Beta-asarone is one of the main bioactive constituents in traditional Chinese medicine Acorus calamu. Previous studies have shown that it has antifungal and anthelmintic activities. However, little is known about its anticancer effects. This study aimed to determine inhibitory effects on LoVo colon cancer cell proliferation and to clarify the underlying mechanisms in vitro and in vivo. Dose-response and time-course anti-proliferation effects were examined by MTT assay. Our results demonstrated that LoVo cell viability showed dose- and time-dependence on ${\beta}$-asarone. We further assessed anti-proliferation effects as ${\beta}$-asarone-induced apoptosis by annexin V-fluorescein isothiocyanate/propidium iodide assay usinga flow cytometer and observed characteristic nuclear fragmentation and chromatin condensation of apoptosis by microscopy. Moreover, we found the apoptosis to be induced through the mitochondrial/caspase pathway by decreasing mitochondrial membrane potential (MMP) and reducing the Bcl-2-to-Bax ratio, in addition to activating the caspase-9 and caspase-3 cascades. Additionally, the apoptosis could be inhibited by a pan-caspase inhibitor, carbobenzoxy-valyl-alanyl-aspartyl-[O-methyl]-fluoromethylketone (Z-VAD-FMK). When nude mice bearing LoVo tumor xenografts were treated with ${\beta}$-asarone, tumor volumes were reduced and terminal deoxynucleotide transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL) assays of excised tissue also demonstrated apoptotic changes. Taken together, these findings for the first time provide evidence that ${\beta}$-asarone can suppress the growth of colon cancer and the induced apoptosis is possibly mediated through mitochondria/caspase pathways.
Cheol Ju Kim;Tae Young Kwak;Min Hyeok Bae;Hwa Kyoung Shin;Byung Tae Choi
Journal of Pharmacopuncture
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v.25
no.4
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pp.326-343
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2022
Neurological disorders represent a substantial healthcare burden worldwide due to population aging. Acorus gramineus Solander (AG) and Acorus tatarinowii Schott (AT), whose major component is asarone, have been shown to be effective in neurological disorders. This review summarized current information from preclinical and clinical studies regarding the effects of extracts and active components of AG and AT (e.g., α-asarone and β-asarone) on neurological disorders and biomedical targets, as well as the mechanisms involved. Databases, including PubMed, Embase, and RISS, were searched using the following keywords: asarone, AG, AT, and neurological disorders, including Alzheimer's disease, Parkinson's disease, depression and anxiety, epilepsy, and stroke. Meta-analyses and reviews were excluded. A total of 873 studies were collected. A total of 89 studies were selected after eliminating studies that did not meet the inclusion criteria. Research on neurological disorders widely reported that extracts or active components of AG and AT showed therapeutic efficacy in treating neurological disorders. These components also possessed a wide array of neuroprotective effects, including reduction of pathogenic protein aggregates, antiapoptotic activity, modulation of autophagy, anti-inflammatory and antioxidant activities, regulation of neurotransmitters, activation of neurogenesis, and stimulation of neurotrophic factors. Most of the included studies were preclinical studies that used in vitro and in vivo models, and only a few clinical studies have been performed. Therefore, this review summarizes the current knowledge on AG and AT therapeutic effects as a basis for further clinical studies, and clinical trials are required before these findings can be applied to human neurological disorders.
The rhizomes of Acorus gramineus have frequently been used in traditional medicine mainly for sedation as well as enhancing brain function. In this study, the anti-allergic activity of A. gramineus was investigated. The 70% ethanol extract of the rhizomes of A. gramineus was found to inhibit the allergic response against 5-lipoxygenase (5-LOX)-catalyzed leukotriene (LT) production from rat basophilic leukemia (RBL)-1 cells and ${\beta}$-hexosaminidase release from RBL-2H3 cells with $IC_{50}$'s of 48.9 and > $200{\mu}g/ml$, respectively. Among the 9 major constituents isolated, ${\beta}$-asarone, (2R,3R,4S,5S)-2,4-dimethyl-1,3-bis (2',4',5'-trimethoxyphenyl)tetrahydrofuran (AF) and 2,3-dihydro-4,5,7-trimethoxy-1-ethyl-2-methyl-3-(2,4,5-trimethoxyphenyl)indene (AI) strongly inhibited 5-LOX-catalyzed LT production in A23187-treated RBL-1 cells, AI being the most potent ($IC_{50}=6.7{\mu}M$). Against ${\beta}$-hexosaminidase release by antigen-stimulated RBL-2H3 cells, only AI exhibited strong inhibition ($IC_{50}=7.3{\mu}M$) while ${\beta}$-asarone and AF showed 26.0% and 39.9% inhibition at $50{\mu}M$, respectively. In addition, the ethanol extract of A. gramineus showed significant inhibitory action against the hapten-induced delayed hypersensitivity reaction in mice by oral administration at 200 mg/kg. Therefore, it is suggested that A. gramineus possesses anti-allergic activity and the constituents including ${\beta}$-asarone and AI certainly contribute to the anti-allergic activity of the rhizomes of A. gramineus.
An effective analytical method of gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) was developed for the rapid determination of essential oils in the crude extract of Acorus species (Acorus gramineus, Acorus tatarinowii, and Acorus calamus). Major phenypropanoids (${\beta}$,${\alpha}$-asarone isomers, euasarone, and methyleugenol) and ${\beta}$-caryophyllene in Acorus species were used as marker compounds and determined for the quality control of herbal medicines. To extract marker compounds, various extraction techniques such as solvent immersion, mechanical shaking, and sonication were compared, and the greatest efficiency was observed with sonication extraction using petroleum ether. The dynamic range of the GC/MS method depended on the specific analyte; acceptable quantification was obtained between 10 and 2000 ${\mu}g/mL$ for ${\beta}$-asarone, 10 and 500 ${\mu}g/mL$ for ${\alpha}$-asarone, 10 and 200 ${\mu}g/mL$ for methyleugenol, and between 5 and 100 ${\mu}g/mL$ for ${\beta}$-caryophyllene. The method was deemed satisfactory by inter- and intra-day validation and exhibited both high accuracy and precision, with a relative standard deviation < 10%. Overall limits of detection were approximately 0.34-0.83 ${\mu}g/mL$, with a standard deviation (${\sigma}$)-to-calibration slope (s) ratio (${\sigma}$/s) of 3. The limit of quantitation in our experiments was approximately 1.13-3.20 ${\mu}g/mL$ at a ${\sigma}$/s of 10. On the basement of method validation, 20 samples of Acorus species collected from markets in Korea were monitored for the quality control. In addition, principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) were performed on the analytical data of 20 different Acorus species samples in order to classify samples that were collected from different regions.
${\beta}$-asarone (BAS) is an active component of Acori graminei rhizoma, a traditional medicine used clinically in treating dementia and chronic stress in Korea. However, the cognitive effects of BAS and its mechanism of action have remained elusive. The purpose of this study was to examine whether BAS improved spatial cognitive impairment induced in rats following chronic corticosterone (CORT) administration. CORT administration (40 mg/kg, i.p., 21 days) resulted in cognitive impairment in the avoidance conditioning test (AAT) and the Morris water maze (MWM) test that was reversed by BAS (200 mg/kg, i.p). Additionally, as assessed by immunohistochemistry and RT-PCR analysis, the administration of BAS significantly alleviated memory-associated decreases in the expression levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and cAMP-response element-binding protein (CREB) proteins and mRNAs in the hippocampus. Also, BAS administration significantly restored the expression of Bax and Bcl-2 mRNAs in the hippocampus. Thus, BAS may be an effective therapeutic for learning and memory disturbances, and its neuroprotective effect was mediated, in part, by normalizing the CORT response, resulting in regulation of BDNF and CREB functions and anti-apoptosis in rats.
We investigated the anxiolytic-like activity of ${\alpha}$-asarone (AAS) from Acorus gramineus in an experimental rat model of anxiety induced by repeated administration of the exogenous stress hormone corticosterone (CORT). The putative anxiolytic effect of AAS was studied in behavioral tests of anxiety, such as the elevated plus maze (EPM) test and the hole-board test (HBT) in rats. For 21 consecutive days, male rats received 50, 100, or 200 mg/kg AAS (i.p.) 30 min prior to a daily injection of CORT. Dysregulation of the HPA axis in response to the repeated CORT injections was confirmed by measuring serum levels of CORT and the expression of corticotrophin-releasing factor (CRF) in the hypothalamus. Daily AAS (200 mg/kg) administration increased open-arm exploration significantly in the EPM test, and it increased the duration of head dipping activity in the HBT. It also blocked the increase in tyrosine hydroxylase (TH) expression in the locus coeruleus (LC) and decreased mRNA expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its receptor, TrkB, in the hippocampus. These results indicated that the administration of AAS prior to high-dose exogenous CORT significantly improved anxiety-like behaviors, which are associated with modification of the central noradrenergic system and with BDNF function in rats. The current finding may improve understanding of the neurobiological mechanisms responsible for changes in emotions induced by repeated administration of high doses of CORT or by elevated levels of hormones associated with chronic stress. Thus, AAS did exhibit an anxiolytic-like effects in animal models of anxiety.
Objectives : ${\beta}$-Asarone (BAS) is an active ingredient in Acori Rhizoma. This study investigated anti-neuroinflammatory and memory ameliorating effects of BAS in systemic lipopolysaccharide (LPS)-treated C57BL/6 mice. Methods : BAS was administered orally at doses of 7.5, 15, and 30 mg/kg for 3 days prior to LPS (3 mg/kg, intraperitoneal) injection. Pro-inflammatory cytokine mRNA, including tumor necrosis factor-${\alpha}$ (TNF-ㅍ), interleukin (IL)-$1{\beta}$ and IL-6, was measured in hippocampus tissue using real-time polymerase chain reaction at 4 h after the LPS injection. An ameliorating effect of 30 mg/kg BAS on learning and memory impairment in the LPS-treated mice was verified using the Morris water maze test. Results : BAS significantly attenuated up-regulation of TNF-${\alpha}$, IL-$1{\beta}$, and IL-6 mRNA in hippocampus tissue of the LPS-treated mice. In acquisition training test, BAS improved learning performance of the LPS-treated mice with a significant decrease of escape latency to the platform. In memory retention test, BAS also ameliorated memory impairment of the LPS-treated mice with a significant increase of swimming time in zones neighboring to the platform, number of target heading, and memory score. Conclusion : The results suggest that inhibition of pro-inflammatory cytokines and neuroinflammation in the hippocampus by BAS could be one of the mechanisms for BAS-mediated ameliorating effect on learning and memory impairment in LPS-treated mice.
The rhizomes of the Acorus gramineus Soland have been used as sedatives, analgesics, stomachics and anthelmintics in chinese medicine. It is known that the rhizomes of the Acorus gramineus Soland contains the essential oil about 0.5~0.8% and this essential oil contains asarone about 86%. The asarone possess many pharmacological properties similar to those of reserpine and chlorpromazine. Sedative and analgesic effects of essential oil of Acorus gramineus Solaad in mouse was observed. The essential oil of Acorus gramineus Soland decreased the frequency of ambulation on mouse in proportion of concentration. ${\alpha}_2$ receptor antagonist(yohimbine hydrochloride) and opioids receptor antagonist(naloxone hydrochloride) were markedly decreased in frequency of ambulation. The essential oil of Acorus gramineus Soland decreased writhing syndrome in mouse and ${\alpha}_2$ receptor antagonist(yohimbine hydrochloride), opioids receptor antagonist(naloxone hydrochloride) were not increased above effects. In conclusion, these experimental results show that the essential oil of Acorus gramineus Soland have sedative and analgesic effects, but it did not antagonized ${\alpha}_2$ receptor antagonist(yohimbine hydrochloride) and opioids receptor antagonist(naloxone hydrochloride).
Asarum sieboldii has been used for treatment of fever, pain, common cold, and chronic sinusitis in Korea. In this study, we performed quantification analysis of seven major constituents including aristolochic acid I, aristolochic acid II, ${\alpha}$-asarone, ${\beta}$-asarone, elemicin, methyl eugenol, and safrole in the 70% ethanol extract of Asarum sieboldii and its solvent fractions, n-hexane, ethylacetate, n-butanol, and water ones using a ultra-performance liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer(UPLC-ESI-MS) and gas chromatography-mass spectrometer(GC-MS). Regression equations of seven components were acquired with $r^2$ values >0.99. The values of limit of detection(LOD) and quantification(LOQ) were 0.1-3.9 ng/mL and 0.3-11.7 mg/mL, respectively. The amount of the seven compounds in Asarum sieboldii were not detected -143.66 mg/g. The established LC-MS/MS and GC-MS methods will be helpful to improve quality control of Asarum sieboldii.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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