SiNAPSA, ponedeljek, 22. julij 2019

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Čebelji strup pri preventivi nevrodegenerativnih bolezni in priložnost za klinično prakso

Matjaž Deželak

Čebelji strup oziroma apitoksin (angl. bee venom, BV) je obrambni izloček čebel delavk, po sestavi vodna raztopina encimov, bazičnih polipeptidov, biogenih aminov, aminokislin, sladkorjev in mineralov. Sestava je odvisna od posamezne (pod)vrste čebele. Zavoljo aktualnosti se bomo v tem prispevku omejili na obravnavo BV medonosne čebele (Apis mellifera, L. 1758), ki je v Sloveniji, pa tudi v Evropi, najbolj razširjena. V apiterapiji, ki je tradicionalna in hkrati moderno utemeljena veda o tem, kako si s pomočjo čebeljih pridelkov krepimo in ohranjamo zdravje, se BV uporablja v obliki krem, mazil, injekcij v kožo in skeletno mišico ali neposredno z nadzorovanimi piki živih čebel, in sicer za preprečevanje in zdravljenje različnih bolezni in patoloških stanj, kot so bolečine v sklepih in mišicah, revmatizem in različne kožne bolezni. Znanstvene in klinične raziskave v zadnjih 100 letih so pokazale na nove potencialne uporabnosti BV oziroma njegovih sestavin, od katerih so najbolj aktualne nevrološke (nevrodegenerativne) bolezni. Čebelji strup je sicer še daleč od samostojne klinične uporabe, trenutno je najbolj aktualna njegova uporaba v preventivne namene in kot komplementarno sredstvo ostalim uveljavljenim načinom zdravljenja.

Čebelji strup

BV je prozorna tekočina s približno 88 % vode, 11 % proteinskih molekul in 1 % različnih nizkomolekularnih organskih molekul. Že pri sobni temperaturi se hitro posuši in tvori rjavo-bele kristale. Ima oster, nearomatičen vonj, grenak okus in kisel pH (4,5–5,5). En čebelji pik oziroma izstisk vsebuje 0,15–0,30 mg strupa s približno 18 fiziološko aktivnimi substancami, ki povročijo intenzivno vnetje in draženje, če pridejo v stik z dermisom, mukoznimi membranami ali očmi. Niso vse od njih uporabne v človeški farmakoterapiji; tiste z največjim potencialom so omenjene v nadaljevanju (tabela 1).

Izmed proteinov z encimsko aktivnostjo sta v BV najpomembnejši fosfolipaza A2 (PLA2) in hialuronidaza (HYAL). Za človeški organizem sta močna alergena in potencialna anafilaktogena, saj lahko pri dovzetnih posameznikih sprožita z IgE posredovan imunski odziv. PLA2 je encim, ki razgradi celično membrano in s tem poruši njeno integriteto, kar povzroči nekrozi podoben razpad celic in širše prizadane okoliško tkivo. HYAL je pogovorno imenovana tudi »mehčalni/rahljalni faktor«, saj hidrolizira viskozen polimer hialuronsko kislino. Ta dezintegracija zunajceličnega matriksa drugim komponentam BV olajša lokalno delovanje in vstop v sistemski krvni obtok.

Pomemben sestavni del BV so proteini brez encimske aktivnosti. Melitin predstavlja okoli 50 % suhe mase BV in je njegov glavni dejavnik bolečine in srbečice, saj učinkuje na receptorje za bolečino (nociceptorje) preko dveh različnih mehanizmov. Poleg tega ima melitin tudi močno citotoksično delovanje, saj učinkuje na površinske lastnosti plazmaleme eritrocitov in epitelnih celic tako, da v njih tvori pore. Apamin je najmanjši znani nevrotoksičen peptid in edini, ki z lahkoto prečka krvno-možgansko pregrado, zato je v zvezi z nevrološkimi oziroma nevrodegenerativnimi boleznimi v središču pozornosti. V nevronih namreč poveča frekvenco aksonskih električnih signalov in kaže, da se apamin direktno veže na zunajcelično področje K+-kanalčka. Posamezni tipi kanalčkov so poleg nevronov prisotni še v plazmalemi drugih vzdražnih in nevzdražnih celic, kot so črevesni miociti ter endotelne in jetrne celice 1. Peptid degranulacije mastocitov (angl. mast cell degranulating peptide, MCD) je po strukturi sicer podoben apaminu, po toksičnih učinkih pa melitinu. V manjših koncentracijah je učinkovit mediator degranulacije mastocitov in sproščanja histamina iz njih, v večjih dozah pa je modulator napetostno odvisnih K+-kanalčkov. Skladno s tem ima potencial učinkovanja v CŽS, vendar le ob intraventrikularni aplikaciji, saj v fizioloških pogojih ne prehaja krvno-možganske pregrade. Adolapin ima protivnetno, antipiretično in analgetično delovanje zaradi inhibicije ciklooksigenaze (COX) in s tem sinteze prostaglandinov. Ostali peptidi, ki jih v BV najdemo v manjših koncentracijah in še nimajo jasno karakterizirane toksične in farmakološke aktivnosti, so: sekapin, tertiapin, cardiopep, minimin, prokamin in pamin.

Poleg proteinskih molekul vsebuje BV tudi nizkomolekularne organske spojine, od katerih so farmakološko najpomembnejši kateholamini. Histamin je glavni predstavnik te skupine, saj neposredno sodeluje pri vnetnem odzivu preko povečane prepustnosti kapilar, pri dovzetnih posameznikih pa pomembno prispeva k alergijskem odzivu. Dopamin in noradrenalin povečata jakost in frekvenco srčnega utripa in posledično sistemsko distribucijo BV. Serotonin, podobno kot melitin, prispeva k dražilnim učinkom BV. Pomembni so še različni proteazni inhibitorji, ki delujejo protivnetno in zavirajo krvavenje na mestu pika.

Tabela 1: Sestava čebeljega strupa z masnimi odstotki posameznih sestavin 2.

Skupina Komponenta Vsebnost [% suhe mase]
ENCIMI PLA2 10-12
HYAL 1-2
PLB 0-1
fosfataze 1
α-glukozidaza 0-6
PEPTIDI melitin 40-50
apamin 2-3
MCD peptid 2-3
adolapin 0,5-1
sekapin 0,5-2
tertiapin, cardiopep 1-2
minimin 2
prokamin 1-2
pamin 1-3
inhibitorji proteaz 0,1-0,8
BIOGENI AMINI histamin 0,5-2
dopamin 0,2-1
noradrenalin 0,1-0,5
serotonin 0,1-1
GABA, α-aminokisline 1
FOSFOLIPIDI 1-3
SLADKORJI glukoza, fruktoza 2-4
HLAPNE SPOJINE (FEROMONI) kompleksni etri 4-8
MINERALI P, Ca, Mg 3-4

Farmakologija čebeljega strupa s poudarkom na nevroloških boleznih

Več farmakoloških mehanizmov BV je bilo predlaganih oz. potrjenih: (i.) stimulacija nespecifičnega imunskega odziva, (ii.) stimulacija tvorbe specifičnih protiteles, (iii.) stimulacija sproščanja kortizona, (iv.) stimulacija sproščanja citokinov, (v.) inhibicija tvorbe prostaglandinov in (vi.) zaviranje vnetnih faktorjev 3,4. Vsi ti učinki nakazujejo uporabnost BV pri preprečevanju pojava oziroma zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni, katerih značilnost je vnetna oziroma avtoimunska patofiziologija.
BV se tradicionalno uporablja za zdravljenje revmatoidnega artritisa, bolezni kože in oči, bolezni srca in ožilja, zaradi citotoksičnih učinkov pa v novejšem času tudi za zdravljenje rakavih obolenj 5,6,7. V skladu z vsebino tega prispevka bomo v nadaljevanju pozornost namenili predvsem uporabnosti BV pri nevrodegenerativnih bolezni, kot so Alzheimerjeva bolezen (AD), multipla skleroza (MS), amiotrofična lateralna skleroza (ALS) in Parkinsonova bolezen (PD); slednji bomo zaradi obsežnosti dosedanjih raziskav namenili samostojen razdelek.

AD je nevrodegenerativna bolezen, ki se klinično običajno začne v kasnejših življenjskih obdobjih. Več različnih vedenjskih in elektrofizioloških študij je pokazalo, da uporaba apamina poveča vzdražnost nevronov, sinaptično plastičnost in dolgoročno potenciranje pomembnih področij hipokampusa 8,9,10, kar naj bi upočasnilo ali celo zaustavilo zgodnji razvoj in napredovanje bolezni. MS je kronična bolezen CŽS, pri kateri gre za propadanje mielinske ovojnice nevronov. Natančni vzroki še niso povsem pojasnjeni, izmed znanih pa gre za avtoimunski T-celični odziv. Pokazano je bilo, da ima BV nevroprotektivni učinek proti infiltraciji imunskih celic in proti diferenciaciji celic. ALS je kronična neozdravljiva bolezen, pri kateri gre za progresivni propad motoričnih nevronov, ki oživčujejo mišice hotenih gibov. Intradermalna aplikacija BV v transgene miši je povečala gibalno sposobnost testnih živali. Poleg tega se je BV izkazal kot uporaben pri zmanjševanju toksičnosti glutaminergičnih celic, ki je tudi eden izmed opisanih procesov v povezavi z ALS.

Največji že izkazani potencial ima BV pri zdravljenju Parkinsonove bolezni, kot bo podrobneje pojasnjeno v naslednjem razdelku.

Največji potencial čebeljega strupa – Parkinsonova bolezen

PD je druga najpogostejša nevrodegenerativna bolezen, njena patofiziologija vključuje nepravilnosti v delovanju signalne zanke možganska skorja–bazalni gangliji–talamus–možganska skorja kot posledica selektivne in nepovratne izgube dopaminergičnih (DA) nevronov v črnem jedru (ang. substantia nigra, SN) in njihovih izrastkov v striatumu. Dodatno k patofiziologiji PD prispeva tudi nevrološko vnetje v okolici teh odmirajočih DA-nevronov, za katerega so odgovorne predvsem aktivirane gliacelice. Slednje kot odgovor na propad DA-nevronov sproščanjo potencialno nevrotoksične substance, kot so reaktivne kisikove zvrsti (ang. reactive oxygen species, ROS) in vnetni citokini. To je signal predvsem za T-celice, ki vdrejo na mesto aktiviranih gliacelic v okolici razpadajočih DA-nevronov, s čimer patološko stanje še dodatno poslabšajo 11,12. Nadomestna dopaminska farmakoterapija ima kar nekaj stranskih učinkov, saj le 5–10 % L-DOPA prečka krvno-možgansko pregrado. Iskanje alternativnih oblik zdravljenja, predvsem naravnega izvora, je zato izziv za sodobno medicino. Pri raziskavah učinkov BV na patologijo PD se najpogosteje uporabljajo različne in vitro in ex vivo eksperimentalne tehnike, najbolj informativni pa so in vivo živalski modeli PD. Kot že omenjeno, je apamin edina sestavina BV, ki brez težav prečka krvno-možgansko pregrado in ima v CŽS poznane farmakološke učinke 13. Apamin predstavlja le 2–3 % suhe mase BV (tabela 1), kar je bistveno manj od doz, ki so pokazale nevrozaščitne in antiparkinsonske učinke. Vendar ne smemo pozabiti, da je čebelji strup kompleksna mešanica različnih bioaktivnih sestavin, ki so evolucijsko izpopolnjene, da delujejo komplementarno in sinergistično. Ključen je učinek apamina na blokado K+-kanalčkov. Drug tip koristnih učinkov, ki jih ima BV pri PD, je zaviranje migracije levkocitov in zaviranje aktivacije gliacelic in makrofagov. Tretja skupina pozitivnih učinkov BV na PD je preko aktivnosti specifičnih citokinov in posledično modulacije pridobljene imunosti 14. Slednje je bilo opaženo pri čebelarjih, ki so bili zaradi narave dela izpostavljeni množici čebeljih pikov; pri njih je bila populacija celic Tregs, ki so sproščale IL-10, bistveno večja kot pri normalni populaciji 15. Izpostavili bi dve ključni študiji, ki sta utemeljili ugodne učinke BV na patologijo PD. BV ima na eni strani preventivno vrednost, saj poviša verjetnost preživetja DA-nevronov preko modulacije periferne imunske tolerance, na drugi strani pa ima vrednost pri (simptomatskem) zdravljenju, saj poveča prenos signalov iz možganske skorje do bazalnih ganglijev. Vse zgoraj omenjene ugotovitve, predvsem pa ti dve študiji, so bile zadosten razlog za odobritev in izvedbo prve konkretne klinične študije na pacientih z zmerno PD. Namen študije, ki so jo naredili Chung in sodelavci 16, je bil ugotoviti, ali BV poveča preživetje DA-nevronov na mišjem MPTP-modelu PD. Na osnovi rezultov je bilo moč zaključiti, da so nevrozaščitni učinki BV povezani z zmanjšano aktivacijo gliacelic, zmanjšano infiltracijo CD4+ T-celic in večjim številom celic Tregs. Prisotnost slednjih je nujna, da nevrozaščitni učinki BV pridejo do izraza.

Maurice in sodelavci so preučevali ali ima BV simptomatske učinke na podganjem modelu PD z učinkovanjem na bazalne ganglije 17. Aplikacija BV je (i.) izboljšala kontralateralno akinezijo (učinkovitost upravljanja hotenih gibov) prednjih okončin, (ii.) izboljšala z apomorfinom sproženo krožno gibanje okončin (merilo obsežnosti poškodb dopaminergičnih nevronov), (iii.) preprečila s haloperidolom sproženo katalepsijo (mišična otrdelost oz. telesna togost) ter (iv.) preprečila z nevroleptiki (antipsihotiki) sproženo stimulacijo gibalne skorje možganov preko direktnega zaviralnega in posrednega zbujevalnega delovanja na »striato-nigralno« zanko.

Glavni namen klinične študije 18 je bil pokazati simptomatske učinke 11-mesečne subkutane aplikacije BV (100 μg) v primerjavi s placebo kontrolno skupino. Raziskava ni pokazala jasnih in očitnih simptomatskih učinkov mesečnih aplikacij BV. Glede na to, da se je uporaba BV izkazala kot varna pri ne-alergičnih posameznikih, bi bilo raziskavo smiselno ponoviti, in sicer z bolj pogosto administracijo in/ali uporabo večjih individualnih doz.

V tem razdelku smo omenjali predvsem znanstveno-raziskovalne in klinične raziskave učinkov BV na Parkinsonovo bolezen in dosedanje ugotovitve so spodbudne. Svojevrstna potrditev potenciala BV pa je potrditev patentne prijave v ZDA 19, ki opisuje farmacevtske pripravke za zdravljenje PD, katerih osnovni elementi so ključne sesavine BV – apamin, melitin, hialuronidaza in fosfolipaza A2. Pri tem avtorji poudarjajo, da je ključna prednost njihovih predlaganih kombinacij pred naravnim čebeljim strupom v drugačnem razmerju količine apamina v primerjavi z drugimi sestavinami ter možnostjo izključitve katere od komponent (z izjemo apamina).

Tabela 2: Primerjava razmerij posameznih farmakološko aktivnih sestavin čebeljega strupa v čebeljem strupu in v patentu 19.

komponenti čebeljega strupa masno razmerje čebeljega strupa masno razmerje patentnega predloga
apamin : melitin 0,075–0,060 : 1 0,3–4,0 : 1
apamin : hialuronidaza 3,0–1,5 : 1 0,003–0,200 : 1
apamin : PLA2 0,3–0.25 : 1 0,01–0,20 : 1

Zaključek

Čebelji strup je povsem naravna in lahko dostopna naravna mešanica bioaktivnih in potencialno farmakološko aktivnih snovi. Glede na obseg tradicionalne uporabe in na novejše znanstveno-klinične raziskave je njegova uporaba pri preprečevanju in zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni zagotovo varna (z izjemo posameznikov podvrženim alergijskim reakcijam!), žal pa je bilo narejenih premalo kliničnih študij, da bi z zagotovostjo lahko presojali njegovo učinkovitost. Zaključimo lahko, da so dosedanje raziskave v večji meri potrdile smotrnost uporabe tega naravnega preparata v boju proti aktualnim nevrodegenerativnim boleznim današnjega časa, naloga nadaljnjih študij pa je, da dosedaj znane pozitivne učinke potrdijo v klinični praksi, ugotovijo morebitne nove prednosti ter čebelji strup kot farmakološko učinkovino na varen in ustrezen način uvedejo v klinično prakso – če ne kot samostojno zdravilo, pa vsaj kot komplementarno naravno učinkovino.

    ___
  1. Kolb H.-A. Potassium channels in excitable and non-excitable cells. Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology. 1990;115:51–91. 

  2. Eze O.B.L s sod. Therapeutic Effect of Honey Bee Venom. Journal of Pharmaceutical, Chemical and Biological Sciences. 2016;4(1):48–53. 

  3. Son D.J. s sod. Therapeutic application of anti-arthritis, pain-releasing, and anti-cancer effects of bee venom and its constituent compounds. Pharmacology & Therapeutics. 2007;115(2):246–270. 

  4. Jang H.S. s sod. Effects of bee venom on the pro-inflammatory responses in RAW264.7 macrophage cell line. Journal of Ethnopharmacology. 2005;99:157–160. 

  5. Abdela N. in Jilo K. Bee Venom and Its Therapeutic Values: A Review. Advances in Life Science and Technology. 2016;44:18–22. 

  6. Hwang D.-S. s sod. Therapeutic Effects of Bee Venom on Immunological and Neurological Diseases. Toxins. 2015;7:2413–2421. 

  7. Shimpi R. s sod. Review: Pharmacotherapeutics of Bee Venom. World Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2016;7(5):656–667. 

  8. Behnisch T. in Rayman K. Inhibition of apamin-sensitive calcium dependent potassium channels facilitate the induction of long-term potentiation in the CA1 region of rat hippocampus in vitro. Neuroscience Letters. 1998;253:91–94. 

  9. Ikeda M. s sod. Selective reduction of (125I) apamin binding sites in Alzheimer hippocampus: a Quantitative autoradiographic study. Brain Research. 1991;567(1):51–56. 

  10. Romero-Curiel A. s sod. Apamin induces plastic changes in hippocampal neurons in senile Sprague–Dawley rats. Synapse. 2011;65(10):1062–1072. 

  11. Brochard V. s sod. Infiltration of CD4+ lymphocytes into the brain contributes to neurodegeneration in a mouse model of Parkinson disease. The Journal of Clinical Investigation. 2009;119(1):182–192. 

  12. Reynolds A.D. s sod. Regulatory T cells attenuate Th17 cell-mediated nigrostriatal dopaminergic neurodegeneration in a model of Parkinson’s disease.The Journal of Immunology. 2010;184;2261–2271. 

  13. Oller‐Salvia B. s sod. From venoms to BBB shuttles: Synthesis and blood–brain barrier transport assessment of apamin and a nontoxic analog. Peptide Science. 2013;100(6):675–686. 

  14. Alvarez-Fischer D. s sod. Bee Venom and Its Component Apamin as Neuroprotective Agents in a Parkinson Disease Mouse Model. PLOS One. 2013;8(4):e61700. 

  15. Meiler F. s sod. In vivo switch to IL-10-secreting T regulatory cells in high dose allergen exposure. Journal of Experimental Medicine. 2008;205:2887–2898. 

  16. Chung E.S. s sod. Neuro-protective effects of bee venom by suppression of neuroinflammatory responses in a mouse model of Parkinson’s disease: Role of regulatory T cells. Brain, Behavior, and Immunity. 2012;26(8):1322–1330. 

  17. Maurice N. s sod. Bee Venom Alleviates Motor Deficits and Modulates the Transfer of Cortical Information through the Basal Ganglia in Rat Models of Parkinson’s Disease. PLOS One. 2015;10(11):e0142838. 

  18. Hartmann A. s sod. Bee Venom for the Treatment of Parkinson Disease – A Randomized Controlled Clinical Trial. PLOS One. 2016;11(7)e0158235.. 

  19. Chase T.N in Oh-Lee J.D. Composition for treating Parkinson’s disease. United States Patent Application Publication. 2014, No.: US 2014/0356343 A1. 

ddr. Matjaž Deželak, univ. dipl. biol.
Apiterapevtsko društvo Slovenije
Medex d.o.o.

Prispevek je rezultat avtorjevega osebnega dela in v ničemer ne odraža stališč oziroma interesov podjetja, v katerem je zaposlen.

Prejeto: 7.1.2019
Objavljeno: 29.4.2019