บทที่ 7 (5/5) — ลิกแนนและแทนนิน
ลิกแนนและนีโอลิกแนน
Lignans are dimeric compounds formed by linking two phenylpropane (C6-C3) units in complex three-dimensional networks. Chemically related to the polymeric lignins of plant cell walls, they occur mainly in woody tissues. Over 200 naturally occurring lignans have been identified — mostly in heartwood of trees — and they serve antibacterial, antifungal, and antifeedant roles in plants. Research interest focuses on antitumor and antiviral activities, hepatoprotective flavolignans from milk thistle (Silybum marianum), and phytoestrogenic lignans that are converted by gut bacteria to mammalian lignans such as enterolactone and enterodiol.
ลิกแนนเป็นสารประกอบไดเมอร์ที่เกิดจากการเชื่อมต่อหน่วยฟีนิลโพรเพน (C6-C3) สองหน่วยเข้าด้วยกันในรูปแบบสามมิติที่ซับซ้อน โดยมีความสัมพันธ์ทางเคมีใกล้ชิดกับลิกนิน (lignin) ซึ่งเป็นสารโพลิเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบหลักของผนังเซลล์พืช อย่างไรก็ตาม ลิกแนนมีขนาดโมเลกุลเล็กกว่ามากและสามารถละลายน้ำได้บ้าง ลิกแนนพบส่วนใหญ่ในเนื้อเยื่อลิกนิฟาย (lignified tissues) เช่น เนื้อไม้แก่น เมล็ด และรากของพืช
ทางเคมีมีห้ากลุ่มโครงสร้างหลัก ได้แก่ (1) ลิกแนนอย่างง่าย (Simple lignans) ที่มีโครงสร้างพื้นฐาน (2) ลิกแนโนไลด์ (Lignanolides) ที่มีการแทนที่ด้วยแลกโตน (3) โมโนอีพอกซีลิกแนน (Monoepoxylignans) (4) ไดอีพอกซีลิกแนน (Diepoxylignans) และ (5) ไซโคลลิกแนน (Cyclolignans) ที่มีวงแหวนเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังมีกลุ่มย่อยเล็กๆ ของนีโอลิกแนน (neolignans) ที่มีพันธะคาร์บอน-คาร์บอนแบบไม่สมมาตร
ลิกแนนพบแพร่หลายในไม้เปลือยเมล็ด (gymnosperms) และมีรายงานในพืชดอก (angiosperms) กว่า 50 วงศ์ มีลิกแนนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมากกว่า 200 ชนิด ส่วนใหญ่พบในแก่นไม้ของต้นไม้ต่างๆ บทบาทในพืช ได้แก่ การต้านแบคทีเรีย การต้านเชื้อรา และการป้องกันการถูกกัดแทะโดยแมลงและสัตว์
ลิกแนนได้รับความสนใจเป็นพิเศษในงานวิจัยเนื่องจากฤทธิ์ต้านเนื้องอกและต้านไวรัส ไซโคลลิกแนนและลิกแนโนไลด์บางชนิดมีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเซลล์ (cytotoxic) และต้านการแบ่งเซลล์ (antimitotic) อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษที่สูงยังเป็นข้อจำกัดสำคัญในการนำไปใช้ทางคลินิก
ฟลาโวลิกแนน (Flavolignans) ของมิลค์ทิสเซิล (Silybum marianum) มีฤทธิ์ปกป้องตับ (hepatoprotective) ซึ่งเป็นประโยชน์ทางการแพทย์ที่สำคัญมาก โดยศึกษาอย่างกว้างขวางในการรักษาโรคตับอักเสบและพิษต่อตับจากสารเคมี
สกีแซนดรินส์ (Schisandrins) จากโอสถจีน Schisandra chinensis แสดงฤทธิ์ปกป้องตับโดยสามารถย้อนกลับการทำลายเซลล์ตับผ่านการเหนี่ยวนำเอนไซม์ไซโตโครม P450 (cytochrome P450) ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดสารพิษในร่างกาย
ไดไฮโดรกวาอิอาเรติกแอซิด (Dihydroguaiaretic acid) จากต้นชาพาร์ราล (Larrea) เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์แรงมาก และเป็นหัวข้อการวิจัยที่น่าสนใจเนื่องจากศักยภาพในการป้องกันความเสียหายจากอนุมูลอิสระ
ลิกแนนบางกลุ่มมีบทบาทพิเศษในฐานะไฟโตเอสโตรเจน (phytoestrogens) โดยสารอย่าง เอนเทอโรแลกโทน (enterolactone), มาแทนเรซินอล (matairesinol) และ เอนเทอโรไดออล (enterodiol) ถูกตรวจพบในปัสสาวะของมนุษย์ สารเหล่านี้เกิดขึ้นจากการย่อยสลายลิกแนนจากอาหารพืชโดยแบคทีเรียในลำไส้ของมนุษย์
สารเหล่านี้มีผลอ่อนต่อตัวรับเอสโตรเจน (estrogen receptors) ซึ่งสามารถช่วยปรับสมดุลการทำงานของประจำเดือนในสตรี นอกจากนี้ยังมีหลักฐานที่แนะนำว่าอาจลดความเสี่ยงมะเร็งโดยรวมและมีบทบาทในการป้องกันมะเร็งลำไส้ใหญ่ด้วย
แหล่งอาหารสำคัญของลิกแนนที่เป็นสารตั้งต้น ได้แก่ เมล็ดแฟลกซ์ (flaxseed) ธัญพืชไม่ขัดสี ผัก และผลไม้ ซึ่งล้วนให้ลิกแนนที่แบคทีเรียในลำไส้สามารถแปลงเป็นสารไฟโตเอสโตรเจนที่ออกฤทธิ์ได้
พอดอฟิลโลทอกซิน (Podophyllotoxin) เป็นลิกแนนที่ได้จากพืช Mayapple (Podophyllum peltatum) มีฤทธิ์ต้านการแบ่งเซลล์ (antimitotic) โดยจับกับทูบูลิน (tubulin) และยับยั้งการสร้างเส้นใยสปินเดิล ซึ่งจำเป็นต่อการแบ่งเซลล์
ในทางคลินิก พอดอฟิลโลทอกซิน ถูกใช้เป็นส่วนผสมในครีมสำหรับรักษาหูดที่อวัยวะเพศ (genital warts) ที่เกิดจากเชื้อ HPV นอกจากนี้ยังนำไปสู่การสังเคราะห์อนุพันธ์ที่สำคัญทางการแพทย์ ได้แก่ อีโทโพไซด์ (etoposide) และ เทนิโพไซด์ (teniposide) ซึ่งเป็นยาต้านมะเร็งที่ยับยั้งวงจรเซลล์ที่ระยะ G1 และ S-phase ยาเหล่านี้ใช้รักษามะเร็งปอดชนิดเซลล์เล็ก มะเร็งอัณฑะ และมะเร็งต่อมน้ำเหลืองชนิดต่างๆ
ซิลีมาริน (Silymarin) สกัดจากเมล็ดมิลค์ทิสเซิล (Silybum marianum) เป็นสารผสมของฟลาโวลิกแนนที่มีฤทธิ์ปกป้องตับโดดเด่น ประกอบด้วยสารสำคัญหลายชนิด ได้แก่ ซิลิบิน (silybin) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักและมีฤทธิ์แรงที่สุด, ซิลิคริสติน (silychristin) และ แทกซิโฟลิน (taxifoline)
กลไกการปกป้องตับของซิลีมารินดำเนินผ่านหลายเส้นทาง รวมถึงการต้านอนุมูลอิสระ การยับยั้งการนำเข้าสารพิษสู่เซลล์ตับ และการกระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนใหม่ในเซลล์ตับที่ได้รับความเสียหาย รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเภสัชวิทยาการปกป้องตับของซิลีมารินจะอยู่ในบทที่ 9
แทนนิน — สารฝาดสมานแห่งอาณาจักรพืช
Tannins are polyphenolic compounds capable of precipitating proteins and forming complexes with polysaccharides. The technical definition covers any phenolic compound with sufficient molecular weight and hydroxyl groups to form strong complexes with proteins and other macromolecules. They occur widely in plants — more frequent in dicotyledons than monocotyledons. Two main types exist: hydrolyzable tannins (gallotannins and ellagitannins, which yield gallic or ellagic acid on hydrolysis) and condensed tannins (proanthocyanidins, formed by condensation of flavan-3-ols into dimers and oligomers). Their most important property is astringency — contraction and hardening of tissue surfaces — which underpins their antimicrobial, antidiarrheal, antihemorrhagic, and wound-healing applications.
คำว่า "แทนนิน" ใช้อธิบายสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้จากพืช ซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนสภาพหนังสัตว์ดิบให้กลายเป็นหนังแท้โดยกระบวนการฟอกหนัง (tanning) นี่คือที่มาของชื่อสาร คำนิยามทางเทคนิคที่ครอบคลุมกว่านี้ระบุว่าแทนนินคือสารประกอบฟีนอลิกใดๆ ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงพอและมีหมู่ไฮดรอกซิลเพียงพอที่จะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่แข็งแรงกับโปรตีนและโมเลกุลขนาดใหญ่ชนิดอื่น
โดยสารเคมี แทนนินเป็นสารประกอบโพลีฟีนอล (C6-C3-C6)n ที่ตกตะกอนโปรตีนและสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกับพอลีแซ็กคาไรด์ เป็นกลุ่มที่หลากหลายทั้งโอลิโกเมอร์และพอลิเมอร์ แทนนินกระจายตัวอย่างกว้างขวางในพืช โดยพบบ่อยกว่าในพืชใบเลี้ยงคู่ (dicotyledons) เมื่อเปรียบเทียบกับพืชใบเลี้ยงเดี่ยว (monocotyledons)
แทนนินทำหน้าที่สำคัญหลายประการในพืช โดยแตกต่างกันตามตำแหน่งที่อยู่ในพืช:
- ตา (Buds) — ช่วยป้องกันการแข็งตัวในสภาพอากาศหนาวเย็น โดยยับยั้งการตกผลึกของน้ำในเซลล์
- ใบ (Leaves) — ป้องกันการกินโดยสัตว์ผ่านการลดความน่ากิน (palatability) แทนนินพบมากในเซลล์หนังกำพร้าชั้นบน และกระจายสม่ำเสมอในใบของพืชประเภทใบเขียวตลอดปี (evergreens)
- ราก (Roots) — สร้างกำแพงเคมีต้านทานเชื้อก่อโรคในดิน
- เมล็ด (Seeds) — รักษาสภาพพักตัว (dormancy) ของเมล็ด รวมถึงป้องกันแบคทีเรียและยับยั้งพืชอื่นรอบข้าง (allelopathic and bactericidal protection)
- ลำต้น (Stems) — ควบคุมการเจริญในบริเวณที่มีการเติบโตแข็งขัน และเพิ่มความทนทานของแก่นไม้
แทนนินชนิดไฮโดรไลซ์ได้ (hydrolyzable tannins) ละลายได้ในน้ำและแอลกอฮอล์ แบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก:
แกลโลแทนนิน (Gallotannins) — เมื่อไฮโดรไลซ์จะให้กรดแกลลิก (gallic acid) และกลูโคส พบในพืชหลายชนิด ได้แก่ รูบาร์บ กานพลู กุหลาบแดง หมีเบอร์รี (bearberry) วิทช์เฮเซล (witch hazel) ต้นเชสต์นัทหวาน (sweet chestnut) และเมเปิล
เอลลาจิแทนนิน (Ellagitannins) — เมื่อไฮโดรไลซ์จะให้กรดเอลลาจิก (ellagic acid) และกลูโคส พบในทับทิม ยูคาลิปตัส เชสต์นัทหวาน เปลือกโอ๊ค และแอกริโมนี (agrimony) ตัวอย่างที่น่าสนใจคือ แอกริโมนีน (agrimoniin) จากพืช Agrimonia eupatoria
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ กรดเอลลาจิก (ellagic acid) มักเป็นผลผลิตจากการไฮโดรไลซ์ระหว่างการเก็บรักษา การอบแห้ง การสกัด หรือการย่อย ดังนั้นจึงไม่ใช่สารที่มักพบในพืชที่มีชีวิต
แทนนินควบแน่น (condensed tannins) หรือ โปรแอนโทไซยานิดิน (proanthocyanidins) เกิดจากการควบแน่น (condensation) ของฟลาวาน-3-ออล (flavan-3-ols) ได้แก่ คาเทชิน (catechin) และเอพิคาเทชิน (epicatechin) ให้เป็นไดเมอร์และโอลิโกเมอร์ ชื่อ "โปรแอนโทไซยานิดิน" มาจากการที่การบำบัดด้วยกรดร้อนจะตัดพันธะเหล่านั้น ได้แอนโทไซยานิดินโมโนเมอร์
ไดเมอร์ ไทรเมอร์ เตตระเมอร์ รวมกันเรียกว่า "ออลิโกเมอริกโปรไซยานิดิน" (oligomeric procyanidins หรือ OPCs) คำว่า "ไพคโนจีนอล (Pycnogenol)" เป็นชื่อทางการค้าสำหรับ OPCs จากเมล็ดองุ่นและเปลือกสนชายทะเล — ไม่ใช่คำพรรณนาทางเคมีที่ยอมรับในทางวิทยาศาสตร์
แทนนินควบแน่นกระจายตัวกว้างขวางกว่าแทนนินไฮโดรไลซ์ได้ แอนโทไซยานิดินที่พบบ่อยที่สุดจากการไฮโดรไลซ์คือ ไซยานิดิน (cyanidin) และเดลฟินิดิน (delphinidin) แทนนินควบแน่นอาจมีหน่วยฟลาโวนอยด์ตั้งแต่ 2 ถึงมากกว่า 50 หน่วย
แทนนินมีผลกระทบสำคัญต่อโภชนาการสัตว์ผ่านการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกับโมเลกุลชีวภาพหลายประเภท:
- แป้ง-แทนนิน (Starch-tannin) — แทนนินสามารถเข้าไปอยู่ในช่องว่างไฮโดรโฟบิกของโมเลกุลแป้ง เกิดสารประกอบเชิงซ้อนแบบรวมเข้า (inclusion complexes)
- เซลลูโลส-แทนนิน (Cellulose-tannin) — เกิดปฏิกิริยาโดยตรงบนพื้นผิวของเซลลูโลส
- โปรตีน-แทนนิน (Protein-tannin) — เป็นพื้นฐานของกระบวนการฟอกหนัง ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้ดีเมื่อโปรตีนมีขนาดโมเลกุลใหญ่ โครงสร้างเปิดและยืดหยุ่น และมีกรดอะมิโนโปรลีน (proline) สูง
ความสามารถในการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกับโปรตีนและพอลีแซ็กคาไรด์นี้เองที่เป็นรากฐานของคุณสมบัติหลายประการของแทนนิน ทั้งในทางการแพทย์และในธรรมชาติ
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของแทนนินคือ ฤทธิ์ฝาดสมาน (astringent action) ซึ่งเกิดจากการจับกับและตกตะกอนโปรตีนบนพื้นผิวเนื้อเยื่อ ส่งผลให้เกิดการหดตัวของเนื้อเยื่อ การซีดขาวหรือย่นของเยื่อเมือก และการลดลงของการขับสาร (exudations)
เมื่อแทนนินสัมผัสกับแผลหรือเยื่อเมือก จะตกตะกอนโปรตีนบนพื้นผิว ทำให้เกิดชั้นป้องกัน (protective surface) ที่แข็งขึ้น ชั้นผิวหนังชั้นนอกที่แข็งตัวนี้ช่วยลดการดูดซึมสารพิษเข้าสู่เนื้อเยื่อด้านใน
นอกจากนี้แทนนินยังมีคุณสมบัติต้านเชื้อจุลินทรีย์ (antimicrobial) และสามารถทำให้หลอดเลือดหดตัว (constrict blood vessels) ซึ่งช่วยลดการเสียเลือดจากแผลขนาดเล็ก
ฤทธิ์ฝาดสมานของแทนนินนำไปสู่การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ที่หลากหลาย ดังนี้:
- ปกป้องเยื่อเมือกที่อักเสบโดยสร้างชั้นป้องกันบนพื้นผิว
- ทำให้เยื่อเมือกแห้ง ลดการหลั่งสารมากเกินไป (hypersecretion)
- ลดการอักเสบและบวมจากการติดเชื้อ
- ป้องกันเลือดออกจากแผลขนาดเล็กโดยการทำให้หลอดเลือดฝอยหดตัว
- ลดเลือดออกในมดลูก (menorrhagia) โดยฤทธิ์ทำให้หลอดเลือดหดตัว
- บรรเทาอาการท้องเสียและโรคบิด (dysentery) ผ่านการจับและปกป้องเยื่อบุลำไส้
- ใช้ภายนอกในรูปแบบน้ำยาล้างช่องคลอด (douches) ยาสูด (snuffs) และน้ำยาล้างตา (eyewashes) เพื่อฤทธิ์ฝาดสมาน
ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ (Antioxidant activity) — เกิดจากการสร้างอนุมูลอิสระที่เสถียรจากโมเลกุลแทนนินเอง ซึ่งดักจับอนุมูลอิสระที่เป็นอันตราย
การจับกับโปรตีน — เป็นพื้นฐานของฤทธิ์ต้านท้องเสีย (antidiarrhetic) ผ่านการปกป้องอวัยวะย่อยอาหาร และฤทธิ์ต้านเลือดออก (antihemorrhagic)
ผลต่อเอนไซม์ — ที่ความเข้มข้นสูงจะยับยั้ง ที่ความเข้มข้นต่ำจะกระตุ้น แทนนินไฮโดรไลซ์ได้ชนิดโอลิโกเมอร์ยับยั้ง reverse transcriptase จากไวรัสเนื้องอก RNA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ยับยั้งความกลายพันธุ์และการก่อเนื้องอก — กรดเอลลาจิก (ellagic acid) ยับยั้งฤทธิ์กลายพันธุ์และก่อมะเร็งของสารก่อมะเร็งต่างๆ ส่วน epigallocatechin gallate ยับยั้งมะเร็งลำไส้เล็กส่วนดูโอดีนัม
ยับยั้งไวรัส — แทนนินแสดงการยับยั้งที่น่าทึ่งต่อ HIV และไวรัสเฮอร์ปีส์ซิมเพล็กซ์ (herpes simplex viruses) นับเป็นพื้นที่การวิจัยที่มีศักยภาพสูงมาก
คำศัพท์สำคัญในบทที่ 7
This glossary covers the key chemical families and functional terms across all five pages of Chapter 7 on polyphenols — from simple phenolics and flavonoids through to lignans and tannins. Click any term to hear its English pronunciation.
- Harborne JB, Baxter H. Phytochemical Dictionary: A Handbook of Bioactive Compounds from Plants. London: Taylor & Francis, 1993.
- Haslam E, Lilley TH, Warminski E, et al. Polyphenol complexation: a study in molecular recognition. ACS Symposium Series 506. Washington DC: American Chemical Society, 1992: 8-49.
- Haslam E, et al. Traditional herbal medicines — the role of polyphenols. Planta Medica 1989; 55:1-8.
- Middleton E, Kandaswami C. The impact of plant flavonoids on mammalian biology: implications for immunity, inflammation and cancer. In: Harborne JB (ed.). The Flavonoids. London: Chapman & Hall, 1994: 619-652.
- Bruneton J. Pharmacognosy, Phytochemistry, Medicinal Plants. 2nd ed. Paris: Lavoisier, 1999.
- Okuda T, Yoshida T, Hatano T. Pharmacologically active tannins isolated from medicinal plants. In: Hemingway RW, Laks PE (eds.). Plant Polyphenols. New York: Plenum Press, 1992: 539-569.
- Bors W, Heller W, Michel C, Saran M. Flavonoids as antioxidants: determination of radical-scavenging efficiencies. Methods in Enzymology 1990; 186:343-355.
- Fotsis T, Heikkinen R, Adlercreutz H, Axelson M, Setchell KD. Capillary gas chromatographic method for the analysis of lignans in urine of human subjects. Clinica Chimica Acta 1982; 121:361-371.
- Luyengi L, Pezzuto JM. Natural product-based cancer chemopreventive agents. Pharmaceutical Biology 1998; 36:9-32.
- Scalbert A. Antimicrobial properties of tannins. Phytochemistry 1991; 30:3875-3883.
- Bombardelli E, Morazzoni P. Vitis vinifera L. Fitoterapia 1995; LXVI(4):291-317.
- Rao AV, Agarwal S. Role of antioxidant lycopene in cancer and heart disease. Journal of the American College of Nutrition 2000; 19(5):563-569.
- Hoffmann D. Medical Herbalism: The Science and Practice of Herbal Medicine. Rochester VT: Healing Arts Press, 2003.