ไอริดอยด์ — สารขมแห่งพืชสมุนไพร
Iridoids are bitter-tasting monoterpenoid lactones found in about 70 families of flowering plants. They are classified into three subcategories: iridoid glycosides, simple iridoids, and secoiridoids. Pharmacologically, iridoids are famous as bitter principles that stimulate digestion, and include important compounds such as aucubin (laxative/diuretic), harpagoside (analgesic), valerenic acid (sedative), and gentiopicrin (antimalarial).
Iridoids คือสารlactoneที่มีรสขมจากกลุ่มmonoterpenoid พบได้ในพืชมีดอกประมาณ 70 วงศ์ กระจายอยู่ใน 13 อันดับ สารกลุ่มนี้มีโครงสร้างเป็นวงแหวน cyclopentanodihydropyran อันเป็นลักษณะเฉพาะที่ใช้แยกแยะไอริดอยด์จากสารกลุ่มอื่น
ชื่อ "ไอริดอยด์" มาจากสาร iridodial ซึ่งค้นพบครั้งแรกในของเหลวป้องกันตัวของมดไฟสกุล Iridomyrmex โครงสร้างที่คล้ายคลึงกันยังพบในสารป้องกันตัวของแมลงชนิดอื่น เช่น แมลงกิ่งไม้ และด้วงหลายชนิด ปัจจุบันมีการระบุไอริดอยด์แล้วมากกว่า 1,000 ชนิด และยังไม่มีฉันทามติเดียวในการจัดจำแนก แต่พจนานุกรมผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ (Dictionary of Natural Products) แบ่งออกเป็น 3 กลุ่มย่อยหลัก
The three subcategories of iridoids are: (1) Iridoid glycosides — lactones with glucose attached, often unstable aglycones that turn dark on drying; (2) Simple iridoids — volatile aglycones such as nepetalactone from catnip and valepotriates from valerian, which are sedative; (3) Secoiridoids — distinguished by an open 5-membered ring, biosynthetic precursors of terpene alkaloids, e.g. gentiopicrin.
1. ไอริดอยด์ไกลโคไซด์ (Iridoid Glycosides) หรือที่เรียกว่าไอริดอยด์แท้ เป็นlactonesที่มีกลูโคสเชื่อมอยู่กับหมู่ไฮดรอกซิลของวงแหวนแลคโทน ส่วนaglyconeมักไม่เสถียรอย่างมาก ตัวอย่างที่ดีในกลุ่มนี้คือ aucubin ซึ่งเป็นสารที่พบได้ทั่วไปในพืชใบเลี้ยงคู่หลายชนิด สิ่งที่น่าสังเกตคือตัวอย่างพรรณไม้ในพิพิธภัณฑ์ที่มีไอริดอยด์ไกลโคไซด์มักเปลี่ยนสีเข้มขึ้นขณะแห้ง
2. ไอริดอยด์อย่างง่าย (Simple Iridoids) เป็นaglyconesที่ระเหยได้ ตัวอย่างเช่น nepetalactone ซึ่งเป็นสารออกฤทธิ์ทางจิตประสาทในแมวมิ้นต์ (Nepeta cataria) ที่ทำให้แมวหลงใหล และ valepotriates เช่น valtrate จากvalerian (Valeriana officinalis) ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ใช่ไกลโคไซด์และมีฤทธิ์sedative
3. เซโคไอริดอยด์ (Secoiridoids) มีลักษณะเด่นคือวงแหวน 5 เหลี่ยมที่เปิดออก เป็นbiosynthetic precursorsของterpene alkaloids และมักพบร่วมกับอัลคาลอยด์ที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างที่ดีคือ gentiopicrin ที่พบในรากเจนเชียน
Iridoids play a central role in herbalism as the basis of the bitter principle. They are the bitterest plant compounds, detectable at dilutions of 1:50,000. Bitters stimulate gastrin release and increase digestive secretions including bile. Key pharmacological activities include: laxative and diuretic (aucubin), antimicrobial/antileukemic (glycoside forms), sedative (valepotriates), antimalarial (gentiopicrin), and analgesic (harpagoside).
พืชที่มีไอริดอยด์มีบทบาทสำคัญในสมุนไพรบำบัด เพราะมักเป็นพื้นฐานของสิ่งที่เรียกว่า "bitter principle" ไอริดอยด์เป็นสารขมที่สุดในพืช โดยสามารถรับรสได้แม้ที่ความเจือจางสูงถึง 1:50,000 รสขมนี้กระตุ้นให้ร่างกายหลั่งgastrinในทางเดินอาหาร นำไปสู่การเพิ่มของเหลวย่อยอาหาร รวมถึงbileด้วย
สมุนไพรหลายชนิดถูกใช้เป็นbitter tonics เช่น bogbean (Menyanthes trifoliata) และบางชนิดใช้เป็นยาanti-inflammatory เช่น eyebright (Euphrasia officinalis) ไอริดอยด์ในรูปไกลโคไซด์ เช่น fulvoplumierin และ allamandin แสดงฤทธิ์antimicrobialและantileukemicในการศึกษาในห้องปฏิบัติการ ในความเข้มข้นสูงและเมื่ออยู่ร่วมกับกรด ไอริดอยด์ไกลโคไซด์อาจเป็นพิษได้
Asperuloside — พบในพืชหลายชนิดในวงศ์ Rubiaceae เช่น sweet woodruff (Galium odorata) และ cleavers (G. aparine) มีฤทธิ์เป็นlaxativeช่วยกระตุ้นการทำงานของลำไส้
Aucubin — พบทั่วไปในพืชใบเลี้ยงคู่หลายวงศ์ มีคุณสมบัติเป็นlaxativeและdiuretic ส่วนที่เรียกว่า aglycone (aucubigenin) แสดงฤทธิ์antimicrobialและantitumor แต่เป็นพิษต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จึงต้องใช้อย่างระมัดระวัง
Gentiopicrin (gentiopicroside) — พบในรากของgentian (Gentiana lutea) และพืชในวงศ์ Gentianaceae ชนิดอื่น แสดงฤทธิ์antimalarialที่น่าสนใจ นับเป็นเซโคไอริดอยด์ที่มีคุณค่าทางการแพทย์สูง
Harpagoside — พบในรากของ devil's claw (Harpagophytum procumbens) ในเหง้าของ Chinese figwort (Scrophularia buergeriana) และในพืชสกุล Lamium บางชนิด แสดงฤทธิ์analgesicที่ชัดเจน นอกจากนี้ยังมีรสขมอย่างมาก ใช้รักษาอาการปวดข้อและกล้ามเนื้อ
Valerenic Acid — เป็นที่รู้จักกันดีเพราะพบในvalerian (Valeriana officinalis) ซึ่งเป็นพืชสมุนไพรสำคัญที่ใช้บรรเทาอาการนอนไม่หลับและความวิตกกังวลมานานหลายศตวรรษ valerenic acid เป็นส่วนหนึ่งที่มีส่วนทำให้เกิดฤทธิ์sedativeของสมุนไพรนี้
Verbenalin — พบใน verbena (Verbena officinalis) มีฤทธิ์คล้ายคลึงอย่างอ่อนๆ กับ ergot ในการกระตุ้นการบีบตัวของมดลูก และยังเป็นparasympathomimeticที่อ่อน ช่วยผ่อนคลายระบบประสาทอัตโนมัติอย่างนุ่มนวล
เซสควิเทอร์พีน — สารพันโครงสร้าง
Sesquiterpenes are C15 compounds derived from three isoprene units. With over 200 structural types and thousands of known compounds, they display remarkable structural diversity. They are classified as acyclic (e.g. farnesol), monocyclic (e.g. bisabolol), or bicyclic (e.g. caryophylene). Ecologically, sesquiterpenes serve as allelopathic agents, fungal pheromones, phytoalexins, and allomones in insect-plant interactions.
Sesquiterpenes เกิดจากisoprene 3 หน่วย ทำให้มีคาร์บอน 15 อะตอม (C15) จากแหล่งกำเนิดทางชีวสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน ทำให้มีโครงสร้างมากกว่า 200 ชนิด และมีสารที่รู้จักนับพันชนิด นับเป็นหนึ่งในกลุ่มสารพฤกษเคมีที่มีความหลากหลายโครงสร้างมากที่สุด
นอกจากพืชชั้นสูงแล้ว เซสควิเทอร์พีนยังพบในไบรโอไฟต์ เชื้อรา จุลินทรีย์ รวมถึงสัตว์ทะเลบางชนิดและแมลงอีกด้วย แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลกลุ่มนี้มีบทบาทสำคัญในระบบนิเวศหลายรูปแบบ
เซสควิเทอร์พีนจำแนกตามโครงสร้างได้เป็น 3 กลุ่มหลัก:
1. แบบไม่มีวงแหวน (Acyclic) เช่น farnesol ซึ่งเป็นสารที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำหอมและมีฤทธิ์ทางชีวภาพหลายอย่าง
2. แบบวงแหวนเดี่ยว (Monocyclic) เช่น bisabolol ที่พบในดอกคาโมมายล์ มีฤทธิ์ต้านการอักเสบและใช้ในเครื่องสำอาง
3. แบบวงแหวนคู่ (Bicyclic) เช่น caryophylene ที่พบในน้ำมันหอมระเหยหลายชนิด รวมถึงกลุ่มเซสควิเทอร์พีนแลคโทนซึ่งจะกล่าวถึงในหัวข้อถัดไป
Sesquiterpenes fulfill several key ecological roles: allelopathy (suppressing competing plants — black walnut, Artemisia, sunflower); fungal pheromones (e.g. sirenin attracting Allomyces gametes); phytoalexins in Solanaceae (chemical responses to infection); and allomones in plant-insect/plant-fungal defensive interactions.
เซสควิเทอร์พีนมีบทบาทสำคัญหลายอย่างในระบบนิเวศ:
อัลลีโลพาธี (Allelopathy) — เซสควิเทอร์พีนหลายชนิดมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาระหว่างพืชในลักษณะ allelopathic กระบวนการนี้คือการที่พืชปล่อยสารเคมีเพื่อป้องกันไม่ให้พืชอื่นแย่งพื้นที่และทรัพยากร พืชที่ใช้วิธีนี้ ได้แก่ ต้นวอลนัทดำ (black walnut) พืชสกุล Artemisia (เช่น wormwood และ sagebrush ต่างๆ) ทานตะวัน และต้น tree of heaven
ฟีโรโมนเชื้อรา (Fungal pheromones) — เซสควิเทอร์พีนสามารถทำหน้าที่เป็นpheromonesหรือสารดึงดูดทางเคมี เช่น sirenin ที่มีบทบาทในการดึงดูด gamete ในเชื้อราสกุล Allomyces นอกจากนี้เซสควิเทอร์พีนหลายชนิดยังทำหน้าที่เป็นฟีโรโมนในแมลง
ไฟโตอเล็กซิน (Phytoalexins) — พบเซสควิเทอร์พีนชนิดนี้ส่วนใหญ่ในวงศ์ Solanaceae สร้างขึ้นเป็นปฏิกิริยาตอบสนองทางเคมีต่อการติดเชื้อหรือการถูกโจมตีในพืช
อัลโลโมน (Allomones) — เซสควิเทอร์พีนจำนวนมากทำหน้าที่ป้องกันตัวในรูป allomones ในปฏิกิริยาระหว่างพืชกับแมลง และระหว่างพืชกับเชื้อรา ซึ่งเป็นสารที่สร้างจากสปีชีส์หนึ่งเพื่อออกฤทธิ์ต่ออีกสปีชีส์หนึ่ง
Key sesquiterpene compounds in herbalism: β-caryophylene (clove and copaiba oils, perfumery), chamazulene (chamomile blue oil — anti-inflammatory, antipyretic), gossypol (cotton seeds — antifungal/antitumor but toxic), guaiazulene (chamomile/guaiac wood — anti-inflammatory), humulene (hops), and zingiberene (ginger — carminative).
β-Caryophylene — พบเป็นส่วนผสมของ α-caryophylene และ isocaryophylene ในน้ำมันหอมระเหยหลายชนิด เช่น น้ำมันกานพลู (Syzygium aromaticum) และน้ำมัน copaiba จากพืชสกุล Copaifera โดย α-caryophylene เป็นชื่อเดียวกับ humulene นอกจากนี้ β-caryophylene ยังนิยมใช้ในperfumeryอย่างแพร่หลาย
Chamazulene — เป็นส่วนประกอบของน้ำมันสีฟ้า (blue oil) ที่ได้จากการกลั่นด้วยไอน้ำของchamomile (Matricaria recutita) wormwood (Artemisia absinthium) และ yarrow (Achillea millefolium) เซสควิเทอร์พีนแลคโทนในพืชเหล่านี้ถูกเปลี่ยนเป็น matricin และ achillin ระหว่างการกลั่น Chamazulene มีฤทธิ์anti-inflammatoryและantipyreticที่ดี
Gossypol — พบในเมล็ดฝ้าย (Gossypium spp.) ในรูปracemic form คือส่วนผสมของไอโซเมอร์ที่หมุนแสงไปทางขวาและซ้ายในสัดส่วนที่ไม่มีกิจกรรมทางแสง Gossypol แสดงฤทธิ์antifungalและantitumor อย่างไรก็ตามเป็นพิษต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ไม่ใช่สัตว์เคี้ยวเอื้อง นก ตัวอ่อนแมลง และไส้เดือนฝอย ทำให้เกิดน้ำหนักลด ท้องเสีย หัวใจเต้นผิดจังหวะ และมีเลือดออก เพราะสามารถปิดกั้นการสร้างอสุจิ จึงมีศักยภาพเป็นmale contraceptive
Guaiazulene — เป็นส่วนประกอบของน้ำมันสีฟ้าที่ได้จากการกลั่นด้วยไอน้ำของchamomile (Matricaria recutita) และ guaiac wood (Guaiacum officinale) เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสารที่มีโครงสร้างใกล้เคียงในพืชเหล่านั้น มีฤทธิ์anti-inflammatoryที่ดี
Humulene — พบเป็นส่วนประกอบในน้ำมันหอมระเหยหลายชนิด รวมถึงดอกฮ็อพ (Humulus lupulus) ที่ใช้ในการผลิตเบียร์ Humulene ใช้ในperfumeryและเป็นที่รู้จักในฐานะ α-caryophylene อีกชื่อหนึ่ง
Zingiberene — พบในเหง้าของginger (Zingiber officinale) และพืชสกุล Curcuma ที่เกี่ยวข้อง น้ำมันขิงมีฤทธิ์carminativeคือช่วยบรรเทาอาการท้องอืดและแน่นท้อง และยังใช้เป็นสารแต่งรสในอาหารและเครื่องดื่ม
เซสควิเทอร์พีนแลคโทน — สารพลังในวงศ์ทานตะวัน
Sesquiterpene lactones are a distinct class of sesquiterpenes characterized by an α-lactone system. Over 3,000 have been described, mostly from the Asteraceae (daisy) family. They are biologically very active: some are highly toxic to mammals, others cause allergic contact dermatitis, many have antitumor activity, and parthenolide from feverfew is the primary active principle against migraines.
Sesquiterpene lactones เป็นกลุ่มของสารเซสควิเทอร์พีนธรรมชาติที่แตกต่างจากสมาชิกอื่นในกลุ่ม เนื่องจากมีระบบ α-lactone ปัจจุบันได้รับการอธิบายแล้วอย่างน้อย 3,000 ชนิด โดยส่วนใหญ่ได้มาจากวงศ์พืชเดียว คือAsteraceae (วงศ์ดอกทานตะวัน-คาโมมายล์) ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของพืชในวงศ์นี้ นอกจากนี้ยังพบประปรายในพืช 16 วงศ์ angiosperm อื่น โดยเฉพาะ Apiaceae
ในพืชวงศ์ Asteraceae เซสควิเทอร์พีนแลคโทนพบส่วนใหญ่ในส่วนเหนือดิน คือใบและดอก ในความเข้มข้นประมาณ 5% ของน้ำหนักแห้ง บางชนิดเก็บสะสมสารเหล่านี้ในปริมาณมากในขนต่อมพิเศษที่เรียกว่าtrichomes เมื่อถูกสัมผัส ต่อมเหล่านี้จะปล่อยสารออกมา ทำให้เกิดผลต่างๆ ทั้งทางชีวภาพและเภสัชวิทยา
เซสควิเทอร์พีนแลคโทนจำแนกเป็น 4 กลุ่มหลักตามโครงสร้างวงแหวน:
1. Germacranolides — มีวงแหวน 10 เหลี่ยม เช่น alatholide เป็นกลุ่มที่ใหญ่ที่สุด พาร์เธโนไลด์ (parthenolide) จากผักชีฝรั่งไข้เป็นสมาชิกสำคัญของกลุ่มนี้
2. Eudesmolides — มีวงแหวน 6 เหลี่ยมสองวงเชื่อมกัน เช่น alantolactone
3. Guaianolides — มีวงแหวน 5 เหลี่ยมเชื่อมกับวงแหวน 7 เหลี่ยม และมีหมู่เมทิลที่ตำแหน่ง C-4
4. Pseudoguaianolides — มีลักษณะเหมือน guaianolides แต่มีหมู่เมทิลที่ตำแหน่ง C-5 แทน เช่น ambrosin
เซสควิเทอร์พีนแลคโทนมักพบเป็นส่วนผสมของสารหลายชนิด บางครั้งถึง 15 ชนิดต่อหนึ่งสปีชีส์ของพืช
Pharmacologically, cytotoxic sesquiterpene lactones all share an α,β-unsaturated exocyclic lactone. They show antibacterial, antifungal, anthelmintic, antihyperlipidemic, cardiovascular, and anti-inflammatory activities. Artemisinin from Artemisia annua is a landmark antimalarial effective against chloroquine-resistant Plasmodium strains and has anticancer potential. Sesquiterpene lactones are highly toxic to sheep and goats, killing thousands annually.
เซสควิเทอร์พีนแลคโทนมีฤทธิ์ทางชีวภาพสูงมาก บางชนิดเป็นพิษสูงต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม บางชนิดทำให้เกิดallergic contact dermatitisในมนุษย์ที่จัดการพืชที่มีสารเหล่านั้น หลายชนิดมีฤทธิ์antitumorแต่ความเป็นพิษต่อเซลล์สูงได้ป้องกันการนำไปใช้ในทางการแพทย์เฉพาะทาง
ฤทธิ์ต้านมะเร็ง (antineoplastic activity) ของเซสควิเทอร์พีนแลคโทนใน Asteraceae นำไปสู่การค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและฤทธิ์ ซึ่งแสดงว่าเซสควิเทอร์พีนแลคโทนที่มีฤทธิ์เป็นพิษต่อเซลล์ ต้านมะเร็งเม็ดเลือดขาว ยับยั้งเนื้องอก และกระตุ้นภูมิคุ้มกัน ต่างมี α,β-unsaturated exocyclic lactone
สารต่างๆ แสดงฤทธิ์antibacterial antifungal anthelmintic ลดไขมันในเลือด และบำรุงหัวใจและหลอดเลือด
Artemisinin (qing hau sau, quinghaosu) — เป็นยาantimalarialที่พบใน Artemisia annua (qing hau หรือ sweet Annie) แสดงความเป็นพิษต่อสายพันธุ์ที่ดื้อต่อchloroquineของPlasmodiumหลายสายพันธุ์ ทั้ง P. falciparum, P. vivax และ P. ovale ทั้งในการทดสอบในหลอดทดลองและในร่างกาย
Artemisinin ถูกใช้ทางคลินิกในประเทศจีนเพื่อรักษามาลาเรีย และยังมีศักยภาพเป็นสารanticancerอีกด้วย การค้นพบสารนี้ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของยาแผนโบราณจีน ถึงขนาดที่นักวิทยาศาสตร์จีน Tu Youyou ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2015 จากการค้นพบนี้
Parthenolide — พบในต่อมบนผิวใบของfeverfew (Tanacetum parthenium) และในพืชสกุล Ambrosia และ Arctotis บางชนิด รวมถึงสมาชิกอื่นของวงศ์ Asteraceae ฤทธิ์ป้องกันmigraineของ feverfew ถูกระบุว่าเกิดจากเซสควิเทอร์พีนแลคโทน โดย parthenolide เป็นสารหลักและคิดเป็น 85% ของเซสควิเทอร์พีนทั้งหมดใน feverfew
เซสควิเทอร์พีนของ feverfew ทั้งหมดที่แสดงฤทธิ์ต้านไมเกรนถูกจัดอยู่ในกลุ่ม germacranolide-type ซึ่งมีวงแหวน 10 เหลี่ยม Parthenolide ยังแสดงฤทธิ์cytotoxic antitumor antibacterial และantifungalอีกด้วย
Absinthin (absinthiin) — เป็นหลักการขมหลักใน wormwood (Artemisia absinthium) ใช้เป็นยาanthelmintic เป็นbitter tonic และใช้แต่งรสในเครื่องดื่ม vermouth
Achillin (santolin) — พบใน yarrow (Achillea millefolium) และพืชสกุล Artemisia บางชนิด ทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการเจริญของพืช ระหว่างการกลั่นด้วยไอน้ำ achillin จะถูกเปลี่ยนเป็น chamazulene ซึ่งมีฤทธิ์anti-inflammatory
Alantolactone — พบในน้ำมัน elecampane (Inula helenium) และ Inula ชนิดอื่น helenin (ส่วนผสมของ alantolactone และ isoalantolactone) มีฤทธิ์antibacterialและantifungal แม้ alantolactone ทำให้เกิดallergic contact dermatitisในมนุษย์ แต่ถูกนำมาใช้เป็นยาขับเสมหะ ยาส่งเสริมการไหลของน้ำดี และยาฆ่าเชื้อทางเดินปัสสาวะ
Inulicin — พบใน Inula japonica (Japanese elecampane) มีฤทธิ์ป้องกันantiulcer เสริมความแข็งแรงของเส้นเลือดฝอย และdiuretic นอกจากนี้ยังกระตุ้นการทำงานของระบบประสาทส่วนกลางและกล้ามเนื้อเรียบของลำไส้
Lactucin — พบในผักกาดป่าหลายชนิด เช่น Lactuca serriola และ L. virosa และใน chicory (Cichorium intybus) แสดงฤทธิ์cytotoxicและantitumor Lactucin มีฤทธิ์sedativeและเป็นbitter tonic
Ranunculosides — เป็นเซสควิเทอร์พีนแลคโทนไกลโคไซด์ที่เมื่อย่อยสลายแล้วจะแตกตัวเป็น ranunculin และกลูโคส Ranunculin จะเปลี่ยนเป็น protoanemonin ซึ่งไม่เสถียรมาก แต่เมื่อแห้งจะเปลี่ยนเป็น anemonin พืชที่มี ranunculosides ได้แก่ Christmas rose (Helleborus niger) Field buttercup (Ranunculus acris) Wood anemone (Anemone nemorosa) และดอกไม้ป่าอื่นๆ
เซสควิเทอร์พีนแลคโทนมีฤทธิ์ระคายเคืองสูงต่อจมูก ตา และทางเดินอาหารของแกะและแพะ พืชที่มีสารเหล่านี้ฆ่าแกะนับพันตัวต่อปีในสหรัฐอเมริกา สารที่เป็นพิษที่ระบุได้ ได้แก่ tenulin ใน Helenium amarum (bitter sneezeweed) และ hymenoxon ใน Hymenoxys odorata (bitter rubberweed) นอกจากนี้ความเป็นพิษต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมยังถูกระบุว่าเกิดจาก alantolactone จาก elecampane (Inula helenium) ด้วย
ด้วยเหตุนี้ แม้เซสควิเทอร์พีนแลคโทนหลายชนิดจะมีคุณสมบัติทางการแพทย์ที่น่าสนใจ แต่การใช้งานในมนุษย์ต้องพิจารณาอย่างระมัดระวัง โดยเฉพาะในกรณีที่ใช้ในปริมาณสูงหรือในบุคคลที่มีความไวต่อสารเหล่านี้