Fytokanabinoidy: úplný sjednocený seznam - Úvod

Výzkum

Ačkoliv bylo od zveřejnění této publikace objeveno několik dalších fytokanabinoidů (nedávno např. kanabidiforol CBDP a tetrahydrokanabiforol Δ9-THCP), text poskytuje velice komplexní informace o nejznámějších i méně známých sloučeninách tohoto typu v konopí. Překlad celého textu rozdělujeme do pěti článků.

Kdo jsou autoři studie Lumír Hanuš, Stefan Meyer, Eduardo Muňoz, Orazio Taglialatela-Scafati, Giovanni Appendino?

Světoznámého vědce, resp. analytického chemika, jsme představili už v článku Lumír Ondřej Hanuš, pokračovatel české kanabinoidní školy. Společně se spoluobjevitelem endokanabinoidu anandamidu se na této publikaci podíleli:

Stefan Martin Meyer, MBA, generální ředitel společnosti Phytoplant Research S.L a předseda představenstva společnosti Vivacell Biotechnology Espaňa S.L. zabývajících se výzkumem fytokanabinoidů, má více jak desetiletou zkušenost s vývojem léčivých přípravků na bázi konopí.

Eduardo Muňoz, profesor imunologie na katedře buněčné biologie, fyziologie a imunologie na univerzitě v Córdobě ve Španělsku, je autorem více než 160 vědeckých článků a jeho výzkum se zaměřuje na protirakovinné a protizánětlivé aktivity endokanabinoidů, a to jak nových kanabinoidních derivátů, tak přírodních fytokanabinoidů.

Orazio Taglialatela-Scafati je profesorem farmaceutické biologie na katedře farmacie na Neapolské univerzitě Fridricha II. a mezi jeho vědecké zájmy patří izolace, stereostrukturální charakterizace a modifikace sekundárních metabolitů z mořských bezobratlých a suchozemských rostlin, které se mají používat při objevování léčiv nebo jako nástroj pro výzkum biologie. Je autorem více než 140 textů ve vědeckých žurnálech a editoval několik knih, např o moderních alkaloidech.

Giovanni Appendino je profesorem chemie na Katedře farmaceutických věd na Università del Piemonte Orientale v italské Novaře. Svůj výzkum soustředí na izolaci, chemickou modifikaci a celkovou syntézu bioaktivních přírodních produktů rostlinného původu. Je držitelem několika významných vědeckých cen za chemii a současně publikoval přes 350 žurnálových textů a 15 kapitol v knihách.

Úvod

Lumír Ondřej Hanuš, Giovanni Appendino et al. | Phytocannabinoids: a unified critical inventory | Natural Product Reports | Volume 33 | Number 12 | December 2016 | Pages 1347–14

Slovo „kanabinoid“ se stalo v posledních dekádách ještě více vágním. Termín původně vytvořený ve fytochemickém kontextu k popisu strukturálně homogenní třídy meroterpenoidů typických pro konopí, byl spojen s biologickým profilem psychotropní složky marihuany (Δ9-THC) a podstatně ztrácí svůj strukturální význam.

Výraz „kanabinoid“ je stále více spojován, v souladu s pravidly farmakologického výzkumu, se sloučeninami vykazujícími afinitu dvou GPCR, známých jako kanabinoidní receptory (CB1 a CB2), nezávisle na jakémkoliv strukturálním nebo biogenetickým vztahem s meroterpenoidy konopí.

Pro ještě větší sémantiku sloučenin, CB1 a CB2 jsou skutečně receptory Δ9-THC, protože v téměř 200 známých kanabinoidech se pouze Δ9-THC, jeho izomer Δ8-THC a v menší míře jejich aromatizovaný derivát CBN vážou s významnou afinitou na ligand rozpoznávající polohu těchto receptorů. Viz Obrázek 1.

Vysoce afinitní ligandy Δ9-THC, Δ8-THC, CBN
OBRÁZEK 1: Fytokanabinoidní ligandy kanabinoidních receptorů s vysokou afinitou

Endogenně produkované biologické analogy THC se označují jako endokanabinoidy a proto se zdá logické označovat konopné meroterpenoidy a jejich analogy rostlinného původu za fytokanabinoidy, přičemž se zdůrazňuje jejich botanický původ.

Strukturální motiv fytokanabinoidu je biogeneticky hybridní a je výsledkem konvergence mevalonátových a polyketidových drah. Protože obě dráhy jsou ve své podstatě modulární, jsou možné variace ve smyslu polyketidového startéru a prenylové oligomerace. A příroda skutečně na této modularitě obratně realizovala tvorbu chemické rozmanitosti, která doplňuje rozmanitost z oxidační cyklázové fáze isoprenylové diverzifikace.

Výsledkem je, že název fytokanabinoid (phytocannabinoid) je vágní i ze strukturálního hlediska. Biogenetickým charakteristickým znakem fytokanabinoidů je resorcinylové jádro zdobené para-orientovanými terpenylovými a pentylovými skupinami, ale v Cannabis sativa jsou přítomné také sloučeniny s odlišným stupněm isoprenylace (prenyl, seskviterpenyl) nebo se zkrácenou alkylovou skupinou (metyl, propyl, nebo zřídka etyl a butyl).

Fytokanabinoidy odvozené z alifatických ketidových startérů jsou pro C. sativa typické a v přírodě mají jinak omezené rozdělení, zatímco jejich analogy derivované z aromatického ketidového startéru a substituenty fenethylového typu mají mnohem širší rozdělení, zahrnující nejen rostliny, ale také játrovky a houby. Mnoho z těchto sloučenin je v literatuře označováno jako prenylové bibenzyly. Tento název skrývá jejich vztah ke slavnějším analogům z konopí.

Aby se vyrovnali s biogenetickou hojností spojenou s produkcí kanabinoidů, navrhují autoři klasifikaci shrnutou v Tabulce 1, která řeší variaci substituentů resorcinylového jádra a jejich topologický vztah. Podle tohoto návrhu, “klasické“ fytokanabinoidy jsou ty, jejichž resorcinylový postranní řetězec je odvozen od lineárního alifatického polyketidového startéru, zatímco jejich analogy odvozené z aromatických startérů lze označit jako aralkylové fytokanabinoidy.

Pokud jde o vztah mezi substituenty resorcinylové skupiny, ve většině sloučenin jsou isoprenyl a resorcinylové postranní řetězce para-související, zatímco analogy, u kterých se vyskytují tyto skupiny v ortho-vztahu, jsou přiřazeny k „abnormální“ řadě. A konečně, sloučeniny charakterizované prodlouženým nebo zkráceným terpenylovým reziduem by měly být označené jako seskvikanabinoidy, pokud je isoprenylové reziduum seskviterpenylového typu nebo jako deprenylkanabinoidy, pokud je isoprenylové reziduum jednoduchý dimethylallyl.

Většina kanabinoidů byla doposud izolována z rostlinných zdrojů jako artefakty svých karboxylovaných forem (pre-kanabinoidy nebo acidické kanabinoidy) a proto jsou fytokanabinoidy. Ale díky obecnosti biogenetického původu není nepředstavitelné, že sloučeniny tohoto typu by se mohly vyskytovat i u hub nebo bakterií - některé příklady fungálních kanabinoidů jsou opravdu známy.

Zatímco fytokanabinoidy z abnormálních a seskviterpenylových řad se v konopí vyskytují, fytokanabinoidy odvozené od aromatického ketidového startéru nebyly v tomto zdroji dosud nalezeny.

Fytokannabinoidy a jejich hlavní třídy
Tabulka 1: Hlavní třídy fytokanabinoidů sensu lato

Cílem tohoto přehledového článku je poskytnout ucelený soupis fytokanabinoidů různého botanického původu. Většina fytokanabinoidních chemotypů byla charakterizována v 60. a 70. letech, ale po třicetileté mezeře, byly objeveny nové strukturální typy, což dokládají např. seskvikanabinoidy a isoprenylové estery prekanabinoidů. Kromě toho se také dá očekávat, že díky technologickému pokroku, rozvoji komunity s přírodními produkty a dostupností nových odrůd konopí se současný seznam těchto sloučenin rozšíří.

Většina fytochemických studií konopí předchází identifikaci kanabinoidů a TRP receptorů, ke které došlo v 90. letech. Bioaktivita byla většinou hodnocena pomocí tetrády testů kanabinoidů v myších, kombinací čtyř odlišných behaviorálních testů (hypotermie, hypomotolita, katalepsie, analgézie), které, samy o sobě nespecifické, i když byly všechny čtyři pozitivní, byly ukazatelem aktivity typu A9-THC.

Proto byly vynechány činnosti nesouvisející s aktivací CB1 a replikací biologického profilu Δ9-THC.

Různé články pravidelně aktualizovaly soupis fytokanabinoidů z C. sativa, ale doposud nebyl učiněn pokus zahrnout do průzkumu také fytokanabinoidy z dalších přírodních zdrojů. Kromě toho, se autoři této studie pokusili nastínit základní chemický a biologický profil různých strukturálních typů fytokanabinoidů a diskutovat o jejich biogenetických vztazích, chemických interkonverzích a biomimetické syntéze z terpenových derivátů a resorcinolů.

CBG, THC, CBD, CBC, CBE číselné systémy
OBRÁZEK 2: Fytokanabinoidní číselné systémy

Nejdůležitější fytokanabinoidy se běžně označují pomocí tří-písmenového systému akronymů pocházejícího od prvních výzkumníků v odvětví. Systém byl později aktualizován tak, aby zahrnoval všechny hlavní strukturální typy viditelné na Obrázek 2. Bohužel neexistuje jednoduché číslování u různých tříd kanabinoidů. V literatuře je zdokumentováno přinejmenším pět různých systémů. Pravidlem je, že referenčnímu systému jsou přiděleny jednoduchá čísla, zatímco pozice v ostatních prvcích jsou označeny prvočísly nebo dvojitými prvočísly.

Neexistuje však dohoda ohledně identifikace referenčního systému. Ve všech případech to bývala terpenová skupina, ale nyní se za něj čím dál více považuje aromatický kruh v derivátech CBG (nikoli ale CBD). Pokud jsou mezi terpenylovým a resorcinylovým systémem kyslíkové můstky, stává se referenční systém odpovídajícím kondenzovaným heterocyklem v souladu s IUPAC pravidly, ačkoliv to vztahy mezi biogeneticky odpovídajícími uhlíky skrývá.

Všechny fytokanabinoidy p-menthanového typu byly tedy původně očíslovány stejným způsobem, s využitím isoprenoidové skupiny jako základního systému, ale také kvůli nejasnostem v identifikaci výchozího uhlíku mentanové skupiny (benzylový uhlík vs. olefinový uhlík nesoucí methyl) bylo nyní terpenoidní číslování nahrazeno heterocyklickým číslováním.

V důsledku této změny, jsou Δ9-tetrahydrokanabinol (Δ9-THC) a kanabidiol (CBD), i když strukturně podobné (viz Schéma 1), očíslovány jiným způsobem (viz Obrázek 2). Terpenoidový systém je stále nejčastěji používaným pro kanabichromen (CBC) a pro kanabicyklol (CBL), oba číslované podle CBG. Zatímco kanabielsoin (CBE) je očíslován podle THC.

SCHÉMA 1: Tvorba kyseliny kanabigerolové (CBGA) v C. sativa

Aby nedocházelo k záměně, především při sestavování NMR dat, bylo by praktické mít referenční číselný systém schopný pojmout všechny fytokanabinoidy se stejným typem isoprenylového zbytku, nezávisle na uzavření okysličeného heterocyklu s resorcinylovou skupinou.

Závěry studie

V přírodě mají fytokanabinoidy omezenou distribuci, ale vyskytují se ve fylogeneticky nesouvisejících skupinách (vyšší rostliny, játrovky, houby). Tyto sloučeniny jsou tradičně spojovány s konopím, které zůstává, s téměř 150 hlášenými alkylovými (C-5, C-3, C-1) kanabinoidy, jejich hlavním zdrojem diverzity.

Avšak v podstatném množství se hromadí pouze několik málo členů této třídy, jmenovitě ty, které mají terpenylové reziduum ve formě geranylového (CBG typ), mentylového (CBD typ, THC typ) nebo prenylchromanylového (CBD typ) rezidua. Mnoho dalších minoritních kanabinoidů by mohlo být artefakty auto-oxidace nakonec vyvinutými do aromatizovaných fytokanabinoidů CBN typu, ale jiné by mohly být skutečnými přírodními produkty a z hlediska bioaktivity stojí za průzkum.

Kromě variace konektivity terpenylů je strukturální rozmanitost fytokanabinoidů také spojená s prodloužením isoprenylové skupiny z terpenyl- na seskviterpenylovou skupinu, zatímco zkrácené analogy (hemiprenylové fytokanabinoidy) byly hlášeny pouze u fytokanabinoidů s aralkylové řady. Oxidace resorcinylové skupiny na chinol je zdokumentována též, ale sloučeniny tohoto typu byly izolovány pouze v jejich acetylovaných a více stabilních formách. Metabolismus fytokanabinoidů zahrnuje u savců spíš allylickou, než jadernou, oxidaci na chinoidové metabolity. Díky této nestabilitě ale mohly být tyto metabolity přehlédnuty.

U fytokanabinoidů získaných z dalekých východních vzorků konopí byla hlášena O-methylace, která je jinak u alkylových fytokanabinoidů vzácná, i když je běžná u sloučenin z fenethylové řady. V přírodě mají aralkylové kanabinoidy oproti alkylovým kanabinoidům širší distribuci, ale jejich akumulace je, pokud jde o produkující organismy, bodová. Přičemž v játrovkách převládá fenethylová a v rostlinných složkách styrylová substituce.

Většina fytokanabinoidů stále čeká na vyhodnocení svého biologického profilu a farmaceutického potenciálu, což je poněkud paradoxní zjištění ve světle obrovského zájmu o farmakologickou aktivitu fytokanabinoidů a mesiánského očekávání vývoje léčiv na bázi kanabinoidů, které proniká do médií. Je lákavé předpovídat, že díky biosyntetické plasticitě C. sativa, budou v blízké budoucnosti jak díky přirozené, tak lidmi vyvolané, diverzity konopných kmenů popsány další typy alkylových fytokanabinoidů.

V návaznosti na rostoucí zájem o amorfrutiny, další rozrůstání seznamu fytokanabinoidů by mohlo přijít od sloučenin aralkylového strukturálního typu. Autoři doufají, že zaměřením se na pozoruhodnou strukturální diverzitu fytokanabinoidů a zdůrazněním jejich převážně přehlížené široké distribuce v rostlinách, se bude stimulovat průzkum biologického prostoru spojeného s jejich přirozenou variabilitou překračující strukturální motiv THC a vydláždí se tak cesta k úplnému otevření Pandořiny skříňky s jejich biomedicínským potenciálem.

Na tento úvodní článek budou brzy navazovat další texty:

  • Fytokanabinoidy: úplný sjednocený seznam
  • Biogeneze fytokanabinoidů
  • Přirozeně se vyskytující kanabinoidy
  • Alkyl fytokanabinoidy
  • β-Aralkyl fytokanabinoidy

Informace o studii:

Publikováno: Natural Product Reports, Issue 12, 2016

PMID: 27722705

Anglický název: Phytocannabinoids: a unified critical inventory

doi: https://doi.org/10.1039/C6NP00074F

Autoři:

Lumír Ondřej Hanuš, Stefan Martin Meyer, Eduardo Muñoz, Orazio Taglialatela-Scafati, Giovanni Appendino