Coumarins as a base for the drug development: yes or no?

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

It is well known that coumarin derivatives are widely distributed in nature and have a wide spectrum of biological activity. At the same time, only a few compounds containing a coumarin fragment are used in the clinics. These compounds include for example the anticoagulant warfarin and the anthelmintic drug haloxon. In the present article is discussed the few examples of biological activity of coumarin derivatives, the mechanisms of action of these compounds and the problems that arise in the development of new drugs, as well as the prospects for using coumarins as leader compounds.

About the authors

Elena V. Litasova

Institute of Experimental Medicine

Email: llitasova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0999-8212
SPIN-code: 5568-8939

Cand. Sci. (Biol.), Leading Research Associate of the Laboratory of Drug Design and Nanotechnology, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Viktor V. Iljin

Institute of Experimental Medicine

Email: victor.iljin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1012-7561
SPIN-code: 5559-8089

Cand. Sci. (Chem.), Research Associate of the Laboratory of Drug Design and Nanotechnology, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Leonid V. Myznikov

Institute of Experimental Medicine

Email: postleo@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0863-3027

Dr. Sci. (Chem.), Research Associate, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Maria A. Brusina

Institute of Experimental Medicine

Email: mashasemen@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8433-120X
SPIN-code: 8953-8772

Cand. Sci. (Chem.), Junior Research Associate of the Laboratory of Drug Design and Nanotechnology, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Levon B. Piotrovskiy

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: levon-piotrovsky@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8679-1365
SPIN-code: 2927-6178

Dr. Sci. (Biol.), Head of the Laboratory Drug Design and Nanotechnology, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Zefirova ON, Balakin KV, Krasavin MJu, et al. Glossarii russkoyazychnykh terminov v meditsinskoi khimii. Russian Chemical Bulletin. 2019:(12):2381–2395. (In Russ.)
  2. Bourgaud F, Gravot A, Milesi S, Gontier E. Production of plant secondary metabolites: a historical perspective. Plant Science. 2001;161(5):839–851. doi: 10.1016/S0168-9452(01)00490-3
  3. Dangl J, Jones J. Plant pathogens and integrated defense responses to infection. Nature. 2001;411(6839):826–833. doi: 10.1038/35081161
  4. Iqbal Z, Iqbal MS, Hashem A, et al. Plant defense responses to biotic stress and its interplay with fluctuating dark/light conditions. Front Plant Sci. 2021;12:631810. doi: 10.3389/fpls.2021.631810
  5. Link KP. The discovery of dicumarol and its sequels. Circulation. 1959;19(1):97–107. doi: 10.1161/01.CIR.19.1.97
  6. Jain PK, Joshi H. Coumarin: chemical and pharmacological profile. J Appl Pharm Sci. 2012;2(6):236–240. doi: 10.7324/JAPS.2012.2643
  7. Medina FG, Marrero JG, Macías-Alonso M, et al. Coumarin heterocyclic derivatives: chemical synthesis and biological activity. Nat Prod Rep. 2015;32(10):1472–1507. doi: 10.1039/c4np00162a
  8. Deng M, Xie L, Zhong L, et al. Imperatorin: A review of its pharmacology, toxicity and pharmacokinetics. Eur J Pharmacol. 2020;879:173124. doi: 10.1016/j.ejphar.2020.173124
  9. Bryda J, Zagaja M, Szewczyk A, Andres-Mach M. Coumarins as potential supportive medication for the treatment of epilepsy. Acta Neurobiol Exp (Wars). 2019;79(2):126–132. doi: 10.21307/ane-2019-011
  10. Kostova I. Studying plant derived coumarins for their pharmacological and therapeutic properties as potential anticancer drugs. Expert Opin Drug Discov. 2007;2(12):1605–1618. doi: 10.1517/17460441.2.12.1605
  11. Akkol EK, Genc Y, Karpuz B, et al. Coumarins and coumarin-related compounds in pharmacotherapy of cancer. Cancers (Basel). 2020;12(7):1959. doi: 10.3390/cancers12071959
  12. Al-Warhi T, Sabt A, Elkaeed EB, Eldehna WM. Recent advancements of coumarin-based anticancer agents: An up-to-date review. Bioorg Chem. 2020;103:104163. doi: 10.1016/j.bioorg.2020.104163
  13. Venkata Sairam K, Gurupadayya BM, Chandan RS, et al. A Review on chemical profile of coumarins and their therapeutic role in the treatment of cancer. Curr Drug Deliv. 2016;13(2):186–201. doi: 10.2174/1567201812666150702102800
  14. Thakur A, Singla R, Jaitak V. Coumarins as anticancer agents: a review on synthetic strategies, mechanism of action and SAR studies. Eur J Med Chem. 2015;28;101:476–495. doi: 10.1016/j.ejmech.2015.07.010
  15. Hassan MZ, Osman H, Ali MA, Ahsan MJ. Therapeutic potential of coumarins as antiviral agents. Eur J Med Chem. 2016;123:236–255. doi: 10.1016/j.ejmech.2016.07.056
  16. Mishra S, Pandey A, Manvati S. Coumarin: an emerging antiviral agent. Heliyon. 2020;6(1):e03217. doi: 10.1016/heliyon.2020.e03217
  17. Kostova I, Bhatia S, Grigorov P, et al. Coumarins as antioxidants. Curr Med Chem. 2011;18(25):3929–3951. doi: 10.2174/092986711803414395
  18. Luszczki JJ, Andres-Mach M, Cisowski W, et al. Osthole suppresses seizures in the mouse maximal electroshock seizure model. Eur J Pharmacol. 2009;607(1–3):107–109. doi: 10.1016/j.ejphar.2009.02.022
  19. Luszczki JJ, Wojda E, Andres-Mach M, et al. Anticonvulsant and acute neurotoxic effects of imperatorin, osthole and valproate in the maximal electroshock seizure and chimney tests in mice: a comparative study. Epilepsy Res. 2009;85(2–3):293–299. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2009.03.027
  20. Mokrov GV, Savel’ev VL, Voronina TA, et al. Synthesis and anticonvulsant activity of N-substituted 4-amino-3-nitrocoumarins. Pharm Chem J. 2019;53(2):118–124. doi: 10.1007/s11094-019-01964-7
  21. Mokrov GV, Litvinova SA, Voronina TA, et al. Design, synthesis, and anticonvulsant evaluation of 4-GABA-3-nitrocoumarines, 1-thiocoumarines, quinolone-2-ones, and their derivatives. Med Chem Res. 2019;28(11):1901–1911. doi: 10.1007/s00044-019-02422-5
  22. Yakovleva EE, Myznikov LV, Shabanov PD. Comparison of the anticonvulsant activities of substituted hydroxycoumarins and 4-[(3-nitro-2-oxo-2h-chromen-4-yl)amino] butanoic acid. Pharm Chem J. 2020;54(9):904–908. doi: 10.1007/s11094-020-02294-9
  23. Woo TS, Yoon SY, de la Pena IC, et al. Anticonvulsant effect of Artemisia capillaris Herba in mice. Biomol Ther. 2011;19(3):342–347. doi: 10.4062/biomolther.2011.19.3.342
  24. Tosun F, Kızılaya CA, Erol K, et al. Anticonvulsant activity of furanocoumarins and the essential oil obtained from the fruits of Heracleum crenatifolium. Food Chem. 2008;107(3):990–993. doi: 10.1016/j.foodchem.2007.08.085
  25. Egan D, O’Kennedy R, Moran E, et al. The pharmacology, metabolism, analysis, and applications of coumarin and coumarin-related compounds. Drug Metab Rev. 1990;22(5):503–529. doi: 10.3109/03602539008991449
  26. Kirsch G, Abdelwahab AB, Chaimbault P. Natural and synthetic coumarins with effects on inflammation. Molecules. 2016;21(10):1322. doi: 10.3390/molecules21101322
  27. Zhao D, Islam MN, Ahn BR, et al. In vitro antioxidant and anti-inflammatory activities of Angelica decursiva. Arch Pharm Res. 2012;35(1):179–192. doi: 10.1007/s12272-012-0120-0
  28. Liang C, Ju W, Pei S, et al. Pharmacological activities and synthesis of esculetin and its derivatives: a mini-review. Molecules. 2017;22(3):387. doi: 10.3390/molecules22030387
  29. Iranshahi M, Askari M, Sahebkar A, et al. Evaluation of antioxidant, anti-inflammatory and lipoxygenase inhibitory activities of the prenylated coumarin umbelliprenin. DARU J Pharm Sci. 2015;17(2):99–103.
  30. Jarboe CH, Zirvi KA, Nicholson JA, et al. Scopoletin, an antispasmodic component of Viburnum opulus and Prunifolium. J Med Chem. 1967;10(3):488–489. doi: 10.1021/jm00315a045
  31. Khan S, Shehzad O, Cheng MS, et al. Pharmacological mechanism underlying anti-inflammatory properties of two structurally divergent coumarins through the inhibition of pro-inflammatory enzymes and cytokines. J Inflamm (Lond). 2015;12:47. doi: 10.1186/s12950-015-0087-y
  32. Fylaktakidou KC, Hadjipavlou-Litina DJ, Litinas KE, et al. Natural and synthetic coumarin derivatives with anti-inflammatory/antioxidant activities. Curr Pharm Des. 2004;10(30):3813–3833. doi: 10.2174/1381612043382710
  33. Kancheva VD, Slavova-Kazakova AK, Angelova SE, et al. Protective effects of 4-methylcoumarins and related compounds as radical scavengers and chain-breaking antioxidants. Biochimie. 2017;140:133–145. doi: 10.1016/j.biochi.2017.07.010
  34. Li H, Yao Y, Li L. Coumarins as potential antidiabetic agents. J Pharm Pharmacol. 2017;69(10):1253–1264. doi: 10.1111/jphp.12774
  35. Seema PV, Sudha B, Padayatti PS, et al Kinetic studies of purified malate dehydrogenase in liver of streptozotocin-diabetic rats and the effect of leaf extract of Aegle marmelose (L.) Correa ex Roxb. Indian J Exp Biol. 1996;34(6):600–602.
  36. Kamalakkannan N, Prince PS. Hypoglycaemic effect of water extracts of Aegle marmelos fruits in streptozotocin diabetic rats. J Ethnopharmacol. 2003;87(2–3):207–210. doi: 10.1016/s0378-8741(03)00148-x
  37. Yao Y, Zhao X, Xin J, et al. Coumarins improved type 2 diabetes induced by high-fat diet and streptozotocin in mice via antioxidation. Can J Physiol Pharmacol. 2018;96(8):765–771. doi: 10.1139/cjpp-2017-0612
  38. Nurul Islam M, Jung HA, Sohn HS, et al. Potent α-glucosidase and protein tyrosine phosphatase 1B inhibitors from Artemisia capillaris. Arch Pharm Res. 2013;36(5):542–552. doi: 10.1007/s12272-013-0069-7
  39. Wu SJ. Osthole attenuates inflammatory responses and regulates the expression of inflammatory mediators in hepg2 cells grown in differentiated medium from 3T3-L1 preadipocytes. J Med Food. 2015;18(9):972–979. doi: 10.1089/jmf.2014.3314
  40. Prabakaran D, Ashokkumar N. Protective effect of esculetin on hyperglycemia-mediated oxidative damage in the hepatic and renal tissues of experimental diabetic rats. Biochimie. 2013;95(2):366–373. doi: 10.1016/j.biochi.2012.10.008
  41. Liang HJ, Suk FM, Wang CK, et al. Osthole, a potential antidiabetic agent, alleviates hyperglycemia in db/db mice. Chem Biol Interact. 2009;181(3):309–315. doi: 10.1016/j.cbi.2009.08.003
  42. Zhang WY, Lee JJ, Kim Y, et al. Amelioration of insulin resistance by scopoletin in high-glucose-induced, insulin-resistant HepG2 cells. Horm Metab Res. 2010;42(13):930–935. doi: 10.1055/s-0030-1265219
  43. Hammerschmidt R. Phytoalexins: what have we learned after 60 years? Annu Rev Phytopathol. 1999;37:285–306. doi: 10.1146/annurev.phyto.37.1.285
  44. Asif M. Pharmacological activities and phytochemistry of various plants containing coumarin derivatives. Curr Sci Perspectives. 2015;1(3):77–90.
  45. Davis RA, Vullo D, Supuran CT, Poulsen SA. Natural product polyamines that inhibit human carbonic anhydrases. Biomed Res Int. 2014;2014:374079. doi: 10.1155/2014/374079
  46. Pochet L, Frédérick R, Masereel B. Coumarin and isocoumarin as serine protease inhibitors. Curr Pharm Des. 2004;10(30):3781–3796. doi: 10.2174/1381612043382684
  47. Tan X, Soualmia F, Furio L, et al. Toward the first class of suicide inhibitors of kallikreins involved in skin diseases. J Med Chem. 2015;58:598–612. doi: 10.1021/jm500988d
  48. Xu Z, Chen Q, Zhang Y, Liang C. Coumarin-based derivatives with potential.anti-HIV activity. Fitoterapia. 2021;150:104863. doi: 10.1016/j.fitote.2021.104863
  49. Kang SY, Kim YC. Neuroprotective coumarins from the root of Angelica gigas: structure-activity relationships. Arch Pharm Res. 2007;30(11):1368–1373. doi: 10.1007/BF02977358
  50. Marumoto S, Miyazawa M. Structure-activity relationships for naturally occurring coumarins as β-secretase inhibitor. Bioorg Med Chem. 2012;20(2):784–788. doi: 10.1016/j.bmc.2011.12.002
  51. Holbrook AM, Pereira JA, Labiris R, et al. Systematic overview of warfarin and its drug and food interactions. Arch Intern Med. 2005;165(10):1095–1106. doi: 10.1001/archinte.165.10.1095
  52. Gage BF, Fihn SD, White RH. Management and dosing of warfarin therapy. Am J Med. 2000;109(6):481–488. doi: 10.1016/S0002-9343(00)00545-3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Сoumarin (I), furano- (II), pyrano- (III) and pyronsubstituted coumarins (IV)

Download (79KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structures of the emperatorin (V) and osthol (VI)

Download (32KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Derivatives of aminocoumarins with anticonvulsant activity (VII, X = O, NH, S)

Download (19KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Derivatives of 7-hydroxycoumarins with anticonvulsant activity (VIII)

Download (20KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Esculetin (IX) and umbelliferon (X)

Download (24KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Scopoletin (XI) and marmesin (XII)

Download (29KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».