Hedera helix – mechanizm działania potwierdzony badaniami biologicznymi i biofizycznymi na modelu komórkowym

Wyciągi uzyskiwane z liści Hedera helix (bluszczu pospolitego) są często stosowane w leczeniu schorzeń górnych dróg oddechowych charakteryzujących się nadmiernym wydzielaniem lepkiego śluzu (tj. katarem) i kaszlem. Wyciągi te stosowano również pomocniczo w leczeniu zapalnych chorób oskrzeli. Wyciągi z liści bluszczu wykazują działanie spazmolityczne, zmniejszając skurcz mięśni gładkich, a także działanie rozszerzające oskrzela i antybakteryjne, co jest wynikiem obecności saponin triterpenowych. Głównymi saponinami są hederagenina, a-hederyna i hederakozyd C. Preinkubacja komórek A549 (z linii komórek nabłonka oddechowego typu II) z roztworem a-hederyny o stężeniu 1 µM przez 24 godz. hamowała internalizację receptorów b2-adrenergicznych (b2-AR) po stymulacji roztworem terbutaliny o stężeniu 1 µM i roztworem Alexa-NA (fluorescencyjnego agonisty b2-AR) o stężeniu 10 nM. Wykryto jedynie 31±4% zinternalizowanych receptorów w porównaniu z kontrolą dodatnią. Badanie to wykonano metodą laserowego skanowania komórek i oznaczenia ilościowego fluorescencji wewnątrzkomórkowej. Wynik ten został potwierdzony w obrazowaniu metodą mikroskopii fluorescencyjnej po immunocytochemicznej detekcji b2-AR na komórkach A549. Po inkubacji komórek A549 z roztworem Alexa-NA o stężeniu 5 nM, metodą fluorescencyjnej spektroskopii korelacyjnej (FCS) stwierdzono istnienie dwóch różnych stałych czasu dyfuzji kompleksów b2-AR-Alexa-NA. Na podstawie oceny krzywej autokorelacji obliczono, że w przypadku nieaktywnych kompleksów receptor-ligand z utrudnioną ruchomością (zlokalizowanych np. w dołkach okrytych lub we wczesnych endosomach) średnia stała czasu dyfuzji tbound2 jest powolna i wynosi 95,2±21,8 ms (n=20), a w przypadku aktywnych kompleksów receptor-ligand ze swobodną ruchomością boczną średnia stała czasu dyfuzji tbound1 jest szybsza i wynosi 3,3±0,6 ms (n=20). Wolny roztwór Alexa-NA wykazywał stałą tfree na poziomie 45,0±0,4 µs (n=20). Rozkład stałych czasu dyfuzji w eksperymentach kontrolnych przedstawiał się następująco: 46±4% (n=20) tfree, 30±3% (n=20) tbound1 i 24±3% (n=20) tbound2. W przypadku komórek A549 poddanych wstępnie działaniu roztworu b-hederyny o stężeniu 1 µM przez 24 godz. stwierdzono zmiany tego rozkładu, z wartościami 37±3% (n=6) stałej tfree, 52±5% (n=6) stałej tbound1 i 11±2% (n=6) stałej tbound2. Na podstawie zwiększenia liczby czynnych kompleksów receptor-ligand ze stałą tbound1 i zmniejszenia liczby nieczynnych kompleksów receptor-ligand ze stałą tbound2 można wywnioskować, że liczba aktywowanych b2-AR w komórkach potraktowanych b-hederyną utrzymuje się na wysokim poziomie nawet w warunkach stymulacji. Tezę tę potwierdzono metodą oznaczenia stężenia wewnątrzkomórkowego cAMP w komórkach HASM (mięśni gładkich ludzkich dróg oddechowych), na które zadziałano wstępnie b-hederyną, po stymulacji terbutaliną/forskoliną. Stężenie to zwiększyło się o ok. 30% w porównaniu z komórkami kontrolnymi. W przypadku komórek nabłonka oddechowego typu II zwiększenie wewnątrzkomórkowego stężenia cAMP mogło spowodować zwiększone wydzielanie surfaktantu, co może stanowić wyjaśnienie sekretolitycznych właściwości wyciągów z bluszczu. Na tej podstawie można spodziewać się zarówno zmniejszenia wewnątrzkomórkowego stężenia Ca2+, jak i zwiększenia fosforylacji zależnej od Ca2+/kalmoduliny kinazy lekkich łańcuchów miozyny (MLCK) w komórkach mięśni gładkich oskrzeli, co może stanowić podłoże bronchospazmolitycznego działania wyciągów z liści bluszczu.

Extracts obtained from the leaves of Hedera helix (Ivy) are often used in the treatment of upper respiratory tract conditions characterised by hypersecretion of a viscous mucus (i.e. catarrh) and coughing. These extracts have also been applied as adjuvants for the treatment of inflammatory bronchial disease. Moreover, ivy leaf extracts are spasmolytic, reducing smooth muscle spasm, as well as bronchodilatory and antibacterial, which is mainly due to their triterpene saponin content. Hederagenin, a-hederin, and hederacoside C are the major saponins. Internalization of b2-adrenergic receptors (b2-AR) after stimulation with 1 µM terbutaline and 10 nM Alexa-NA (fluorescent b2-AR agonist) was inhibited by pre-incubation of A549 cells (alveolar type II cell line) with 1 µM a-hederin for 24 h. Compared with the positive control only 31±4% of internalised receptors were found, which was determined by laser cell scanning and quantification of intracellular fluorescence. This finding was confirmed by fluorescent microscopy imaging after immunocytochemical detection of b2-AR on A549 cells. After incubation of A549 cells with 5 nM Alexa-NA, two different diffusion time constants were found for b2-AR-Alexa-NA complexes by fluorescence correlation spectroscopy (FCS). Evaluation of the autocorrelation curve revealed an average slow diffusion time constant tbound2 of 95.2±21.8 ms (n=20) for inactive receptor-ligand complexes with hindered mobility (localized e.g. in coated pits or early endosomes) and a faster diffusion time constant tbound1 of 3.3±0.6 ms (n=20) found for active receptor-ligand complexes with free lateral mobility. Free Alexa-NA showed a tfree of 45.0±0.4 µs (n=20). Distribution of diffusion time constants in control experiments was 46±4% (n=20) for tfree, 30±3% (n=20) for tbound1, and 24±3% (n=20) for tbound2. A549 cells pre-treated with 1 µM a-hederin for 24 h showed alterations in this distribution with 37±3% (n=6) for tfree, 52±5% (n=6) for tbound1, and 11±2% (n=6) for tbound2. Because of the increased number of active receptor-ligand complexes with tbound1 and the decreased number of inactive receptor-ligand complexes with tbound2, one can conclude that the number of activated b2-AR of a-hederin treated cells is still high even under stimulating conditions. This was confirmed by determination of intracellular cAMP levels of a-hederin pre-treated HASM (human airway smooth muscle) cells after stimulation with terbutaline/forskolin, which was increased by approx. 30% compared to control cells. For alveolar type II cells an increased intracellular cAMP level could cause increased secretion of surfactant, which could thus explain the secretolytic effect of ivy extracts. In this manner one could also expect both a decrease in the intracellular Ca2+ concentration and an increase in phosphorylation of the Ca2+/calmodulin-dependent myosin light-chain kinase (MLCK) in bronchial smooth muscle cells, which could itself explain the bronchospasmolytic effect of ivy extracts.