NMR spectroscopy on the quality control of the phytoterapeutic Maytenus ilicifolia martius ex. reissek (espinheira-santa)

Abstract

Resumo: Maytenus ilicifolia Mart. ex Reissek, popularmente conhecida como "Espinheira-Santa", é uma planta utilizada terapeuticamente no tratamento de diversas doenças como úlceras intestinais e de estômago, entre outras. Esse fitoterápico é consumido como infusão (chá), extrato, cápsulas de gelatina e/ou planta seca, no Brasil e em outros países. Devido à ampla distribuição, consumo e natureza terapêutica, Maytenus ilicifolia (e Maytenus aquifolium) e outras 70 plantas medicinais fazem parte da lista de plantas de interesse do Sistema Único de Saúde (SUS)-RENISUS. Além disso, Maytenus ilicifolia também foi citada no Formulário de Fitoterápicos Farmacopeia Brasileira, 1a edição - 2018. Devido à morfologia foliar semelhante, Maytenus ilicifolia é confundida com outras espécies (como Zollernia ilicifolia, Sorocea bomplandii, Citronella gongonha, Berberis laurina), as quais são difíceis de diferenciar de modo simples. Para superar esse problema, medidas de controle de qualidade utilizando métodos analíticos integrados são frequentemente necessárias. Nesse trabalho, a espectroscopia de RMN de 1H HR-MAS, juntamente com a análise não supervisionada de componentes principais (PCA), distinguiu todas as espécies com base em seu fingerprint químico. Essa técnica possibilitou a identificação de vários metabólitos (flavonoides, flavanois, carboidratos, ácidos orgânicos) em estado inalterado nas folhas de Espinheira- Santa. Essa abordagem permitiu uma distinção ambígua, e avaliação do padrão químico das folhas nas duas espécies de Maytenus, que eram completamente diferentes das outras espécies analisadas. A topologia baseada em RMN possivelmente descreveu os sinais dos principais metabólitos; epicatequina, sacarose e ácidos graxos foram mais intensos nas folhas superiores de Maytenus ilicifolia durante o meio do outono e inverno (junho-agosto) de 2019. Enquanto, Maytenus aquifolium foi mais dominada por teores de açúcar, com sinais mais intensos em todas as quatro estações do ano. A PCA expôs que a (-)-epicatequina era o principal biomarcador de diferenciação de Maytenus ilicifolia de Maytenus aquifolium. Essa variação pode ser devida a composição química (teores mais baixos e/ou elevados de determinado composto) das espécies. Além disso, os padrões químicos topológicos das folhas nas espécies correlacionadas de Maytenus foram investigadas de acordo com a variação sazonal ou interações ecológicas. Em Maytenus ilicifolia a maioria das folhas superiores acumulou (-)- epicatequina durante o meio do verão e inverno, e no final do outono; as folhas do meio acumularam açúcar no meio da primavera e no final do outono; e as folhas inferiores, ácidos graxos no meio do verão, inverno e outono. Além do meio do inverno (agosto) que foi eficaz para o acúmulo de açúcar, (-)-epicatequina e ácidos graxos nas folhas de Maytenus aquifolium, embora tenha sido dominada por açúcares durante todas as estações. Essa quantidade elevada de açúcar pode estar associada com outros fatores (bioma, sombras, patógenos etc.) em Maytenus aquifolium spp. De modo geral, o final do outono (junho) e o meio do inverno (agosto) foram períodos mais críticos para os fingerprints químicos em espécies de Maytenus. Além disso, foram estudados materiais comerciais (folhas picadas, sachés de chá e plantas em pó em cápsulas). No entanto, a maioria dos produtos fitoterápicos foram encontrada diferente da verdadeira Espinheira-Santa (M. ilicifolia). Esses resultados podem ser úteis e adotáveis em outras pesquisas relacionadas à saúde, controle de qualidade, produtos agronômicos, alimentos e outras relacionadas a plantas.

Abstract: Maytenus ilicifolia Mart. ex Reissek, popularly known as "Espinheira-Santa", is a plant used therapeutically in the treatment of multiple diseases as intestinal and stomach ulcers, and others. This phytotherapeutic is consumed as infusion (tea), extract, gelatin capsules and/or as dried leaves in Brazil and further countries. On account of wide distribution, consumption, and therapeutic nature, the Maytenus ilicifolia (and Maytenus aquifolium) and additional 70 herbal plants are part of the list of interest to the Brazilian Unified Health System (SUS)- RENISUS. Moreover, Maytenus ilicifolia has also been cited in the "Brazilian Pharmacopoeia" Phytotherapeutic Form, 1st edition-2018". Due to similar leaf morphology, Maytenus ilicifolia is confused among further species (e.g. Zollernia ilicifolia, Sorocea bomplandii, Citronella gongonha, Berberis laurina) which is challenging to differentiate by simple ways. To overcome this problematic issue, quality control measures using integrated analytical methods are necessary. In this work, 1H HR-MAS NMR spectroscopy together with unsupervised principal component analysis (PCA) distinguished all species based on their chemical fingerprints. HR-MAS NMR enabled the identification of several metabolites (flavonoids, flavanols, carbohydrates, organic acids) in unaltered state of leaves from Espinheira-Santa. This approach permitted an ambiguous distinction, and leaf chemical pattern evaluation in both Maytenus species, which were completely different from other plants. NMR-based topology possibly described that signals from major metabolites; epicatechin, sucrose and fatty acids were more intense in upper leaves from Maytenus ilicifolia during middle autumn and winter (June-August) 2019. While, Maytenus aquifolium was completely dominated by sugar contents appeared with most intense signals in all four seasons. PCA exposed that (-) epicatechin was main biomarker of differentiating Maytenus ilicifolia from Maytenus aquifolium. This variation may be due to the chemical compositions (lower and/or higher level of certain compounds) of species. Moreover, the topological leaf chemical patterns in the correlated Maytenus species were investigated according to seasonal variation or ecological interactions. In Maytenus ilicifolia most of the upper leaves accumulated (-)-epicatechin during the middle of summer and winter, and in late autumn; the middle leaves accumulated sugar in the middle of spring, and late autumn; and the lower leaves accumulated fatty acids in the middle of summer, winter, and autumn. Beyond middle of winter (August) which was effective to the accumulation of sugar, (-)-epicatechin, and fatty acids in several leaves although Maytenus aquifolium was over dominated by sugar during all seasons. This high amount of sugar may be associated to other factors (biome, shades, pathogens, etc.) to Maytenus aquifolium spp. In general view the end-autumn (June) and midwinter (August) were more critical periods to the chemical fingerprints in Maytenus species. In addition, commercial materials (chopped leaves, tea sachets and plant powdered in capsules) were studied. However, most of the herbal products were found different from real Espinheira-Santa (M. ilicifolia). These results can be useful and adoptable in other research related to health, quality control, agronomic products, food and other related to plants.