Нейробиологические эффекты химических соединений видов рода Astragalus L. и перспективы их применения в медицине (обзор)

Введение. Род Astragalus L. – астрагал – один из крупнейших родов цветковых растений и насчитывает в своем составе не менее 3270 видов. Отдельные виды этого рода давно используются в традиционной и научной медицине. В последние годы виды рода Astragalus L. привлекают внимание из-за выявления у его представителей широкого спектра нейробиологических эффектов. В обзоре представлен анализ литературных данных об экспериментальных и отчасти клинических исследованиях разнообразных нейробиологических эффектов экстрактов и химических соединений видов данного рода и перспективах их применения в медицине.

Текст. Установлено разнообразное нейропротективное действие данных соединений. Отмечено, что во многих случаях в качестве механизма нейропротекции выступает ингибирование окислительного стресса, который играет важную роль в развитии ряда нейродегенеративных заболеваний. Химические соединения, содержащиеся в представителях данного рода, защищают нейроны головного мозга от ишемического повреждения, воздействия нейротоксинов и глутамата, отложения бета-амилоида. Было выявлено, что данные вещества ингибируют повышенную активность ацетилхолинэстеразы и процессы димиелинизации. Данные соединения также улучшают когнитивные функции, включая память и обучение. Установлено их противосудорожное действие. Особый интерес представляют данные, свидетельствующие о возможности применения некоторых химических соединений, содержащихся в представителях рода Astragalus L., в терапии психических заболеваний, в частности шизофрении.

Заключение. Анализ экспериментальных работ за последние десять лет показывает, что экстракты и химические соединения видов рода Astragalus L. обладают весьма разнородным спектром нейробиологического действия и, вероятно, могут найти применение в будущем в качестве средств терапии в неврологической и психиатрической практике. К сожалению, в отличие от большого числа доклинических экспериментов, клинические испытания этих соединений являются единичными. Обращает на себя внимание также, что к настоящему времени в отношении нейробиологической активности исследовано менее одного процента видов этого рода. Таким образом, необходимы более обширные исследования, клинические испытания, исследования по стандартизации и установлению терапевтических доз для человека экстрактов и химических соединений видов рода Astragalus L.

1. Rundel P. W., Huggins T. R., Prigge B. A., Sharifi M. R. Rarity in Astragalus: a California Perspective. Aliso. 2015;33(2):111–120.

2. Li X. T., Zhang Y. K., Kuang H. X., Jin F. X., Liu D. W., Gao M. B., Liu Z., Xin X. J. Mitochondrial Protection and Anti-aging Activity of Astragalus Polysaccharides and Their Potential Mechanism. Int J Mol Sci. 2012;13(2):1747–1761. DOI: 10.3390/ijms13021747.

3. Ikbal A. M. A., Rajkhowa A., Debnath B., Singh W. S., Manna K., Bhattacharjee B., Das T., Goswami S. Pharmacological Review on Astragalus membranaceus: Chinese Traditional Herb. Pharmacognosy Reviews. 2022;16(32):690–94. DOI: 10.5530/phrev.2022.16.13.

4. Berezutsky M. A., Matvienko U. A., Karetnikova A. Y., Durnova N. A. Anti-Cancer Activity Of Astragalus Membranaceus – A Review. International Journal of Pharmaceutical Research. 2021;13(3):206–215. DOI: 10.31838/ijpr/2021.13.03.003.

5. Berezutsky M. A. Durnova N. A., Vlasova I. A. Experimental and clinical studies of mechanisms of the antiaging effects of chemical compounds in Astragalus membranaceus. Adv Gerontol. 2020;10(2):142–149. DOI: 10.1134/S2079057020020046.

6. Berezutskii M. A., Yakubova L. R., Durnova N. A., Romanteeva Y. V., Belonogova Y. V., Komarova E. E., Sheremet’eva A. S. Pharmacological properties of preparations based on Astragalus extract. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2020;54(4):372–376. DOI: 10.1007/s11094-020-02206-x.

7. Bachurin S. O., Bovina E. V., Ustyugov A. A. Drugs in clinical trials for Alzheimer’s disease: the major trends. Med Res Rev. 2017;37(5):1186–1225. DOI: 10.1002/med.21434.

8. Majid A. Neuroprotection in stroke: past, present, and future. ISRN Neurol. 2014;2014:515716. DOI: 10.1155/2014/515716.

9. Fan Z., Liang Z., Yang H., Pan Y., Zheng Y., Wang X. Tenuigenin protects dopaminergic neurons from inflammation via suppressing NLRP3 inflammasome activation in microglia. Journal of Neuroinflammation. 2017;14(1):256. DOI: 10.1186/s12974-017-1036-x.

10. Chan W. S., Durairajan S. S. K., Lu J. H., Wang Y., Xie L. X., Kum W. F., Koo J., Yung K. K. L., Li M. Neuroprotective effects of Astragaloside IV in 6-hydroxydopamine-treated primary nigral cell culture. Neurochem Int. 2009;55(6):414–422. DOI: 10.1016/j.neuint.2009.04.012.

11. Xu Z., Yang D., Huang X., Huang H. Astragaloside IV protects 6-hydroxydopamine-induced SH-SY5Y cell model of Parkinson’s disease via activating the JAK2/STAT3 pathway. Front Neurosci. 2021;15:631501. DOI: 10.3389/fnins.2021.631501.

12. Long J. M., Holtzman D. M. Alzheimer Disease: An Update on Pathobiology and Treatment Strategies. Cell. 2019;179(2):312–339. DOI: 10.1016/j.cell.2019.09.001.

13. Gao M. L., Zhang Y. D., Li N., Qiao J., Yu M. Bone marrow mesenchymal stem cells transplanted into a rat model of Alzheimer’s disease: improvement in the learning and memory ability. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20:2059–2065.

14. Sultana R., Banks W. A., Butterfield D. A. Decreased levels of PSD95 and two associated proteins and increased levels of BCl2 and caspase 3 in hippocampus from subjects with amnestic mild cognitive impairment: Insights into their potential roles for loss of synapses and memory, accumulation of Abeta, and neurodegeneration in a prodromal stage of Alzheimer’s disease. J Neurosci Res. 2010;88(3):469–477. DOI: 10.1002/jnr.22227.

15. Tohda C., Tamura T., Matsuyama S., Komatsu K. Promotion of axonal maturation and prevention of memory loss in mice by extracts of Astragalus mongholicus. Br J Pharmacol. 2006;149(5):532–41. DOI: 10.1038/sj.bjp.0706865.

16. Bahaeddin Z., Yans A., Khodagholi F., Sahranavard S. Neuroprotection and anxiety like behavior reduction of Allium hirtifolium and Astragalus hamosus in the Aβ-injected rat. Research Journal of Pharmacognosy. 2016;3(4):39–49.

17. Kondeva-Burdina M., Krasteva I., Popov G., Manov V. Neuroprotective and antioxidant activities of saponins’ mixture from Astragalus glycyphylloides in a model of 6-hydroxydopamine-induced oxidative stress on isolated rat brain synaptosomes. Pharmacia. 2019(4):233–237. DOI: 10.3897/pharmacia.66.e37997.

18. Shkondrov A., Krasteva I., Bucar F., Kunert O., Kondeva-Burdina M., Ionkova I. A new tetracyclic saponin from Astragalus glycyphyllos L. and its neuroprotective and hMAO-B inhibiting activity. Nat Prod Res. 2020;34(4):511–517. DOI: 10.1080/14786419.2018.1491040.

19. Kondeva-Burdina M., Doytchinova I., Krasteva I., Ionkova I., Manov V. Hepato-, neuroprotective effects and QSAR studies on flavoalkaloids and flavonoids from Astragalus monspessulanus. Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2019;33(1):1434–1443. DOI: 10.1080/13102818.2019.1673209.

20. Shkondrov A., Krasteva I., Bucar F., Kunert O., Kondeva-Burdina M., Ionkova I. Flavonoids and saponins from two Bulgarian Astragalus species and their neuroprotective activity. Phytochemistry Letters. 2018;26:44–49. DOI: 10.1016/j.phytol.2018.05.015.

21. Kondeva-Burdina M., Krasteva I., Mitcheva M. (2014) Effects of rhamnocitrin 4-β-D-galactopyranoside, isolated from Astragalus hamosus on toxicity models in vitro. Pharmacognosy Magazine. 2014;10(39):487–493. DOI: 10.4103/0973-1296.139778.

22. Huang X. P., Tan H., Chen B. Y., Deng C. Q. Astragalus extract alleviates nerve injury after cerebral ischemia by improving energy metabolism and inhibiting apoptosis. Biol Pharm Bull. 2012;35(4):449–454. DOI: 10.1248/bpb.35.449.

23. Robert S. M., Ogunrinu-Babarinde T., Holt K. T., Sontheimer H. Role of glutamate transporters in redox homeostasis of the brain. Neurochem Int. 2014;73:181–191. DOI: 10.1016/j.neuint.2014.01.001.

24. Yu D., Duan Y., Bao Y., Wei C., An L. Isoflavonoids from Astragalus mongholicus protect PC12 cells from toxicity induced by L-glutamate. J Ethnopharmacol. 2005;98(1-2):89–94. DOI: 10.1016/j.jep.2004.12.027.

25. Yue R., Li X., Chen B., Zhao J., He W., Yuan H., Yuan X., Gao N., Wu G., Jin H., Shan L., Zhang W. Astragaloside IV attenuates glutamate-induced neurotoxicity in PC12 cells through Raf-MEK-ERK pathway. PLoS One. 2015;10(5):e0126603. DOI: 10.1371/journal.pone.0126603.

26. Francis P. T., Palmer A. M., Snape M., Wilcock G. K. The cholinergic hypothesis of Alzheimer’s disease: a review of progress. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1999;66(2):137–47. DOI: 10.1136/jnnp.66.2.137.

27. Teyeb H., Mabrouk H., Neffati M., Douki W., Najjar M. F. Anticholinesterase activity of Astragalus gombiformis extracts. Journal of Biologically Active Products from Nature. 2011;1(5–6):344–348. DOI: 10.1080/22311866.2011.10719103.

28. Sekeroglu N., Gezici S. Astragalus neurocarpus Bioss. as a potential source of natural enzyme inhibitor associated with Alzheimer’s and Parkinson diseases along with its rich polyphenolic content and antioxidant activities. Ann Phytomed. 2019;8(1):82–87. DOI: 10.21276/ap.2019.8.1.9.

29. Abdelaziz B. M., Helmy M. W., Katary M. A., Abd-Alhaseeb M. M., Ghoneim A. I. Protective effects of Astragalus kahiricus root extract on ethanol-induced retrograde memory impairments in mice. J HerbMed Pharmacology. 2019;8(4):295–301. DOI: 10.15171/jhp.2019.43.

30. Matas S. L., Glehn F., Fernandes G. B., Soares C. A. Cerebrospinal fluid analysis in the context of CNS demyelinating diseases. Arq Neuropsiquiatr. 2013;71(9B):685–688. DOI: 10.1590/0004-282X20130151.

31. Shu Y., Luo T., Wang M., Zhang Y., Zhang L., Xiao Z., Wang Q., Zhang Q., Zou J., Yu C., Xu S., Yu T., Zhou L., Yu S. Gastrodin promotes CNS myelination via a lncRNA Gm7237/miR-142a/MRF pathway. RNA Biol. 2021;18(9):1279–1290. DOI: 10.1080/15476286.2020.1841976.

32. Xing Y., Liu B., Zhao Y., Zhang L., Thome R., Xue H., Zhang Р., Ma C. Immunomodulatory and neuroprotective mechanisms of Huangqi glycoprotein treatment in experimental autoimmune encephalomyelitis. Folia Neuropathol. 2019;57(2):117–128. DOI: 10.5114/fn.2019.85843.

33. Molinuevo J. L., Ayton S., Batrla R., Bednar M. M., Bittner T., Cummings J., Blenno K. Current state of Alzheimer’s fluid biomarkers. Acta Neuropathol. 2018;136(6):821–853. DOI: 10.1007/s00401-018-1932-x.

34. Scheltens P., Blennow K., Breteler M. M., de Strooper B., Frisoni G. B, Salloway S., Van der Flier W. M. Alzheimer’s disease. Lancet. 2016;388:505–517. DOI: 10.1016/S0140-6736(15)01124-1.

35. Zhang Z., Ma P., Xu Y., Zhan M., Zhang Y., Yao S., Zhang S. Preventive effect of gastrodin on cognitive decline after cardiac surgery with cardiopulmonary bypass: a double-blind, randomized controlled study. J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci. 2011;31(1):120–127. DOI: 10.1007/s11596-011-0162-4.

36. Yin Y., Yan L., Huang L. Q., Huang S. Q., Zhuang J. H., Chen X. Y., Zhang L., Wu H., Shao F., Zhao Z. X. Anti-apoptosis effect of astragaloside IV on Alzheimer’s disease rat model via enhancing the expression of Bcl-2 and Bcl-xl. Scand J Lab Anim Sci. 2010;37(2):75–82.

37. Yu C., Zhang J., Li X., Liu J., Niu Y. Astragaloside IV-induced Nrf2 nuclear translocation ameliorates lead-related cognitive impairments in mice. Biochim Biophys Acta – Mol Cell Res. 2021;1868(1):118853. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2020.118853.

38. Csernansky J. G., Dong H. X., Fagan A. M., Wang L., Xiong C. J., Holtzman D. M., Morris J. C. Plasma cortisol and progression of dementia in subjects with Alzheimer-type dementia. Am J Psychiatry. 2006;163:2164–2169. DOI: 10.1176/ajp.2006.163.12.2164.

39. Li W. Z., Li W. P., Zhang W., Yin Y. Y., Sun X. X., Zhou S. S., Xu X. Q., Tao C. R. Protective effect of extract of Astragalus on learning and memory impairments and neurons’ apoptosis induced by glucocorticoids in 12-month-old male mice. Anat Rec (Hoboken). 2011;294(6):1003–1014. DOI: 10.1002/ar.21386.

40. Reagan L. P., Magarinos A. M., McEwen B. S. Neurological changes induced by stress in streptozotocin diabetic rats. Ann NY Acad Sci. 1999;893:126–137. DOI: 10.1111/j.1749-6632.1999.tb07822.x.

41. Reagan L. P., Magariños A. M., Lucas L. R., van Bueren A., McCall A. L., McEwen B. S. Regulation of GLUT-3 glucose transporter in the hippocampus of diabetic rats subjected to stress. Am J Physiol. 1999;276(5):E879–E886. DOI: 10.1152/ajpendo.1999.276.5.E879.

42. Navakkode S., Chew K., Tay S. J. N., Lin Q., Behnisch T., Soong T. W. Bidirectional modulation of hippocampal synaptic plasticity by Dopaminergic D4-receptors in the CA1 area of hippocampus. Sci Rep. 2017;7(1):15571.

43. Zhang G., Fang H., Li Y., Xu J., Zhang D., Sun Y., Zhou Z., Zhang H. Neuroprotective effect of Astragalus polysacharin on streptozotocin (STZ)-Induced diabetic rats. Med Sci Monit. 2019;25:135–141. DOI: 10.12659/MSM.912213.

44. Liu C. H., Tsai C. H., Li T. C., Yang Y. W., Huan W. S., Lu M. K., Tseng C. H., Huang H. C., Chen K. F., Hsu T. S., Hsu Y. T., Tsai C. H., Hsieh C. L. Effects of the traditional Chinese herb Astragalus membranaceus in patients with poststroke fatigue: A double-blind, randomized, controlled preliminary study. J Ethnopharmacol. 2016;194:954–962. DOI: 10.1016/j.jep.2016.10.058.

45. Abd Elkader H. T. A. E., Abdou H. M., Khamiss O. A., Essawy A. E. Anti-anxiety and antidepressant-like effects of astragaloside IV and saponins extracted from Astragalus spinosus against the bisphenol A-induced motor and cognitive impairments in a postnatal rat model of schizophrenia. Environ Sci Pollut Res. 2021;28(26):35171–35187. DOI: 10.1007/s11356-021-12927-5.

46. Aldarmaa J., Liu Z., Long J., Mo X., Ma J., Liu J. Anti-convulsant effect and mechanism of Astragalus mongholicus extract in vitro and in vivo: protection against oxidative damage and mitochondrial dysfunction. Neurochem Res. 2010;35(1):33–41. DOI: 10.1007/s11064-009-0027-4.