Phytochemical analysis and biological activity of Prunus mahaleb L., P. spinosa L., Rubus discolor Weihe & Nees and R. serpens Weihe ex Lej & Court extracts (Rosaceae)

Abstract

Циљ ове докторске дисертације је био испитивање хемијског састава и биолошких активности екстраката листова и плодова P. mahaleb, P. spinosa, R. discolor и R. serpens. Екстракти су добијени ултразвучном екстракцијом екстрагенсима различите поларности (вода, етанол и ацетон). Естракти листова и плодова R. discolor и R. serpens су били богатији фенолним једињењима од екстраката врста рода Prunus. LC-MS/MS методом је квантификовано 11 фенолних киселина и семиквантификовано 5 антоцијана. У њиховим екстрактима преовлађивале су хлорогенска, кафена и гална киселина, док је најзаступљенији антоцијанин у екстрактима плодова био цијанидин-глукозид/галактозид. Доминантне фенолне киселине у екстрактима P. mahaleb су биле p- и о-кумаринска, протокатехинска и гална, а код P. spinosa p-хидрокси-бензоева, гална, кафена, p-кумаринска и хлорогенска. Водени екстракт листа R. serpens је показао најјачу антиоксидантну активност у коришћеним тестовима (DPPH, ABTS, FRAP и TRC), осим у случају ß-каротен/линолеинска киселина теста где је највећу активност испољио ацетонски екстракт плода исте врсте. Антимикробна активност је одређена микродилуционом методом, а екстракти R. discolor и R. serpens су испољили јаче антибактеријско и антифунгално дејтво у односу на екстракте врстa рода Prunus. Цитотоксична активност различитих екстраката према HeLa, K562 и MDA-MB-453 ћелијским линијама је испитана MTT тестом. Показано је да екстракти листова R. discolor и R. serpens имају значајнији цитотоксични ефекат него екстракти врста рода Prunus. Морфолошком анализом ћелијске смрти и Annexin V-FITC/PI методом бојења је утврђено да екстракти цитотоксични ефекат остварују апоптозом малигних ћелија, а анализом дистрибуције ћелија по фазама ћелијског циклуса да доводе до пораста G1 ћелија, као и пораста броја апоптотичних (subG1 пик) ћелија. Сви испитивани екстракти су успешније инхибирали α-глукозидазу, него α-амилазу, при чему су се посебно истакли етанолни екстракти листова R. discolor и R. serpens. У овом раду су први пут представљени резултати хемијског састава и биолошких активности за врсту R. serpens, као и антидијабетичне активности за екстракте листова преостале три врсте. Добијени резултати указују да екстракти листова и плодова испитиваних врста испољавају бројне биолошке активности пре свега захваљујући синергистичком дејству фенолних једињења, те да се потенцијално могу применити као нутрацеутици и у фитофармацији.This study was aimed to evaluate the chemical composition and bioactivity of P. mahaleb, P. spinosa, R. discolor and R. serpens leaves and fruits. The extracts of the above-mentioned species were obtained by ultrasound-assisted extraction using solvents of different polarity (water, ethanol and acetone). The extracts of R. discolor and R. serpens species contained higher amounts of phenols than extracts of Prunus species. LC-MS/MS analysis enabled the identification of 11 phenolic acids and semi-quantification of 5 anthocyanins. The dominant phenolic acids in R. discolor and R. serpens extracts were chlorogenic, caffeic and gallic, whilst cyanidin-glucoside/galactoside was the main anthocyanin in their fruit extracts. The main phenolic acids in P. mahaleb extracts were p- and о-coumaric, protocatechuic and gallic and in P. spinosa p-hydroxybenzoic, gallic, caffeic, p-coumaric and chlorogenic acids. The aqueous leaf extract of R. serpens exhibited the highest antioxidant activity in all used tests (DPPH, ABTS, FRAP and TRC tests), except in ß-caroten-bleaching assay where its acetone extract was the most active. Antimicrobial activity was determined by microdilution protocol and R. discolor and R. serpens showed stronger antibacterial and antifungal activity than examined Prunus species. The cytotoxic activity towards HeLa, K562 and MDA-MB-453 human malignant cell lines was evaluated by MTT test. The leaf extracts of R. discolor and R. serpens possessed more significant cytotoxic effects than extracts of Prunus species. Morphological analysis of cell death and Annexin V-FITC/PI method proved proapoptotic effects of extracts which were responsible for its cytotoxicity. The cell cycle distribution analyses showed that extracts increased number of G1 cells as well as number of apoptotic cells (subG1 peak). All examined extracts showed better α-glucosidase than α-amylase inhibitory effects whereby R. discolor and R. serpens ethanol leaf extracts were particularly active. In this study, results of chemical composition and biological activity of R. serpens, as well as results of antidiabetic effects of leaf extracts of other three species, were presented for the first time. The presented results indicate that the examined plant species exhibited promising bioactivities mostly due to synergism of present phenolic compounds and therefore could be potentially applied as nutraceuticals and in phytopharmacy