Holothuria. Яд голотурий

Экспериментальное изучение токсичности голотурий началось еще в XIX ве­ке, когда были описаны воспалительные реакции кожи при поражении липкими нитями, выбрасываемыми при раздражении некоторыми видами голотурий (кювьеровы органы). В первой половине ХХ века из голотурий Holothuria vagabunda и Actinopyga Agassiz были выделены кристаллические токсины, названные голотуринами. Как правило, экстракты из кювьеровых органов голотурий содержат больше голотуринов, чем из стенок тела. Голотурины оказались смесью сапонинов, первый из которых - голотурин А - представляет собой агликон, соединен­ный с одной молекулой серной кислоты и остатками сахаров (D-глюкозы, D- ксилозы, D-хиновозы и 3-О-метил-О-глюкозы). Позднее из стенок тела голотурий Н. vagabunda, Н. lubricaбыли выделены голотурин А, а также новый компонент голотурин В. При кислотном гидролизе голотурин В давал смесь агликонов, сер­ную кислоту и остатки D-хиновозы и D-ксилозы.

По современным представлениям голотурии в качестве вторичных метаболи­тов содержат тритерпеновые гликозиды, состоящие из агликоновой части и угле­водной цепи. Большинство гликозидов имеет в качестве агликонов голостановые производные. «Голостан» - это модельное, ни разу не выделенное из других при­родных источников тритерпеновое ланостановое соединение, содержащее 18(20)- лактон и лежащее в основе скелетной системы агликонной части и номенклатуры большинства тритерпеновых гликозидов (рис. 7.11). Гликозиды голостанового ряда содержат агликоны, отличающиеся друг от друга по положению двойной связи в тетрациклическом ядре, по наличию или отсутствию кислородных заме­стителей в ядре и по структуре боковой цепи.

Углеводные цепи гликозидов, как правило, включают в себя от двух до шести моносахаридных остатков и могут также иметь от одной до трех сульфатных групп. Первый моносахаридный остаток - это всегда ксилоза, присоединенная в третье положение агликона. На рис. 7.12 в качестве примера приведены структу­ры некоторых агликонов гликозидов голотурий.

Класс Holothurioidea включает 7 отрядов, однако большинство гликозидов вы­делено из голотурий, принадлежащих к отрядам Аspidochirotidaи Dendrochirotida. Представители отряда Aspidochirotidaлегко доступны на мелководьях тропиче­ских морей и обычно содержат значительные количества тритерпеновых гликози­дов, что облегчает выделение индивидуальных соединений. По мере накопления данных о структурах гликозидов и их таксономическом распределении стала со­вершенно очевидна их таксономическая специфичность. Для тритерпеновых гли­козидов голотурий характерна вариабельность по некоторым структурным дета­лям в сочетании со стабильностью общего плана строения, что делает удобным их использование в качестве таксономических маркеров. Некоторые таксономиче­ские проблемы в этом классе животных были решены с помощью данных о строе­нии тритерпеновых гликозидов.

Гликозиды голотурий обладают высокой биологической активностью (табл. 7.1), в том числе противоопухолевым действием, антимикробной активностью, повышают фагоцитарную активность лейкоцитов, тормозят развитие оплодотво­ренных яиц морского ежа и синтез нуклеиновых кислот в них, характеризуются нейротропным действием и т.д.

Некоторые биологические свойства голотурина (Алендер, Рассел, 1966)

Организмы	Голотурин, x10-6 г/мл	Биологическое действие
Простейшие: Euglena gracilis, Amoeba proteus	66 100	Торможение роста. Гибель
Кишечнополостные: Hydra sp.	10	״ - ״
Плоские черви: Lugesia tigrina	0.1-100	Торможение процесса регенерации, гибель
Круглые черви: Nematode	100	Гибель
Моллюски: Planorbis sp.	1-10	״ - ״
Кольчатые черви: Tubifex tubifex	10	״ - ״
Членистоногие: Drosophila melanogaster	1000	Замедление окукливания
Иглокожие: Arbacia punctulata (яйца)	0.001-1000	Нарушение развития
Костные рыбы: Carapus bermudensis	1-1000 1-10	Гибель ״ -״
Амфибии: Rana pipiens	10 (мг)	Гибель (мг/животное), гемолиз, увеличение гемопоэза
Млекопитающие, мыши	9 (мг) 10 (мг)	DL50 (в/в, мг/кг) * DL50 (в/б, мг/кг)

* в/в - внутривенно; в/б - внутрибрюшинно.

Токсичность (DL₅₀) голотурина А для мышей составляет 7.5 мг/кг. У живот­ных наблюдаются судороги, затем паралич и смерть. В концентрации 150 мкг/мл голотурин А в течение 1 мин полностью блокирует распространение ПД в пере­хвате Ранвье одиночного волокна нерва лягушки. Голотурин В (2.5 *10'⁵моль/л) вызывает медленно развивающееся, но стойкое повышение тонуса поперечно­полосатых мышц, на фоне которого необратимо блокирует передачу через нерв­но-мышечный синапс. Наличие сульфатной группы придает голотурину А анион­ные свойства, которые могут играть важную роль в его физиологическом дей­ствии, поскольку при ее отщеплении нейротропная активность голотурина А па­дает.

Установленное впервые еще в 50-е годы прошлого века цитостатическое действие голотуринов на клетки саркомы-180 привлекло большое внимание исследователей. Так, кукумариозид С, выделенный из голотурии Cucumaria fraundatrix, эффективно ингибирует биосинтез нуклеиновых кислот и белка в оплодотворенных яйцах морского ежа. Тритерпеновые гликозиды обладают фунгицидным действием по отношению к грибкам Saccharomyces.В высоких концентрациях (3 мкг/мл) кукумариозид С не только тормозит разви­тие эмбрионов, но и вызывает их частичное разрушение, вплоть до лизиса бластомеров.

Влияние кукумариозида С из голотурии Cucumariafraundatrixна интен­сивность синтеза ДНК, РНК и белка, оцениваемого по включению, соответственно, ¹⁴С-тимидина (I), ¹⁴С-уридина (II) и ¹⁴С-аланина (III) в делящиеся яйца морского ежа, через 14 ч после оплодотворения: 1 - контроль; 2 - концентрация кукумариозида С 1 мкг/мл; 3 - 2 мкг/мл; 4 - 3 мкг/мл (Анисимов и др., 1974)

Биологическая активность тритерпеновых гликозидов во многом обусловлена их мембранолитическим действием, в основе которого лежит общий для многих гликозидов голутурий -стерин-зависимый механизм действия. Некоторые структурные элементы гликозидов значительно уменьшают, тогда как другие, наоборот, увеличивают биологическую активность тритерпеновых гликозидов. Так, установлено, что замещение гидроксила при С-25 в кукумариозидах Н₄ и А₄ из голотурии Eupentactafraundatrixэтоксильной группой вызывает заметное уве­личение цитотоксической активности, тестируемой на лимфоцитах селезенки мыши, клетках асцитной формы карциономы Эрлиха, а также гемолитическое действие на эритроциты мыши. С другой стороны, биологическая активность кукумариозидов A1, H6 и I1 с одним и тем же агликоном зависела от структуры угле­водной цепи. Кукумариозид А1, имеющий линейную тетрасахаридную цепь, об­ладает наибольшей цитотоксической и гемолитической активностью по сравне­нию с гликозидами с разветвлённой углеводной цепью.

Помимо эффектов, связанных с -стерин-зависимым мембранолитическим действием, тритерпеновые гликозиды голотурий обладают рядом интересных свойств, которые проявляются в субцитотоксических дозах, включая иммуномо­дулирующую и противоопухолевую активности. Эти вещества являются эффек­тивными иммуностимуляторами, а некоторые гликозиды обладают противоопу­холевым действием invivo, они могут также ингибировать клеточную пролифера­цию и вызывать индукцию апоптоза в субцитотоксических дозах. Эти вещества могут ингибировать множественную лекарственную устойчивость в нецитотокси­ческих дозах. Изучение активности гликозидов, не зависящей от их взаимодействия с мембранными -стеринами, является новой и быстроразвивающейся областью исследований.

Несомненно, тритерпеновые гликозиды голотурий - уникальный класс мор­ских природных соединений. Полагают, что разнообразие этих веществ является следствием мозаичного типа их биосинтеза, причем как агликонная, так и угле­водная компоненты гликозидов образуются не в результате строго детерминиро­ванных последовательностей химических превращений. Наоборот, отдельные химические события могут протекать в разных последовательностях, а также од­новременно и в агликонной, и в углеводной частях молекул.

* * *

Данные о химическом составе биотоксинов иглокожих могут оказаться полез­ными для решения вопроса о их филогении, до сих пор вызывающего споры и дискуссии. Так, наличие стероидных сапонинов в морских звездах и голотуриях может указывать на их большее родство, чем с другими классами иглокожих. Например, у офиур и морских лилий сапонинов не обнаружено. У офиуры Ophio comanigra найдены кислые мукополисахариды, содержащие много остатков сер­ной кислоты, аминосахара, серные и фосфорные эфиры, которые, возможно, со­единены с белком. Слизь, выделяемая офиурами, имеет pH= 1 за счет высокого содержания сульфат-аниона и может служить защитным средством. О родстве морских звезд и голотурий может говорить и сходный набор синтезируемых ими нафтохиноновых пигментов. В целом, биологически активные вещества иглокожих обладают широким спектром действия, что определяет возможность их использования для создания новых лекарственных средств, включая противоопухолевые и иммуностимули­рующие препараты.

---

Источник: Гелашвили Д.Б., Крылов В.Н., Романова Е.Б. Г
Зоотоксинология: биоэкологические и биомедицинские аспекты.