Karwakrol: bioaktywna molekuła olejku oregano | Monografie cząsteczek aromatycznych cz. 2

Karwakrol jest monoterpenowym fenolem. Strukturalnie jest on bardzo podobny do tymolu — jest jego izomerem.

Dotychczasowe badania nad tą molekułą udowodniły jej wszechstronne aktywności biologiczne. Wśród nich można wymienić: hamowanie rozwoju bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych (m.in. Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumonia, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Proteus mirabilis, Enterobacter spp., Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa i Serratia spp.), hamowanie rozwoju pleśni i innych grzybów (m.in. Aspergillus niger, Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus, Alternaria alternata, Penicillium rubrum, Trichoderma viride, Candida albicans), niszczenie biofilmów, cytotoksyczność wobec nowotworowych linii komórkowych piersi, wątroby i płuc, właściwości przeciwbólowe, właściwości antyoksydacyjne.  Co więcej, karwakrol zmniejsza stres oksydacyjny w obrębie mózgu, wątroby i nerek.

Opisywany monoterpen może być również wykorzystywany w hodowli kur — poprawia parametry związane z zatruciem wywołanymi mykotoksynami: przyspiesza ich wzrost, zmniejsza masę wątroby, obniża stres oksydacyjny, zwiększa stężenie enzymów antyoksydacyjnych.

Chcesz znać szczegóły? Zapraszam do dalszej lektury

Zapraszam również do lektury części pierwszej, poświęconej nerolidolowi: Nerolidol: bioaktywna molekuła olejku Cabreuva | Monografie cząsteczek aromatycznych cz. 1

Właściwości karwakrolu

Dotychczas karwakrol oznaczany w szeregu olejków eterycznych, takich jak:

• oregano (Origanum vulgare, O. majorana, O. dictamnus, O. syriacum i inne gatunki)
• greckiego “oregano” (Thymbra capitata)
• meksykańskiego “oregano” (Lippia graveolens)
• cząbru (Satureja thymbra, S. hortensis i inne gatunki)
• tymianku (Thymus vulgaris, T.zygis, T. transcaspicus, T. pulegioides i inne gatunki)
• ajowanu (Trachyspermum ammi)
• czarnuszki (Nigella sativa)

Jak widać w powyższej tabeli, najbardziej bogate w karwakrol są rośliny z rodzaju jasnotowatych (Lamiaceae) o potencjale przyprawowym — tymianek, oregano, majeranek i podobne gatunki. Warto zaznaczyć, że obecność karwakrolu w rośliny jest skorelowana z obecnością tymolu — często rośliny olejkowe, u których jest wykrywany tymol, mają pewną ilość karwakrolu, i vice versa. Z drugiej strony, te same rośliny mają często chemotypy karwakrolowe i tymolowe. Nie powinno to dziwić, podczas biosyntezy terpenów, tymol i karwakrol powstają z tego samego substratu — γ-terpinenu. Pod wpływem odpowiednich enzymów zachodzi hydroksylacja C-2 i powstaje karwakrol lub hydroksylacja C-3 i powstaje tymol.

Wpływ karwakrolu na układ pokarmowy

Karwakrol po podaniu doustnym jest stopniowo absorbowany przez jelita. Około 25% karwakrolu jest wydalane po 22 godzinach, po spożyciu.

Po 2–24 h po podaniu szczurom (500 mg) i królikom (1500 i 5000 mg) przez zgłębnik karwakrol rozpuszczony w oleju sezamowym, karwakrol był oznaczany w tkankach, krwi, moczu i kale. Poza tym zaobserwowano, że pewna ilość jest akumulowana w obrębie żołądka, jelit i moczu z niewielkimi ilościami w płucach, wątrobie i mięśniach.

Opisywany monoterpen chroni wątrobę podczas uszkodzenia nerek. Odbywa się to poprzez poprawę obrony antyoksydacyjnej wątroby i ograniczenie występowania produktów peroksydacji lipidów. Zmniejsza również stężenie prozapalnych cytokin. W związku z tym, badacze uważają, że karwakrol może być bezpiecznym i dobrym kandydatem na lek służący leczeniu dysfunkcji wątroby o różnej etiologii.

Zostając przy układzie pokarmowym, wykazano, że karwakrol dodawany do diety wysokotłuszczowej w stężeniach 0,01%, 0,05% i 0,1% przez 28 dni wykazuje redukcję masy ciała zależną od dawki (u zwierząt). Uważa się, że ten efekt jest zależny przez modulację adipogenezy i termogenezy w tkance tłuszczowej poprzez hamowanie produkcji cytokin prozapalnych, czynnika wzrostu fibroplastów i innych cytokin.

Wpyw karwakrolu na percepcję bólu

Ze względu na swoje silnie działanie przeciwzapalne, zaczęto testować karwakrol pod względem potencjalnego wykorzystania w terapii bólu. Udowodniono, że karwakrol hamuje ekspresję cyklooksygenazy 2 (COX-2; takie działanie ma na przykład etorykoksyb; inne substancje przeciwzapalne, jak ibuprofen i ketoprofen hamują COX-1 oraz COX-2). Poza tym aktywuje receptory aktywowane proliferatorami peroksysomów (PPAR, ang. peroxisome proliferator-activated receptor) — biorą one udział w metabolizmie lipidów i ich przemianach.

Karagen (mukopolisacharyd izolowany z alg) obniża poziom odczuwania bólu oraz może, po podaniu miejscowym, wywoływać stan zapalny. Postanowiono sprawdzić, czy powyższy efekt fizjologiczny może zostać cofnięty przez karwakrol (50 lub 100 mg/kg masy ciała). Okazało się, że tak. Co więcej, zmniejszenie bólu i stanu zapalnego było porównywane z indometacyną — standardowym środkiem przeciwbólowym i przeciwzapalnym. Autorzy twierdzą, że to działanie karwakrolu jest związane z hamowaniem uwalniania prozapalnych cytokin i tlenku azotu (NO), co w konsekwencji zmniejsza produkcję innych prozapalnych metabolitów.

Wpływ karwakrolu na serce

W ostatnich latach na coraz większą skalę bada się przetwory bogate w karwakrol i czysty karwakrol pod względem ich potencjalnego wykorzystania w leczeniu chorób sercowo-naczyniowych. I rzeczywiście, opublikowano dotychczas dziesiątki, jeżeli nie setki studiów dotyczących tej własności.

Karwakrol oddziałuje na ten układ, na wiele sposobów:

1. przeciwzapalnie (hamowanie rozwoju płytki miażdżycowej)
2. obniżenie ciśnienia krwi
3. hamowanie przerostu mięśnia sercowego
4. kardioprotekcyjnie
5. chronienie przed ostrym zawałem mięśnia sercowego
6. poprawienie parametrów biochemicznych krwi

Hamowanie rozwoju płytki miażdżycowej i poprawa parametrów biochemicznych krwi przez karwakrol

W badaniach na szczurzych komórkach tkanki mięśniowej gładkiej (RASMC, rat aortic smooth muscle cell), karwakrol istotnie hamował migrację indukowaną płytkopochodnym czynnikiem wzrostu (PDGF, platelet-derived growth factor). Obserwowany efekt był zależny od stężenia użytego terpenu. Co więcej, osłabia on, między innymi, ekspresję oksydazy NOX i fosforylację kinazy białkowej. Oznacza to, że karwakrol obniża poziom reaktywnych form tlenu (wolnych rodników), co w konsekwencji ogranicza rozrost błony wewnętrznej (neointimy) (typowy objaw progresji choroby miażdżycowej).

Podobnych obserwacji dokonano na ludzkich liniach naczyniowych komórek mięśni gładkich (VSMC, Vascular Smooth Muscle Cells). Karwakrol zmniejsza stężenie cząsteczek adhezyjnych śródbłonka naczyniowego (odpowiadają one za adhezję komórek odpornościowych (limfocytów, monocytów, eozynofilii, bazofili) na powierzchni śródbłonka; z tego względu biorą istotną rolę w rozwoju płytki miażdżycowej). Stopień zahamowania tego procesu jest zależny od stężenia (dawki) karwakrol.

Obniżenie ciśnienia krwi przez karwakrol

W badaniach przeprowadzonych przez Y. Aydina i wspólników, testowano działanie karwakrolu na funkcje serca i naczyń krwionośnych na żywych, uśpionych szczurach oraz wyizolowaną aortę. Terpen podawany dootrzewnowo w ilości 100 μg/kg zmniejszał częstość akcji serca, średnie ciśnienie tętnicze oraz skurczowe i rozkurczowe ciśnienie krwi. Mniejsze stężenia (1, 10 i 20 μg/kg) nie wywoływały opisywanego efektu. Również izolowana aorta, u której wywoływano skurcze chlorkiem wapnia i fenylefryną, była niewrażliwa na karwakrol (10^-4 M). W związku z powyższymi doniesieniami, uważa się, że za hipotensyjne działanie karwakrol odpowiada blokowanie kanałów wapniowych typu L w sercu.

Nieco inaczej podeszli do tego badacze z Brazylii pod przewodnictwem Quiara Lovatti Alves. Naukowcy wyizolowali prawe przedsionki z serc szczurów i obserwowali, jak wpłynie na nie karwakrol. Już 100 μM terpenu powodowało efekt chronotropowy ujemny (po ludzku — zmniejszało częstotliwość skurczów serca) i inotropowy ujemny (osłabiało siłę skurczu serca). Po otrzymaniu większej ilości danych, udowodnili, ż karwakrol wiąże się z jednym, z kanałów przejściowego potencjału (TRPM4, Transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 4). Oznacza to, że bezpośrednio wpływa na białka odpowiedzialne za siłę skurczu elementów układu sercowo-naczyniowego (przynajmniej na poziomie przedsionków).

Hamowanie przerostu mięśnia sercowego przez karwakrol

Jednym z najistotniejszych czynników ryzyka niewydolności serca jest przerost mięśnia sercowego wywołany nadciśnieniem. Ze względu na liczne doniesienia dotyczące prozdrowotnego wpływu karwakrol na serce, postanowiono zbadać na modelach in vitro i in vivo, czy i w tej dolegliwości może on pomóc.

W obu modelach, w chorych grupach, którym podawano karwakrol, oznaczono obniżone poziomy przedsionkowego peptydu natriuetycznego (ANP, atrial natriuretic peptide). Ten hormon peptydowy wpływa na resorpcję zwrotną jonów sodu i wody w kanalikach zbiorczych nerek oraz hamuje układ renina-angiotensyna-aldosteron. Oznaczanie jego stężenia w surowicy jest jedną z podstawowych metod diagnostycznych niewydolności serca. Poza tym, w grupach karwakrolowych, podobnie jak w innych badaniach, zaobserwowano zmniejszoną ilość komórek apoptotycznych, co świadczy o mniejszym stanie zapalnym. Omówione doniesienia wskazują, że karwakrol może być skutecznym środkiem hamującym przerost mięśnia sercowego, lecz potrzeba dalszych badań, aby eksperymenty przekształcić w praktykę kliniczną.

Ochrona przed starzeniem układu sercowo-naczyniowego przez karwakrol

Jednym z czynników ryzyka chorób układu sercowo-naczyniowego jest wiek. Jest to związanie z zaburzeniem układu hormonalnego, homeostazy organizmu, wydłużonym narażeniem na szkodliwe czynniki i z chorobami współistniejącymi. Innymi istotnymi zmianami są zaburzenia funkcjonowania nerek i wątroby, co wpływa na metabolizm leków — zwłaszcza na farmakokinetykę i farmakodynamikę.

W związku z powyższym, zgodnie z zasadą „lepiej zapobiegać niż leczyć” poszukuje się substancji o potencjale leczniczym, które mogą pomóc w hamowaniu przynajmniej części zmian notowanych u pacjentów geriatrycznych. Jedną z potencjalnie pomocnych molekuł okazuje się karwakrol. W modelu zwierzęcym, w którym indukowano stan starzenia przy pomocy D(+)galaktozy badano wpływ omawianego terpenu na parametry krwi oraz pracy serca. Przez osiem tygodni podawano szczurom karwakrol doustnie w ilości 50 i 100 mg/kg masy ciała. Podobnie jak w innych badaniach, poziom wolnych rodników tlenowych był znacznie obniżony w grupie karmionej karwakrolem. U osobników o podwyższonym skurczowym ciśnieniu serca karwakrol istotnie obniżał ciśnienie. Powyższe wyniki świadczą o tym, że główna substancja aromatyczna olejku oregano może pełnić istotną rolę w kontroli ciśnienia krwi.

O autorze

Aleksander K. Smakosz — magister farmacji, doktorant w Katedrze Biologii i Biotechnologii Farmaceutycznej (Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu). Specjalizuje się w tematach związanymi z botaniką ekonomiczną, etnofarmakologią, farmakognozją, chemią żywności, toksykologią i fitochemią. Jest redaktorem naczelnym wydawnictwa i czasopisma „Pharmacopola” (pharmacopola.pl), czasopisma „ELIXIR”, oraz serii wydawniczych „Acta Uroborosa” i „Etnofarmakologia i Etnofarmacja”. Prowadzi blog poświęcony przyprawom z perspektywy botaniki ekonomicznej i farmacji (gulosus.pl). Jest autorem i redaktorem pięciu książek (m.in. Historia naturalna przypraw)

Wybrana bibliografia

Almanaityte, M., Jurevičius, J., & Mačianskiene, R. (2020). Effect of Carvacrol, TRP Channels Modulator, on Cardiac Electrical Activity. BioMed Research International, 2020, 6456805. https://doi.org/10.1155/2020/6456805

Bakır, M., Geyikoglu, F., Colak, S., Turkez, H., Bakır, T. O., & Hosseinigouzdagani, M. (2016). The carvacrol ameliorates acute pancreatitis-induced liver injury via antioxidant response. Cytotechnology, 68(4), 1146. https://doi.org/10.1007/S10616-015-9871-Z

Cho, S., Choi, Y., Park, S., & Park, T. (2012). Carvacrol prevents diet-induced obesity by modulating gene expressions involved in adipogenesis and inflammation in mice fed with high-fat diet. The Journal of Nutritional Biochemistry, 23(2), 192–201. https://doi.org/10.1016/J.JNUTBIO.2010.11.016

Jamhiri, M., Dahaj, F. S., Astani, A., Hejazian, S. H., Hafizibarjin, Z., Ghobadi, M., Moradi, A., Khoradmehr, A., & Safari, F. (2019). Carvacrol Ameliorates Pathological Cardiac Hypertrophy in Both In-vivo and In-vitro Models. Iranian Journal of Pharmaceutical Research, 18(3), 1394. https://doi.org/10.22037/IJPR.2019.1100766

Lee, K. P., Sudjarwo, G. W., Jung, S. H., Lee, D., Lee, D. Y., Lee, G. B., Baek, S., Kim, D. Y., Lee, H. M., Kim, B., Kwon, S. C., & Won, K. J. (2015). Carvacrol inhibits atherosclerotic neointima formation by downregulating reactive oxygen species production in vascular smooth muscle cells. Atherosclerosis, 240(2), 367–373. https://doi.org/10.1016/J.ATHEROSCLEROSIS.2015.03.038

Li, Y., Mai, Y., Qiu, X., Chen, X., Li, C., Yuan, W., & Hou, N. (2020). Effect of long-term treatment of carvacrol on glucose metabolism in streptozotocininduced diabetic mice. BMC Complementary Medicine and Therapies, 20(1), 142. https://doi.org/10.1186/S12906-020-02937-0/FIGURES/2

Marconi, G. D., Della Rocca, Y., Fonticoli, L., Guarnieri, S., Carradori, S., Soundara Rajan, T., Pizzicannella, J., & Diomede, F. (2022). The Beneficial Effect of Carvacrol in HL-1 Cardiomyocytes Treated with LPS-G: Anti-Inflammatory Pathway Investigations. Antioxidants, 11(2), 386. https://doi.org/10.3390/ANTIOX11020386/S1