Towards antioxidant and antitumor properties of wild medicinal plants traditionally used in Portugal: extracts, isolated flavonoids, and their human metabolites obtained by chemical synthesis

Abstract

According their empirical relevance in traditional medicine and diets, six wild species from the Portuguese medicinal flora were selected as important sources of phenolic compounds, namely flavonoids. The present study aimed to characterize the phenolic composition and evaluate bioactive properties (antioxidant, antitumor and antiangiogenic) of methanolic extracts, infusions and decoctions prepared from Chamaemelum nobile and Matricaria recutita, and Prunus spinosa, Arbutus unedo, Rosa micrantha and Rosa canina fruits; and to synthesize derivatives/metabolites of some flavonoids present in the studied samples. The main phenolic compounds in C. nobile extract, decoction and infusion were flavonols, flavones, phenolic acids and derivatives. The extract gave the highest antioxidant activity in the β-carotene bleaching and TBARS formation inhibition assays. The highest radical scavenging activity and reducing power were observed in the infusion. The extract showed the highest antitumor (in different human tumor cell lines) and antiangiogenic (phosphorylation inhibition of VEGFR-2) activities. M. recutita infusion and decoction showed better results than the extract in the radical scavenging activity and β-carotene bleaching inhibition assays. The antitumor activity of the extract and infusion showed to be selective for HCT-15 and HeLa cell lines. Luteolin-O-acylhexoside was the most abundant flavonoid in the three preparations. 3- O-Caffeoylquinic acid was the most abundant phenolic compound in P. spinosa, quercetin 3-O-glucoside in A. unedo, and taxifolin in R. micrantha and R. canina. P. spinosa revealed to be the most rich in anthocyanins. Two different enriched phenolic extracts were prepared, in order to compare their bioactivity: non-anthocyanin phenolic compounds enriched extract (PE) and anthocyanins enriched extract (AE). A. unedo (PE) and R. canina (AE) presented the highest antioxidant activity in all the assays, and the highest antitumor activity was observed in A. unedo (PE and AE). The synthesis of derivatives/metabolites of flavonoids was performed using quercetin or quercetin 3-Orutinoside (rutin) (identified in the studied samples) affording O-tri and different O-tetra protected (benzyl or methyl) quercetins that were submitted to glucuronidation attempts using acetobromo-α-ᴅ-glucuronic acid methyl ester in order to obtain possible precursors of human metabolites. As complex mixtures were obtained, further studies are needed to allow the formation of higher amounts of the required glucuronide derivatives to enable their isolation in a pure form.

De acordo com a sua relevância empírica na medicina tradicional e utilização em dietas, foram selecionadas seis espécies silvestres da flora medicinal Portuguesa, como fontes importantes de compostos fenólicos, nomeadamente flavonoides. O presente estudo teve como objetivo caracterizar a composição fenólica e avaliar as propriedades bioativas (antioxidante, antitumoral e antiangiogénica) de extratos, infusões e decocções preparadas a partir de Chamaemelum nobile e Matricaria recutita, e frutos de Prunus spinosa, Arbutus unedo, Rosa micrantha e Rosa canina; e sintetizar derivados/ metabolitos de alguns flavonoides presentes nas espécies estudadas. Os compostos fenólicos mais abundantes no extrato, decocção e infusão de C. nobile foram flavonóis, flavonas, ácidos fenólicos e derivados. O extrato mostrou a maior atividade antioxidante nos ensaios de inibição da descoloração do β-caroteno e da formação de TBARS. A maior atividade captadora de radicais livres e o maior poder redutor foram observados na infusão. O extrato mostrou maior atividade antitumoral (nas diferentes linhas celulares tumorais) e antiangiogénica (inibição da fosforilação do VEGFR-2). A infusão e a decocção de M. recutita mostraram maior atividade captadora de radicais livres e inibição da descoloração do β-caroteno do que o extrato. Os efeitos antitumorais do extrato e da infusão mostraram ser seletivos para as linhas celulares HeLa e HCT-15. A luteolina-Oacil- hexósido foi o flavonoide mais abundante nas três preparações. O ácido 3-Ocafeoilquínico foi o composto fenólico mais abundante em P. spinosa, enquanto que a quercetina 3-O-glucósido foi o maioritário em A. unedo, e a taxifolina foi o mais abundante em R. canina e R. micrantha. P. spinosa revelou o maior teor em antocianinas. Prepararam-se dois extratos fenólicos diferentes de forma a comparar a sua bioatividade: um extrato enriquecido em compostos fenólicos sem antocianinas (PE) e um extrato enriquecido em antocianinas (AE). A. unedo (PE) e R. canina (AE) apresentaram a maior atividade antioxidante em todos os ensaios, e a maior atividade antitumoral foi observada em A. unedo (PE e AE). A síntese de derivados/metabolitos dos flavonoides foram realizados usando a quercetina e rutina (quercetina 3-O-rutinósido) (identificados nas amostras estudadas) obtendo-se O-tri e diferentes O-tetra (benzil ou metil) quercetinas protegidas, que foram submetidas a tentativas de glucuronidação usando o éster metílico do ácido acetobromo-α-ᴅ-glucurónico a fim de obter possíveis precursores de metabolitos humanos. Tendo-se obtido misturas complexas, são necessários mais estudos para permitir a formação de quantidades mais elevadas dos glucuronidos requeridos, que possibilitem o isolamento dos compostos numa forma pura.