Chaga: Fra folkemedisin til immunmodulerende substanser med farmasøytisk potensial?

Last ned hele artikkelen i PDF-format med figurer her.

 

Bakgrunn og hensikt

Inonotus obliquus, populært kjent som chaga, er en myteomspunnet sopp som ­vokser på bjørketrær på den nordlige halvkule (figur 1, se PDF). Chaga har blitt brukt medisinsk i Skandinavia, Øst-Europa og Russland i flere århundrer, blant annet mot mage- og tarmplager og for sårheling (1). Selv om chaga i ubehandlet form regnes som uspiselig, har man funnet ut at ved å kutte opp soppen og koke den i vann får man et vannekstrakt som kan drikkes. Til tross for mange påstander om chaga sine helseeffekter, er det relativt lite forskning som ligger til grunn for den medisinske ­bruken. Mye av soppens anvendelse har vært mot inflammatoriske tilstander i ­kroppen som involverer immunforsvaret. Derfor ønsket vi å isolere ulike typer forbindelser fra chaga og undersøke deres effekter på ulike deler av immunforsvaret. Vi valgte å fokusere på tre stoffklasser det finnes mye av i chaga: polysakkarider, melanin og triterpenoider.

Materiale og metoder

Dette prosjektet var todelt: Først ble ­kjemiske forbindelser fra chaga isolert og ­karakterisert. Deretter ble forbindelsene testet i biologiske forsøk, hovedsakelig in vitro immunologiske forsøk.

Chaga ble plukket fra et bjørketre i Oslo. Det ble laget ulike typer chagaekstrakter ved å ekstrahere stoffer med løsningsmidler (diklormetan, etanol og vann). For å isolere de ulike forbindelsene ble deretter ­preparative kromatografiske metoder benyttet. Kromatografi er en kraftfull metode for å isolere naturstoffer, som baserer seg på å føre stoffene gjennom kolonner med et ­spesielt materiale som separerer stoffene basert på deres unike kjemiske egen­skaper. Etter at stoffene hadde blitt isolert, ble de karakterisert ved blant annet NMR-­spektroskopi, masse­spektrometri (MS), gasskromatografi og væskekromato­grafi (HPLC). Deretter ble en rekke ­biologiske ­forsøk utført. Polysakkaridene ble ­undersøkt for sin evne til å ­aktivere makrofager. Videre ble det undersøkt om de aktiverte ­makrofagene kunne drepe kreftceller. ­Melanin og ­triterpenoider ble undersøkt for sin evne til å aktivere eller hemme komplement­kaskaden ved å se om stoffene kunne blokkere humane ­komplementproteiner fra å angripe røde blodceller fra sau. I tillegg ble det undersøkt om disse stoffene kunne hemme aktivering av makrofager. Triterpenoidene ble videre testet for sin cytotoksiske effekt i kreftcellelinjene NCI-H460 og HT29-MTX.

Resultater

Vi fant at de mest aktive polysakkaridene som vi isolerte fra chaga var vannløselige, komplekse karbohydrater bestående av mange typer sukkere (2). De mest fremtredende enhetene i disse hetero­polysakkaridene var β-glukose (1–>3 og 1–>6-bundet), α-galaktose (1–>6-bundet) og α-galakturonsyre (1–>4-­bundet). Vi fant at de vannløselige polymerene ga sterkere aktivering av ­makrofagene (figur 2, se PDF). Dette var et interessant funn, siden det er kjent at partikulære β-glukaner fra sopp er immunmodulerende forbindelser, mens de vannløselige variantene er ­mindre potente (3). Spesielt én av de ­isolerte polysak­karid­fraksjonene, kalt IOI-AcF3, aktiverte makrofager til å skille ut høye nivåer av de proinflammatoriske cytokinene IL-6, IL-12p70 og TNF-α, i tillegg til nitrogenmonoksid (NO). Når vi co-kultiverte de aktiverte makro­fagene med lungekreft­celler, observerte vi at ­makrofagene hindret kreft­cellene fra å ­proliferere. Dette ble også vist in vivo, der vi kunne se at mus som fikk injisert aktiverte makrofager sammen med kreftceller, ikke utviklet kreftsvulster. Virkningsmekanismen til polysakkaridene ble bestemt ved hjelp av HEK-293-celler som var modifisert til å uttrykke ­spesifikke immunreseptorer på celleoverflaten. Vi fant at polysakkaridet IOI-AcF3 kunne binde og aktivere de tre ­reseptorene TLR2, TLR4 og Dectin-1 (4). Dette tyder på at IOI-AcF3 kan gi unike aktiverings­mønstre i makrofagene som burde undersøkes nærmere.

Et annet spennende resultat ­omhandlet triterpenoidene. Vi undersøkte hvordan seks
isolerte triterpenoider samt en rekke ­ekstrakter interagerte med komplement­proteiner ­(viktige bestanddeler i ­immunsystemet). De fleste ­stoffene og ekstraktene var helt ­inaktive. ­Likevel var ett av stoffene, kalt ­3β-­­hydroxy-lanosta-8,24,dien-21-al, svært aktivt i testoppsettet, med en ICH-50 verdi på 1.8 µM (figur 3, se PDF). Videre ­undersøkelser viste at denne ­forbindelsen hadde en aktiverende effekt på komplementkaskaden gjennom de klassiske og lektinbindende sporene. Siden ingen av de andre ­triterpenoidene (som ­kjemisk sett likner på 3β-hydroxy-lanosta-8,24,dien-21-al), var aktive, tyder dette på en svært spesifikk ­interaksjon med et aktivt sete i et konkret protein i komplementkaskaden. Figur 3 ­oppsummerer de viktigste biologiske ­aktivitetene til melanin og triterpenoider som ble kartlagt i denne avhandlingen (5).

Diskusjon

I denne doktorgraden ble det isolert flere typer kjemiske forbindelser fra chaga med immunmodulerende effekter. Likevel er den kliniske betydningen av funnene uklar, og det trengs videre forskning på området. Flere av stoffene som ble undersøkt, som polysakkarider og melanin, er til stede i vannekstrakter som brukes i folke­medisinen. Disse stoffene er store molekyler som mest sannsynlig har lav biotilgjengelighet i ­menneskekroppen. Likevel er det mulig at de kan ha en lokal effekt i tarmen. Chaga har først og fremst blitt brukt mot nettopp ­­­mage- og tarmlidelser, og melanin­pigmentet som ble isolert, ble funnet å ha ­antiin­flammatoriske effekter i våre forsøksoppsett. Fordi mange mage- og tarmlidelser er ­forårsaket av ubalanse i immunforsvaret og mikrobiotaen i tarmen, er det ikke urimelig å anta at melanin kan ha en effekt på slike tilstander. Når det gjelder polysakkaridenes evne til å aktivere makrofager, er et mulig bruksområde som adjuvans i kreftterapi, noe som er vist å være effektivt for andre typer β-glukaner i Japan og Kina (6). Det er liten grunn til å tro at polysakkaridene vil ha en sterk effekt i tarmen etter inntak av chaga, siden vannekstraktene i seg selv ikke aktiverte makrofager, mest sannsynlig fordi melanin syntes å være den ­dominerende stoffklassen i disse ­ekstraktene. Videre ­oppfølging av forskningen trengs for å fullt ut forstå samspillet mellom de ulike ­stoffklassene og deres biologiske ­effekter. Spesielt burde in vivo-forsøk i større grad benyttes. I tillegg kan den kjemiske ­strukturen til melanin med fordel undersøkes nærmere.

Konklusjon

Komplekse og vannløselige heteropolysakkarider fra chaga bestående av blant annet glukose, galaktose og ­galakturonsyre ­aktiverte makrofager til en proinflammatorisk, antitumor fenotype. Aktiveringen skjedde hovedsakelig via de tre celleoverflatereseptorene TLR2, TLR4 og Dectin-1. Et vannløselig melaninpigment ble funnet å ha en motsatt effekt av polysakkaridene i ­liknende forsøksoppsett, og førte til en dempet aktivering av makrofager og en hemming av komplementkaskaden in vitro. Triterpenoidet 3β-hydroxy-lanosta-8,24,­dien-21-al ble funnet å aktivere komplementkaskaden og dermed ha motsatt effekt av melanin. Samlet sett viser forsøkene at flere ulike stoffklasser isolert fra chaga har potensial som immunmodulerende ­substanser, men at de ofte har motsatte effekter av hverandre. Den medisinske relevansen av chaga som folkemedisin er dermed fortsatt uklar, og de ulike aktive forbindelsene bør separeres og isoleres for å kunne gi forutsigbare og reproduserbare effekter i fremtidige studier. Flere av stoffene, slik som de ­vannløselige polysakkaridene og triterpenoidet 3β-­hydroxy-lanosta-8,24,dien-21-al, ga lovende resultater som gir potensial for videre forskning med mål om å utvikle nye typer legemidler.

Referanser

1. Shikov AN, Pozharitskaya ON, Makarov VG et al. Medicinal plants of the Russian ­Pharmacopoeia; their history and applications. J Ethnopharmacol 2014; 154: 481–536.
2. Wold CW, Kjeldsen C, Corthay A et al. Structural characterization of bioactive heteropolysaccharides from the medicinal fungus Inonotus obliquus (Chaga). Carbohydr Polym 2018; 185: 27–40.
3. Goodridge HS, Wolf AJ, Underhill DM. ­Beta-­glucan recognition by the innate immune system. Immunol Rev 2009; 230: 38–50.
4. Wold CW, Christopoulos P, Arias M et al. ­Polysaccharides from the fungus Inonotus ­obliquus ­activate macrophages into a tumoricidal phenotype via interaction with TLR2, TLR4 and Dectin-1a. Manuscript (soon to be published). 2021.
5. Wold CW, Gerwick WH, Wangensteen H et al. Bioactive triterpenoids and water-soluble melanin from Inonotus obliquus (Chaga) with immunomodulatory activity. J Funct Foods 2020; 71.
6. Zhang Y, Zhang M, Jiang Y et al. Lentinan as an immunotherapeutic for treating lung cancer: a review of 12 years clinical studies in China. J Cancer Res Clin Oncol 2018; 144: 2177–86.
    

(Publisert i NFT nr. 3/2021 side 30–32)