W wybranych ośrodkach naukowych (także w Polskich) równolegle prowadzone są projekty nad działaniem, udoskonalaniem metody pozyskiwania galantaminy, a także poszukiwanie nowych roślin o jak najwyższej jej zawartości. Na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie w Katedrze i Zakładzie Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych kontynuowane są badania nad oznaczeniem składu jakościowego i ilościowego alkaloidów Amaryllidaceae m.in. w cebulach wybranych gatunków z rodzaju Narcissus. Prace dotyczą opracowania odpowiednich i korzystnych metod ich izolacji. Została również opracowana metoda potwierdzająca wpływ inhibitujący galantaminy  względem AChE – metoda bioautografii TLC wg. Mroczka [22]. Wykorzystywane są w tym celu różne techniki m.in. przyspieszonej ekstrakcji za pomocą rozpuszczalnika (ASE), cienkowarstwowej chromatografii cieczowej (TLC), ekstrakcji do fazy stałej (SPE), wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), wysokosprawnej chromatografii przeciwprądowej (HPCCC) oraz metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej ze spektrometrem mas z analizatorem czasu przelotu ESI-Q-TOF-MS [22,23]. We współpracy ze Śląskim Uniwersytetem Medycznym wykonywane są również badania nad aktywnością hamująca acetylocholinoesterazę wyizolowanych związków z wykorzystaniem myszy transgenicznych.

Historia galantaminy pokazuje, jak ważne jest prowadzenie świadomych badań nad składem, działaniem, a także bezpieczeństwem substancji czynnych znajdujących się w konkretnych gatunkach. Konieczne jest stosowanie odpowiednio wyizolowanych i rozdzielonych substancji czynnych z ekstraktów roślinnych. Gruntowne poznawanie mechanizmów powstawania chorób, ale także działania substancji leczniczych. Przykład galantaminy, jako ważnej substancji leczniczej pochodzenia roślinnego pokazuje nam, jak pożyteczne mogą stać się dla lecznictwa rośliny. A także – jak celne bywa badanie znanych nam substancji pod kątem innych zastosowań w lecznictwie, dążenie do wykonania pełnych badań nad stosowanym w medycynie związkiem, co da możliwość znalezienia nowych zastosowań i zatwierdzenia leku w różnych wskazaniach.

mgr farm. Natalia Smyrska

doktorantka w Katedrze i Zakładzie Farmakognozji

z Pracownią Roślin Leczniczych

Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Piśmiennictwo:

1. Springob K., Kutchan T.M.: Introduction to the different classes of natural products. In: Lanzotti V., Osbourn A. Plant-derived natural products: Synthesis, function and application. Springer London, New York, (2009) 1, pp. 3-50.
2. Heinrich M., Lee Teoh, H.: Galanthamine from Snowdrop—the Development of a Modern Drug against Alzheimer’s Disease from Local Caucasian Knowledge. Journal of Ethnopharmacology, 2004, 92, 147–162.
3. Sramek J.J., Frackiewicz E.J., Cutler N.R.: Review of the Acetylcholinesterase Inhibitor Galanthamine. Expert Opinion on Investigational Drugs, 2000, 9, 2393–2402.
4. Berkov S., Ivanov I., Georgiev V., Codina C., Pavlov A.: Galanthamine Biosynthesis in Plant in Vitro Systems. Engineering in Life Sciences, 2014, 14, 643–650.
5. Guillou C., Beunard J.-L., Gras E., Thal C.: An Efficient Total Synthesis of (±)-Galanthamine. Angewandte Chemie International Edition, 2001, 40, 4745–4746.
6. Orhan I., Sener B.: Lead compounds and drug candidates from some Turkish plants for human health in Khan M.T.H., Ather A.: Advances in phytomedicine: Lead molecules from natural products – discovery and new trends. Amsterdam, Elsevier, (2006) 2, 331-352
7. Pavlov A. i wsp.: Galanthamine Production by Leucojum Aestivum in Vitro Systems. Process Biochemistry, 2007, 42, 734–739.
8. Pohanka M.: Cholinesterases, a Target of Pharmacology and Toxicology. Biomedical papers of the Medical Faculty of the University Palacky, Olomouc, Czechoslovakia, 2011, 155, 219–229.
9. Rolinski M.i wsp.: Cholinesterase Inhibitors for Dementia with Lewy Bodies, Parkinson’s Disease Dementia and Cognitive Impairment in Parkinson’s Disease. The Cochrane Database of Systematic Reviews, 2012, 3, CD006504.
10. Vetulani J.: Leki nootropowe i prokognitywne. Farmakoterapia choroby Alzheimera. In Kostowski W., Herman Z.: Farmakologia. Podstawy farmakoterapii. Podręcznik dla studentów medycyny i lekarzy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL: Warszawa, 2013, 2, pp. 154–169.
11. Eckert G.P.: Traditional Used Plants against Cognitive Decline and Alzheimer Disease. Frontiers in Pharmacology, 2010, 1.
12. Gaweł M. i wsp.: Neurodegenerative Diseases: Alzheimer’s and Parkinson’s Disease. Postępy Nauk Medycznych, 2015.
13. Pepeu G., Giovannini M.G., Bracco L.: Effect of Cholinesterase Inhibitors on Attention. Chemico-Biological Interactions, 2013, 203, 361–364.
14. Perry E.K. i wsp.: Changes in Brain Cholinesterases in Senile Dementia of Alzheimer Type. Neuropathology and Applied Neurobiology, 1978, 4, 273–277.
15. Bullock R., Lane R.: Executive Dyscontrol in Dementia, with Emphasis on Subcortical Pathology and the Role of Butyrylcholinesterase. Current Alzheimer Research, 2007, 4, 277–293.
16. Widy-Tyszkiewicz E.: Leki układu cholinergicznego i Leki cholinomimetyczne. In Kostowski W.,Herman Z.: Farmakologia, Podstawy farmakoterapii. Podręcznik dla studentów medycyny i lekarzy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL: Warszawa, 2013; 1, pp. 401–414.
17. Nakano Y. i wsp: Long-Term Efficacy of Galantamine in Alzheimer’s Disease: The Okayama Galantamine Study (OGS). Journal of Alzheimer’s Disease, 2015, 47, 609–617.
18. Park J.-E i wsp.: Galantamine Reduces Striatal Degeneration in 3-Nitropropionic Acid Model of Huntington’s Disease. Neuroscience Letters, 2008, 448, 143–147.
19. Cummings J.L.: Cholinesterase Inhibitors for Treatment of Dementia Associated with Parkinson’s Disease. Journal Neurology, Neurosurgery and Psychiatry, 2005, 76, 903–904.
20. Kaufer D.I.: Pharmacologic Treatment Expectations in the Management of Dementia with Lewy Bodies. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders, 2004, 17,1, 32–39.
21. Harvey A.L.: The Pharmacology of Galanthamine and Its Analogues. Pharmacology & Therapeutics, 1995, 68, 113–128.
22. Mroczek T., Mazurek J.: Pressurized Liquid Extraction and Anticholinesterase Activity-Based Thin-Layer Chromatography with Bioautography of Amaryllidaceae Alkaloids. Analitica Chimica Acta, 2009, 633, 188–196.
23. Mroczek T.: Highly Efficient, Selective and Sensitive Molecular Screening of Acetylcholinesterase Inhibitors of Natural Origin by Solid-Phase Extraction-Liquid Chromatography/electrospray Ionisation-Octopole-Orthogonal Acceleration Time-of-Flight-Mass Spectrometry and Novel Thin-Layer Chromatography-Based Bioautography. Jornal Chromatography A, 2009, 1216, 2519–2528.