Untersuchung von Harzen des Weihrauchbaums (Boswellia spp.) hinsichtlich chemischer Zusammensetzung, zytokinregulatorischer Eigenschaften und Wirkung auf Mammakarzinomzellen

Abstract

Schon seit vielen Jahrhunderten ist das Weihrauchharz der Boswellia-Bäume aufgrund seiner entzündungshemmenden, analgetischen, antibiotischen und potentiell antitumoralen Wirkung in der traditionellen Medizin vieler Kulturen hochgeschätzt. Durch intensive Forschung konnten Ende des 20. Jahrhunderts Boswellia- und Lupeolsäuren als die pharmakologisch wirksamsten Inhaltsstoffe identifiziert werden. Der Gehalt und die Zusammensetzung an Boswellia- und Lupeolsäuren, die zur Klasse der pentazyklischen Triterpenoiden gehören, variieren stark in den ca. 25 bekannten Boswellia-Spezies. Zudem hat die Weiterverarbeitung zu therapeutischen Präparaten einen immensen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung. Daher wurde eine neuartige, hochsensitive und exakte Methode entwickelt, die es erlaubte mit Hilfe von HPLC-MS/MS selektiv Boswellia- und Lupeolsäuren zu quantifizieren und somit individuelle Zusammensetzungen zu bestimmen. Das entwickelte Verfahren ist dabei schneller und nachweisstärker als alle früheren Methoden. Die Kombination aus Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) und Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) sowie die Verwendung von internen Standards ermöglicht eine exakte und selektive Quantifizierung auch in komplexen biologischen Matrizes. Dadurch ist auch ein Einsatz in zukünftigen klinischen Studien gewährleistet, wobei die notwendige Probenvorbereitung im Vergleich zu früheren Methoden deutlich geringeren Aufwand erfordert. Durch Kombination der entwickelten Analysenmethode mit multivariaten Statistikverfahren konnten in 41 Weihrauchharzproben spezifische Muster in der Boswellia- und Lupeolsäure-Zusammensetzung nachgewiesen werden. Diese Muster ermöglichten eine chemotaxonomische Differenzierung zwischen verschiedenen Boswellia-Spezies. Dadurch ergibt sich die Option, die botanische Klassifizierung, die aufgrund von politischen, ökonomischen und geographischen Bedingungen in den Anbaugebieten oftmals erschwert ist, durch aussagefähige chemische Analysen zu ergänzen. Auf Basis dieser Daten konnte bereits eine Formel entwickelt werden, die es erlaubt mit der Analyse von lediglich drei Boswelliasäuren eine Kennzahl zur Klassifizierung von Weihrauchharzproben zu ermitteln. Darüber hinaus wurde eine neue Boswelliasäure, die 11-Keto-alpha-boswelliasäure (alpha-KBA), charakterisiert und in Weihrauchharzen nachgewiesen. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass neben der 11-Keto-beta-boswelliasäure (beta-KBA) auch das entsprechende alpha-Konstitutionsisomer existiert. Aufgrund nicht vorhandener Arzneimittelzulassungen für Weihrauchharzpräparate in Deutschland, ist die Qualität der erhältlichen Produkte sehr variabel und deren Wirkung für den Endverbraucher nicht abschätzbar. Die Untersuchung von 16 Weihrauchharzpräparaten ergab immense Unterschiede hinsichtlich des Wirkstoffgehalts mit Gesamtgehalten zwischen 3,5 mg und 157,3 mg Boswellia- und Lupeolsäuren je Kapsel. Um die immunregulatorischen Eigenschaften der Weihrauchharzpräparate zu vergleichen, wurde der Effekt auf die Zytokinausschüttung an LPS-stimuliertem, humanem Vollblut und daraus isolierten Immunzellen untersucht. Präparate mit einem hohen Gehalt an Boswellia- und Lupeolsäuren konnten die Ausschüttung der potenten proinflammatorischen Zytokine TNF-alpha, IL-6 und IL-8 signifikant senken, während Präparate mit sehr geringem Gehalt die Zytokinausschüttung evtl. sogar weiter verstärkten. Zusätzlich zur immunregulatorischen Wirkung wurde der Effekt von 40 Weihrauchharzextrakten, 16 Weihrauchharzpräparaten und zehn Boswellia- und Lupeolsäuren auf therapieresistente, dreifach negative Mammakarzinomzelllinien in vitro untersucht. Die Untersuchungen zeigten bemerkenswerte antiproliferative Eigenschaften auf die Zelllinien MDA-MB-231, MDA-MB-453 und CAL-51. Mit Hilfe von Korrelationsanalysen wurden vor allem die acetylierten Bestandteile Acetyl-lupeolsäure (ALA), 3-O-Acetyl-alpha-boswelliasäure (alpha-ABA) und 3-O-Acetyl-beta-boswelliasäure (beta-ABA) als besonders aktive Wirkkomponenten identifiziert. Proliferationsanalysen unter Behandlung mit Reinsubstanzen verifizierten darüber hinaus die Kausalität der beobachteten Korrelationen. Um die Antitumor-Wirkung von Weihrauchharzpräparaten und Boswelliasäuren in vivo zu untersuchen, wurden MDA-MB-231-Zellen auf die Chorioallantoismembran (CAM) von befruchteten Hühnereiern xenotransplantiert. Durch dieses Experiment konnte erstmal gezeigt werden, dass Weihrauchharzpräparate mit hohem Gehalt an Boswellia- und Lupeolsäuren das Tumorwachstum und die Proliferation von Mammakarzinomen in vivo signifikant hemmen sowie Apoptose induzierten. Dieselben Effekte konnten durch Behandlung mit der reinen Boswelliasäure beta-ABA erzielt werden. Bemerkenswerterweise konnte unter der Behandlung mit diesen Naturstoffen keine systemische Toxizität an den empfindlichen Hühnerembryonen beobachtet werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die spezifischen Zusammensetzungen von Boswellia- und Lupeolsäuren in Weihrauchharzen zur chemotaxonomischen Unterscheidung von Boswellia-Spezies eignen. Kommerzielle Weihrauchharzpräparate unterscheiden sich sehr stark hinsichtlich des Gehalts an Triterpenoiden sowie im Hinblick auf ihre immunregulatorischen Eigenschaften. Jedoch können hochwertige Weihrauchharzpräparate die Ausschüttung von proinflammatorischen Zytokinen hemmen. Darüber hinaus zeigen Weihrauchharzextrakte und Weihrauchharzpräparate in vitro und in vivo antiproliferative und zytotoxische Effekte auf dreifach negative Mammakarzinomzellen. Wünschenswerte immunregulatorische und zytotoxische Eigenschaften korrelieren dabei insbesondere mit den Gehalten an acetylierten Boswelliasäuren. Obwohl für Weihrauchharzpräparate zumeist indisches Weihrauchharz (B. serrata) verwendet wird, würde auf Grundlage der vorliegenden Studie arabisches Weihrauchharz (B. sacra) eine bessere Triterpenoid-Zusammensetzung bereitstellen. Die stärksten therapeutischen Effekte zeigte die Boswelliasäure beta-ABA. Daher sollte beta-ABA sowohl zur Standardisierung oder Normierung von Weihrauchharzpräparaten als auch für die Entwicklung potentieller Therapeutika in Betracht gezogen werden.

Diese Arbeit wurde teilweise durch das Akademische Zentrum für Komplementäre & Integrative Medizin (AZKIM), Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg finanziert.