pharmjournalРазработка и регистрация лекарственных средствDrug development & registration2305-20662658-5049LLC «CPHA»10.33380/2305-2066-2021-10-4(1)-138-145pharmjournal-1112Research ArticleМЕТОДЫ АНАЛИЗА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВANALYTICAL METHODSСравнительный фитохимический анализ образцов надземной части Empetrum nigrum L., собранных в различных регионах РФ, как перспективного источника фармакологически активных вторичных метаболитовComparative phytochemical analysis of the aerial parts of Empetrum nigrum L. samples, collected in various regions of the Russian Federationhttps://orcid.org/0000-0003-4879-9336ПонкратоваА. О.PonkratovaA. O.

Понкратова Анастасия Олеговна

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

Anastasiia O. Ponkratova

14A, Prof. Popov str., Saint-Petersburg, 197376, Russia

anastasiya.ponkratova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4847-5924УйэлиА. К.WhaleyA. K.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

14A, Prof. Popov str., Saint-Petersburg, 197376, Russia

https://orcid.org/0000-0002-9763-096XЖоховаЕ. В.ZhokhovaE. V.

197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

14A, Prof. Popov str., Saint-Petersburg, 197376, Russia

https://orcid.org/0000-0001-7699-5719БезверхняяЕ. А.BezverkhniaiaE. A.

634050, Россия, г. Томск, Московский тракт, д. 2

634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, д. 30

2, Moskovsky tract, Tomsk, 634050, Russia

30, Lenin pr., Tomsk, 634050, Russia

https://orcid.org/0000-0002-6312-2027ЛужанинВ. Г.LuzhaninV. G.

614990, Россия, г. Пермь, ул. Екатерининская, д. 110

101, Ekaterininskaya str., Perm, 614990, Russia

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииSaint-Petersburg State Chemical-Pharmaceutical UniversityФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»Siberian State Medical University; National Research Tomsk Polytechnic UniversityФГБОУ ВО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииPerm State Pharmaceutical Academy202125122021104Приложение 1138145Copyright © Понкратова А.О., Уйэли А.К., Жохова Е.В., Безверхняя Е.А., Лужанин В.Г., 20212021Понкратова А.О., Уйэли А.К., Жохова Е.В., Безверхняя Е.А., Лужанин В.Г.Ponkratova A.O., Whaley A.K., Zhokhova E.V., Bezverkhniaia E.A., Luzhanin V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmjournal.ru/jour/article/view/1112Введение

Введение. В ряде исследований показано, что различные генетические факторы и факторы окружающей среды могут влиять на биосинтез и накопление вторичных метаболитов. В частности, известно, что местный геоклимат и сезонные его изменения, прочие внешние условия, такие как свет, температура, влажность и химический состав почвы оказывают влияние на химический состав и, как следствие, на терапевтические свойства экстрактивных комплексов растений, используемых в медицинской практике. Empetrum nigrum L. (водяника чёрная) является источником разнообразных фармакологически активных вторичных метаболитов – халконов, дигидрохалконов, бибензилов, 9,10-дигидрофенантренов, флавоноидов, а также проантоцианидинов. В научной литературе отсутствуют данные о вариации химического состава E. nigrum в зависимости от регион произрастания. Полученные данные являются необходимыми для обоснованного выбора места заготовки объекта с целью проведения дальнейших химико-фармакологических исследований для разработки перспективных лекарственных кандидатов.

Цель

Цель. Провести сравнительный анализ состава вторичных метаболитов образцов надземной части E. nigrum, собранных в различных регионах Российской Федерации.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для изучения состава вторичных метаболитов использовали образцы, собранные в трех различных географических точках: образец 1 собран в окрестностях питомника лекарственных растений СПХФУ (Ленинградская область, Всеволожский район, Приозерское шоссе, 38 км) в июле 2020 года, образец 2 собран на Кольском полуострове, в районе горного массива Хибины в июле 2020 года, образец 3 собран на полуострове Камчатка, в районе Халактырского пляжа (побережье Тихого Океана) в июле 2020 года. Установление состава вторичных метаболитов проводили методом аналитической высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на приборе Prominence LC-20 (Shimadzu, Япония), оснащенном диодно-матричным детектором.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. В результате данного исследования впервые были установлены значительные вариации качественного химического состава образцов надземной части E. nigrum, произрастающих в различных регионах Российской Федерации. Образец 3, собранный на полуострове Камчатка, по сравнению с прочими образцами содержит наибольшее разнообразие полярных вторичных метаболитов, относящихся к классам флановоидов, танинов и фенолкарбоновых кислот, в то время как в образце 1, собранном в Ленинградской области, мажорными соединениями являются слабополярные соединения, а в образце 2, собранном в горном массиве Хибины, обнаружено наименьшее качественное содержание вторичных метаболитов. Данная вариабельность химического состава могут быть обусловлены различным воздействием факторов окружающей среды (биотическими и абиотическими).

Заключение

Заключение. Впервые проведено сравнение ВЭЖХ-профилей образцов надземной части E. nigrum, собранных в различных регионах РФ. В результате установлена значительная вариация состава вторичных метаболитов в исследуемых образцах в зависимости от места и условий произрастания. Полученные данные могут быть использованы для обоснованного выбора места заготовки объекта с целью проведения дальнейших химико-фармакологических исследований для разработки перспективных лекарственных кандидатов.

Introduction

Introduction. A number of studies have shown that various genetic and environmental factors can affect the biosynthesis and accumulation of secondary metabolites. In particular, it is known that the local geoclimate, seasonal changes, external conditions such as light, temperature, moisture and soil fertility can affect the chemical composition and, as a result, the therapeutic properties of plants used in the pharmaceutical and food industries. Empetrum nigrum L. is a rich source of various pharmacologically active secondary metabolites – chalcones, dihydrochalcones, bibenzyls, 9,10-dihydrophenanthrenes, flavonoids, and proanthocyanidins. In the scientific literature, there is no data on the variation in the chemical composition of E. nigrum depending on the growing area. The obtained data are necessary for a reasonable choice of the collecting location for the plant, with the aim of its further chemical and pharmacological research for the development of promising drug candidates.

Aim

Aim. To carry out a comparative analysis of secondary metabolites composition in the aerial parts of Empetrum nigrum growing in different regions of the Russian Federation.

Materials and methods

Materials and methods. Samples collected in three different areas were used to compare HPLC profiles: sample 1 was collected next to SPCPU nursery garden of medicinal plants (Leningrad region, Vsevolozhsky district, Priozerskoe highway, 38 km) in July 2020, sample 2 was collected on the Kola Peninsula, around the Khibiny mountains in July 2020, sample 3 was collected on the Kamchatka Peninsula, next to Khalaktyrsky beach (Pacific Ocean coast) in July 2020. Extracts were analyzed by analytical high performance liquid chromatography (HPLC) using a Prominence LC-20 device (Shimadzu, Japan) equipped with a diode array detector.

Results and discussion

Results and discussion. As a result of the research, for the first time, a significant variation in the qualitative chemical composition in the aerial parts of Empetrum nigrum growing in different regions of Russian Federation was established. Sample 3, collected on the Kamchatka Peninsula, in comparison with samples 1 and 2, contain the greatest variety of polar secondary metabolites belonging to the classes of flavonoids, tannins, and phenol carboxylic acids, while in the shoots collected in the Leningrad region, the major metabolites were weakly polar compounds belonging to the classes of chalcones, dihydrochalcones, bibenzyls, and 9,10-dihydrophenanthrenes, and in sample 2, collected in the Khibiny mountains, the lowest qualitative content of secondary metabolites was found. This variation may be caused by various environmental factors (biotic and abiotic).

Conclusion

Conclusion. For the first time, the comparison of HPLC profiles of aerial part samples of E. nigrum, collected in different regions of the Russia Federation has been carried out. As a result, significant variations in the secondary metabolites composition of the studied samples were established, depending on the regions and growing conditions of the plants. The data obtained can be used for a reasonable choice of the collection location for the plant, with the aim of its further chemical and pharmacological research for the development of promising drug candidates.

Empetrum nigrumводяника чернаяВЭЖХ-профайлинг910-дигидрофенантреныбибензилыхалконыдигидрохалконыфлавоноидывторичные метаболитыblack crowberryEmpetrum nigrumHPLC-profiling910-dihydrophenanthrenebibenzylschalconesdihydrochalconesflavonoidssecondary metabolitesРезультаты работы получены с использованием оборудования ЦКП «Аналитический центр ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России» в рамках соглашения № 075-15-2021-685 от 26 июля 2021 года при финансовой поддержке Минобрнауки РоссииResearch results were obtained using the equipment of the Center for Collective Use "Analytical Center of Saint-Petersburg State Chemical and Pharmaceutical University" within the framework of agreement No. 075-15-2021-685 dated July 26, 2021 with the financial support of the Ministry of Education and Science of RussiaReferencesСокуренко М. С., Соловьева Н. Л. Технологии повышения стабильности полифенольных соединений в лекарственных препаратах. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2016;4:92–91.Solovieva N. L., Sokurenko M. S. Technologies to improve the stability of polyphenolic compounds in drug discovety. Razrabotka i registratsiya lekarstvennykh sredstv = Drug development & registration. 2016;(4):82–91. (In Russ.)Самбукова Т. В., Овчинников Б. В., Ганапольский В. П., Ятманов А. Н., Шабанов П. Д. Перспективы использования фитопрепаратов в современной фармакологии. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2017;15(2):56–63. DOI: 10.17816/RCF15256-63Sambukova T. V., Ovchinnikov B. V., Ganapolskii V. P., Yatmanov A. N., Shabanov P. D. Prospects for phytopreparations (botanicals) use in modern pharmacology. Obzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii. 2017;15(2):56–63. (In Russ.) DOI: 10.17816/RCF15256-63.Барнаулов О. Д. Сравнительная оценка церебропротективных и других фармакологических свойств растений семейства шикшевые Empetraceae. Традиционная медицина. 2018;1(52):38–47.Barnaulov O. D. Comparative estimation of cerebroprotective and other pharmacological properties plants family Empetraceae. Traditsionnaya meditsina. 2018;1(52):38–47. (In Russ.)Huttunen S., Toivanen M., Arkko S., Ruponen M., Tikkanen-Kaukanen C. Inhibition activity of wild berry juice fractions against Streptococcus pneumoniae binding to human bronchial cells. Phytotherapy Research. 2011;25(1):122–127. DOI: 10.1002/ptr.3240.Huttunen S., Toivanen M., Arkko S., Ruponen M., Tikkanen-Kaukanen C. Inhibition activity of wild berry juice fractions against Streptococcus pneumoniae binding to human bronchial cells. Phytotherapy Research. 2011;25(1):122–127. DOI: 10.1002/ptr.3240.Kim K. C., Lee I. K., Kang K. A., Kim B. J., Kim D., Moon J. Y., Yoo B. S., Hyun J. W. Empetrum nigrum var. japonicum extract suppresses γ-ray radiation-induced cell damage via inhibition of oxidative stress. The American Journal of Chinese Medicine. 2011;39(11):161–170. DOI: 10.1142/S0192415X11008725.Kim K. C., Lee I. K., Kang K. A., Kim B. J., Kim D., Moon J. Y., Yoo B. S., Hyun J. W. Empetrum nigrum var. japonicum extract suppresses γ-ray radiation-induced cell damage via inhibition of oxidative stress. The American Journal of Chinese Medicine. 2011;39(11):161–170. DOI: 10.1142/S0192415X11008725.Nohynek L. J., Alakomi H. L., Kähkönen M. P., Heinonen M., Helander I. M., Oksman-Caldentey K. M., Puupponen-Pimiä R. H. Berry phenolics: antimicrobial properties and mechanisms of action against severe human pathogens. Nutrition and Cancer. 2006;54(1):18–32. DOI: 10.1207/s15327914nc5401_4.Nohynek L. J., Alakomi H. L., Kähkönen M. P., Heinonen M., Helander I. M., Oksman-Caldentey K. M., Puupponen-Pimiä R. H. Berry phenolics: antimicrobial properties and mechanisms of action against severe human pathogens. Nutrition and Cancer. 2006;54(1):18–32. DOI: 10.1207/s15327914nc5401_4.Hyun T. K., Kim H. C., Ko Y. J., Kim J. S. Antioxidant, α-glucosidase inhibitory and anti-inflammatory effects of aerial parts extract from Korean crowberry (Empetrum nigrum var. japonicum). Saudi Journal of Biological Sciences. 2016;23(2):181–188. DOI: 10.1016/j.sjbs.2015.02.008.Hyun T. K., Kim H. C., Ko Y. J., Kim J. S. Antioxidant, α-glucosidase inhibitory and anti-inflammatory effects of aerial parts extract from Korean crowberry (Empetrum nigrum var. japonicum). Saudi Journal of Biological Sciences. 2016;23(2):181–188. DOI: 10.1016/j.sjbs.2015.02.008.Bezverkhniaia E. A, Povet’eva T. N., Kadyrova T. V, Suslov N. I., Nesterova Y. V., Afanas’eva O. G., Kul’pin P. V., Yusova Y. G., Ermilova E. V., Miroshnichenko A. G., Brazovskii K. S., Belousov M. V. Screening Study for Anticonvulsive Activity of Lipophilic Fractions from Empetrum nigrum L. Research Results in Pharmacology. 2020;6(3):67–73. DOI: 10.3897/rrpharmacology.6.55015.Bezverkhniaia E. A, Povet’eva T. N., Kadyrova T. V, Suslov N. I., Nesterova Y. V., Afanas’eva O. G., Kul’pin P. V., Yusova Y. G., Ermilova E. V., Miroshnichenko A. G., Brazovskii K. S., Belousov M. V. Screening Study for Anticonvulsive Activity of Lipophilic Fractions from Empetrum nigrum L. Research Results in Pharmacology. 2020;6(3):67–73. DOI: 10.3897/rrpharmacology.6.55015.Kubitzki K. Flowering Plants. Dicotyledons: Celastrales, Oxalidales, Rosales, Cornales, Ericales. V. 6. In: The families and genera of vascular plants. Berlin: Springer. 2004;145–194. DOI: 10.1007/978-3-662-07257-8.Kubitzki K. Flowering Plants. Dicotyledons: Celastrales, Oxalidales, Rosales, Cornales, Ericales. V. 6. In: The families and genera of vascular plants. Berlin: Springer. 2004;145–194. DOI: 10.1007/978-3-662-07257-8.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Balabas O. A., Smirnov S. N., Proksch P., Luzhanin V. G. A New Bibenzyl and 9,10-Dihydrophenanthrene Derivative from aerial parts of crowberry (Empetrum nigrum L.). Phytochemistry Letters. 2021;42:15–17. DOI: 10.1016/j.phytol.2021.01.001.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Balabas O. A., Smirnov S. N., Proksch P., Luzhanin V. G. A New Bibenzyl and 9,10-Dihydrophenanthrene Derivative from aerial parts of crowberry (Empetrum nigrum L.). Phytochemistry Letters. 2021;42:15–17. DOI: 10.1016/j.phytol.2021.01.001.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Orlova A. A., Smirnov S. N., Serebryakov E. B., Proksch P., Luzhanin V. G. A new dimethoxy dihydrochalcone isolated from the shoots of Empetrum nigrum L. Natural Products Research. 2021. DOI: 10.1080/14786419.2021.1920584.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Orlova A. A., Smirnov S. N., Serebryakov E. B., Proksch P., Luzhanin V. G. A new dimethoxy dihydrochalcone isolated from the shoots of Empetrum nigrum L. Natural Products Research. 2021. DOI: 10.1080/14786419.2021.1920584.Jarevang T., Nilsson M. Ch., Wallstedt A., Oldham G., Sterner O. A bibenzyl from Empetrum nigrum. Phytochemistry. 1998;48(5):893–896. DOI: 10.1016/S0031-9422(97)00955-2.Jarevang T., Nilsson M. Ch., Wallstedt A., Oldham G., Sterner O. A bibenzyl from Empetrum nigrum. Phytochemistry. 1998;48(5):893–896. DOI: 10.1016/S0031-9422(97)00955-2.Wollenweber E., Dörr M., Stelzer R., Arriaga-Giner F. Lipophilic phenolics from the leaves of Empetrum nigrum – chemical structures and exudate localization. Botanica Acta. 1992;105(4):300–305. DOI: 10.1111/j.1438-8677.1992.tb00302.x.Wollenweber E., Dörr M., Stelzer R., Arriaga-Giner F. Lipophilic phenolics from the leaves of Empetrum nigrum – chemical structures and exudate localization. Botanica Acta. 1992;105(4):300–305. DOI: 10.1111/j.1438-8677.1992.tb00302.x.Понкратова А. О., Уэйли А. К., Орлова А. А., Смирнов С. Н., Серебряков Е. Б., Лужанин В. Г. Выделение и установление структуры трех димерных проантоцианидинов типа А из надземной части Empetrum nigrum L. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(2):80–86. DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-2-80-86.Ponkratova A. O., Whaley A. K., Orlova A. A., Smirnov S. N., Serebryakov E. B., Luzhanin V. G. Isolation and structure elucidation of three dimeric A-type proanthocyanidins from Empetrum nigrum L. Razrabotka i registratsiya lekarstvennykh sredstv = Drug development & registration. 2021;10(2):80–86. (In Russ.) DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-1-83-89.Kellogg J., Wang J., Flint C., Ribnicky D., Kuhn P., de Mejia E. G., Raskin I., Lila M. А. Alaskan wild berry resources and human health under the cloud of climate change. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010;58(7):3884–3900. DOI: 10.1021/jf902693r.Kellogg J., Wang J., Flint C., Ribnicky D., Kuhn P., de Mejia E. G., Raskin I., Lila M. А. Alaskan wild berry resources and human health under the cloud of climate change. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2010;58(7):3884–3900. DOI: 10.1021/jf902693r.Jurikova T., Mlcek J., Skrovankova S., Balla S., Sochor J., Baron M., Sumczynski D. Black crowberry (Empetrum nigrum L.) flavonoids and their health promoting activity. Molecules. 2016;21(12):1685. DOI: 10.3390/molecules21121685.Jurikova T., Mlcek J., Skrovankova S., Balla S., Sochor J., Baron M., Sumczynski D. Black crowberry (Empetrum nigrum L.) flavonoids and their health promoting activity. Molecules. 2016;21(12):1685. DOI: 10.3390/molecules21121685.Lindroth R. L. Atmospheric change, plant secondary metabolites and ecological interactions. In: The Ecology of Plant Secondary Metabolites: from Genes to Global Processes. Cambridge: Cambridge University Press. 2012. P. 120–153. DOI: 10.1017/CBO9780511675751.008.Lindroth R. L. Atmospheric change, plant secondary metabolites and ecological interactions. In: The Ecology of Plant Secondary Metabolites: from Genes to Global Processes. Cambridge: Cambridge University Press. 2012. P. 120–153. DOI: 10.1017/CBO9780511675751.008.Li Y., Kong D., Fu Y., Sussman M. R., Wu H. The effect of developmental and environmental factors on secondary metabolites in medicinal plants. Plant Physiology and Biochemistry. 2020;148:80–89. DOI: 10.1016/j.plaphy.2020.01.006.Li Y., Kong D., Fu Y., Sussman M. R., Wu H. The effect of developmental and environmental factors on secondary metabolites in medicinal plants. Plant Physiology and Biochemistry. 2020;148:80–89. DOI: 10.1016/j.plaphy.2020.01.006.Li Y., Wen K., Ruan X., Zhao Y., Wei F., Wang Q. Response of plant secondary metabolites to environmental factors. Molecules. 2018;23(4):762. DOI: 10.3390%2Fmolecules23040762.Li Y., Wen K., Ruan X., Zhao Y., Wei F., Wang Q. Response of plant secondary metabolites to environmental factors. Molecules. 2018;23(4):762. DOI: 10.3390%2Fmolecules23040762.Szakiel A., Paczkowski C., Henry M. Influence of environmental biotic factors on the content of saponins in plants. Phytochemistry Reviews. 2011;10(4):471–491. DOI: 10.1007/s11101-010-9177-x.Szakiel A., Paczkowski C., Henry M. Influence of environmental biotic factors on the content of saponins in plants. Phytochemistry Reviews. 2011;10(4):471–491. DOI: 10.1007/s11101-010-9177-x.Gleadow R. M., Woodrow I. E. Defense chemistry of cyanogenic Eucalyptus cladocalyx seedlings is affected by water supply. Tree Physiology. 2002;22:939–945. DOI: 10.1093/treephys/22.13.939.Gleadow R. M., Woodrow I. E. Defense chemistry of cyanogenic Eucalyptus cladocalyx seedlings is affected by water supply. Tree Physiology. 2002;22:939–945. DOI: 10.1093/treephys/22.13.939.Yifan Y. Impact of temperature regimes on flavonoid accumulation in Merlot (Vitis vinifera L.) grapes. University of British Columbia. 2019. DOI: 10.14288/1.0383334.Yifan Y. Impact of temperature regimes on flavonoid accumulation in Merlot (Vitis vinifera L.) grapes. University of British Columbia. 2019. DOI: 10.14288/1.0383334.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.