Die Amerikanische Traubenkirsche (Prunus serotina Ehrh.), aufgrund der Blütezeit auch Späte Traubenkirsche genannt, ist eine in Nordamerika beheimatete Baum- oder Großstrauchart aus der Familie der Rosengewächse (Rosaceae) [1]. Sie wurde Anfang des 17. Jahrhunderts nach Europa gebracht, wo sie als Zierpflanze in Parks angepflanzt wurde [2]. In heimischen Gebieten besitzt diese Art seit Jahrhunderten einen therapeutischen Nutzwert. Die Früchte von P. serotina sind essbar und liefern verschiedene Nährstoffe. Reife Früchte sind süß und saftig, aber fad im Geschmack, daher sind sie nicht als Dessertobst geeignet; sie dienen jedoch als Rohstoff für die Herstellung von Säften, Konfitüren, Gelees und Likören. Darüber hinaus finden die Früchte in der traditionellen Medizin eine gewisse Anerkennung.

Die Amerikanische Traubenkirsche wurde/wird vor allem in ihrem ursprünglichen Verbreitungsgebiet traditionell zur Herstellung von Sirupen und Tinkturen aus der Rinde mit beruhigender, tonisierender, adstringierender und hustenstillender Wirkung verwendet. Diese Zubereitungen werden zur Linderung von Husten und durch Nervosität verursachten Verdauungsstörungen und Durchfall verabreicht. Auch aus den Zweigen zubereitete Aufgüsse haben eine beruhigende Wirkung. Die Früchte sind auch ein Heilmittel in der traditionellen Medizin Nord- und Mittelamerikas. Sie werden wegen ihrer abführenden (frisch) und obstipierenden (getrocknet) Wirkung verwendet. Auch bei Husten und anderen Atemwegserkrankungen wie Bronchitis kommt Fruchtsirup zum Einsatz. In der traditionellen mexikanischen Medizin wurden Früchte früher nicht nur zur Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen und Infektionen der oberen Atemwege eingesetzt, sondern auch als blutdrucksenkendes Mittel, bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes. Bei verantwortungslosem Umgang mit Drogen, die aus der Amerikanischen Traubenkirsche gewonnen werden, besteht die Gefahr einer Vergiftung aufgrund der darin enthaltenen cyanogenen Stoffe [3] [4] [5].

Das Ziel dieser Arbeit ist es, den aktuellen Wissensstand über die botanisch-ökologischen, phytochemischen und pharmakologischen Eigenschaften von P. serotina zusammenzufassen.

Verbreitung und natürlicher Lebensraum

P. serotina ist eine nordamerikanische Art; sie findet sich an der Ostküste und im Zentrum der USA. In Kanada kommt die Amerikanische Traubenkirsche in den Provinzen Quebec, New Brunswick, Nova Scotia und Ontario vor. Südlich der Vereinigten Staaten ist sie in praktisch ganz Mexiko und Guatemala zu finden. Inzwischen ist sie auf nahezu allen Kontinenten zu finden [1] [6].

Der Baum bzw. Strauch hat keine speziellen Umweltpräferenzen. Diese Pflanze wächst ebenso gut in einem trockenen oder halbtrockenen Klima (z. B. in Mexiko) sowie in gemäßigtem Klima, wie es beispielsweise für Polen charakteristisch ist. Sie kommt auch unter tropischen, nassen und feuchten Bedingungen vor, wie beispielsweise in Florida oder Louisiana. P. serotina bildet dichte Waldbestände oder ist ein dominierendes Element des Unterholzes (dann nimmt sie einen strauchartigen Wuchs an). Sie kommt in Laub- und Mischwäldern oder in Kiefernwäldern vor, auch auf ehemals landwirtschaftlich genutzten Gebieten. Die Amerikanische Traubenkirsche wird als invasive oder expansive Art bezeichnet und stellt eine Bedrohung für das europäische Ökosystem und die Artenvielfalt dar. Bäume und Sträucher dieser Art besetzen natürliche Lebensräume für Hainbuchen, Buchen und Eichen. Als expansive Art zeichnet sich die Amerikanische Traubenkirsche durch die Fähigkeit aus, sich an ungünstige Umweltbedingungen anzupassen, u. a. durch eine hohe Toleranz gegenüber der Bodenart, deren Feuchtigkeit, pH-Wert und Nährstoffgehalt. Dürre oder Frost stellen im Entwicklungszyklus der Traubenkirsche keine nennenswerten Probleme dar [2] [4] [6] [7].

Botanische Charakteristik

P. serotina gilt als eher kurzlebige Pflanze: Individuen dieser Art werden 80–100 Jahre alt und sterben dann. In Europa ist die Amerikanische Traubenkirsche ein meist 5–15 Meter hoher Strauch, in heimischen Gebieten kann sie als Baum bis zu 35 Meter hoch werden und bildet eine schmale, längliche Krone mit kurzen, waagerecht angeordneten Ästen. Die Art hat ein flaches, stark verzweigtes Wurzelsystem, das horizontal wächst. Die Sprosse sind holzig und in den ersten ca. 10 Jahren mit einer glänzenden, glatten, dunkelbraunen, mit der Zeit schwärzenden Rinde bedeckt, die viele deutlich hellere, horizontal angeordnete Risse aufweist. Ein ausgewachsener Baum hat eine dunkelgraue oder schwarze Rinde, die stark zerklüftet, rau und schuppig ist. Nach dem Reiben der Rinde entsteht ein charakteristischer Geruch (der auf die Anwesenheit von cyanogenen Verbindungen zurückzuführen ist), und dem Geruch von Mandeln ähneln kann.

Die Knospen sind eiförmig, bedeckt mit braunen, glänzenden und spitzen Schuppen von bis zu 4 mm Länge. Die Blätter sind wechselständig angeordnet. Sie sind einzeln, kurzschwänzig und haben eine lanzettliche/elliptische Blattform mit einem gezähnten Rand, einer spitzen Spitze und runder Basis [Abb. 1]. Das Blatt ist grün, auf beiden Seiten glatt und glänzend, wobei die Unterseite heller ist und braune Haare aufweist, die entlang der Hauptader verlaufen. Die Innervation ist gefiedert, leicht konvex, schlecht sichtbar. Die Blattspreite ist 4–15 cm lang und 2,5–4 cm breit.

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Die Amerikanische Traubenkirsche blüht Ende Mai und im Juni [Abb. 1]. Die Blüten sprießen in hochgezogenen ausgestreckten Büscheln hervor, 6–15 cm lang. Die Blüten haben einen Durchmesser von bis zu 1 cm und sitzen an kahlen, schlanken und geraden Blütenstielen von bis zu 1 cm Länge. Die Blüte besteht aus 5 Kelchblättern, 5 Kronenblättern und 20 Staubblättern. Die Frucht ist eine kugelige, fleischige Steinfrucht mit einem Durchmesser von 0,8–1,3 cm mit glatter und dünner Haut. Sie sitzt in Büscheln auf einem kurzen Stiel. Während der Reife (Ende August, Anfang September) verfärbt sie sich von hellrot in schwarz [Abb. 2]. Die Frucht schmeckt süß, manchmal mit einem bitteren und leicht säuerlichen Nachgeschmack. In der Frucht befindet sich ein einzelner, ovaler Samen [4] [7] [8] [9].

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Phytochemie

Die dominierenden chemischen Verbindungen in allen P.-serotina-Teilen sind Polyphenole – Flavonole, Flavanone, Procyanidine, Anthocyane und Phenolsäuren. Diese Stoffe wurden durch zahlreiche Techniken charakterisiert – UV, 1H-NMR, 13C-NMR, TLC, UPLC, RP-HPLC, HPLC-DAD MSn, HPLC-MSn. 

Insgesamt 40 Polyphenole im alkoholisch-wässrigen Extrakt aus den Früchten wurden bisher bestätigt, v. a. Quercetin-, Kaempferol- und auch Eriodictyol-Derivate. Außerdem wurden Phenolsäuren wie z. B. Isomere der 5-Feruloyl-, 5-Caffeoyl-, 5-p- und 4-p-Cumaroylchinasäure sowie Hexoside der p-Cumarin-, Kaffee-, Vanillin- und Gallussäure wurde identifiziert. In P.-serotina-Früchten nachgewiesene Flavan-3-ol-Derivate sind: Catechin, Epicatechin, Procyanidine. Die Gruppe der identifizierten Anthocyane umfasst 3-Glykoside von Cyanidin und Peonidin. Bei der quantitativen Analyse mittels HPLC-DAD wurde der Gesamtgehalt an Polyphenolen im Alkohol-Wasser-Extrakt auf 11,4 mg/g Frischegewicht berechnet. Die dominierenden Fraktionen der Polyphenole waren Flavan-3-ol-Derivate (61,4%) und Anthocyane (35,1%). Unter den nicht-polyphenolischen Komponenten wurden in den Früchten geringe Mengen an Triterpensäuren und Cyanoglykosiden gefunden [3] [10] [11].

Polyphenole, die in den aus Blüten gewonnenen Extrakten (Wasser, Alkohol-Wasser, Butanol, Ethylacetat) nachgewiesen wurden, waren Quercetin-, Kaempferol- und Isorhamnetin-Derivate, Methylflavonol, Eriodictyol- und Apigenin-Glykoside, Catechin, Epicatechin, Procyanidine vom Typ B, Caffeoyl-, Feruloyl-, Cumaroyl- und Dicaffeoylchinasäure, Kaffeesäure sowie Kaffee- und p-Cumarsäureglykoside. Die quantitative Analyse ergab, dass der Gesamtgehalt an Polyphenolen in Alkoholextrakten im Bereich von 50–58 mg/g Trockenmasse liegt, während er im wässrigen Extrakt 30 mg/g Trockenmasse betrug. Die dominierenden Polyphenole in allen Extrakten waren Flavan-3-ol-Derivate (13–33 mg/g Trockengewicht) [12] [13] [14] [15].

Polyphenolkomponenten, die in Extrakten (alkoholisch-wässrig und wässrig) aus P.-serotina-Blättern vorkommen, sind Quercetin und seine Derivate, Isorhamnetin- und Kaempferol-Derivate, Syryngetin-, Eriodictyol- und Apigeninhydroxyhexosid, Naringenin, Catechin, Epicatechin, Dimere und Trimere der Procyanidine vom Typ B sowie verschiedene Phenolsäuren (wie Caffeoyl-, Cumaroyl-, Feruloylchinasäure, Kaffee-, Vanillin-, Sinapin-, t-Zimtsäure). Quantitative Bestimmungen der aus den Blättern gewonnenen Extrakte zeigten, dass der Gesamtgehalt an Polyphenolen im Alkohol-Wasser-Extrakt bis 36 mg/g Trockenmasse reicht, während er im wässrigen Extrakt 28 mg/g Trockenmasse beträgt. Die dominierenden Polyphenole im Alkohol-Wasser-Extrakt waren Favonole und Flavan-3-ole, im wässrigen Extrakt Flavan-3-ole und Phenolsäuren. Die Blätter enthalten auch cyanogene Glykoside [12] [13] [14] [15] [16] [17].

Die bislang erhobenen Daten zu den in der Rinde von P. serotina enthaltenen phenolischen Wirkstoffen sind recht dürftig. Anfangs wurde gezeigt, dass ein methanolischer Extrakt das Flavanon Naringenin enthält; darüber hinaus wurde das Vorhandensein von Benzoesäurederivaten sowie von kondensierten Tanninen nachgewiesen [18] [19].

Pharmakologische Aktivität

Antimikrobielle Wirkung

Zahlreiche Studien haben die Wirkung von P.-serotina-Extrakten gegen verschiedene Mikroorganismen – grampositive und gramnegative Bakterien sowie (Schimmel) Pilze – dokumentiert. Wasser- und Wasser-Ethanol- sowie Ethanol-Dichlormethan-, Methanol-, Ethanol- und Aceton-Extrakte aus den Früchten hemmten das Wachstum von Mikroorganismen in Kulturen bzw. führten während der Tests zu einer Verringerung der Anzahl lebender Mikroorganismen. Die Wirksamkeit gegen Enterococcus faecium, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Proteus mirabilis und Acinetobacter baumannii und in geringerem Maße gegen die Pilze Candida utilis, Aspergillus sp. und Fusarium sp. wurde nachgewiesen [17] [20] [21]. Eine antibakterielle Wirkung von Ethanol-Wasser-Extrakten aus der Rinde gegen Stämme von Neisseria gonorrhoeae (Gonorrhoe) wurde ebenfalls nachgewiesen [22].

Antiparasitäre Wirkung

Es wurde gezeigt, dass Hexan-, Ethylacetat- und Methanolextrakte, die aus der Rinde der Amerikanischen Traubenkirsche gewonnen werden, in vitro eine zystizide Wirkung gegen Taenia-crassiceps-Zysten haben. Am wirksamsten erwiesen sich Methanolextrakte. Die Testergebnisse zeigten, dass der Methanolextrakt eine Lähmung der Zysten verursachte (ihre Form und Größe veränderte). In einer In-vivo-Studie wurde festgestellt, dass bei Mäusen, die den Extrakt in einer Dosis von 300 mg/kg Körpergewicht erhielten, Zysten nicht auftraten. Die Zysten veränderten Form und Größe drastisch, verloren an Kraft und verringerten ihre Beweglichkeit [18].

Antioxidative Wirkung

Mithilfe von In-vitro-Analysen wurde die antioxidative Aktivität kommerziell erhältlicher Säfte aus P.-serotina-Früchten überprüft. Für die erste Forschungsphase wurden die chemischen Modelle DPPH, FRAP, ORAC und TEAC verwendet. Im zweiten Teil der Studie wurde auch die Fähigkeit untersucht, die Oxidation von Lipoproteinen niedriger Dichte zu hemmen, die aus dem Plasma gesunder Freiwilliger extrahiert wurden. Die für Traubenkirschsäfte erzielten Ergebnisse wurden abschließend mit den Ergebnissen für andere pflanzliche Getränke verglichen, von denen allgemein bekannt ist, dass sie gesundheitsfördernde Eigenschaften haben. Der aus den Früchten der Amerikanischen Traubenkirsche gewonnene Saft hatte eine mäßige Aktivität; seine Wirkung war schwächer als die von Granatapfelsaft oder Blaubeersaft. Andererseits war er aktiver als Apfelsaft, Orangensaft oder grüner Tee [23].

Auswirkungen auf das kardiovaskuläre System

In einem In-vitro-Rattenaortenmodell wurde gezeigt, dass ein aus P.-serotina-Blättern gewonnener 50%iger Methanol-Wasser-Extrakt gefäßerweiternde Eigenschaften besitzt. Der Extrakt verursachte in einer Konzentration von 100 µg/ml eine Gefäßerweiterung um etwa 45%. Andere Forscher untersuchten 80%ige Methanol-Wasser-Extrakte, die aus dem Endo-, Meso- und Exokarp von P.-serotina-Früchten hergestellt wurden, auf In-vitro-Effekte auf die Entspannung der glatten Aortenmuskulatur von Ratten. Der aus dem Exokarp hergestellte Extrakt war am aktivsten – er hatte einen EC50-Wert (die Hälfte der maximal wirksamen Konzentration) von 35 µg/ml. Zum Vergleich: Der EC50-Wert des Referenzarzneimittels Acetylcholin betrug 9 µg/ml. In der Studie von Luna-Vázquez et al. [24] wiederum wurde gezeigt, dass aus Dichlormethan-Fruchtextrakt isolierte lipophile Verbindungen, also Ursolsäure und Uvaol, gefäßrelaxierende Eigenschaften haben. Laut den Autoren ergibt sich der wahrscheinliche Wirkungsmechanismus dieser Komponenten aus ihrem Einfluss auf die Signalwege NO/cGMP und H2S/KATP, die für die Entspannung der glatten Muskulatur der Blutgefäße verantwortlich sind. Die Verbindungen konnten beide Wege gleichzeitig aktivieren. Die Forschung ergab außerdem, dass die getesteten Triterpene sowohl eNOS (endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase) als auch CSE (Cystathionin-γ-Lyase) aktivieren können, indem sie allosterisch an diese Enzyme an Stellen binden, die ihre Wirkung steuern. Die Aktivierung dieser beiden Enzyme trägt zur gefäßentspannenden Wirkung bei [3] [24] [25].

Zytostatische Eigenschaften

Es wurde auch gezeigt, dass methanolische Extrakte aus der Rinde eine zytotoxische Wirkung auf menschliche Dickdarmkrebszellen (HCT-116) und menschliche Dickdarmadenokarzinomzellen (SW480) haben. Die Autoren der Studie stellten fest, dass der obige Effekt auf den Mechanismus der erhöhten Expression des NAG-1-Gens und der Unterdrückung des β-Catenin-Signals zurückzuführen ist, gefolgt von einer Verringerung der Expression von Cyclin D1, was letztendlich zu Apoptose und Hemmung des Krebszellwachstums führt [26] [27].

Bewertung bestehender Studien zur biologischen Aktivität

Da es sich bei den Substanzen, die in den aus P. serotina gewonnenen Extrakten vorkommen, um Polyphenole handelt, wobei Tannine/Gerbstoffe dominieren (Dimere, Trimere, Tetramere der Procyanidine vom Typ B), ist zu beachten, dass die hier vorgestellten Ergebnisse aus In-vitro-Tests möglicherweise keinen direkten Einfluss auf In-vivo-Bedingungen haben. Nach der Einnahme werden im Dünndarm nur freie Phenolsäuren, Flavonoid-Aglykone und einige Glukoside resorbiert, außerdem in geringem Umfang einfache Flavan-3-ole oder Proanthocyanidin-Dimere. Dennoch gelangen die meisten der konsumierten Polyphenole (ca. 90%) – darunter Flavonoidglykoside und insbesondere Procyanidine mit einem höheren Polymerisationsgrad – in den Dickdarm und unterliegen dort dem mikrobiologischen Abbau. Die wichtigsten systemisch auftretenden Metaboliten dieser sekundären Pflanzenstoffe sind Phenylessigsäuren, Phenylpropionsäuren und Phenylvalerolactone. Die Forschungsergebnisse zu Veränderungen in der Struktur oral eingenommener Phytostoffen unter dem Einfluss der Darmmikrobiota führen dazu, dass bei der Beurteilung der Auswirkungen von Substanzen in Lebensmitteln und Arzneimitteln auf den menschlichen Organismus nun auch die biologische Aktivität von Metaboliten berücksichtigt werden muss. Es kann auch sinnvoll sein, über die Durchführung von Untersuchungen zur therapeutischen Wirkung von aus P. serotina gewonnenen Substanzen im Darm nachzudenken, wo die nahezu unveränderte Polyphenolfraktion ankommen kann. Tannine haben eine adstringierende und antimikrobielle Wirkung, daher sollte man bei der Erforschung tanninreicher pflanzlicher Rohstoffe nicht nur die orale Anwendung, sondern auch die Bedeutung ihrer Zubereitungen bei der lokalen Behandlung von entzündlich-oxidativen oder infektiösen Erkrankungen der Haut und der Schleimhäute untersuchen.

Fazit

Früchte, Blätter, Rinde und Blüten von P. serotina sind eine gute Quelle für Polyphenole mit biologischer Aktivität. Aktuelle wissenschaftliche Forschungsergebnisse bestätigen die pharmakologischen Eigenschaften von Extrakten aus verschiedenen P.-serotina-Drogen. Bisher konzentrierten sich Studien zur biologischen Aktivität in In-vitro- und In-vivo-Modellen hauptsächlich auf die Analyse des antioxidativen, antimikrobiellen, zytotoxischen und blutdrucksenkenden Potenzials. Es ist jedoch zu beachten, dass die Anzahl und der Detaillierungsgrad der bisher durchgeführten pharmakologischen Aktivitätsanalysen keinen Anspruch auf Vollständigkeit erheben. Für eine breitere Nutzung der diskutierten Pflanzenstoffe ist es notwendig, diese Studien mit der Nutzung experimenteller Modelle sowie vor allem klinischer Studien fortzusetzen, um die molekularen Wirkungsmechanismen und die Bioverfügbarkeit sowie die klinische Wirksamkeit und Sicherheit genauer zu bestimmen. Es ist außerdem von entscheidender Bedeutung, alle wichtigen Substanzen, die für die therapeutischen Wirkungen verantwortlich sind, genau zu identifizieren und die entsprechenden Standardisierungsverfahren für Extrakte zu überprüfen.