Evaluation of Anti-herpetic and Antioxidant Activities, and Cytotoxic and Genotoxic Effects of Synthetic Alkyl-Esters of Gallic Acid

Summary

The n-alkyl esters of gallic acid (CAS 138-57-8) have a diverse range of uses as antioxidants in food, cosmetics and pharmaceutical industries. Pharmaceutical studies performed with these compounds have found that they have many therapeutic potentialities including anti-cancer, antiviral and antimicrobial properties. However, more interest has been devoted to their antioxidant activity due to the ability to scavenge and reduce reactive oxygen species (ROS) formation. In this study, gallic acid and 14 different alkyl gallates were tested. The cytotoxicity and anti-herpetic (HSV-1, KOS and 29-R strains) activity were studied by using the MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide) colorimetric assay and the cell viability by using the Trypan blue dye exclusion method. The genotoxicity was studied by the Comet assay and the antioxidant activity by using the DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical scavenging and microsomal lipid peroxidation-inhibiting activities. The results showed that all the tested compounds have anti-herpetic activity at non cytotoxic concentrations with selectivity indices (SI = CC₅₀/EC₅₀) varying from 0.89 to 18.34, depending on the used HSV-1 strain. It was observed that all tested alkyl gallates showed some degree of genotoxicity, at the tested concentrations, except cetyl gallate, at 256.60 µmol/L (p < 0.05, t-Student test), probably induced by ROS released by infected cells and/or by the alkyl gallates that were not antioxidants, at the tested concentrations, in which they demonstrated anti-herpetic activity. The hydroxyl groups can induce DNA damage due interactions with some metal ions, which are naturally present in the culture medium supplemented with fetal bovine serum, probably explaining the genotoxicity detected.

However, the obtained results showed considerable antioxidant activity at smaller concentrations, when compared to quercetin which is considered as a reference drug due to its already described antioxidant potential: DPPH radical scavenging activity with IC₅₀ values varying from 17 to 31 µmol/L; and microsomal lipid peroxidation-inhibiting activity with IC₅₀ values varying from 21 to 59 µmol/L. It was observed that the presence of hydroxyl groups in these molecules is important for their pharmacological profile, but the length of the lateral carbonic chain does not have considerable influence.

Zusammenfassung

Bewertung der Antiherpes-, antioxidierenden sowie der zytotoxischen und genotoxischen Wirkung von synthetischen Alkyl-Estern der Gallussäure

Die n-Alkyl-Ester der Gallussäure (CAS 138-57-8) finden eine breite Anwendung als Antioxidantien in der Lebensmittel-, der kosmetischen und der pharmazeutischen Industrie. Studien mit diesen Verbindungen weisen auf eine Reihe potentieller therapeutischer Wirkungen auf Grund der antitumoralen, antiviralen und antibakteriellen Eigenschaften hin. Das gröβte Interesse fand in letzter Zeit die potentielle antioxidative Eigenschaft, die auf der Wirkung als Radikalfänger und der Verringerung der Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (RS) gründet. In der vorliegenden Studie wurden Gallussäure und 14 verschiedene Alkyl-Ester auf zytotoxische und Antiherpes-Wirkung (HSV-1-, KOS- and 29-R-Stamm) im kolorimetrischen MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid)-Test sowie die Lebensfähigkeit der Zellen mittels Trypan-Blau-Färbetest geprüft. Die geno toxische Wirkung wurde im Comet-Test und die antioxidative Wirkung wurde mittels DPPH-Radical Scavenging und Inhibition der mikrosomalen Lipidperoxidation untersucht. Alle geprüften Verbindungen zeigten antiherpetische Wirkung in nicht zytotoxischen Konzentrationen mit einem Selektivitätsindex (SI = CC₅₀/ EC₅₀) zwischen 0.89 to 18.34 in Abhängigkeit vom verwendeten HSV-1-Stamm. Alle untersuchten Verbindungen zeigten in den verwendeten Konzentrationen eine gewisse genotoxische Wirkung mit Ausnahme von Gallussäure-Cetylester (256.60 mmol/L; p < 0.05, Student t-Test). Die genotoxische Aktivität wird warscheinlich durch die Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies der infizierten Zellen induziert und/oder durch die n-Alkyl-Ester der Gallussäure ohne antioxidative Aktivität in den getesteten Konzentrationen, in welchen sie antiherpetisch wirksam waren. Die Hydroxyl-Gruppen der Gallussäure-Grundstruktur könnten durch die Interaktion mit Metallionen des Kulturmediums eine DNA-Läsion hervorrufen.

Dennoch wurde in relativ niedrigen Konzentrationen eine bedeutende antioxidative Aktivität im Vergleich zu Quercetin beobachtet, das aufgrund seines schon beschriebenen antioxidativen Potentials als Vergleichssubstanz eingesetzt wurde. Zusammenfassend kann gesagt werden, daβ die Anwesenheit von Hydroxyl-Gruppen in diesen Molekülen, weniger jedoch die Länge der seitlichen Kohlenstoffkette, das pharmakologische Profil beeinflussen kann.

Key words

Alkyl gallates, anti-herpetic activity, antioxidant activity, cytotoxicity - CAS 138-57-8