Τριτερπένια της Μαστίχας Χίου ( Pistachia lentiscus var. Chia) ως βασικοί σκελετοί για την ανάπτυξη νέων βιοδραστικών ενώσεων

Abstract

Chios mastic gum is a natural resin rich in chemical constituents, exclusively produced by the mastic trees (Pistacia lentiscus var. Chia) cultivated in the southern region of Chios Island. Its therapeutic applications date back to antiquity, and in 2015, the European Medicines Agency issued a monograph recognizing its use as herbal medicine. Terpenes constitute the major chemical group, accounting for about 65–70% of the total resin’s weight and the majority belongs to triterpenoids. In more detail, approx. 25-27% comprises the neutral fraction and 38% the acidic fraction. Notably, the characteristic triterpenic acids found in CMG are the 24Z-masticadienonic acid (ΜΝΑ) and the 24Z-isomasticadienonic acid (ΙΜΝΑ).Despite the well-documented antioxidant, anti-inflammatory, and antimicrobial properties of mastic, most studies have focused on evaluating the biological activity of the whole resin. The pharmacological investigation of its major triterpenic acids, namely MNA and IMNA, remains limited, primarily due to difficulties in isolating sufficient quantities of these compounds. Many of the biological properties of mastic are believed to be attributed to its triterpenic acids. Therefore, a major objective of this PhD thesis was to develop an efficient method for isolating MNA and IMNA in adequate purity and yield, enabling the assessment of their biological activities. Based on the outcomes of these evaluations, the design and synthesis of structural analogues were pursued, aiming to enhance biological activity and investigate structure–activity relationships (SAR).This research study is divided into four main chapters. Initially, an effective extraction method for the main triterpenic acids was established, followed by their pharmacological evaluation against important biological targets such as the TGR5 receptor - a promising therapeutic target involved in bile acid homeostasis and metabolic regulation. Also, their anti-inflammatory and antioxidant properties were assessed by examining their effects on NRF2 activation, as well as on inflammatory mediators, including cytokines (TNF-α, IL-6) and the transcription factor NF-κB. Subsequently, structural analogues were designed and synthesized based on both experimental findings and literature insights, with the aim of optimizing biological activity.For the first time, IMNA was also evaluated for its activity against both HIV-1 and HIV-2 viral strains, as well as across eight cancer cell lines. Several of its synthesized analogues exhibited improved activity. The design of these analogues was guided by literature data highlighting the pharmacological relevance of specific structural features in related triterpenoids. In addition, analogues of oleanolic acid—another triterpenic acid present in mastic in sufficient quantities—were synthesized and tested for TGR5 receptor agonism. Molecular docking studies of the new compounds into the receptor's active site further elucidated critical structural features contributing to biological activity. Overall, this doctoral thesis highlights the pharmacological potential of mastic's main triterpenic acids and their structural analogues, providing valuable insights for the rational design and synthesis of novel bioactive molecules with enhanced efficacy. These findings lay the groundwork for the development of more targeted and effective pharmacological approaches.

Η Μαστίχα Χίου αποτελεί μία διαφανή ρητίνη πλούσια σε χημικά συστατικά, η οποία παράγεται αποκλειστικά από τα μαστιχόδενδρα που φύονται στο νότιο τμήμα της Χίου (Pistachia lentiscus var. Chia). Οι θεραπευτικές της χρήσεις χρονολογούνται από την αρχαιότητα, ενώ το 2015 ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Φαρμάκων εξέδωσε μονογραφία για τη χρήση της μαστίχας ως φυτοθεραπευτικό Τα τριτερπένια αποτελούν την πιο χαρακτηριστική χημική ομάδα που απαντάται στη μαστίχα και χωρίζονται σε ουδέτερα τριτερπένια (~27%) και όξινα τριτερπένια (~38%), κύρια όξινα τριτερπένια είναι το 24Ζ-μαστιχαδιενονικό οξύ (ΜΝΑ) και το 24Ζ-ισομαστιχαδιενονικό οξύ (ΙΜΝΑ).Μεταξύ άλλων ιδιοτήτων, η μαστίχα παρουσιάζει αντιοξειδωτική, αντιφλεγμονώδη, και αντιβακτηριακή δράση. Βέβαια, οι περισσότερες έρευνες επικεντρώνονται στη μελέτη ολόκληρης της ρητίνης, ενώ αυτές που αφορούν τη φαρμακολογική αξιολόγηση των κύριων τριτερπενικών οξέων ΜΝΑ και ΙΜΝΑ είναι περιορισμένες, καθώς η απομόνωσή τους σε επαρκής ποσότητες δεν έχει καταστεί δυνατή. Ταυτόχρονα, πολλές από τις ιδιότητές της θεωρείται ότι οφείλονται στην παρουσία των τριτερπενικών οξέων, γι’ αυτό και πρώτο στόχο της διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η ανάπτυξη μιας μεθόδου απομόνωσης των οξέων σε επαρκείς ποσότητες και καθαρότητα, προκειμένου να αξιολογηθεί η δράση τους και έπειτα, λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα, ο σχεδιασμός και η σύνθεση δομικών αναλόγων, με απώτερο σκοπό την ενίσχυση της δραστικότητάς τους αλλά και την διερεύνηση της σχέσης δομής-δράσης. Για τις ανάγκες όλων των παραπάνω η διδακτορική διατριβή χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια. Αρχικά, αναπτύχθηκε μια αποδοτική μέθοδος παραλαβής των κύριων τριτερπενικών οξέων και αξιολογήθηκε η δράση τους έναντι πολύ σημαντικών βιολογικών στόχων, όπως ο υποδοχέας TGR5, ο οποίος αποτελεί έναν σημαντικό θεραπευτικό στόχο. Συμμετέχει σε κρίσιμες βιολογικές διεργασίες, όπως στην ομοιόσταση των χολικών οξέων και στη ρύθμιση του μεταβολισμού. Παράλληλα, αξιολογήθηκε η δράση τους στον μεταγραφικό παράγοντα NRF2 και επίσης, μελετήθηκε η επίδραση αυτών σε διάφορους φλεγμονώδεις δείκτες όπως οι κυτοκίνες (ΤΝF-α, IL-6) και o μεταγραφικός παράγοντας ΝF-κB. Στη συνέχεια, με βάση τα αποτελέσματα αλλά και βιβλιογραφικά δεδομένα που έχουμε στη διάθεσή μας, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν δομικά ανάλογα αυτών με σκοπό της βελτιστοποίηση της δράσης τους. Επιπροσθέτως, ελέγχθηκε για πρώτη φορά η δράση του ΙΜΝΑ έναντι και των δύο τύπων του ιού HIV (HIV-1 και HIV-2) και 8 καρκινικών κυτταρικών σειρών, ενώ ταυτόχρονα, συντέθηκαν δομικά ανάλογά του, κάποια από τα οποία παρουσίασαν βελτιωμένη δράση σε σχέση με το μόριο οδηγό. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι ο σχεδιασμός των νέων αναλόγων του ΙΜΝΑ βασίστηκε σε βιβλιογραφικά δεδομένα που ανέδειξαν τη φαρμακολογική σημασία συγκεκριμένων δομικών χαρακτηριστικών σε συγγενή τριτερπένια. Σε δεύτερο χρόνο συντέθηκαν ανάλογα του ολεανονικού οξέος, ενός ακόμα τριτερπενικού οξέος που υπάρχει στη μαστίχα σε ικανοποιητικές ποσότητες και ελέγχθηκε η αγωνιστική τους δράση στον υποδοχέα TGR5. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκαν μελέτες μοριακής προσομοίωσης πρόσδεσης των νέων συνθετικών αναλόγων στο ενεργό κέντρο του υποδοχέα, μέσα από τις οποίες αναδείχθηκαν κρίσιμες δομικές ομάδες που συμβάλλουν στη βιολογική δραστικότητα. Συνολικά, στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναδείχθηκε η φαρμακολογική αξία των κύριων τριτερπενικών οξέων και των δομικών τους αναλόγων, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες για τον ορθολογικό σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων μορίων με ενισχυμένη δράση, παρέχοντας με αυτό τον τρόπο τη βάση για πιο στοχευμένες και αποτελεσματικές φαρμακολογικές προσεγγίσεις.