universidade de lisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/6211/1/ulsd062640_td_pedro_fale.pdf ·...

176
UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA BIOLOGICAL ACTIVITIES OF Plectranthus barbatus AQUEOUS EXTRACTS. IN VITRO AND IN VIVO STUDIES OF ACTIVITY, BIOAVAILABILITY AND METABOLISM. Pedro Luis Vieira Falé DOUTORAMENTO EM BIOQUÍMICA (Bioquímica Farmacêutica e Toxicológica) 2011

Upload: habao

Post on 11-Oct-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

UNIVERSIDADE DE LISBOA

FACULDADE DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA

BIOLOGICAL ACTIVITIES OF Plectranthus barbatus

AQUEOUS EXTRACTS.

IN VITRO AND IN VIVO STUDIES OF ACTIVITY,

BIOAVAILABILITY AND METABOLISM.

Pedro Luis Vieira Falé

DOUTORAMENTO EM BIOQUÍMICA

(Bioquímica Farmacêutica e Toxicológica)

2011

 

 

 

UNIVERSIDADE DE LISBOA

FACULDADE DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA

BIOLOGICAL ACTIVITIES OF Plectranthus barbatus

AQUEOUS EXTRACTS.

IN VITRO AND IN VIVO STUDIES OF ACTIVITY,

BIOAVAILABILITY AND METABOLISM.

Pedro Luis Vieira Falé

DOUTORAMENTO EM BIOQUÍMICA

(Bioquímica Farmacêutica e Toxicológica)

Tese orientada por

Prof. Doutora Maria Luísa Mourato Oliveira Marques Serralheiro

Prof. Doutora Lia Maria Pereira de Ascensão Santos e Sousa

2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The work presented in this thesis was performed in the 

Centro de Química e Bioquímica da Faculdade de 

Ciências da Universidade de Lisboa, with the financial 

support of Fundação para a Ciência e a Tecnologia 

(SFRH/BD/37547/2007) 

 

 

 

 

 

v  

De  acordo  com  o  disposto  no Artigo  nº  41  do  Regulamento  de  Estudos  Pós‐Graduados  da 

Universidade  de  Lisboa,  Deliberação  nº  1506/2006,  publicada  no  Diário  da  República,  2ª 

série—Nº  209—30  de  Outubro  de  2006,  foram  incluidos  nesta  dissertação  resultados  dos 

seguintes artigos: 

 

Falé  PL,  Borges  C, Madeira  PJA,  Ascensão  L,  Araújo MEM,  Florêncio  MH,  Serralheiro  MLM.  2009. 

Rosmarinic  acid,  scutellarein  4’‐methyl  ether  7‐O‐glucuronide  and  (16S)‐coleon  E  are  the  main 

compounds  responsible  for  the  antiacetylcholinesterase  and  antioxidant  activity  in  herbal  tea  of 

Plectranthus barbatus (‘‘falso boldo”). Food Chem. 114: 798–805. 

 

Porfirio  S,  Falé  PL,  Madeira  PJA,  Florêncio  H,  Ascensão  L,  Serralheiro  MLM.  2010. 

Antiacetylcholinesterase  and  antioxidant  activities  of  Plectranthus  barbatus  tea,  after  in  vitro 

gastrointestinal metabolism, Food Chem. 122: 798–805. 

 

Falé  PL,  Madeira  PJ,  Florêncio  MH,  Ascensão  L,  Serralheiro  MLM.  2011.  Function  of  Plectranthus 

barbatus herbal tea as neuronal acetylcholinesterase inhibitor. Food Funct. 2: 130‐136. 

 

Falé PL, Ascensão L, Serralheiro MLM, Haris PI. 2011. Interaction between Plectranthus barbatus herbal 

tea components and human serum albumin and  lysozyme: binding and activity studies. Spectroscopy. 

26: 79–92. 

 

Falé PL, Ascensão L, Serralheiro MLM, Haris PI.  Interaction between Plectranthus barbatus herbal  tea 

components and acetylcholinesterase: binding and activity studies. Submitted to Food Funct.  

 

Falé  PL, Ascensão  L,  Serralheiro MLM.  Bioavailability  of  rosmarinic  acid,  luteolin,  apigenin‐modelling 

plant herbal teas through Caco‐2 cell monolayers. To be submitted to Food Chem. 

 

Falé PL, Filipe MA, Ascensão L, Serralheiro MLM, Mira L. Activity of Plectranthus barbatus extract against 

inflammatory response in human neutrophils. To be submitted to Plant Food Hum. Nutr. 

 

No  cumprimento  do  disposto  na  referida  deliberação,  esclarece‐se  serem  da  minha 

responsabilidade  a  execução  das  experiências  que  estiveram  na  base  dos  resultados 

apresentados, assim como a interpretação e discussão dos mesmos. 

 

 

 

 

 

vii

Aknowledgements

Many people have contributed, directly or indirectly, to the successful completion of

this work. First, I would like to express my deepest gratitude to Professor Maria Luísa

Serralheiro for her guidance and counseling, all the challenges, the knowledge and, most of all,

the practical (engineer-like) point of view. The elaboration of this work under her guidance

was not only a scientifically rewarding experience, but also a pleasant one.

I would like also to thank to Professor Lia Ascensão for the guidance and attention to

details the elaboration of this work. I would also like to thank her for the support, friendship,

and continuous encouragement all these years.

To Professor Parvez Haris, his group, and staff at the De Montfort University, in

Leicester, I would like to thank for the hospitality and for all the support in the studies

developed there.

To Professor Maria Helena Florêncio I would like to thank the expertise in the

compound identification by mass spectrometry. To Paulo Madeira I would also like to thank,

not only the help in mass spectrometry anlysis, but also for the lighter moments and all his

patience for listening expressions such as “Are you sure about this structure? I don’t like it!”.

I would also like to thank to Sara Porfírio, Ines Sousa Lima, Rita Carilho, Susana Santos,

Catarina Costa, Leticia Silva, Pedro Cleto, Neusa Figueiredo, Ana Margarida Rodrigues,

Francesca Amaral and Catarina Ferreira, the Master students that helped, even if only by their

enthusiasm.

Last, but not least, I am grateful to my friends from the “family of C4 library”, for

providing the encouragement and a stable (geek) environment. To Charlie, for lightening (and

enlightening) my life even in the toughest moments. And to my family, especially my Mother,

for the support through this period, but also in my dedication to such an odd area as Science,

instead of Arts.

 

ix  

Summary 

The  Plectranthus  barbatus  herbal  tea  is  traditionally  used  to  treat  a wide  range  of 

health  conditions,  including  psychiatric  problems,  gastrointestinal  disturbances  and 

inflammation‐related conditions. The aim of this work was to determine  if P. barbatus herbal 

tea may be useful  in the treatment of acetylcholinesterase or  inflammation related diseases, 

such as Alzheimer’s disease. 

In  vitro activities of  the P. barbatus aqueous extract were determined, namely anti‐ 

acetylcholinesterase  activity,  antioxidant  activity  as  radical  scavenger  and  preventing  lipid 

peroxidation, and anti‐inflammatory activity by decreasing  the amount of hypochlorous acid 

produced by  activated neutrophils. The  values obtained  for  the  in  vitro  activities were  very 

promising and related with its content in rosmarinic acid, flavonoid glucuronides and abietane 

diterpenoids.  After  in  vitro  digestion  with  gastric  and  pancreatic  juices,  bacterial  

β‐glucuronidase  and metabolization by Caco‐2  cells,  the  anti‐acetylcholinesterase  activity of 

the plant extract suffered a slight decrease due to the loss of one active diterpenoid.   

The bioavailability of the plant extract was determined by administering it to rats and 

analyzing the rat plasma and brain. The extract components suffered glucuronidation, sulfation 

and methylation by the intestine and by the liver, but the plant compounds were found in rat 

brains  and  brain  acetylcholinesterase  activity  showed  an  inhibition  reaching  30%.  As  the 

bioavailability of rosmarinic acid was not the same when  in the extract and when alone,  the 

interference  of  plant  phenolics  on  the  permeability  of  each  other  was  tested  in  Caco‐2 

monolayers using rosmarinic acid and two flavonoids, apigenin and luteolin. This study showed 

that  the  compounds  have  higher  intestinal  permeability  when  in  a  mixture  due  to  the 

inhibition of the efflux transporters that limit their bioavailability. 

The  compounds  from  the  P.  barbatus  extract  can  bind  to  the  protein  structure  of 

acetylcholinesterase,  human  serum  albumin  and  lysozyme  by  weak  interactions  such  as 

hydrophobic  interactions  and  hydrogen  bonds.  These  interactions  are  the  cause  of  the 

reversible  inhibition of the enzymatic activity of acetylcholinesterase and  lysozyme; therefore 

the compounds are less susceptible to cause side effects when used therapeutically.   

The P. barbatus herbal tea may be used to treat cholinesterase‐related problems such 

as gastrointestinal conditions and Alzheimer’s disease as its active components may reach the 

target  organs,  and  brain  acetylcholinesterase  inhibition was  detected.  The  compounds may 

circulate  in  the plasma bound  to albumin and  lysozyme, and may decrease  inflammation by 

their radical scavenger activity, by decreasing neutrophil‐produced hypochlorous acid and by 

inhibiting lysozyme activity. 

x  

Keywords:  Acetylcholinesterase;  Antioxidant;  Bioavailability;  Plectranthus  barbatus; 

Rosmarinic acid. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi  

Resumo 

Infusões e decocções de Plectranthus barbatus são usadas tradicionalmente para uma 

grande  diversidade  de  fins  terapeuticos,  incluido  o  tratamento  de  problemas  psiquiátricos, 

distúrbios gastro‐intestinais e doenças relacionadas com processos  inflamatórios. O objectivo 

deste estudo é determinar  se o extracto aquoso de P. barbatus, preparado como decocção, 

poderá  ser  útil  no  tratamento  de  problemas  relacionados  com  a  actividade  do  enzima 

acetilcolinesterase ou com processos inflamatórios. 

Um  extracto  aquoso  de  P.  barbatus  foi  preparado  como  decocção  e  foram 

determinadas, in vitro, as actividades anti‐acetilcolinesterase, antioxidante e anti‐inflamatória. 

Nestas actividades  in vitro  foram obtidos  resultados muito promissores, com valores de  IC50 

baixos para a  inibição da actividade do enzima acetilcolinesterase, actividade antioxidante no 

sequestro  de  radicais  livres  e  protegendo  lipidos  de  peroxidação,  e  na  actividade  anti‐

inflamatória  pela  diminuição  da  quantidade  de  ácido  hipocloroso  produzido  por  neutrófilos 

activados.  Estas  actividades  estavam  relacionadas  com  a  composição  do  extracto  de  P. 

barbatus,  sendo  ácido  rosmarinico  o  composto  maioritário,  mas  encontrando‐se  também 

presentes  flavonóides  glucuronados  (apigenina 7‐O‐glucurónido,  luteolina 7‐O‐glucurónido e 

acacetina 7‐O‐glucurónido) e diterpenoides. Após a digestão  in vitro do extracto vegetal com 

sucos gástrico e pancreático artificiais, da acção de β‐glucuronidase de bactérias da microflora 

intestinal e da metabolização por células Caco‐2, como modelo de células intestinais humanas, 

a actividade do extracto sofreu uma diminuição devido à perda de um diterpenoide activo, no 

entanto os outros compostos activos permaneceram intactos.   

A biodisponibilidade da decocção de P. barbatus  foi determinada por administração 

intragástica e intraperitoneal a ratos, recolhendo‐se e analisando‐se o plasma e o cérebro dos 

ratos por HPLC. Os componentes da decocção foram metabolisados no  intestino e no fígado, 

sofrendo glucuronidação, sulfatação e metilação. Encontrou‐se ácido rosmarínico no cérebro 

dos  ratos  após  a  administração  do  extracto,  e  o  cérebro  apresentava  uma  inibição  da 

actividade  da  acetilcolinesterase  atingindo  aproximadamente  30%,  sugerindo  que  outros 

compostos  ou  metabolitos  dos  componentes  da  decocção  pudessem  estar  presentes  em 

quantidades  inferiores  ao  limite  de  detecção,  mas  que  mesmo  assim  iriam  influenciar  a 

actividade enzimática. Como se encontraram algumas alterações entre a biodisponibilidade do 

ácido  rosmarínico administrado no extracto ou administrado  isolado, procedeu‐se ao estudo 

da  interferência  que  compostos  fenólicos  possam  ter  na  permeabilidade  uns  dos  outros 

quando  administrados  em  misturas,  em  membranas  de  células  Caco‐2.  Nesse  estudo  

recorreu‐se  ao  método  de  “central  composite  design”  CCD  para  determinar  se  existiriam 

xii  

diferenças entre a permeabilidade e metabolização de ácido rosmarínico, apigenina e luteolina 

em membranas de células Caco‐2, induzidas pela presença uns dos outros. Foram também co‐

administrados  substractos de dois  sistemas  transportadores  conhecidos, o  transportador de 

ácidos monocarbóxilicos  (MCT) e a glicoproteina‐P  (Pgp), e concluiu‐se que os compostos da 

decocção de P. barbatus tinham maior permeabilidade por estarem em conjunto, uma vez que  

uns  compostos  inibiam  os  transportadores  de  efluxo  dos  outros.  A  biodisponibilidade  dos 

substratos  dos  transportadores  de  efluxo  presentes  na  membrana  apical  aumenta  com  a 

inibição dos  transportadores, pois estes  transportam activamente os  seus  substratos para o 

lúmen do intestino, limitando assim a passagem para a circulação sanguínea. 

A  interacção entre os compostos do extracto de P. barbatus e proteinas  foi avaliado 

através de técnicas de espectrometria de fluorescência e FTIR. Os componentes da decocção 

de  P.  barbatus  têm  a  capacidade  de  se  ligar  à  estrutura  proteica  da  acetilcolinesterase,  da 

albumina  de  soro  humano  e  da  lisozima  através  de  interacções  fracas,  nomeadamente 

interacções hidrofóbicas e pontes de hidrogénio. Por se tratarem de  ligações fracas e não se 

terem encontrado alterações da estrutura  secundária das proteinas, estas  interacções  serão 

responsáveis  pela  inibição  reversivel  da  actividade  enzimática  da  acetilcolinesterase  e  da 

lisozima. Este tipo de  interacções são as mais recomendadas para compostos a ser utilizados 

para fins terapeuticos pois evitam efeitos secundários resultantes da  inibição destes enzimas 

por  inibidores  que  formam  complexos  através  de  ligações  mais  fortes,  como  ligações 

covalentes, e induzem alterações profundas na estrutura proteica levando à desnaturação. 

Decocções de P. barbatus poderão  ser utilizadas para  tratar problemas  relacionados 

com  a  actividade  da  acetilcolinesterase,  como  a  doença  de  Alzheimer,  pois  após  a 

administração os seus componentes poderão ser encontardos a a nivel do intestino, plasma e 

cérebro, inibindo a actividade da acetilcolinesterase no cérebro. Os componentes da decocção 

poderão circular na corrente sanguínea associados à albumina e à lisozima, e poderão reduzir 

processos  inflamatórios  devido  à  sua  actividade  sequestradora  de  radicais  livres,  à  sua 

capacidade  de  diminuir  a  quantidade  de  àcido  hipocloroso  produzido  por  neutrófilos 

activados, e por inibir a atividade enzimática da lisozima.  

 

Palavras‐chave:  Acetilcolinesterase;  Ácido  Rosmarínico;  Antioxidante;  Biodisponibilidade; 

Plectranthus barbatus. 

 

 

 

 

xiii  

Table of Contents 

Acknowledgments vii 

Summary  ix 

Resumo  xi 

Table of Contents  xiii 

Figure List  xvii 

Table List  xx 

Abbreviations  xxii 

   

CHAPTER 1 – GENERAL INTRODUCTION 1 

1. Literature Review  3 

1.1. Plectranthus species and their ethnobotanical uses  3 

1.2. Herbal tea components and their bioavailability  4 

1.2.1. Phenolic acids  4 

1.2.2. Flavonoids  6 

1.3. Biological activities of herbal teas and their components  9 

1.3.1. Acetylcholinesterase inhibitors  9 

1.3.1.1. Acetylcholinesterase inhibitors and Alzheimer’s disease  10 

1.3.1.2. Acetylcholinesterase inhibitors to treat gastrointestinal disorders  13 

1.3.1.3. Finding acetylcholinesterase inhibitors ‐ from in vitro to in vivo studies  14 

1.3.2. Inflammation and Antioxidants  16 

2. Thesis overview  19 

   

CHAPTER 2 – MATERIALS AND METHODS 21 

1. Plant material  23 

2. Animals  23 

3. Chemicals  23 

4. Extract preparation  24 

5. Acetylcholinesterase inhibition  24 

6. Determination of antioxidant activity  25 

7. HPLC analysis  26 

8. NMR spectroscopy  26 

9. Mass spectrometry experiments  26 

10. In vitro intragastric metabolism assays  27 

10.1. In vitro metabolism by the gastric juice  27 

10.2. In vitro metabolism by pancreatic juice  27 

10.3. Glucuronidase activity  28 

10.4. Metabolism by the Caco‐2 cells  28 

10.5. Antiacetylcholinesterase and antioxidant activities of the digested extracts  28 

11. In vitro conjugation studies for metabolites identification  29 

11.1. Preparation of cell‐free extracts  29 

11.2. Glucuronidation assay  29 

xiv  

11.3. Synthesis and identification of methyl rosmarinic acid  29 

12. In vivo studies protocol  30 

12.1. Intragastric and intraperitoneal administration  30 

12.2. Plasma and brain sample preparation  30 

12.3. Determination of glucuronidated and sulfated metabolites  30 

12.4. Preparation of samples for HPLC analysis  31 

12.5. Determination of acetylcholinesterase activity in brain samples  31 

13. Protein fluorescence measurements  31 

14. FTIR measurements  32 

15. Lysozyme activity measurements  33 

16. Measurement of hypochlorous acid in activated human neutrophils  33 

16.1. Isolation of human neutrophils  33 

16.2.Measurement of hypochlorous acid formation by human neutrophils  33 

17. Caco‐2 bioavailability experiments  34 

17.1. Study of the permeability and the metabolism of rosmarinic acid, luteolin and 

apigenin  34 

17.2. Study of the effect of transport systems (MCT and Pgp) on the permeation of 

apigenin, luteolin and rosmarinic acid  35 

17.3. HPLC analysis and bioavailability quantification  35 

18. Statistical analysis  36 

   

CHAPTER III ‐ SCREENING FOR ANTIACETYLCHOLINESTERASE AND 

ANTIOXIDANT ACTIVITIES IN PLECTRANTHUS SPECIES. IN VITRO METABOLISM 

AND ANTI‐INFLAMMATORY STUDIES  37 

1. Screening for antiacetylcholinesterase and antioxidant activities in Plectranthus 

species  39 

1.1. Introduction  39 

1.2. Materials and Methods  40 

1.3. Results  40 

1.3.1. General  40 

1.3.2. Acetylcholinesterase inhibition  41 

1.3.3. Antioxidant Activity  42 

1.3.4. Identification of the main component of the Plectranthus extracts, 

responsible for the enzyme inhibition activity  42 

1.4. Discussion  45 

1.5. Conclusion  46 

2. In vitro Digestion Activities of Plectranthus barbatus Aqueous Extract and Activities 

of the Digested Product  47 

2.1. Introduction  47 

2.2. Materials and Methods  48 

2.3. Results and Discussion  48 

2.3.1. Main composition of P. barbatus herbal tea  48 

2.3.2. In vitro metabolism of the extract by the gastric and pancreatic juices. 

Biological activity of the resulting products  50 

xv

2.3.3. Metabolism of the plant extract by Caco-2 cells and biological activity of

the final products 53

2.3.4. Metabolism of the plant extract by the β-glucuronidase from E. coli,

biological activities and Caco-2 cells permeation of the final products 55

2.4. Conclusion 57

3. Activity of Plectranthus barbatus extract against inflammatory response in human

neutrophils 59

3.1. Introduction 59

3.2. Materials and Methods 60

3.3. Results and Discussion 60

3.4. Conclusions 63

4. Conclusions 64

CHAPTER IV – BIOAVAILABILITY STUDIES IN RATS AND CACO-2 CELL MONOLAYERS 65 1. Plectranthus barbatus aqueous extract bioavailability and resulting neuronal acetylcholinesterase inhibition in rats 67 1.1. Introduction 67 1.2. Materials and Methods 68 1.3. Results and Discussion 68

1.3.1. Intragastric administration of P. barbatus extract 68 1.3.2. Intraperitoneal administration of P. barbatus extract 71

1.4. Conclusions 76 2. Bioavailability of mixtures of rosmarinic acid, luteolin and apigenin through Caco-2 cell monolayers, modeling the bioavailability of plant herbal teas. 77 2.1. Introduction 77 2.2. Material and Methods 78 2.3. Results 78

2.3.1. Bioavailability of Plectranthus barbatus herbal tea 79 2.3.2. Bioavailability of a mixture of the standards rosmarinic acid, apigenin and luteolin 80 2.3.4. Effect of MCT and Pgp transporter systems on the bioavailability of the polyphenol mixture 82

2.4. Discussion 86 2.5 Conclusions 89 3. Conclusions 91

CHAPTER V – INTERACTIONS BETWEEN THE Plectranthus barbatus HERBAL TEA AND THE PROTEINS ACETYLCHOLINESTERASE, HUMAN SERUM ALBUMIN AND LYSOZYME 93 1. Interaction between the Plectranthus barbatus extract and acetylcholinesterase. Binding of herbal tea components to the protein structure and inhibition of enzymatic activity 95 1.1. Introduction 95 1.2. Materials and Methods 96 1.3. Results 97

1.3.1. Fluorescence studies on the binding of P. barbatus water extract to acetylcholinesterase 97

xvi

1.3.2. Analysis of binding equilibria of P. barbatus water extract to acetylcholinesterase

99

1.3.3. Determination of interaction forces between P.barbatus extract and AChE 101 1.3.4. Determination of protein structure changes caused by P. barbatus extract and its plasma metabolites by FTIR spectroscopy 102

1.4. Discussion 105 1.5. Conclusions 107 2. Interaction between Plectranthus barbatus herbal tea components and human serum albumin and lysozyme: binding and activity studies 109 2.1. Introduction 109 2.2. Material and Methods 110 2.3. Results 110

2.3.1 Binding of P. barbatus to albumin and lysozyme 110 2.3.2. Analysis of binding equilibria 112 2.3.3. Determination of interaction forces between P. barbatus extract metabolites and HSA and lysozyme 115 2.3.4. Determination of protein structure changes caused by P. barbatus extract and its plasma metabolites by FTIR 116 2.3.5. Effect of P. barbatus extract on lysozyme activity 118

2.4. Discussion 118 2.5. Conclusions 122 3. Conclusions 123

CHAPTER VI – GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 125

References 133

xvii  

Figure List 

Figure 1.1. Plectranthus barbatus  4

Figure 1.2. Chemical structures of some common phenolic acids. 5

Figure 1.3. Basic chemical structures of the main classes of flavonoids. 7

Figure 1.4. Structures of (a) quercetin, (b) apigenin and (c) luteolin. 7

Figure 1.5. Active gorge of acetylcholinesterase (Abu‐Donia, 2003). 10

Figure 1.6. Tacrine binding to the active gorge of acetylcholinesterase, and details showing the 

amino acid residues involved in the interaction between the two molecules (PDB 1ACJ, Harel  

et al., 1993).  11 

Figure 1.7. Biochemical pathways associated with the formation of amyloid plaques and 

neurofibrillary tangles in Alzheimers’s Disease patients. (www.calbiochem.com/alzheimers).  12 

Figure 1.8. Reaction associated with the Ellman assay to quantify acetylcholinesterase activity. 

The final product TNB can be spectrofotometrically detected due to its absorption at a 

wavelength of 405 nm. (adapted from Frasco et al., 2005)  15 

Figure 1.9. Antioxidant strategies in Alzheimer’s disease. Solid arrows represent the 

mechanisms of the disease and dashed arrows represent the mechanisms of  antioxidant 

therapy (Adapted from Dumond and Bael (2011)).  18 

   

Figure 3.1. HPLC chromatogram of decoctions: (a) Plectranthus barbatus and (b) Plectranthus 

verticillatus. 

  43 

Figure 3.2. UV spectra obtained by HPLC‐diode array of (a) compounds with retention time  

19.2 min and (b) caffeic acid.  43 

Figure 3.3. NMR spectra of (a) Plectranthus barbatus extract, (b) Plectranthus verticillatus 

extract and (c) rosmarinic acid standard.  44 

Figure 3.4. Structure of the compounds with retention time 19.2 min, rosmarinic acid.  44

Figure 3.5. Overlay of UV spectra obtained by HPLC‐diode array of compounds with a retention 

time 19.2 min (——) and the standard rosmarinic acid (___).  45 

Fig. 3.6. HPLC chromatogram of Plectranthus barbatus herbal tea: 1, luteolin 7‐O‐glucuronide 

(retention time 8.68 min); 2, rosmarinic acid (RT: 9.38); 3, apigenin 7‐O‐glucuronide (RT: 10.11); 

4, hydrolysed abietane (RT: 12.58); 5, acacetin 7‐O‐glucuronide (RT: 13.62); 6, abietane 

diterpenoid (RT: 14,15); 7, (16S)‐coleon E (RT: 18.54).  49 

Figure 3.7. Chemical structure of compounds present in P. barbatus herbal tea: 

1, luteolin 7‐O‐ glucuronide; 2, rosmarinic acid; 3, apigenin 7‐O‐glucuronide; 4, hydrolysed 

abietane; 5, acacetin 7‐O‐glucuronide; 6, abietane diterpenoid; 7, (16S)‐coleon E.  50 

 

 

 

 

xviii  

Figure 3.8. HPLC chromatograms before and after the incubation of Plectranthus barbatus 

extract with: (a) gastric juice, (b) pancreatic juice. *Indicates the residue of pancreatin. For the 

identification of the peak numbers, refer to Figure 3.4. 

 

 

51 

Figure 3.9. Variations in peak areas of compounds present in herbal tea after 4 h digestion with 

artificial pancreatic juice. () Luteolin 7‐O‐glucuronide; () rosmarinic acid;  

() apigenin 7‐O‐glucuronide; () hydrolysed abietane; (○) acacetin 7‐O‐glucuronide; (●) 

abietane diterpenoid.  53 

Figure 3.10. Chromatograms of compounds inside the Caco‐2 cells (homogenates) after 6 h 

contact with (a) P. barbatus extract, (b) rosmarinic acid standard. 2, rosmarinic acid; *, residual 

peak from the Caco‐2 cells.  55 

Figure 3.11. HPLC chromatogram after the action of β‐glucuronidase from E. coli on the herbal 

tea. Compounds identified with numbers 1–7, refer to Figure 3.6. Peaks signaled with arrows: 8, 

luteolin; 9, apigenin; 10, acacetin.  56 

Figure 3.12. Variations in peak areas of: (a) apigenin and (b) luteolin. Each figure shows the 

metabolites after 6 h in the presence of Caco‐2 cells. Peak areas are presented as percentage of 

the initial area. () aglycones and () glucuronides.  57 

Figure 3.13. Decrease of taurine chloration in the presence of several concentrations of  

P. barbatus extract (a and b) or standard rosmarinic acid (b). The concentration of P. barbatus is 

expressed in µg.mL‐1 (a) or by its content in rosmarinic acid in µM (b).  61 

   

Figure 4.1. HPLC analysis, 30 and 60 min after intraperitoneal administration of P. barbatus 

extract, of (a) plasma and (b) brain. 1: luteolin 7‐O‐glucuronide (retention time 9.6 min); 2: 

rosmarinic acid (RT: 10.4); 3: apigenin 7‐O‐glucuronide (RT: 11.2); 4: abietane diterpenoid (RT: 

13.8); 5: acacetin 7‐O‐glucuronide (RT: 15.1); 2m: monomethylated rosmarinic acid; 1g: luteolin 

glucuronide derivative; 3’: apigenin.  72 

Figure 4.2. Permeation surfaces for (a) rosmarinic acid, (b) luteolin and (c) apigenin with 

different concentrations of the other two components, built with the CCD experimental plan. 

The relative errors are 0.930 (a), 0.718 (b), and 0.817 (c).  81 

Figure 4.3.  Glucuronidation surfaces for (a) luteolin and (b) apigenin with different 

concentrations of rosmarinic acid and of the other flavonoid, built with the CCD experimental 

plan. The relative errors are 0.981 (a), and 0.766 (b).  82 

Figure 4.4. Distribution of (a) rosmarinic acid, (b) luteolin and (c) apigenin six hours after being 

placed in the apical side of a Caco‐2 cell monolayer. The effects of co‐administration of digoxin 

and benzoic acid were analysed. Statistical analysis: c ‐ different from the control (P<0.05); c* ‐ 

different from the control (P<0.1); s – different from the other substrate (P<0.05). 

  83 

 

 

 

 

xix  

Figure 4.5. Distribution of (a) benzoic acid and (b) digoxin six hours after being placed in the 

apical side of a Caco‐2 cell monolayer. The effects of co‐administration of a standard mixture 

(SM) with rosmarinic acid, luteolin and apigenin, 50µM each, was analysed. Statistical analysis:  

* ‐ different from the control (P<0.05). 

 

 

 

84 

Figure 4.6. Glucuronidation of (a) luteolin and (b) apigenin six hours after being placed in the 

apical side of a Caco‐2 cell monolayer. The effects of co‐administration of digoxin and benzoic 

acid were analysed. Statistical analysis: c ‐ different from the control (P<0.05); c* ‐ different 

from the control (P<0.1); s – different from the other substrate (P<0.05).  85 

   

Figure 5.1. Molecular structure of (a) rosmarinic acid, (b) quercetin, (c) luteolin, and (d) 

apigenin.  96 

Figure 5.2. Fluorescence emission spectra of acetylcholinesterase with the addition of  

P. barbatus aqueous extract. Arrow points to increasing concentrations of P. barbatus plant 

extract, ranging 0; 0.5; 1; 5; 10; 33; 50; 100 µg.ml‐1.  97 

Figure 5.3. Stern‐Volmer plot (a) and plot of log(F0‐F)/F vs. log[Q] (b) of acetylcholinesterase 

with P. barbatus aqueous extract. [Q] is the concentration of P. barbatus extract in mg.ml‐1.  99 

Figure 5.4. FTIR spectra of the acetylcholinesterase alone, with P. barbatus extract, rosmarinic 

acid (RA), luteolin (Lut), apigenin (Api) and quercetin (Quer). The spectra obtained are shown (a) 

in the form of absorbance spectra and (b) the second derivative spectra (negative peaks).  103 

Figure 5.5. Percentage of decrease of hydrogen‐deuterium exchange rate of AChE in the 

presence of P. barbatus extract, rosmarinic acid, luteolin, apigenin and quercetin.  104 

Figure 5.6. Fluorescence emission spectra of (a) HSA and (b) lysozyme with the addition of  

P. barbatus aqueous extract. Arrow points to increasing concentrations of P. barbatus plant 

extract, ranging 0; 0.5; 0.75; 1; 2.5; 5; 7.5; 100 μg.ml−1.  111 

Figure 5.7. Stern–Volmer plots of HSA and lysozyme with P. barbatus aqueous extract. [Q] is the 

concentration of P. barbatus in μg.ml−1.  112 

Figure 5.8. Plots of log([F0 − F]/F) vs. log[Q] for HSA and lysozyme with P. barbatus aqueous 

extract. [Q] is the concentration of P. barbatus in g.l−1.  114 

Figure 5.9. FTIR spectra of the proteins alone, with P. barbatus extract, rosmarinic acid (RA), 

luteolin (Lut) and apigenin (Api). The absorbance spectra obtained for HSA are shown in (a) and 

the second derivatives are in (c). The absorbance spectra obtained for lysozyme are shown in (b) 

and the second derivatives are in (d).  117 

Figure 5.10. Percentage of change in protein (HSA and lysozyme) hydrogen–deuterium 

exchange rate, determined from the analysis of the amide II band, in the presence of  

P. barbatus extract, rosmarinic acid, luteolin or apigenin, in comparison with the  

hydrogen–deuterium exchange rate of the protein alone.  118 

 

xx  

Table List 

Table  2.1.  Concentrations  of  rosmarinic  acid,  luteolin  and  apigenin  used  in  the  phenolic 

mixtures  to determine  the bioavailability by Caco‐2  cells,  according  to  the CCD experimental 

plan.  35 

   

Table 3.1. Amount of dry plant extract obtained. 40

Table 3.2.    Inhibition of AChE activity  (%), antioxidant activity and  rosmarinic acid content of 

water extracts of the leaves of several Plectranthus species.  41 

Table 3.3. Detected ions and attribution errors (ppm) for the collected fractions corresponding 

to peaks 1, 3, 4, 5, 6 and 7.  49 

Table 3.4. Antiacetylcholinesterase and antioxidant activity of P. barbatus herbal  tea after  in 

vitro gastrointestinal digestion. The action of the pancreatic juice on the inhibition activity of 

rosmarinic acid (RA) is also shown.  52 

   

Table 4.1. Concentration of rosmarinic acid, its metabolites and flavonoid glucuronide 

derivatives in the plasma and in the brain, 30 and 60 min after the intragastric and 

intraperitoneal administration of P. barbatus extract.  69 

Table  4.2.  Brain  acetylcholinesterase  inhibition  (%)  30  and  60  min  after  administration 

(intragastric and intraperitoneal) of rosmarinic acid and P. barbatus extract. Results significantly 

different  from  the control are marked with *  (P < 0.05) and **  (P < 0.1). Values  that are not 

significantly different (P < 0.05) are marked from a to d.  70 

Table 4.3. Retention time of compounds from the P. barbatus extract found in plasma and their 

decrease from 30 to 60 min after the extract intraperitoneal administration.  74 

Table 4.4. Permeation of the P. barbatus aqueous extract constituents through the Caco‐2 cell 

monolayer.  79 

   

Table 5.1. Stern‐Volmer binding parameters (KSV, Kq), binding equilibria parameters (Kb, n) and 

thermodynamic parameters (ΔHo, ΔSo, ΔGo) for the binding of P. barbatus extract, rosmarinic 

acid (RA), luteolin (Lut), apigenin (Api) and quercetin (Quer) to acetylcholinesterase (R2>0.99 to 

all linear regressions). Rates of Amide II/Amide I variation, reflecting the rate of hydrogen 

deuterium exchange in the presence of similar amount of RA, Lut, Api and Quer or 10mg/mL of 

P. barbatus extract (for AChE without ligand, ‐2.345mAU.min‐1).  IC50 values for the inhibition of 

acetylcholinesterase activity by P. barbatus, RA, Lut and Api. (*) and Quer for P. barbatus 

extract the values are expressed in l.mg‐1, l.mg‐1s‐1, and mg.ml‐1 but the molarity was estimated 

based on the content of rosmarinic acid,  luteolin and apigenin (1.1122 mmol.g‐1).  100 

 

 

 

 

xxi  

Table 5.2. Binding parameters (KSV, Kq, Kb, n) and thermodynamic parameters (ΔHo, ΔSo, ΔGo) for 

the binding of P. barbatus extract, rosmarinic acid (RA), luteolin (Lut) and apigenin (Api) to HSA 

and  to  lysozyme  (R2>0.99  to all  linear  regressions). Rates of Amide  II/Amide  I variation  in  the 

presence of  similar  amount of RA, Api  and  Lut, or 10mg/mL of  P.  barbatus  extract  (without 

ligand,  ‐0.716  for  HSA  and  ‐1.815  for  lysozyme).    IC50  values  for  the  inhibition  of  lysozyme 

activity. For P. barbatus extract the values are expressed in l.mg‐1(a), l.mg‐1s‐1(b) and mg.l‐1(c). 

 

 

 

 

 

113 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xxii  

Abbreviations 

 

ABC transporters  ATP‐binding cassette transporters 

AChE  acetylcholinesterase 

AChI  acetylthiocholine 

AD  Alzheimer’s disease 

ANOVA  Analysis of Variance 

Api  apigenin 

APP  amyloid precursor protein 

Asp  aspartic acid 

ATP  adenosine triphosphate 

AU  absorbance unit 

Aβ  β‐amyloid 

BCRP  breast cancer resistance protein 

BHT  butylated hydroxytoluene 

CCD  central composite design 

COMT  catechol o‐methyl transferase 

DMEM  Dulbecco's Modified Eagle Medium 

DMSO  dimethyl sulfoxide 

DMSO‐d6  deuterated dimethyl sulfoxide 

DPPH  di(phenyl)‐(2,4,6‐trinitrophenyl)iminoazanium 

DTNB  5,5'‐dithiobis‐(2‐nitrobenzoic acid) 

DTT  dithiothreitol 

EDTA  ethylenediamine tetraacetic acid 

ESI‐MS  electrospray ionization mass spectrometry 

FBS  fetal bovine serum  

FDA  Food and Drug Administration 

FTIR  Fourier transform infrared spectroscopy 

Glu  glutamic acid 

h  hour 

HBSS  Hank’s balanced salt solution 

HEPES  4‐(2‐hydroxyethyl)‐1‐piperazineethanesulfonic acid 

His  histidine 

xxiii  

HPLC  high precision liquid chromatography 

HPLC‐DAD  high  precision  liquid  chromatography  coupled  with  a  diode  array 

detector 

HSA  human serum albumine 

I(%)  inhibition in percentage 

IC50  concentration of inhibitor causing 50% inhibition 

Kb  binding constant 

Kq  scatter collision quenching constant 

KRC  Krebs‐Ringer solution with calcium chloride 

KSV  Stern‐Volmer quenching constant 

Lut  luteolin 

MCT  monocarboxylic acid transporter 

min  minute 

MRP  multidrug resistance protein 

MS  mass spectrometry 

MTT  3‐(4,5‐Dimethylthiazol‐2‐yl)‐2,5‐diphenyltetrazolium bromide 

NADPH  nicotinamide adenine dinucleotide phosphate 

NMR  nuclear magnetic resonance spectroscopy 

PBS  phosphate buffer saline 

PDB  Protein Data Bank 

PET  positron emission tomography 

Pgp  P‐glycoprotein 

PMA  phorbol myristate acetate 

Quer  quercetin 

RA  rosmarinic acid 

ROS  radical oxygen species 

RT  retention time 

SAM  S‐adenosyl methionine 

Ser  serine 

TEER  trans‐epithelial electric resistance  

TFA  trifluoroacetic acid 

TMB  3,3’,5,5’‐Tetramethylbenzidine 

TNB  2‐nitro‐5‐thiobenzoate 

Tris  tris(hydroxymethyl)aminomethane 

xxiv  

Trp  tryptophan 

Tyr  tyrosine 

UDPGA  5'‐diphospho‐glucuronic acid 

UV  ultraviolet  

UV‐Vis  ultraviolet‐visible 

ΔGo  free energy change 

ΔHo  enthalpy change 

ΔSo  entropy change 

 

 

 

Chapter I 

General Introduction  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Chapter I

3

1. Literature review

1.1. Plectranthus species and their ethnobotanical uses

The genus Plectranthus L’Hér., belonging to the Mint family (Lameaceae), comprises

about 300 species widely distributed in the savannahs and forest regions of Africa, Asia and

Australia. The majority of the Plectranthus species can be described as tender shrubs or

groundcovers growing in the shade of large forests or in the partial shade of the forest edge.

A few species occur in drier regions with rocky soils and have succulent or semi-succulent leaves

and stems, which help the plants to survive in these habitats (Codd, 1975; van Jaarsveld, 2006).

The geographical distribution of Plectranthus is highly variable. Some species, as

P. laxiflorus, occur in smaller areas in the south-east of the African continent, while others, like

P. barbatus, may naturally occur in vast areas, in Africa, India and South America (Codd, 1975;

Lukhoba et al., 2006). The later species, endemic form India, was taken to Brazil probably during

the colonial period (Codd, 1975; Lukhoba et al., 2006; Lorenzi & Matos, 2002).

The value of Plectranthus species as garden plants has been long recognized. They have

ornamental leaves and flowers, are easy and fast growing plants, resistant to most pests and

diseases, and make colourful displays in autumn when other flowers are often scarce. Several

Plectranthus species were introduced in Europe during the expansion of the British Empire and

the founding of the Royal Botanic Gardens of Kew. In the nineteenth century some species were

very popular in Scandinavia and commonly planted in window boxes and hanging baskets, as

P. oertendahii, nowadays known as “Swedish ivy”, and other Plectranthus groundcover species

(P. madagascariensis, P. verticillatus, P. strigosus, etc.) Some other species are tall shrubs that

can be pruned and form colourful hedges (P. ecklonii, P. fruticosus, P. barbatus, etc.).

A great variety of ethnobotanical uses are reported for Plectranthus species. Some, due

to their aromatic nature, are used as culinary plants to flavour food, or as insect repellents

(P. ornatus). Others have tubers with high starch content and are eaten as vegetables

(P. esculentus, P. rotundifolius). However, the most common uses are to treat a wide range of

diseases (Lukhoba et al., 2006). Infusions of several Plectranthus species are used to treat

coughs and colds (P. hadiensis, P. laxiflorus), liver complaints (P. hereroensis), and ailments in

respiratory system and skin (P. madagascariensis).

Among the Plectranthus species used in traditional medicines P. barbatus is one of the

most important (Luckhoba et al., 2006). P. barbatus (Figure 1.1) is used in Hindu and Ayurveda

treataments, and in traditional medicine from Brazil, tropical Africa and China (Alabashi &

Melzig, 2010a). Extensive reviews have been written about the ethnobotanical importance of

P. barbatus (Alabashi & Melzig 2010a, 2010b); Lukhoba et al., 2006). The leaves from P. barbatus

General Introduction 

4  

are usually prepared as a decoction or infusion and used in the treatment of pain from different 

aetiologies,  inflammation,  infections,  colds  and  coughs  (Lukhoba  et  al.,  2006), which  suggest 

anti‐inflammatory  and  antioxidant  properties.  P.  barbatus  is  also  used  to  treat  psychiatric 

disorders in Tanzania (Lukhoba et al., 2006). 

  

Figure 1.1. Plectranthus barbatus 

 

Other significant uses for P. barbatus reported by Lukhoba et al. (2006) and Alabashi & 

Melzig  (2010a) are as food, the  leaves being cooked as vegetable  in Kenya and Yemen, and as 

ornamental plant or garden herb, in hedges, fences or boundary markers. 

 

1.2. Herbal tea components and their bioavailability 

The main components of most medicinal teas, used traditionally by people, are phenolic 

acids  and  flavonoids  (Cai  et  al.,  2004).  The  flavonoids  in  herbal  teas  are  usually  present  in 

glycosylated  forms, which have higher  solubility  in water,  although  some  flavonoid  aglycones 

may also occur  in aqueous extracts  (Cai et al., 2004). As herbal  teas are usually  taken orally, 

many studies have focused on the metabolism and bioavailability of their active components.   

 

1.2.1. Phenolic acids 

Phenolic acids are a class of polyphenols commonly found in herbal medicines and plant‐

derived food (Lafay and Gil‐Izquierdo, 2008). The most commonly found phenolic acids, shown 

in Figure 1.2, are gallic acid, a component of hydrolysable tannins, and hydroxycinnamic acids, as 

cinnamic acid, caffeic acid (3,4‐dihydroxycinnamic acid), coumaric acid (4‐hydroxycinnamic acid), 

ferulic  acid  (3‐methoxy‐4‐hydroxycinnamic  acid)  and  the  ester  derivatives  of  caffeic  acid,  the 

chlorogenic acid (3‐caffeoylquinic acid) and the rosmarinic acid. 

Chapter I  

5  

 

Figure 1.2. Chemical structures of some common phenolic acids. 

 

When phenolic acids are ingested their bioavailability is dependent on the permeability 

through the intestinal barrier, and on the conjugation (glucuronidation, sulfation or methylation) 

by  intestinal  and  liver  cells.  Bioavailability  studies  using  rats  as  model  animals  show  that 

hydroxycinnamic  acids  such  as  coumaric  acid  and  caffeic  acid  can  be  found  in  plasma  after 

intragastric administration,  in unconjugated,  sulfated and/or glucuronidated  forms  (Konishi et 

al., 2004; Konishi et al., 2005). Both coumaric and caffeic acids presented higher bioavailability 

than gallic acid, which  is a simpler phenolic acid (Konishi et al., 2004 & 2005). Ferulic acid,  like 

coumaric acid showed a higher bioavailability than caffeic acid (Konishi et al., 2006). The caffeic 

acid esters rosmarinic acid and chlorogenic acid showed much lower bioavailability than simpler 

hydroxycinnamic  acids  and  similar  to  gallic  acid  (Konishi  et  al.,  2005 &  2006).  Some  authors 

could not detect  chlorogenic  acid  circulating  in  rat plasma  after  its  administration, but  found 

traces of  caffeic acid and  ferulic acid  conjugates 6 hours after administration,  suggesting  that 

hydrolysis of chlorogenic acid might have occurred and the resulting metabolites might be more 

easily available (Azuma et al., 2000). 

Many  studies  have  focused  on  the  bioavailability  of  rosmarinic  acid,  in  the  rats  and 

humans,  as  it  has  a  number  of  interesting  biological  activities  such  as  antioxidant,  antiviral, 

antibacterial and anti‐inflammatory activities that can be potentially important for public health 

(Peterssen  and  Simmonds,  2003).  When  rosmarinic  acid  was  administered  to  rats,  intact 

rosmarinic acid, monomethyl‐rosmarinic acid, and coumaric acid were found  in plasma, mostly 

in conjugated  forms  (Baba et al., 2004).  In humans  the same compounds plus caffeic acid and 

ferulic  acid were  found  circulating  in  plama,  also  in  conjugated  forms,  after  the  intake  of  a 

rosmarinic acid‐rich Perilla extract (Baba et al., 2005). In both models the maximum amount of 

General Introduction 

6  

free rosmarinic acid  in plasma was reached around 0.5h after administration, while conjugated 

forms  of  rosmarinic  acid  had maximum  peaks  later,  from  40 mins  to  2h  after  administration 

(Baba et al., 2004 & 2005; Konishi et al., 2005). Eighty three per cent of the ingested rosmarinic 

acid was  excreted  between  8  and  18  hours  after  intake  in  rats  (Baba  et  al.,  2004),  and  75% 

within  the  first 6h  in humans  (Baba et al., 2005),  suggesting  that  rosmarinic acid metabolites 

may  circulate  for  a  relatively  long  time  before  being  excreted  and  repeated  intakes may  be 

favourable to the accumulation of these active compounds in the bloodstream. 

The bioavailability results obtained with Caco‐2 cell monolayers are  in agreement with 

the in vivo results obtained in the rat model for the order of bioavailability of the phenolic acids, 

which is gallic acid = rosmarinic acid = chlorogenic acid < caffeic acid < p‐coumaric acid (Konishi 

et al., 2005), which suggests that the same kind of transport mechanisms for phenolic acids may 

be present in both models. The high permeation of caffeic acid, p‐coumaric acid and ferulic acid 

in  Caco‐2  cells,  and  presumably  in  rat  intestine,  seems  to  be  due  to  the  fact  that  these 

compounds  are  substrates  of  the  monocarboxylic  acid  transporter  (MCT)  (Konishi  and 

Kobayashi,  2004a &  2004b).  Rosmarinic  acid  and  chlorogenic  acid, which  showed  a  very  low 

transepithelial  permeation,  do  not  seem  to  be  substrates  of  MCT,  being  transported  by 

paracellular diffusion (Konishi and Kobayashi 2004a; Konishi and Kobayashi, 2005). 

Compounds that were reported as metabolites of caffeic acid by gut microflora such as 

m‐coumaric acid and m‐hydroxyphenylpropionic acid are also substrates of the MCT and showed 

a  higher  influx  than  caffeic  acid  (Konishi  et  al.,  2004b),  suggesting  that  the  action  of  gut 

microflora may increase the bioavailability of these active compounds. 

 

1.2.2. Flavonoids 

Flavonoids  are  a  group  of  polyphenolic  compounds  that  share  the  same  structural 

features,  namely  a  C6‐C3‐C6  carbon  framework  (Figure  1.3)  or,  more  specifically,  a 

phenylbenzopyran functionality. Depending on the position of linkage of the aromatic ring to the 

benzopyrano  moiety,  this  group  can  be  divided  in  three  classes:  flavonoids  (2‐

phenylbenzopyrans)  as  shown  in  Figure  1.2;  isoflavonoids  (3‐phenylbenzopyrans)  as  the 

isoflavone in Figure 1.3; and neoflavonoids (4‐phenylbenzopyrans) the rarest group of flavonoids 

(not shown). In some flavonoids the C3 moiety between the two aromatic rings may not form a 

heterocyclic  ring  (ring  C)  in  their  structure,  such  as  the  chalcones  (Figure  1.3)  (Marais  et  al., 

2006). Depending on the degree of saturation and oxidation of the C‐ring, some sub‐groups may 

be considered, the most common structures can be seen in Figure 1.3 (Marais et al., 2006).  The 

pattern of hydroxylation of flavonoids is determinant for their identification and properties, as in 

Chapter I  

7  

the case of quercetin, apigenin and  luteolin (Figure 1.4), which are among the most commonly 

occurring flavonoids.  

 

Figure 1.3. Basic chemical structures of the main classes of flavonoids. 

 

 

Figure 1.4. Structures of (a) quercetin, (b) apigenin and (c) luteolin. 

 

Flavonoids often occur in the form of flavonoid glycosides, in which the sugar residue is 

bound  to  the  flavonoid  structure  by  one  of  the  hydroxyl  groups.  The  most  common 

monosaccharide  residues  found  in  flavonoid  glycosides  are  glucose,  rhamnose  and  glucuronic 

acid. 

Ingested flavonoids may undergo several changes before reaching target organs where 

they may  have  beneficial  effects.  Studies with  quercetin, which  is  often  used  as  a model  of 

flavonoid, showed the presence of glucuronidated, sulfated and methylated forms of quercetin 

OH

O

O

OH

OH

OH

OH

 

OH

O

O

OH

OH

OH  

OH

O

O

OH

OH   

a

b

c

General Introduction 

8  

in rat plasma after  its  intragastrical administration  to rats  (Morand et al., 1998; da Silva et al., 

1998;  Justino  et  al.,  2004).  Although  the  bioavailability  of  quercetin  is  low,  the  antioxidant 

activity  in rat plasma after  its administration  increased significantly (da Silva et al., 1998; Justin 

et al., 2004). Liver sulfotransferases and glucuronyltranferases seem to be highly responsible for 

the metabolization of flavonoids, as in vitro studies showed that liver enzymatic extracts are able 

to  conjugate  quercetin  into  sulfated  and  glucuronidated  metabolites  (da  Silva  et  al.,  1998; 

Justino et al., 2004). Studies with liver cell lines, such as HepG2, also showed that liver cells may 

conjugate quercetin  through  sulfation, glucuronidation, and methylation  reactions  (O’Leary et 

al., 2003), and  the multidrug  resistant protein 2  (MRP2) may promote  the efflux of quercetin 

conjugates from the cells (O’Leary et al., 2003). Although quercetin is mainly found circulating in 

plasma  in  the conjugated  form, one of  the characteristic  features of quercetin conjugates  is a 

slow elimination, with  reported half‐times  from 11  to 28 hours,  favouring  its accumulation  in 

plasma after repeated intakes (Manech et al., 2005). 

Several studies on the bioavailability and metabolism of flavonoids by the intestine have 

been  performed  using  Caco‐2  cell monolayers  as models  for  the  intestinal  barrier.  Flavonoid 

aglycones have  shown  a high permeability  through  these membranes, which  is due  to  active 

transport (Walgren et al., 1998; Walle et al., 1999). As flavonoids  in food are present mainly  in 

glycosylated  form,  some  studies  suggest  that  the  gut  microflora  may  increase  their 

bioavailability by hydrolysing  into flavonoid aglycones (Liu & Hu, 2002; Kobayashi et al., 2008). 

Studies of bioavailability of hesperetin (aglycone) and hesperidin (hesperetin glycoside) showed 

that the transepithelial transport of the aglycone is mainly active transport, while the glycoside 

passes through Caco‐2 cell monolayers mainly by passive diffusion (Kobaiashi et al., 2008), which 

is  in  good  agreement  with  results  obtained  by Walgren  et  al.  (2008)  for  quercetin  and  its 

glycosides. Transporters from the MCT family seem to be related to the transepithelial transport, 

across  the  Caco‐2  monolayers,  of  flavonoids  such  as  hesperetin,  naringenin,  erydictiol  and 

epicatechins (Kobayashi & Konishi, 2008; Vaidyanathan and Walle, 2003). Several reports show 

that flavonoids may be conjugated – preferentially glucuronidated, but also sulfated – by Caco‐2 

cells,  and  transported  back  to  the  culture  medium  by  transporters  of  the  type  multidrug 

resistance pump (MRP) after conjugation (Ng et al., 2005; Walle et al., 1999). 

The  relationship  between  flavonoids  and  intestinal membrane  transporters  is  highly 

complex.  Flavonoid  aglycons  may  be  transported  to  the  bloodstream  by  some  active 

transporters (Walle et al., 1999). Some flavonoids may be substrate to efflux transporters such 

as P‐glycoprotein (Pgp) and MRP and may return to gut lumen (Wang et al., 2009), while others 

may  act  as  inhibitors  of  Pgp  and MRP,  without  being  their  substrates  (Brand  et  al.,  2006). 

Chapter I  

9  

Although  these  complex  relationships  are  still  under  study,  it  seems  that  the  flavonoid 

bioavailability depends on  the balance of active  influx  transport,  conjugation, efflux  transport 

and inhibition of the active transporters by other compounds. 

 

1.3. Biological activities of herbal teas and their components 

Many  therapeutic  properties  have  been  reported  for  flavonoids  and  phenolic  acids, 

especially as enzyme  inhibitors and antioxidants. The use of herbal teas for medicinal purposes 

usually gives an indication of these activities.  

The  present  thesis  focuses  on  the  anti‐acetylcholinesterase,  anti‐inflammatory  and 

antioxidant activities, which can be useful  in the treatment of several health disorders, such as 

gastrointestinal disturbances, or the symptomatic treatment of Alzheimer’s disease. 

 

1.3.1. Acetylcholinesterase inhibitors  

Acetylcholine  is usually  found  in  the  synaptic  clefts  in peripheral  and  central nervous 

systems and has a neurotransmitter function. Acetylcholine is synthesized by neurons, released 

to the synaptic cleft upon stimulation, and binds to acetylcholine receptors on the other end of 

the synaptic cleft. 

Acetylcholinesterase  is  an  abundant  enzyme  in  the  synaptic  cleft  as  it  hydrolyses 

acetylcholine  into the  inactive metabolites choline and acetate, clearing acetylcholine from the 

synapse and  ceasing  the  stimulation of  the post‐synaptic  receptors  (Randall et al., 2000). The 

active site of acetylcholinesterase is located in an active gorge (Figure 1.5) where some groups of 

amino  acid  residues  play  an  important  role  by  positioning  the  acetylcholine  molecule,  the 

peripheral  binding  site  (Trp286,  Tyr72,  Tyr124  and  Asp74),  the  choline  binding  site  (Trp86, 

Glu202, Tyr337) and  the acyl pocket  (Phe295, Phe297). The hydrolysis of acetylcholine  is  then 

directly catalysed by  the catalytic  triad  (Glu334, His447, Ser203),  located  in  the bottom of  the 

active gorge (Abu‐Donia, 2003). 

Acetylcholinesterase inhibitors can be used for the treatment of some dysfunctions, such 

as  Alzheimer’s  disease  and  gastrointestinal  disturbances,  as  will  be  discussed  in  the  next 

sections.  These  drugs,  for  instance  tacrine,  often  bind  to  the  active  gorge with  non‐covalent 

bonds usually to the acetylcholine binding and positioning sites and to the catalytic site, as it is 

shown  in  Figure  1.6  (Harel  et  al.,  1993).  Acetylcholinesterase  inhibitors  found  by  chemical 

synthesis,  as  carbamates  and  organophosphates,  are  irreversible  inhibitors  binding  to 

acetylcholinesterase by  ionic or covalent bonds, which makes them highly toxic and suitable to 

be used as pesticides (Abu‐Donia, 2003; Eyer et al. 2007). 

General Introduction 

10  

 

 

Figure 1.5. Active gorge of acetylcholinesterase (Abu‐Donia, 2003). 

 

Galanthamine,  an  acetylcholinesterase  inhibitor  approved  by  the  Food  and  Drug 

Administration  (FDA)  to  be  used  in  the  treatment  of  Alzheimer’s  disease,  is  an  alkaloid  first 

discovered  in Galanthus species, and nowadays obtained for commercialization from Narcissus 

spp. or synthetically (Heinrich & Teoh, 2004). The successful application of galanthamine  led to 

the search of new acetylcholinesterase  inhibitors, more effective and with  less side effects,  in 

plants used in traditional medicine (Houghton et al., 2004, Adsersen et al., 2006, Vinutha et al., 

2007, Ferreira et al., 2006). 

 

1.3.1.1. Acetylcholinesterase inhibitors and Alzheimer’s disease 

Alzheimer’s disease  (AD)  is  the most  common  form of dementia among older people, 

and  its  occurrence  is  of  great  concern  in  occidental  populations  where  the  life  expectancy 

increased in the 20th century. 

AD  is a degenerative  terminal disease characterized by a progressive memory  loss and 

bodily  functions,  and  symptoms  generally  include  confusion,  irritability,  aggression,  mood 

swings, language breakdown, long term memory loss, and decline of the senses, which leads to 

the withdrawal of the patients (Alzheimer’s Association, 2006). 

On a biochemical point of view, AD is a protein misfolding disease, as it results from the 

accumulation of abnormally folded amyloid beta peptides (Aβ). The Aβ may accumulate  in the 

cell within the neuronal endoplasmatic reticulum, and outside the cell forming senile plaques in 

the brain of AD patients (Hashimoto et al., 2003). 

 

Chapter I  

11  

 

 

Figure 1.6. Tacrine binding to the active gorge of acetylcholinesterase, and details showing the amino acid 

residues involved in the interaction between the two molecules (PDB 1ACJ, Harel et al., 1993). 

 

Aβ  is  a  short  peptide  that  results  from  the  proteolytic  cleavage  by  β‐secretase  and  

ϒ‐secretase of the amyloid precursor protein (APP) (Figure 1.7), a transmembrane protein whose 

function  is  still  unknown  but  seems  to  be  involved  in  the  early  development  of  the  nervous 

system  (Kerr &  Small,  2005). Although Aβ  are  usually water  soluble  innocuous peptides with 

short  regions  of  β‐sheet  and  predominately  α‐helix  secondary  structures  in  solution,  they 

undergo  dramatic  conformational  changes  at  high  concentrations  to  a  form  rich  in  β‐sheet 

General Introduction 

12  

secondary  structure  that  aggregates  to  form  amyloid  fibrils  (Onishi  &  Takano,  2004).  The 

extracellular deposition of these water insoluble fibrils into senile plaques is characteristic of AD. 

As the senile plaques are  located extracellularly, they may not  interfere directly with neuronal 

metabolism, but may hinder cellular exchanges with the extracellular environment (Tanasalli et 

al., 2006) and  interact with glia cells, activating the release of pro‐inflammatory signals (Figure 

1.7)  (Stuchbury & Munch, 2005). A  resulting  inflammatory  response and neurodegeneration  is 

the cause of the dementia and other symptoms felt by AD patients (Stuchbury & Munch, 2005). 

 

Figure 1.7. Biochemical pathways associated with  the  formation of amyloid plaques and neurofibrillary 

tangles in Alzheimers’s Disease patients. (www.calbiochem.com/alzheimers). 

 

Due  to  an  abnormal  aggregation of  tau protein, AD  is  also  known  as  a  tauopaty. Tau 

protein  is  a  microtubule  associated  protein  that  stabilizes  neuronal  cytoskeleton,  being 

Chapter I  

13  

regulated  by  phosphorylation.  In  AD  patients  tau  protein  is  hyperphosphorylated  and 

accumulates as paired helical filaments, which aggregates  into masses known as neurofibrillary 

tangles  inside  the  nerve  cell  bodies,  also  associated  with  the  amyloid  plaques  (Figure  1.7) 

(Stuchbury  &  Munch,  2005).  Although  some  studies  approach  the  treatment  of  AD  by 

modulating  the  activity  of  ϒ‐secretase,  the  enzyme mainly  responsible  for  Aβ  formation,  the 

most  studied  approach  is  by  the  administration  of  inhibitors  of  acetylcholinesterase  activity 

(Salawu et al., 2011). 

Patients of AD show low concentration of acetylcholine in the brain as a consequence of 

the  cellular dysfunctions  caused by  the  abnormal protein  aggregations. The  administration of 

acetylcholinesterase  inhibitors has proved  to be effective  in  the symptomatic  treatment of AD 

patients  (Rauf  et  al.,  2002).  This  strategy  to  increase  the  acetylcholine  levels  in  the  brain  is 

presently  the most commonly used, and  the drugs  that have been approved by  the Food and 

Drug Administration (FDA) to treat AD  in the US are the acetylcholinesterase  inhibitors tacrine, 

rivastigmine, donepezil and galanthamine, which have all been successful  in slowing down  the 

neurodegenerative process in AD patients (McGleenon et al., 1999; Heinrich & Teoh, 2004).  

The major problem related with acetylcholinesterase  inhibition treatments of AD  is the 

bioavailability of  the  inhibitors, as  they must  reach  the brain passing  through  the blood‐brain 

barrier  to  inhibit  the brain  acetylcholinesterase.  If  the  inhibitors  are  too potent, or  very high 

concentrations are needed for the therapeutic effect, unwanted side effects may arise, such as 

gastrointestinal and hepatic disturbances (McGleenon et al., 1999, Heinrich & Teoh, 2004). The 

research for new acetylcholinesterase inhibitors for the treatment of AD continues, with the aim 

of  finding  reversible  inhibitors with  higher  specificity  to  brain  acetylcholinesterase  that may 

cause less side effects than the currently used acetylcholinesterase inhibitors. 

 

1.3.1.2. Acetylcholinesterase inhibitors to treat gastrointestinal disorders 

The  intestinal wall  consists mainly  of  layers  of muscle, which  contract  and  relax  in  a 

coordinated fashion, propelling food through the intestine to the anus. This complex pattern of 

motility  is coordinated by excitatory and  inhibitory pathways of the enteric nervous system, to 

which  acetylcholine  is  the  major  excitatory  neurotransmitter  responsible  for  the  peristaltic 

contractions (Holzer and Maggi, 1994). Acetylcholine in gut epithelial cells is also responsible for 

controlling  ion  transport,  and  therefore, water  secretion  for gut hydration. This process,  very 

important  in  establishing  a  proper  aqueous  environment  for  the  enzymatic  digestion  and 

absorption  of  nutrients,  also  provides  surface  lubrication  to  propel  intestinal  contents  by 

peristaltic movements (Hirota and McKay, 2006). 

General Introduction 

14  

Acetylcholinesterase  inhibition  within  the  enteric  nervous  system  prevents  the 

degradation  of  acetylcholine,  increasing  gastrointestinal  motility  (Jarvie  et  al.,  2008).  The 

acetylcholinesterase  inhibitor  neostigmine  has  been  used  to  treat  conditions  related  to 

impairment of gastrointestinal motility, such as colonic pseudo‐obstruction (Ponec et al., 1999) 

and post‐operative impairment after colorectal surgery (Kreis et al., 2001). Other inhibitors have 

also been used  to  treat gastric motility dysfunctions,  such as metochlopramide and  vinitidine 

(Sasha  et  al.,  1995).  Conditions  that may  be  associated with  disturbances  of  gastrointestinal 

motility  and  treated  with  acetylcholinesterase  inhibitors  include  dysphagia,  gastric  stasis, 

achalasia,  abdominal  pain,  paralytic  ileus,  vomiting  and  constipation  (Sasha  et  al.,  1995). 

However the side effects of acetylcholinesterase inhibitors as discussed in section 3.2. may be an 

inconvenient  of  these  therapies,  being  nausea  and  diarrhoea  the most  commonly  associated 

with neostigmine (Jarvie et al., 2008). 

Some  plant  extracts  are  empirically  used  to  treat  gastrointestinal  disorders,  such  as 

extracts  from  Plectranthus  species,  and  specifically,  P.  barbatus  (Lukhoba  et  al.,  2006).  This 

therapeutic activity may be related to the inhibition of acetylcholinesterase activity by the plant 

extract components, which may be a potential alternative for the currently used medicines.   

 

1.3.1.3. Finding acetylcholinesterase inhibitors ‐ from in vitro to in vivo studies 

The  research of acetylcholinesterase  inhibitors  led  to  the development of methods  to 

quantify acetylcholinesterase activity. The direct detection of acetylcholine (substrate) or choline 

(product) is not easy. Therefore several indirect methods were developed, as the titration of the 

acetic  acid  formed  by  the  hydrolysis  of  acetylcholine  (Jacobson  et  al.,  1957),  the  use  of 

acetylcholine  analogues  as  substrates,  such  as  acetylthiocholine  (Ellman  et  al.,  1961)  or 

radiolabelled  acetylcholine  (Johnson  and  Rumel,  1975),  or  by  hydrolysing  the  choline 

enzymatically  with  choline  oxidase,  the  H2O2  formed  in  the  hydrolysis,  with  the  addition  of 

luminol and peroxidase, can be detected by chemoluminescence (Birman et al., 1985).  

The most commonly used in vitro assay was the one described by Ellman et al. (1961), in 

which  acetylthiocholine  is  used  as  substrate  for  acetylcholinesterase,  forming  acetate  and 

thiocholine.  The  thiocholine  reacts with  5,5’‐dithio‐bis‐(2‐nitrobenzoic  acid)  (DTNB),  in  a  very 

fast  chemical  reaction,  originating  2‐nitrobenzoate‐5‐mercaptothiocholine  and  

5‐thio‐2‐nitrobenzoate  (TNB),  which  has  a  peak  of  light  absorbance  at  405nm  (Figure  1.8) 

(Ellman et al., 1961). This method is very used due to its sensitivity, fastness and accuracy, which 

is  mostly  due  to  the  fast  reaction  between  thiocholine  and  DTNB,  however  it  has  some 

limitations related with inhibitors to be tested (Sinko et al., 2007). Some compounds may react 

Chapter I  

15  

directly with DTNB, such as thiols (Ellman, 1958), or may hydrolyse chemically acetylthiocholine, 

such as oximes  (Sinko et al., 2007), and  in both  cases  there  is an  increase  in  the  rate of TNB 

formation that is not related with acetylcholinesterase activity. 

  

 

 

Figure 1.8. Reaction associated with the Ellman assay to quantify acetylcholinesterase activity. The  final 

product  TNB  can  be  spectrofotometrically detected  due  to  its  absorption  at  a wavelength  of  405 nm. 

(adapted from Frasco et al., 2005) 

 

In  spite  of  its  limitations,  the  Ellman method  is  very  versatile  and  can  be  adapted  in 

order  to  determine  the  effect  of  acetylcholinesterase  inhibitors  by  measuring  cortical 

acetylcholinesterase activity after administration (Chattipakorn et al., 2007). However, this is an 

ex  vivo  technique  that  involves  the  sacrifice  of  animals,  and  therefore must  be  justified  by 

preliminary studies.  

Acetylcholinesterase  activity  can  also  be  measured  in  vivo  by  positron  emission 

tomography  (PET),  as  described  by  Iyo  and  co‐workers  (1997),  who  compared 

acetylcholinesterase activity  in brains of healthy  controls and  in brains of Alzheimer’s disease 

patients. This method was also used to assess the efficiency of acetylcholinesterase inhibitors in 

the  brains  of  Alzheimer  disease  patients,  such  as  donepezil  (Bohnen  et  al.,  2005)  and 

galanthamine  (Kadir  et  al.,  2008).  However,  this  technique  involves  the  administration  of 

Acetylthiocholine

Acetylcholinesterase 

H2O

ThiocholineAcetate 

5,5’‐Dithio‐bis(2‐nitrobenzoic acid) 

(DTNB) 

5‐thio‐2‐nitrobenzoic acid (TNB) 

(detection at 405nm) 

General Introduction 

16  

radiolabelled  acetylcholine  analogues  to  humans,  and  so  it  is  considered  just  for  potentially 

active compounds that have been selected by in vitro and animal testing.    

 

1.3.2. Inflammation and Antioxidants 

Inflammation  is a complex biological response to harmful stimuli  involving the vascular 

system,  the  immune  system  and  the  injured  cells,  in  a  highly  coordinated  process  involving 

multiple  factors  acting  in  a  complex  network  as  stimulators  or  inhibitors.  Upon  a  stimulus 

(infection)  endogenous  mediators  are  released,  such  as  cytokines  and  chemokines,  that 

contribute  to  the  recruitment of circulating  leukocytes  to  the  inflammation site  (Gouwy et al., 

2005).  These  cells,  highly  specialized  in  phagocytosis,  have  developed  mechanisms  for 

intracellular digestion of particles, such as pathogens and cell debris, involving the production of 

radical oxygen species (ROS) and a range of hydrolytic and proteolytic enzymes.   

Phagocytosis  in  leucocytes  is  followed  by  a  sharp  but  transient  increase  in  oxygen 

uptake, which is used to produce O2‐ (superoxide ion) by the one‐electron reduction of oxygen, a 

reaction catalysed by NADPH oxidase at the expense of NADPH. Most of the superoxide reacts 

with  itself  forming H2O2  (hydrogen peroxide), and  from  these agents a  large number of highly 

reactive  oxidants  are  formed,  including  HOCl  (hypochlorous  acid), which  is  produced  by  the 

myeloperoxidase‐  catalyzed  oxidation  of  Cl‐  by H2O2; OH.  (hydroxyl  radical),  produced  by  the 

reduction of H2O2 by Fe2+ or Cu+; ONOO‐ (peroxynitrite), formed by the reaction between O2

‐ and 

NO‐;  and many  others.  (Babior,  2000;  Klebanoff,  2005)  This  battery  of  ROS  not  only  kill  the 

invading particles but it also may damage nearby tissues. Although inflammation has primarily a 

protective function, the destructive effects can largely surpass the gravity of the stimulus. Severe 

inflammatory  responses  are  often  associated  with  a  large  number  of  diseases  such  as 

emphysema,  acute  respiratory  distress  syndrome,  atherosclerosis,  reperfusion  injury, 

malignancy and rheumatoid arthritis (Babior, 2000).  

  Lysozyme, one of the lytic enzymes produced by the neutrophils, is a glycoside hydrolase 

whose main  function  is  to hydrolyse peptidoglycans  in bacterial  cell walls, especially  in Gram 

positive bacteria  (Laible & Germaine, 1985). During  inflammation  lysozyme  is discharged  from 

lysosomes of neutrophils to destroy the phagosomes, however  it also may damage the animal 

tissue  itself,  increasing  the  inflammation  process.    Therefore,  excessive  lysozyme  activity  is 

known  to be  related  to allergic conditions and violent  inflammatory  responses of  the  immune 

system against pathogens (Makino et al., 2003; Ronca et al., 1998; Wu et al., 2006). 

Inflammation  is  also  involved  in  Alzheimer’s  disease,  with  ROS  acting  as  secondary 

messengers (Stuchbury and Munch, 2005). Microglia are a type of glial cells that are responsible 

Chapter I  

17  

for the immune defence in the central nervous system, acting as macrophages in the brain and 

spinal chord, while astroglia, another kind of glial cells, provide biochemical support and have an 

important role in repair and scarring processes of brain and spinal chord after traumatic injuries. 

The β‐amyloid plaques in Alzheimer disease patients lead to the rapid activation of glial cells and 

an over‐expression of glial mediators, namely  free  radicals  (ROS) and citokines  (Dickson et al., 

1993;  Meda  et  al.,  1995,  2001).  The  propagation  of  the  consequent  oxidative  stress  and 

inflammation by  the cytotoxic activation of glial cells plays a key‐role  in  the pathogenesis and 

progressive degeneration characteristic of Alzheimer’s disease (Figure 1.7) (Meda et al., 2001). 

The use of antioxidants to treat Alzheimer’s disease patients is still a controversial issue. 

Many studies focused on the treatment of Alzheimer’s disease with antioxidant compounds that 

may  act  through  different  mechanism,  from  free  radical  scavengers  (citoplasmatic  and 

mitochondrial)  and metal  chelators  to  anti‐inflammatory  agents  and  transcriptional  activators 

(Figure 1.9). Although  the  results obtained  from animal models were usually promising, when 

the compounds were tested in human clinical trials the results often did not present a significant 

difference  from  the  control  groups  (Dumond  and  Beal,  2011;  Mecocci  and  Polidori,  2011). 

Several  factors  were  proposed  to  explain  this  disparity,  being  the  bioavailability  of  the 

compounds one of  the most  important, namely  in  the absorption,  transport, distribution  and 

retention  in  the  target  area  of  the  human  body  (Dumont  and  Bael,  2011). Other  important 

factors  include  the  reaction  kinetics,  as  the  free  radicals must  be neutralized  faster  than  the 

damage  they  cause  in  the  target  tissue,  and  the  mechanism  of  action  itself  (Mecocci  and 

Polidori, 2011; Viña et al., 2004; Dumont and Bael, 2011). Patients  treated with vitamin E,  for 

instance, showed an improvement in cognitive function when a variation of antioxidant function 

was detected, suggesting that the effectiveness of vitamin E over Alzheimer disease patients was 

dependent on its function as antioxidant, which was highly variable among the patients (Viña et 

al.,  2004).  Therefore  it  is  suggested  that  a  higher  efficacy  can  be  achieved  by  administering 

several molecules acting with different antioxidant mechanisms, and monitoring the antioxidant 

status of the patients (Mecocci and Polidori, 2011). However, many clinical trials of antioxidant 

compounds are still undergoing, and most of  the compounds known  to be effective  in  in vitro 

and  in  vivo  systems  are  still  untested  in  clinical  trials  (Dumont  and  Bael,  2011; Mecocci  and 

Polidori, 2011). 

 

General Introduction 

18  

 

Figure 1.9. Antioxidant strategies  in Alzheimer’s disease. Solid arrows  represent  the mechanisms of  the 

disease and dashed arrows represent the mechanisms of  antioxidant therapy (Adapted from Dumond and 

Bael (2011)). 

 

Plant‐derived natural products have been and will continue to be extremely important to 

mankind  as  sources of medicinal drugs.  The  continued  interest  of pharmaceutical  industry  in 

plant‐derived drugs led to the screening of species used in traditional medicines to treat illnesses 

and/or promote health. Therefore  it  is not  surprising Cai et al.  (2004)  studied  the antioxidant 

activity of extracts of 112 plant species used in Chinese traditional medicine.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter I  

19  

2. Thesis overview 

 

Herbal  teas  are  considered  functional  drinks,  since  almost  all  of  the  chemical 

components  of  these  aqueous  extracts  have  biological  functions.  The  ethnobotanical  uses  of 

these drinks can often be explained  through the biochemical activities  found  for the complete 

extracts or for their  isolated components. Despite of the great popularity of P. barbatus tea  in 

Brazil, Africa and India to treat a wide range of diseases, the present knowledge on its biological 

activities is still very limited. The experimental work developed and presented in this thesis is a 

contribution to the validation of the ethnobotanical medicinal uses.  

The main objective of this thesis is to evaluate the potential of P. barbatus herbal tea in 

therapies  related  with  acetylcholinesterase  inhibition,  antioxidant  and  anti‐inflammatory 

activities. Briefly, to approach the main objective, this thesis aimed to: 

Provide  information  about  the  acetylcholinesterase  inhibition,  antioxidant  and 

anti‐inflammatory activities of P. barbatus herbal tea. 

Study  the  bioavailability  of  the  P.  barbatus  extract,  and  whether  the  active 

components, or metabolites, can reach the target organs. 

Analyse the  interaction between the plant extract components and proteins to 

provide  information  on  some  of  the  mechanisms  involved  in  the  extract’s 

bioavailability and activities. 

Contribute  to  the evaluation of  the potential of P. barbatus herbal  tea  for  the 

symptomatic treatment of Alzheimer’s disease and gastrointestinal disorders. 

 

This thesis is organized in six chapters. 

Chapter  I  is  a  general  introduction  that  compiles  the  existing  information  about  the 

ethnobotanic uses of  extracts of Plectranthus  species,  especially  the most used  for medicinal 

purposes, P. barbatus. The most common active components of aqueous extracts (herbal teas) 

are reviewed especially regarding the current knowledge of their metabolism and bioavailability 

when  ingested. As the aim of this thesis  is the potential of using the P. barbatus herbal tea as 

acetylcholinesterase  inhibitor, antioxidant and anti‐inflammatory, a brief review of  the current 

knowledge about these activities and of their most common therapeutic uses is presented. 

Chapter II describes the general methodologies used throughout the practical work. 

Chapter III reports in vitro studies of the activities of P. barbatus herbal tea. A screening 

of  antioxidant  and  acetylcholinesterase  inhibition  activities  for  several  Plectranthus  species  is 

presented. The aim of this screening was to prove that P. barbatus, the most used species  for 

General Introduction 

20  

medicinal  treatments, was  the most  interesting  in  terms of  its  composition  and  activity.  This 

chapter  also  describes  the  in  vitro  digestion  P.  barbatus  herbal  tea with  artificial  gastric  and 

pancreatic  juices,  β‐glucuronidase  from  gut  bacteria,  and  with  Caco‐2  cells,  modelling  the 

metabolism by intestinal cells, with the objective to know whether the extract components were 

metabolized, and if the remaining acetylcholinesterase activity has a value that justifies carrying 

out in vivo studies in rats. In this chapter the anti‐inflammatory activity of the P. barbatus extract 

is also evaluated by measuring its ability to decrease the amount of hypochlorous acid produced 

by activated neutrophils. 

Chapter  IV  explores  the  bioavailability  of  the  P.  barbatus  herbal  tea  in  order  to 

investigate if, when administered to rats, the active compounds present in this aqueous extract 

or  their  metabolites  occur  in  the  bloodstream  and  in  the  brain,  and  if  the  neuronal 

acetylcholinesterase  activity  is  affected  by  the  administration  of  the  P.  barbatus  extract.  The 

bioavailability of  the herbal  tea  is also  studied  in Caco‐2  cell monolayers,  to determine  if  the 

extract  components  interfere  with  the  permeability  and  metabolisation  of  each  other. 

Substrates  of  the  transport  systems MCT  and  Pgp  are  co‐administered  in  order  to  know  the 

involvement of these transporters in the bioavailability of the plant extract compounds.  

Chapter  V  describes  studies  on  the  interactions  between  the  P.  barbatus  herbal  tea 

components and proteins, using fluorescence and FTIR spectroscopic methods. The relationship 

between  the  interactions  and  the  inhibition  of  the  enzymatic  activity  is  also  discussed.  The 

interactions between the plant extract and acetylcholinesterase are studied in order to elucidate 

the mechanism by which the enzyme is inhibited by the herbal tea components. In addition, the 

binding of the P. barbatus extract to the human plasma proteins albumin and  lysozyme  is also 

analysed, to know  if the extract components may be transported  in the bloodstream bound to 

these  transport proteins,  increasing  their bioavailability  in  target organs. The  influence of  the  

P. barbatus herbal tea on lysozyme activity is also evaluated with the objective of knowing if the 

plant  extract  could  be  useful  in  alleviating  inflammation  and  allergic  conditions  by  inhibiting 

lysozyme hydrolytic activity. 

Chapter VI  presents  a  global  discussion  and  summarizes  the main  conclusions  of  this 

thesis.  

 

 

 

Chapter II 

Materials and Methods  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter II

23

1. Plant material

The leaves of five Plectranthus species (P. barbatus, P. ecklonii, P. fruticosus,

P. lanuginosus and P. verticillatus) cultivated in the Botanic Garden of the University of Lisbon

were collected during spring (March–June) 2006 to prepare the extracts for the studies in the

section 1 of Chapter III and in September 2008 for all the other studies.

Vouchers specimens from each species have been deposited in the Herbarium of this

Botanic Garden. P. barbatus Andr. (LISU: 214625), P. ecklonii Benth. (LISU: 146895),

P. fruticosus L’Herit (LISU: 214627), P. lanuginosus (Benth.) Agnew. (LISU: 177258),

P. verticillatus (L.f.) Druce (LISU: 171088).

2. Animals

All experiments were carried out in accordance with the guidelines of the European

Communities Council Directive of 24th November 1986 (86/609/ECC). Adult male

Sprague–Dawley rats (3–4 months old) were obtained from Instituto de Investigação Cientifica

Bento da Rocha Cabral (Lisbon, Portugal). Two rats per cage were maintained in a room at 22 oC

under 12 h dark/ light cycling and ad libitum access to water and regular chow.

3. Chemicals

All chemicals were of analytical grade. Acetylcholinesterase (AChE) type VI-S, from

electric eel 349 U/mg solid, 411 U/mg protein, 5,50-dithiobis[2-nitrobenzoic acid] (DTNB),

acetylthiocholine iodide (AChI), tris[hydroxymethyl]aminomethane (Tris buffer),

dimethylsulphoxide (DMSO), 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), linoleic acid, β-carotene,

2,6-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene (BHT), Tween 40, β-glucuronidase type IX-A from Escherichia

coli, HEPES buffer, pancreatin, pepsin, thiazolyl tetrazolium bromide (MTT), polyethylenoglycol,

sulfatase from Helix pomatia, cathecol o-methyltransferase (COMT) from porcine liver,

S-adenosylmethionine (SAM), L-cystein non-animal source, human serum albumin (HSA),

lysozyme from human milk (EC 3.2.1.17), lyophilized Micrococcus lysodeiktcus quercetin,

luteolin, apigenin, caffeic acid and rosmarinic acid were obtained from Sigma. Trifluoroacetic

acid was acquired from Merck. DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle Medium), HBSS (Hank’s

Balanced Salt Solution), glutamine, Pen–Strep (penicillin–streptomycin), PBS (phosphate

buffered saline), FBS (foetal bovine serum) and trypsin were bought from Lonza.

Materials and Methods

24

4. Extract preparation

Aqueous plant extracts were prepared as decoctions and infusions. Decoctions were

prepared using 10 g of grinded fresh plant material boiled for 10 min in 100 ml of distilled water.

Infusions were prepared using 10 g of grinded fresh plant material in 100 ml of freshly boiled

distilled water. Both infusions and decoctions were filtered through Whatman paper and

lyophilized.

The Plectranthus barbatus extract used in the all the work, except section 1 of Chapter III, was

the same, prepared as a decoction of 10 g of ground fresh leaves boiled for 10 min at 100oC, in

100 ml of distilled water and filtered through grade 1 Whatman paper. The extract was

lyophilised and the yield of extraction was approximately 140 mg of extract/g of plant.

5. Acetylcholinesterase inhibition

Acetylcholinesterase enzymatic activity was measured using adaptations of the method

described by Ingkaninan et al. (2003).

In microplates (in Chapter III, section 1): 90µl 50 mM Tris–HCl buffer pH 8, 30 µl sample

and 7.5 µl acetylcholinesterase solution containing 0.26 U/ml were mixed in a microplate and

left to incubate for 15 min. Subsequently, 22.5 µl of a solution of AChI (0.023 mg/ml) and 142 µl

of 3 mM DTNB were added. The absorbance at 405 nm was read when the reaction reached

equilibrium. A control reaction was carried out using water instead of extract and it was

considered 100% activity.

I(%) = 100 – (Asample/Acontrol) x 100

where I(%) is the percent inhibition of acetylcholinesterase, Asample is the absorbance of the

extract containing reaction and Acontrol the absorbance of the reaction control. Tests were carried

out in triplicate and a blank with buffer instead of enzyme solution was used.

In spectrophotometer cuvettes: 325 µl of 50mM Tris buffer (or 50 mM HEPES, when the

samples contained methanol) pH 8, 100 µl of sample and 25 µl acetylcholinesterase solution

containing 0.26 U/ml were mixed in a spectrophotometer cuvette and left to incubate for 15 min

at 25 oC. Subsequently, 75 µl of a solution of AChI (0.023 mg/ml) and 475 µl of 3 mM DTNB were

added. The absorbance at 405 nm was read during the first 5 min of the reaction and the initial

velocity was calculated. A control reaction was carried out using water, which was considered to

have 100% activity.

Chapter II

25

I(%) = 100 – (Vsample/Vcontrol) x 100

where I is the percent inhibition of acetylcholinesterase, Vsample is the initial velocity of the

extract containing reaction and Vcontrol is the initial velocity of the control reaction. Tests were

carried out in triplicate and a blank with buffer instead of enzyme solution was used. When

different volumes sample were used (maximum 200 µl), the final volume was corrected to 1ml

by adjusting the amount of buffer added in the beginning, and control reactions were carried

out in the same conditions.

6. Determination of antioxidant activity

Antioxidant activity was measured by DPPH and by a β-carotene/linoleic acid method,

both as described by Tepe et al. (2005), the latter with a slight modification.

DPPH assay: To a 2.5 ml solution of DPPH, (0.002% in methanol), was added 25 µl of

plant extract. The mixture was incubated for 30 min at room temperature. The absorbance was

measured at 517 nm against a corresponding blank. The antioxidant activity was calculated as

AA(%) = 100 x (ADPPH – Asample)/ADPPH

where AA is the antioxidant activity, ADPPH is the absorption of the DPPH solution against the

blank, Asample is the absorption of the sample against the blank. The tests were carried out in

triplicate and the extract concentration providing 50% of antioxidant activity (IC50) was obtained

by plotting the antioxidant activity against the plant extract concentration.

β-carotene–linoleic acid assay (just used in Chapter III, section 1): β-carotene (0.5 mg),

25 µl of linoleic acid and 200 mg of Tween 40 were dissolved in 1 ml of chloroform. The organic

solvent was evaporated. The residue was redissolved in 100 ml of aerated water. To an aliquot

of 2.5 ml of this solution, 300 µl of each sample were added. The test tubes were incubated in

hot water (50 oC) for 2 h, together with two blanks, one containing the standard antioxidant BHT

(as a positive control) and the other one with the same volume of distilled water instead of the

extracts. In the tube containing BHT the characteristic yellow colour of the β-carotene was

maintained. The absorbance was measured at 470 nm. The antioxidant activity (AA) of the

extracts was calculated using the following equation:

AA(%)= 100 x β-carotene content after 2 h assay/initial β-carotene content

Materials and Methods

26

The tests were carried out in triplicate and the extract concentration that gave 50% of

antioxidant activity (IC50) was obtained by plotting the percentage of antioxidant activity against

the extract concentration.

7. HPLC analysis

The HPLC analysis was carried out in a Liquid Chromatograph Finnigan™ Surveyor® Plus

Modular LC System equipped with a Purospher® STAR RP-18 column, from Merck and Xcalibur

software.

Generally, the composition of the extracts was analysed by injecting 25 µl and using a

gradient composed of solution A (0.05% trifluoroacetic acid acid), solution B (acetonitrile) and

solution C (methanol) as follows: 0 min, 90% A, 10% B and 50 min 5% A, 80% B, 15% C. Standard

compounds were run under the same conditions and the detection was carried out between 200

and 600 nm with a diode array detector. To purify the three main compounds from the

P. barbatus water extract, the HPLC system referred to above was also used. The peaks were

collected separately and this process was repeated several times.

8. NMR spectroscopy

1H-NMR spectra were recorded using a 400 MHz Bruker Advance 400. Samples were

dried, dissolved in DMSO-d6 and referenced to the residual solvent resonance at δH 2.50 ppm.

9. Mass spectrometry experiments

The mass spectrometric identification of rosmarinic acid was carried out on a

Thermoquest LCQ Duo quadrupole ion trap mass spectrometer equipped with an electrospray

interface. The flow rate of the electrospray solution to the ion source was 5 µl/min and the

instrumental parameters (sheath gas flow rate, ion spray voltage, capillary temperature,

capillary voltage, lens and octapole voltages) were optimised for maximum abundance of the

ions of interest. All mass spectrometric data were acquired in the negative ionisation mode. The

full scan mass spectra were measured using 50 ms for collection of the ions in the trap and the

three micro scans were summed. The data for mass spectra were based on 10–100 scans.

MS/MS experiments were performed in order to ascertain characteristic patterns. Helium was

used as collision gas and the collision energy was gradually increased until both the precursor

and product ions could be observed. MS/MS spectra were measured using 200 ms for collection

Chapter II

27

of the ions in the trap and the three micro scans were averaged. The data for mass spectra were

also based on 10–100 scans.

Further experiments were performed in an ApexQe FTICR Mass Spectrometer from

Bruker Daltonics (Billerica, MA, USA) equipped with an electrospray ion source and a 7 T actively

shielded superconducting magnet. The samples were introduced, by means of an infusion pump

from KD Scientific (Holliston, MA, USA), with a flow rate of 120 µl/h. The mass spectrometer was

calibrated using a 2.8 x 10-6 mol/l solution of polyethylenglycol acquired from Sigma-Aldrich

(St. Louis, MO, USA) in methanol HPLC grade acquired from Panreac (Barcelona, Spain) and

acidified with 0.1% (V/V) of acetic acid acquired from Fluka (Seelze, Germany).

The mass spectra were acquired in the positive ion broad band mode, with an

acquisition size of 512 k, in the mass range of 50-500. The nebuliser gas flow rate was set to

2.5 l/min, the dry gas flow rate was set to 4.0 l/min at a temperature of 220 oC. The capillary

voltage was set to 5000 V and the spray shield voltage was set to 4500 V. All mass spectra

presented are the average of 32 mass spectra.

10. In vitro intragastric metabolism assays

10.1. In vitro metabolism by the gastric juice

The assay was adapted from Yamamoto et al. (1999). Two and a half millilitres of gastric

juice were added to 2.5 ml of extract solution (5 mg/ml) or rosmarinic acid solution (2 mg/ml).

The mixture was left to incubate at 37 oC for 4 h. Samples (100 µl) were taken hourly, added to

900 µl of ice-cold methanol and analysed by HPLC. The gastric juice (100 ml) consisted of 320 mg

of pepsin, 200 mg NaCl, pH 1.2 (with HCl). Assays were done in triplicate.

10.2. In vitro metabolism by pancreatic juice

The assay was adapted from Yamamoto et al. (1999). Two and a half millilitres of

pancreatic juice were added to 2.5 ml of extract solution (10 mg/ml) or rosmarinic acid solution

(2 mg/ml). The mixture was left to incubate at 37 oC for 4 h. Samples (100 µl) were taken hourly,

added to 900 µl of ice-cold methanol, and centrifuged for 5 min at 5000g. The supernatant was

analysed by HPLC.

Two hundred microlitre samples were taken at the same time, centrifuged 5 min at

5000g and the supernatant was analysed for acetylcholinesterase activity, against a blank with

water instead of plant extract. The gastric juice consisted of 250 mg of pancreatin in 10 ml of

potassium-phosphate buffer 50 mM, pH 8. Assays were done in triplicate.

Materials and Methods

28

10.3. Glucuronidase activity

An adaptation of the method described by Justino et al. (2004) was used. The mixture

contained 567.3 U/ml of β-glucuronidase and 5 mg/ml aqueous extract of P. barbatus, in

potassium-phosphate buffer (50 mM, pH 7.4). The reaction was incubated for 2 h at 37 oC. After

this time the mixture was centrifuged at 5000g for 10 min and the supernatant was analysed by

HPLC. Two control reactions were analysed, one consisting of the reaction mixture without plant

extract and the other consisting of the reaction mixture without β-glucuronidase.

10.4. Metabolism by the Caco-2 cells

The assay for the metabolism of plant extracts by Caco-2 cells was adapted from Kern et

al. (2003). Caco-2 cells (ATCC#HTB-37), a colorectal adenocarcinoma epithelial cell line, were

cultured in DMEM medium supplemented with 10% FBS, 100 U/ml penicillin, 100 U/ml

streptomycin, and 2 mM L-glutamine, at 37 oC in an atmosphere with 5% CO2. The culture

medium was changed every 48–72 h.

For the assays, 2 x 104 cells were seeded in 4 cm diameter Petri dishes and grown for 10

days (to approximately 90% confluence). The medium was replaced with 2.5 ml HBSS plus

1–7 mg/ml of plant extract. For the assays with standards, the concentrations used were

1 mg/ml for rosmarinic acid and 50 µM for apigenin or luteolin. The cells were left in the

incubator and 100 µl samples of the medium were collected at 0, 1, 2, 4, and 6 h, added to 900

µl of ice-cold water, centrifuged 10 min at 5000g, and analysed by HPLC. Samples (100 µl) were

also collected at the same incubation times, centrifuged and analysed for acetylcholinesterase

inhibition, against a blank of HBSS incubated with Caco-2 cells under the same conditions. All

assays were done in triplicate.

After the 6-h assay, the cells in each Petri dish were washed with 500 µl HBSS and

incubated with 1 ml solution of 1:10 TFA (0.05% in methanol) for 30 min. The extract was

centrifuged for 10 min at 5000g, and the supernatant was analysed by HPLC.

10.5. Antiacetylcholinesterase and antioxidant activities of the digested extracts

Aliquots were withdrawn at the beginning of the experiment and after each hour. The

sample was centrifuged at 5000g to discard the bottom phase containing the enzyme, pepsin,

pancreatin or glucuronidase. The upper phase was used for the determination of

acetylcholinesterase inhibition activity as well as antioxidant activity by the DPPH method

according to the procedures described in the sections 4 and 5 of this Chapter. The aliquots from

Chapter II

29

the incubations were diluted to concentrations in the assays corresponding to the IC50 values of

the undigested extract.

11. In vitro conjugation studies for metabolites identification

11.1. Preparation of cell-free extracts

A cell-free liver extract was prepared, essentially as described by Justino and co-workers

(2004), to obtain the hepatic enzymes that metabolize flavonoids. In brief, rat livers were

collected and homogenized in ice-cold 10 mM phosphate buffer, pH 7.4, containing

10 mM 2-mercaptoethanol (1 g wet tissue/2.5 mL buffer). The homogenate was then

centrifuged for 90 min at 12 000 g at 4 oC. The protein content of the supernatant was

immediately determined by the Lowry method (Lowry et al., 1951) and the remainder

supernatant was lyophilized and stored at -20 oC until required.

11.2. Glucuronidation assay

The standard assay mixture contained 0.5 mg.mL-1, P. barbatus extract, or 40 mM

rosmarinic acid, or 50 mM flavonoid standards, 2 mM UDPGA, and cell-free extract (5 mg.mL-1)

in 10 mM potassium phosphate buffer, pH 7.4, final volume of 1 mL (Justino et al., 2004). The

reaction was initiated by addition of the cytosolic fraction extracted and the mixture was

incubated for 30 min at 37 oC without shaking. The reaction was stopped and the metabolites

were extracted as described in the HPLC analysis section below.

11.3. Synthesis and identification of methyl rosmarinic acid

The methylation of rosmarinic acid was done by the porcine liver enzyme catechol-o-

methyl-transferase (COMT), using the cofactor S-adenosylmethionine (SAM), with an adaptation

of the method described by Baba and co-workers (2004). Briefly, 20 U of COMT were dissolved

in 200 ml of deoxygenated 10 mM K-phosphate buffer, 20 mM L-cystein, 2 mM MgCl2, pH 7.4

and pre-incubated at 37 oC for 10 min under inert atmosphere. Five hundred microlitres of

7.1 mM SAM and 100 ml of rosmarinic acid, both dissolved in the reaction buffer, were added.

Two hundred microlitres of 7.1 mM were added every two hours, and the reaction was stopped

at 6 h by the process described in the section for HPLC analysis. The compounds were isolated by

HPLC, collected and analyzed by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). All

experiments were performed using a LCQ Duo ion trap mass spectrometer from Thermo

Scientific (San Jose, CA, USA) equipped with an ESI source. Samples were introduced, via a

Materials and Methods

30

syringe pump (flow rate of 5 mL.min-1), into the stainless steel capillary of the ESI source. The

applied spray voltage in the source was 4.5 kV, the capillary voltage was 10 V and the capillary

temperature was 220 oC. All the mass spectrometer parameters were adjusted in order to

optimize the signal-to-noise ratios for the ions of interest. Nitrogen was used as nebulising and

auxiliary gas in the source. All mass spectrometry data were acquired in the negative ion mode,

the full scan spectra were recorded in the range m/z 100–1000 and three micro-scans were

averaged. MS/MS experiments were performed with helium as collision gas.

12. In vivo studies protocol

12.1. Intragastric and intraperitoneal administration

P. barbatus herbal tea was administered to rats through intragastric procedure

(600 mg.kg-1, equivalent to 150 mmol RA kg-1) or intraperitoneal injection (1000 mg.kg-1,

equivalent to 250 mmol rosmarinic acid kg-1). For each experiment, twelve adult male Sprague–

Dawley rats weighing approximately 400 g and 16 h fasted were randomly divided into two

groups. Rosmarinic acid standard was administered dissolved in ethanol saline solution (20%

ethanol, 0.9% NaCl solution) in a concentration of 550 mmol kg-1. The high dose administered is

justified by the need of obtaining high levels of the different metabolites for analytical purposes.

To control animals only the ethanol saline solution was administered. Blood was withdrawn

from three rats, thirty minutes and 1 h after administration, by cardiac punction into K3EDTA

tubes and kept on ice. The brains were than collected in ice cold K-phosphate buffer 10 mM pH

7.4 10 mM mercaptoethanol and also kept on ice.

12.2. Plasma and brain sample preparation

Plasma was separated from red blood cells by centrifugation at 5000 g for 5 min at 4 oC

and samples were stored at -80 oC until further studies. Each rat brain was weighed and

homogenized in 5 ml 10 mM K-phosphate buffer pH 7.4 10 mM mercaptoethanol. The

homogenate was then centrifuged for 90 min at 12 000 g, at 4 oC and the supernatant (brain

extract) stored at -80 oC until further studies.

12.3. Determination of glucuronidated and sulfated metabolites

An adaptation of the method described by Justino and co-workers (2004) was used. To

determine the amounts of glucuronidated, sulfated and glucuronidated-sulfated compounds

sets comprised one assay with b-glucuronidase, one assay with sulfatase, one assay with both

Chapter II

31

enzymes and a control with no addition of enzymes were prepared. To 500 ml of sample were

added 1000 U of b-glucuronidase, and/or 25 U sulfatase and incubated at 37 oC for 1 h.

The samples were then processed as described in the section 12.4 for HPLC analysis.

12.4. Preparation of samples for HPLC analysis

Methanol was added to 500 ml of plasma or brain extract to 1 ml solution and the

mixture was vortexed, left to precipitate for one hour at 4 oC, and centrifuged for 10 min at

10 000 g, at 4 oC. The supernatant was recovered, left to precipitate another hour and

centrifuged in the same conditions prior to HPLC analysis. Controls were done using rosmarinic

acid and caffeic acid as internal standards added to plasma and brain extracts to determine the

losses related to this purification process. This protocol showed negligible loss of the standard

compounds (less than 10%) and the yield was calculated taking into account the concentrations.

12.5. Determination of acetylcholinesterase activity in brain samples

Acetylcholinesterase enzymatic activity was measured using an adaptation of the

methods described by Chattipakorn and coworkers (2007) and in section 5. Four hundred

microlitres of 50 mM HEPES buffer pH 8 and 50 ml brain extract were mixed in

spectrophotometer cuvette and left to incubate for 15 min at 25 oC. Subsequently, 75 ml of a

solution of AChI (0.023 mg ml-1) and 475 ml of 3 mM DTNB in HEPES 50mM pH 8 were added.

The absorbance at 405 nm was read during the first five minutes of the reaction and the initial

velocity was calculated as mAU min-1 mg-1 and converted into nmole min-1 mg-1 of tissue mass. A

control reaction was carried out using the brain extract from the control rats, and it was

considered 100% activity for calculations of enzymatic inhibition.

13. Protein fluorescence measurements

The fluorescence quenching study on HSA was performed in 3 ml solutions containing

1 × 10−8 M HSA in Tris-HCl buffer (0.20 M, pH 7.4) containing 0.10 M NaCl and the appropriate

quantities of quencher – P. barbatus extract, rosmarinic acid, luteolin or apigenin (Xiao et al.,

2008).

Lysozyme intrinsic fluorescence quenching was studied in 3 ml solutions containing

0.02 mg.ml−1 and the appropriate amount of quencher in K-phosphate buffer (0.01 M, pH 7.4).

All samples were pre-incubated for 1 h at 37◦C (Xiao et al., 2008).

The fluorescence quenching study on of acetylcholinesterase was performed according

Xiao and coworkers (2008), in 3ml solutions containing 5U of AChE in Tris-HCl buffer (50mM,

Materials and Methods

32

pH 8) and the appropriate quantities of quencher – P. barbatus extract, rosmarinic acid,

quercetin, luteolin or apigenin.

All fluorescence measurements were performed on a LS55 spectrofluorometer (Perkin-

Elmer, UK) in a 1 cm quartz cell. Excitation and emission bandwidths were set to 10 nm. Emission

spectra were recorded from 300 to 500 nm, under excitation wavelength of 280 nm. The

fluorescence intensity was measured at 335 nm under the same excitation wavelength, at

different temperatures (293, 298 and 303 K).

14. FTIR measurements

FTIR measurements were carried out at 21◦C using a Bruker Vector 22 Spectrometer.

Each spectrum was acquired by averaging between 32 and 300 scans in the spectral range of

400–4000 cm−1 at 4 cm−1 resolution.

Fifty microliters of reaction mixture were transferred into a CaF2 infrared cell, fitted with

a 50 μm path Teflon spacer and placed in the spectrometer. Spectra were acquired every 2 min

for 1 h. For each sample a spectrum was acquired after 2 h, averaging 300 scans.

The hydrogen–deuterium exchange was initiated when HSA was dissolved in Tris buffer,

50 mM pH 7.4, containing 25 mM NaCl, prepared in deuterium oxide, and the compounds in

study in a final concentration of 500 μM HSA, 500 μM of standard compounds or 10 mg/ml of P.

barbatus extract.

For the measurements with lysozyme, the hydrogen–deuterium exchange was started

when lysozyme was dissolved in K-phosphate buffer 10 mM pH 7.4, prepared in deuterium

oxide, containing lysozyme in the final concentration of 2 mM, standard compounds in the same

concentration or P. barbatus extract in the final concentration of 10 mg · ml−1.

The AChE hydrogen-deuterium exchange started when AChE was dissolved in Tris buffer,

50mM pH8, prepared in deuterium oxide. and the compounds in this study in the final

concentrations of 7080 U.mL-1 AChE, 1 mM of standard compounds or 10mg/mL of P. barbatus

extract.

The FTIR spectra recorded were analysed using the Bruker OPUS software. FTIR spectra

of the buffer were recorded under identical conditions and the OPUS software was used to

subtract the spectrum of the buffer from the spectrum of the protein in buffer using previously

described procedures (Haris et al., 1990). Subsequently, second-derivative analysis was carried

on the absorbance spectra to reveal the overlapping amide I components (Haris et al., 1990).

Chapter II

33

15. Lysozyme activity measurements

Lysozyme activity was measured with an adaptation of a method previously described

(Laible and Germaine, 1985). Five hundred microliters of M. lysodeikticus suspension in

K-phosphate buffer (0.10 M, pH 7.4) were added to 500 μl of a solution containing lysozyme

(0.4 mg) and an appropriate amount of inhibitor – P. barbatus extract, rosmarinic acid, luteolin

or apigenin – in the same buffer. The decrease in absorbance was followed at 570 nm for the

first five minutes of reaction and compared with the appropriate controls (without inhibitor and

without enzyme). All assays were done in triplicate and IC50 values were calculated.

16. Measurement of hypochlorous acid in activated human neutrophils

16.1. Isolation of human neutrophils

The isolation of human neutrophils was carried out as described by Coelho (2004). A

dextran solution (6% in phosphate buffer 0.1M, pH7.4, NaCl 0.9%) was added to the blood

collected form human donors in a proportion 5:1 (V:V), gently mixed by inversion, and left for

90 min in the dark to separate the red blood cells. A NH4Cl 0.87% (m:V) solution was added to

the supernatant in the proportion 1:2 (V:V) and left to incubate for 5 min at room temperature

for the lysis of the remaining red blood cells, and the leucocytes were collected by centrifuging

5 min at 250g. The cells were washed 3 times with phosphate buffer 16mM, pH 7.4, containing

NaCl 122 mM, KCl 4.89 mM, MgSO4 1.22 mM, D-glucose 1 mg/mL and EDTA 0.03% (m:V) and

collected by centrifuging 5 min at 250g. The cells were ressuspended in 1.5 mL ice cold KRC

solution (phosphate buffer 16mM, pH 7.4, containing NaCl 122 mM, KCl 4.89 mM, MgSO4

1.22 mM, D-glucose 1 mg/mL and CaCl2 0.6 mM), and kept on ice for no longer than 3h.

16.2.Measurement of hypochlorous acid formation by human neutrophils

The hypochlorous acid produced by human neutrophils was measured after activation

with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), with an adaptation of the method described by

Dypbukt et al. (2005). The neutrophils were incubated for 30 min at 37oC in a 250 µL solution

containing 2x106 cells/mL, taurine 5 mM, PMA 100 ng/mL, and several concentrations of

rosmarinic acid or P. barbatus extract, in KRC buffer. The reaction was stopped by adding

20 µg /mL catalase and incubating on ice for 10 min. The cells were removed by centrifuging

5 min at 11000g, and the hypochlorous acid in the supernatant was measured by the taurin

chlorination method. Briefly, 40 µL of a revealing solution (3,3’,5,5’-tetrametilbenzidina (TMB)

2mM, KI 100µM, in acetate buffer 400mM pH 5.4, 30% dimethylformamide) were added to

Materials and Methods

34

160 µL of the supernatant in a 96-well plate. The absorbance was read at 655 nm after 5 min

incubation at room temperature.

17. Caco-2 bioavailability experiments

Caco-2 cells (ATCC#HTB37), a human colorectal adenocarcinoma epithelial cell line, were

cultured as described in section 10.4.

For transport and metabolism experiments, the cells were seeded at a density of

2-4x104 cells /cm2 in 12-well Transwell plate inserts with 10.5mm diameter, 0.4 µm pore size

(BD Falcon™). The monolayers were formed after 21-26 days. The integrity of the monolayers

was evaluated by measuring the permeability of phenol red or the transepithelial electrical

resistance (TEER). The membranes were considered fit when the permeability of phenol red

from apical to basolateral sides was less than 1% in one hour, or the TEER was higher than

250 Ω.cm2.

In general, to start the assays, the cells were washed with HBSS and 0.5 mL of the

solutions to be tested, in HBSS, were applied into the Transwell inserts (apical side of the cells).

1.5mL of HBSS were added to the plate well (basolateral side of the cells). After 6 hours of

incubation at 37 ºC, 5% CO2, the solutions in both sides of the cells were collected and analysed

by HPLC. The cells were washed with HBSS, and ressuspended by scraping with HBSS. The cells

were sonicated 5x10 s, centrifuged 10 min ant 5000 g, and the supernatant was analysed by

HPLC.

Before carrying out the assays the concentrations of the solutions were proved not to

affect Caco-2 cells growth by performing the MTT viability test (Mosmann, 1983). All

concentrations used showed 0% toxicity and did not affect the Caco-2 cell membrane integrity.

17.1. Study of the permeability and the metabolism of rosmarinic acid, luteolin and

apigenin

The effect of rosmarinic acid, luteolin and apigenin on the permeation and

metabolization of each other on Caco-2 cells was studied by applying several concentrations of

these compounds in the apical side of the cells according to a factorial design known as CCD

(Barker, 1985). The solutions to be used in this study were prepared in HBSS, and the

concentrations of rosmarinic acid, luteolin and apigenin were listed in Table 2.1.

Chapter II

35

Table 2.1. Concentrations of rosmarinic acid, luteolin and apigenin used in the phenolic mixtures

to determine the bioavailability by Caco-2 cells, according to the CCD experimental plan.

Solution

Concentration (µM)

Rosmarinic

Acid

Luteolin Apigenin

1 30 30 30

2 70 30 30

3 30 70 30

4 70 70 30

5 30 30 70

6 70 30 70

7 30 70 70

8 70 70 70

9 10 50 50

10 90 50 50

11 50 10 50

12 50 90 50

13 50 50 10

14 50 50 90

15 50 50 50

17.2. Study of the effect of transport systems (MCT and Pgp) on the permeation of

apigenin, luteolin and rosmarinic acid

Benzoic acid (0.1 mM) and digoxin (0.1 mM) were used as substrates of the known

transport systems in Caco-2 cells, MCT and Pgp, respectively. The assays were performed as

previously described (section…) with the substrates. Competition between rosmarinic acid,

luteolin and apigenin with the substrates of the transport system was also studied with solutions

containing a mixture of these 3 model phenolic compounds (50 µM each) and each of the

substrates, in the absence of inhibitors.

17.3. HPLC analysis and bioavailability quantification

The HPLC analysis was carried out in slightly different conditions from the ones decribed

in section 7, in Liquid Chromatograph Finnigan® Surveyor® Plus Modular LC System, Thermo-

Finningan, Germany equipped with a LiChroCART® 250-4 LiChrospher® 100 RP-8 (5 µm) column,

from Merck, Darmstadt, Germany, and Xcalibur software. The extracts were analysed by HPLC

injecting 25 µl with an auto injector, and using a linear gradient composed of solution A (0.05%

trifluoroacetic acid), and solution B (methanol) as following: 0 min, 70% A, 30% B; 20 min 20% A,

80% B; 25 min, 20% A, 80% B. The detection was carried out between 200 and 500 nm with a

diode array detector.

Materials and Methods

36

The amount of rosmarinic acid, apigenin and luteolin in the samples were determined by

calibration curves of concentration/peak area, and the bioavailability was quantified by the

distribution of each compound in each compartment of the Caco-2 monolayer (apical,

basolateral, and intracellular).

18. Statistical analysis

All results are presented as mean ± standard deviation of three replicates (or five replicates, in

the in vitro digestions with gastric and pancreatic juices) and the software used was Microsoft

Excel®. Additionally analysis of variance (ANOVA) was performed with p = 0.05.

 

 

Chapter III 

Screening for antiacetylcholinesterase and antioxidant 

activities in Plectranthus species. In vitro metabolism and    anti‐

inflammatory studies  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Falé  PL,  Borges  C,  Madeira  PJM,  Ascensão  L,  Araújo MEM,  Florêncio  MH,  Serralheiro  MLM.  2009. 

Rosmarinic  acid,  scutellarein  4’‐methyl  ether  7‐O‐glucuronide  and  (16S)‐coleon  E  are  the  main 

compounds  responsible  for  the  antiacetylcholinesterase  and  antioxidant  activity  in  herbal  tea  of 

Plectranthus barbatus (‘‘falso boldo”). Food Chem. 114: 798–805. 

 

Porfirio  S,  Falé  PLV,  Madeira  PJA,  Florêncio  H,  Ascensão  L,  Serralheiro  MLM.  2010. 

Antiacetylcholinesterase  and  antioxidant  activities  of  Plectranthus  barbatus  tea,  after  in  vitro 

gastrointestinal metabolism, Food Chem. 122: 798–805. 

 

Falé  PLV,  Filipe MA,  Ascensão  L,  Serralheiro MLM, Mira  L.  Activity  of  Plectranthus  barbatus  extract 

against inflammatory response in human neutrophils. To be submitted to Plant Food Hum. Nutr. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Chapter III 

39  

1.  Screening  for  antiacetylcholinesterase  and  antioxidant 

activities in Plectranthus species 

 

1.1. Introduction 

The  genus  Plectranthus  L’Hér.,  belonging  to  the Mint  family  (Lameaceae),  comprises 

about  300  species  widely  distributed  in  Africa,  Asia  and  Australia.  A  great  variety  of 

ethnobotanical uses are reported for Plectranthus species. However, the most common uses are 

to treat a wide range of diseases, including digestive problems, inflammation‐related conditions 

and nervous  system disorders  (Lukhoba et al., 2006).  Infusions of several Plectranthus species 

are used to treat coughs and colds, liver complaints, and ailments in respiratory system and skin.   

Plectranthus  barbatus  (Lamiaceae)  is drunk  as  an herbal  tea  to  treat  a wide  range of 

diseases,  and  is  also  used  in  food  recipes,  particularly  in  South  America,  Africa  and  Eastern 

regions (Lukhoba et al., 2006). In order to know which were the main compounds that could be 

responsible for the healing properties attributed to P. barbatus, infusions and decoctions of this 

species  were  analysed.  The  inhibition  capacity  of  the  extracts  on  the  enzyme 

acetylcholinesterase  (AChE) was studied. Acetylcholinesterase  is the enzyme that catalyses the 

hydrolysis of acetylcholine, a neurotransmitter found  in the synaptic gap, and the  inhibition of 

this enzyme could give some explanation for the action of the herbal tea on the nervous system. 

Nowadays the AChE inhibition is used in the treatment of the Alzheimer’s disease (AD) (Heinrich 

& Teoh, 2004). Therefore the most successful therapy for AD, at present, consists of  increasing 

the  levels  of  acetylcholine  through  the  inhibition  of  acetylcholinesterase  activity  (Heinrich & 

Teoh, 2004). 

Most of  the compounds  isolated  from  the plant polar extract  fraction are polyphenols 

(Cai et al., 2004; Trouillas et al., 2003). These compounds also have a high antioxidant activity 

(Cai et al., 2004; Djeridane et al., 2006). The antioxidant activity found in some compounds has 

been  connected  to  the  capacity  to  scavenge  the  free  radicals  that  are  formed  during  the 

inflammation processes (Gomes et al., 2008). It is becoming the objective of research to develop 

or find new drugs that exhibit many simultaneous activities, as most of the diseases are not the 

result  of  a  unique  mechanism,  but  the  consequence  of  several  biochemical  processes 

(Bembenek et al., 2008). This  is one of the reasons why, nowadays, the herbal teas are gaining 

popular  acceptance.  They  are  a mixture  of  several  compounds,  so  they  can  act  on  different 

diseases simultaneously. A bioguided study has been carried out where  the  inhibition of AChE 

was looked for and the P. barbatus water extracts were analysed in order to explain some of its 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

40  

traditional  uses.  In  order  to  confirm  the  results  obtained with  P.  barbatus  in  this work,  four 

different  Plectranthus  species  were  also  analysed.  P.  ecklonii  and  P.  fructicosus  also  have 

medicinal applications but are used mostly to treat skin conditions such as infections and burns 

(Lukhoba  et  al.,  2006).  P.  lanuginosus  herbal  tea  is  used  for  digestive  conditions  and  P. 

verticillatus is only used as ornamental. 

 

1.2. Materials and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The plant aqueous extracts were prepared as infusions and decoctions. Aliquots of 1 ml 

of each extract were lyophilized and used to determine the dry weight. Data present in Table 3.1 

are the average of three independent measures. 

 

Table 3.1. Amount of dry plant extract obtained. 

Plant species Plant extract (mg dry extract/g fresh plant)

Infusion Decoction

P. barbatus 16 ± 1 36 ± 2

P. ecklonii 36 ± 5 48 ± 5

P. fruticosus  25 ± 3 22 ± 4

P. lanuginosus  12 ± 4 13 ± 3

P. verticillatus  3 ± 1 3 ± 1

 

Acetylcholinesterase inhibition was determined in microplates, as described in Chapter II 

section 5, and the antioxidant activity was quantified by the DPPH and β‐carotene‐linoleic acid 

methods,  as  described  in  Chapter  II,  section  6.  The  composition  of  the  plant  extracts  was 

analysed by HPLC as described  in Chapter  II  section 7, and  the main  components,  isolated by 

HPLC,  were  identified  by  NMR  spectroscopy  (Chapter  II,  section  8)  and  mass  spectrometry 

(Chapter II, section 9.). 

 

1.3. Results 

1.3.1. General 

In this work the aerial part of P. barbatus, P. ecklonii, P. fructicosus, P. lanuginosus and P. 

verticillatus was separated  into a vegetative part  (leaves) and  floral part  (flowers), which were 

analysed  separately, not only  for  their action as AChE  inhibitors but also  for  their antioxidant 

activity.  The  antioxidant  activity  was  evaluated  using  two  tests,  the  DPPH  and  the  β‐

carotene/linoleic acid bleaching test. The first gives  information about the ability of the tested 

compounds to scavenge free radicals. The second gives information on the ability of the tested 

Chapter III 

41  

extracts to delay the effect of lipid peroxidation on biological compounds by reacting with chain‐

propagating peroxyl radicals faster than these radicals can react with proteins or fatty acid side‐

chains.  In order to establish the results as a function of the dry weight of the extracts, 1 ml of 

each extract was  lyophilized and  its dry weight was determined. As  it was shown  in Table 3.1,  

P. ecklonii and P. barbatus gave the highest yield of plant extract. All the calculations carried out 

in the next sections are expressed in dry weight of the extracts. 

 

1.3.2. Acetylcholinesterase inhibition 

The  inhibition  activity  of  leaves  and  flowers  of  P.  barbatus  demonstrated  that  the 

extracts obtained with the leaves were more active than those obtained with the flowers (<10% 

when  using  0.5  mg  of  extract/ml).  All  the  subsequent  results  refer  to  the  leaves  of  the 

Plecthrantus species. 

All  the  decoctions  showed  higher  activities  than  the  infusions.  The  decoction  of  P. 

barbatus inhibited the activity of AChE by approximately 31.5%, when using 0.5 mg of extract/ml 

of test solution (Table 3.2). This result is within the range of the values found in the literature for 

the  inhibition  of  this  enzyme with  plant  extracts  (Mata  et  al.,  2007; Orhan  et  al.,  2004)  and 

corresponds  to approximately one small bag of  tea made  from  the  leaves  (14 mg). The values 

obtained with other species of Plectranthus showed that other species also  inhibit AChE (Table 

3.2). P. verticillatus and P. ecklonii were the species studied that gave higher values, 59.6% and 

62.8%, respectively. With the decoctions of P. lanuginosus and P. fruticosus, the inhibition values 

obtained when using 0.5 mg/ml, were 10.0% and 31.3%, respectively. 

 

 

Table  3.2.    Inhibition  of  AChE  activity  (%),  antioxidant  activity  and  rosmarinic  acid  content  of  water 

extracts of the leaves of several Plectranthus species. 

Plectranthus

species

AChE inhibition (%)

with 0.5 mg/ml

dry extract

DPPH

(IC50 µg dry extract/ml)

β-Carotene

(IC50 µg dry extract/ml)

Rosmarinic

acid

(mg/mg

extract)

Infusion Decoction Infusion Decoction Infusion Decoction Decoction

P. barbatus 17.0 ± 5.4 31.5 ± 3.3 10.4 ± 0.3 45.8 ± 0.5 226.4 ± 11.5 69.8 ± 3.1 0.14

P. ecklonii 46.7 ± 0.4 62.8 ± 6.5 2.4 ± 0.1 3.8 ± 0.1 142.1 ± 8.0 109.0 ± 3.1 0.48

P. fructicosus 11.3 ± 1.8 31.3 ± 2.6 6.2 ± 0.9 4.4 ± 0.2 367.1 ± 15.6 234.6 ± 5.4 0.28

P. lanuginosus 13.7 ± 7.2 10.0 ± 1.1 5.2 ± 0.4 3.3 ± 0.2 362.9 ± 5.9 196.7 ± 2.3 0.18

P. verticillatus 47.4 ± 5.4 59.6 ± 7.6 1.5 ± 0.7 1.2 ± 0.4 37.7 ± 1.5 28.9 ± 1.5 0.44

BHTa - 15.7 ± 0.2 12.0 ± 0.7 - aMata et al. (2007)

 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

42  

1.3.3. Antioxidant Activity 

Antioxidant  activity  of  infusions  and  decoctions  of  the  Plectranthus  species  was 

evaluated  using  the DPPH method.  Results  are  presented  in  Table  3.2  as  IC50  (µg  dry weight 

extract/ml of the test solution). The antioxidant activity of these extracts, on what concerns their 

ability  to  scavenge  free  radicals,  determined  by  the  DPPH,  is  very  high,  and  similar  to  the 

antioxidant activity of a known synthetic standard, BHT, previously determined, IC50 = 15.7 ± 0.2 

µg/ml (Mata et al., 2007). Both extracts of P. verticillatus show the highest antioxidant activity, 

IC50 = 1.5 µg/ml (infusion) and IC50 = 1.2 µg/ml (decoction). Also the extracts from P. ecklonii, P. 

fructicosus and P.  lanuginosus have a comparatively high antioxidant activity. These values are 

lower  (higher activity)  than  those  recently  reported  for other  Lamiaceae  species  from  genera 

Mentha and Salvia (Kanat et al., 2007; Mata et al., 2007; Parejo et al., 2004; Tepe et al., 2005) 

and have the same magnitude as those reported for green tea extract, a reference extract highly 

commercialised for its antioxidant activity (Atouin et al., 2005). 

The  capacity  to  prevent  the  lipid  peroxidation,  measured  through  the  β‐carotene–

linoleic acid test, gave values higher, which means less activity, than the one obtained with the 

standard BHT. An exception  is P. verticillatus  that gave a value of  the same magnitude as BHT 

(Table 3.2). P. barbatus (decoction) and P. verticillatus (infusion and decoction) were the species 

showing higher antioxidant activity when measured by this test, 69.8 µg/ml, 37.7 µg/ml and 28.9 

µg/ml, respectively. 

 

1.3.4. Identification of the main component of the Plectranthus extracts, responsible for 

the enzyme inhibition activity 

In  order  to  assess  whether  the  extracts  contained  a  large  number  of  different 

compounds, and  in an attempt  to  identify  these  constituents, HPLC–DAD analysis was  carried 

out with the decoctions of the Plectranthus species. The decoctions were selected to identify the 

main  compounds  because,  in  general,  they  gave  higher  enzyme  inhibition  activity  than  the 

infusions. The chromatograms for P. barbatus and P. verticillatus are shown in Figure 3.1a and b, 

respectively. The chromatograms of P. ecklonii, P. fruticosus and P. lanuginosus are similar to the 

one obtained with P. verticillatus. In all the extracts there is a major peak with the retention time 

at ~19.2 min. The decoctions of P. barbatus showed two additional peaks on the total absorption 

of the wavelength, Figure 3.1a.  In P. barbatus chromatogram the main peak (retention time of 

19.2 min)  represents  51%  of  the  total  area, whilst  in  all  the  other  chromatograms  this  peak 

represents ~80%. The  compounds with  retention  times of 23.4 min and 33.0 min  found  in P. 

Chapter III 

43  

barbatus  chromatogram  represent  6%  and  20%,  respectively.  The  amount  of  the  compound, 

with a retention time of 19.2 min in the extracts, depends on the plant analysed. 

 

Figure 3.1. HPLC chromatogram of decoctions: (a) Plectranthus barbatus and (b) Plectranthus verticillatus. 

 

Analysing  the UV  spectra of  the peak with  a  retention  time of 19 min,  Figure 3.2a,  a 

similar  spectrum  to  the  one  obtained  with  caffeic  acid  was  observed,  Figure  3.2b.  These 

compounds have  characteristic absorptions at 330 nm with a  shoulder between 300 and 295 

nm, Figure 3.2. 

 

 

Figure 3.2. UV spectra obtained by HPLC‐diode array of (a) compounds with retention time 19.2 min and 

(b) caffeic acid. 

 

The  extracts  of  P.  barbatus  and  P.  verticillatus were  subjected  to NMR  spectroscopy, 

Figure  3.3a  and  b,  respectively.  As  the  P.  verticillatus  extract was  very  pure,  it was  used  to 

identify the peak with a retention time 19.2 min. 1H‐NMR spectra showed the presence of two 

doublets (7.3 ppm and 6.1 ppm, J = 15.88 Hz) corresponding to the double bond of a cinnamic 

derivative. The presence in the aromatic region of the spectra, 7.1–6.4 ppm, of two singlets and 

four doublets,  each one  integrating  for one proton,  suggested  the presence  of  two  aromatic 

rings with the same pattern of substitution. 

The existence of  two double doublets  at 3.0 ppm  and 2.7 ppm  coupled with  another 

double doublet at 4.8 ppm indicated that these two aromatic rings should have different carbon 

chain substitutions: a α,β unsaturated and a saturated one, results not shown. 13C‐NMR spectra 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

44  

showed  18  signals  corresponding  to:  two  different  carbon  carbonyls,  eight  unsaturated 

methines, four aromatic quaternary carbons, one deshielded methylene and one methane group 

bonded  to  an  oxygen.  Compound  was  identified  as  rosmarinic  acid.  1H‐NMR  spectra  of  the 

standard rosmarinic acid was  identical with the one obtained with the pure compound  (Figure 

3.3c). The  identification of  rosmarinic acid was  further confirmed by MS and MS/MS. For  this 

compound and  for  the  standard  rosmarinic acid, an  ion at m/z 359, corresponding  to  [M–H]‐, 

was  found  using  ESI–MS  (not  shown). MS/MS  analysis  of  this  ion  (not  shown)  generated  a 

product  ion at m/z 161, which  is  in agreement with the observation of m/z 163  in the positive 

ion mode,  considered  to  be  typical  of  caffeic  acid  esters  (Grayer  et  al.,  2003).  The MS  data 

obtained  confirmed  the  identification  of  this  major  compound  as  rosmarinic  acid,  which  is 

consistent with a previous  literature report by Parejo et al. (2004). The structure of rosmarinic 

acid is shown in Figure 3.4a. 

 

Figure 3.3. NMR spectra of (a) Plectranthus barbatus extract, (b) Plectranthus verticillatus extract and (c) 

rosmarinic acid standard. 

 

 

Figure 3.4. Structure of the compounds with retention time 19.2 min, rosmarinic acid. 

 

Chapter III 

45  

Standard  rosmarinic  acid  was  analysed  by  HPLC  and  the  retention  time  could  be 

confirmed, as well as the UV spectra (Figure 3.5). In this figure a complete overlay between the 

spectra of the compound with retention time 19.2 min and rosmarinic acid can be seen. 

 

 

Figure 3.5. Overlay of UV spectra obtained by HPLC‐diode array of compounds with a retention time 19.2 

min (——) and the standard rosmarinic acid (___). 

 

Rosmarinic acid was quantified in plant extracts, by HPLC, using a calibration curve with 

a  range of 1–50 µg/ml  rosmarinic  acid, R2  = 0.99.  The  results  are  indicated  in  Table 3.2.  The 

rosmarinic  acid  content  correlates  with  the  activity  found  for  P.  ecklonii,  P.  fructicosus,  P. 

lanuginosus and P.  verticillatus, R2 = 0.998. The values  found with P. barbatus extract  cannot 

correlate with rosmarinic acid content because it contains other compounds that also have AChE 

inhibition activity. 

The  inhibition of AChE by  rosmarinic  acid was determined  and  an  IC50 of 0.44  ± 0.03 

mg/ml was obtained. Orhan et al. (2008) found a value of 85.8% inhibition when using 1 mg/ml 

of rosmarinic acid, a value similar to the one obtained in this study, showing a linear relationship 

between  the  rosmarinic acid  content and  the  IC50  values. The activity  found with P. barbatus 

extract could not be completely explained by  the presence of  rosmarinic acid, suggesting  that 

the other extract components may also be active.  

 

1.4. Discussion 

Rosmarinic  acid  was  the  main  compound  found  in  all  the  aqueous  extracts  of  the 

Plectranthus  species  analysed  and  it  is  known  to  be  a  rather  common  compound  in  the 

Lamiaceae  family  (Abdel‐Mogib  et al., 2002). We  could only  find  a  report of  the presence of 

rosmarinic acid in P. fruticosus (Pederson, 2000). Rosmarinic acid was also found to be the major 

constituent  in  Coleus  aromaticus  (Kumaran  &  Karunakaran,  2007),  a  species  with  several 

synonyms that is also referred to in the literature as P. aromaticus and P. amboinicus (Lukhoba 

et  al.,  2006).  The  AChE  inhibition  activity  of  P.  ecklonii,  P.  fructicosus,  P.  lanuginosus  and  

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

46  

P.  verticillatus  was  due  only  to  the  presence  of  rosmarinic  acid.  The  activity  found  in  the 

analysed species correlated rather well with the quantity of rosmarinic acid present (R2 = 0.998). 

Rosmarinic  acid  is  the  main  component  of  polar  extracts  from  many  plants  of  the 

Lamiaceae family, commonly used in human diet. Besides being an enzyme inhibitor, it also has 

antioxidant activity, with a value of IC50 = 1.68 ± 0.21 µg/ml in the present study. The antioxidant 

activity of rosmarinic acid  is well studied and the presence of this compound  is considered one 

of  the  reasons  for  the  several  biological  activities  found  in  species  of  the  Lamiaceae  family. 

Besides  its antioxidant activity,  rosmarinic acid also  inhibits several enzymes,  for  instance,  the 

angiotensin‐converting enzyme (Li et al., 2008) and phospholipase A2 from snake venom (Ticli et 

al., 2005).  It  is  also  known  to  interfere with  gene  expression  (Lee  et al., 2007)  and  signalling 

pathways  related  to  cancer prevention  (Lee  et al., 2007;  Lin  et al., 2007). All  these biological 

activities may  contribute  to  the  large uses  that  the people  in  the South  Latin America and  in 

other parts of the world do with these Plectranthus species. 

It may be speculated that the rosmarinic acid may fit into the active site gorge of AChE. 

This  active  site  is  composed  of  tryptophan  at  the  peripheral  site,  phenylalanine  and  tyrosine 

residues down the entrance of this gorge (Silman & Sussman, 2008). These residues may interact 

with the aromatic rings of rosmarinic acid, and occupy the enzyme active site due to the affinity 

to  the amino acid  residues  localized at  the entrance of  the gorge. This peripheral binding  site 

defines whether  the  compounds will  act on  the enzyme or not  as described  in  the  literature 

(Eastman et al., 1995). 

Rosmarinic acid  is the main compound responsible for the results obtained with all the 

Plectranthus  species  P.  barbatus,  P.  ecklonii,  P.  fructicosus,  P.  lanuginosus  and  P.  verticillatus 

studied in this work. Although the last two species are not traditionally applied in folk medicine, 

they could be a good source of rosmarinic acid for future research.  

 

1.5. Conclusion 

The  inhibition  of  acetylcholinesterase  by  the  water  extracts  of  Plectranthus  species 

seems  to correlate mainly with  the  concentration of  rosmarinic acid present. The most active 

extracts were  from P. verticillatus, P. ecklonii and P. barbatus; however  the activities  found  in 

the extracts of the first two species were exclusively due to the content in rosmarinic acid. The 

beneficial  health  activity  described  with  the  use  of  P.  barbatus  may  be  attributed  to  the 

presence not only of rosmarinic acid, but to other active components. The rosmarinic acid in the 

water extracts and decoctions,  consumed by  the population, may explain  some of  the health 

benefits described through its traditional applications. 

Chapter III 

47  

2. In vitro Digestion Activities of Plectranthus barbatus Aqueous 

Extract and Activities of the Digested Product. 

 

2.1. Introduction 

Plectranthus  barbatus,  is  one  of  the  most  used  Plectranthus  species,  especially  for 

therapeutic applications. In Brazil, where it is known as ‘‘falso boldo”, infusions or decoctions of 

the  leaves  are drunk  to  treat  a wide  range of diseases  such  as digestive  and nervous  system 

disorders  (Lukhoba  et  al.,  2006).  The  same  species  is  also  used  to  prevent  or  alleviate 

inflammation  conditions.  It  is  also  sold  as  food  supplement  due  to  its  healing  properties.  P. 

barbatus  is  also  reported  to  be  edible  in Africa where  the  leaves  are  cooked  as  a  vegetable 

(Lukhoba et al., 2006).Previous work demonstrated that this tea has antiacetylcholinesterase as 

well as antioxidant activity, and rosmarinic acid was the main compound present  in this herbal 

tea.  (Falé  et  al.,  2009).  Rosmarinic  acid  is widespread  in  Nepetoideae  species  of  Lamiaceae 

family,  such  as  rosemary  (Rosmarinus  officinalis),  mint  (Mentha  arvense),  basil  (Ocimum 

basilicum) (Petersen & Simmonds, 2003). In opposition to the other Plectranthus species  in the 

previous section,  rosmarinic extract was not  the only constituent  responsible  for  the activities 

shown by P. barbatus extract. Also for this reason, but mainly because P. barbatus is one of the 

most used Plectranthus species, the present studied continued with a decoction of P. barbatus.  

Several  compounds  can  be  found  in  different  herbal  teas  and  it  is  important  to 

determine their metabolism after being consumed as a beverage  in order to evaluate the final 

biological activity. The  first step  in  the digestion process  is  the contact between  the beverage 

and  the  gastrointestinal  tract,  since  saliva  does  not  seem  to  have  a  strong  effect  on  the 

metabolism of these compounds  (Spencer 2003). Rosmarinic acid may be subject to hydrolysis 

either at acidic or basic pH, as it is an ester of caffeic acid, which means that it may be degraded 

under  the  physiological  conditions  of  the  gastrointestinal  tract  before  reaching  the  intestinal 

barrier. The acidic pH of the gastric juice has been reported to hydrolyze flavanol oligomers to its 

monomers, (Spencer et al., 2000) and also saponins from ginseng (Kong et al., 2009), which may 

facilitate  their  further  degradation.  In  spite  of  studies  focusing  on  the  metabolism  in  the 

gastrointestinal tract being scarce, research on this topic has demonstrated that when subjecting 

polyphenols, from fruit beverages, to acidic stomach conditions followed by pancreatic medium, 

a decrease in their content can be observed. The exact amount of the decrease depends on the 

compound under evaluation (Cilla et al., 2009; Yoshino et al., 1999). 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

48  

To  simulate  the metabolism occurring during  the  absorption process, Caco‐2  cells  are 

commonly used, either in studies with intact cells or in the homogenate form (Galijatovic et al., 

2000). Studies carried out with  intact cells  indicated that polyphenols were not metabolised by 

Caco‐2 cells (Cilla et al., 2009); on the other hand, studies of the action of cell homogenates on 

polyphenolic  compounds,  namely  flavonoids,  indicated  that  metabolites  might  be  obtained 

during the permeation process  (Galijatovic et al., 2000).  In addition, when rosmarinic acid was 

administered orally to rats, only approximately 5% appeared in the blood stream, and most of it 

in derivatized forms, such as methyl‐rosmarinic acid, caffeic acid, ferulic acid and coumaric acid 

(Baba  et al., 2004). Very  few  reports  tackled  the problem of  the  remaining biological  activity 

after  the  biodegradation  process  and  it  is  important  to  know  if  metabolism  increases  or 

diminishes  the  initial biological activities of  the herbal  teas. Therefore,  the aims of  this  study 

were to  investigate  if the active compounds found  in the herbal tea of P. barbatus were stable 

under  gastrointestinal  tract  conditions, what metabolites  could  be  found  in  contact with  the 

intestinal wall  and whether  the metabolised  extract  had  similar  antiacetylcholinesterase  and 

antioxidant activities as the ones previously determined (Falé et al., 2009). This study will allow 

an insight into the metabolism of herbal teas containing a mixture of polyphenols and terpenoid 

compounds. 

 

2.2. Materials and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The P. barbatus extract was prepared as a decoction, as described in Chapter II section 4, 

and  subjected  to  in  vitro digestion  by  gastric  juice  (Chapter  II,  section  10.1),  pancreatic  juice 

(Chapter II, section 10.2), β‐glucuronidase from E. coli (Chapter II, section 10.3) and Caco‐2 cells 

(Chapter  II,  section  10.4).  During  the  digestions  the  composition  of  the  plant  extract  was 

followed by HPLC (Chapter II, section 7), and the biological activities – antioxidant activity (DPPH 

in  Chapter  II,  section  6)  and  acetylcholinesterase  inhibition  (Chapter  II,  section  5).  The 

identification of compounds was carried out by mass spectrometry, as described  in Chapter  II, 

section 9..    

 

2.3. Results and Discussion 

2.3.1. Main composition of P. barbatus herbal tea  

The water  extract  of  P.  barbatus  leaves was  analysed  by HPLC‐DAD  (Figure  3.6).  The 

compounds after being separated by HPLC were identified by mass spectrometry comparatively 

to  standard  libraries. The  compounds  from  the  that P. barbatus  that had not been  identified 

Chapter III 

49  

before  are  shown  in  Table  3.3.  All  the  compounds  have  already  been  identified  in  plants  of 

Plectranthus species (Abdel‐Mogib et al., 2002; Batista et al., 1996). The structures are shown in 

Figure 3.7. 

 

 

Fig. 3.6. HPLC chromatogram of Plectranthus barbatus herbal tea: 1,  luteolin 7‐O‐glucuronide  (retention 

time  8.68 min);  2,  rosmarinic  acid  (RT:  9.38);  3,  apigenin  7‐O‐glucuronide  (RT:  10.11);  4,  hydrolysed 

abietane (RT: 12.58); 5, acacetin 7‐O‐glucuronide (RT: 13.62); 6, abietane diterpenoid (RT: 14,15); 7, (16S)‐

coleon E (RT: 18.54). 

 

 

 

Table 3.3. Detected ions and attribution errors (ppm) for the collected fractions corresponding to peaks 1, 

3, 4, 5, 6 and 7. 

Chromatogram

peak Attribution

m/z Error

(ppm) Experimental Theoretical

1 [C21H18O12 + H]+ 463.08571 463.08710 3.0

3 [C21H18O11 + H]+ 447.09064 447.09219 3.5

4 [C22H26O8 + H]+ 419.16973 419.17004 0.8

5 [C22H20O5 + H]+ 461.10754 461.10784 0.6

6 [C22H26O7 + H]+ 403.17361 403.17513 3.8

7 [C20H22O5 + H]+ 343.15341 343.15657 1.7

 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

50  

 

Figure  3.7.  Chemical  structure  of  compounds  present  in  P.  barbatus  herbal  tea:  1,  luteolin  7‐O‐ 

glucuronide;  2,  rosmarinic  acid;  3,  apigenin  7‐O‐glucuronide;  4,  hydrolysed  abietane;  5,  acacetin  7‐O‐

glucuronide; 6, abietane diterpenoid; 7, (16S)‐coleon E. 

 

2.3.2.  In vitro metabolism of the extract by the gastric and pancreatic  juices. Biological 

activity of the resulting products 

The digestion of  the P. barbatus water extract was carried out  for 4 h under  stomach 

acidic conditions  (pepsin, pH 1). Although  the digestion  in  the  stomach may  take 60–110 min 

(Kong et al., 2009), it was decided to continue the process to see if the bioconversion increased 

with  the  time.  Aliquots  were  withdrawn  during  the  4  h  and  the  HPLC  of  each  aliquot  was 

analysed. None of the extract constituents was hydrolyzed under the stomach acidic conditions, 

even after 4 h digestion (Figure 3.8.a). Pepsin, an enzyme that hydrolysis proteins, does not have 

the capacity to hydrolyze esters, unlike other proteases, because the ester, rosmarinic acid, was 

not hydrolyzed at pH 1.  

The antiacetylcholinesterase and antioxidant activities of P. barbatus water extract were 

analysed during the 4 h of the in vitro gastric process; the results are shown in Table 3.4. It can 

be  seen  that  after  the  gastric digestion  the  inhibition  capacity of  the  extract  showed  a  small 

decline  that  is  not  statistically  significant  at  the  95%  level.  The  same  was  noticed  for  the 

antioxidant activity. The standard rosmarinic acid was subject to the same in vitro conditions and 

the results were similar to those obtained in the herbal tea mixture. 

Chapter III 

51  

 

Figure 3.8. HPLC chromatograms before and after the incubation of Plectranthus barbatus extract with: (a) 

gastric  juice, (b) pancreatic  juice. *Indicates the residue of pancreatin. For the  identification of the peak 

numbers, refer to Figure 3.4. 

 

 

There is very scarce information about the gastric metabolism of phenolic acids and even 

less about terpenes. Polyphenols from procyanidin oligomers were hydrolyzed by stomach acid 

conditions (Spencer et al., 2000). When analysing the effect of the stomach pH on ginsenosides, 

deglycosylation was observed  (Kong et al., 2009).  In  the present  study deglucuronidation was 

not observed at acidic pH and the hydrolysis of rosmarinic acid, forming caffeic acid, could not 

be detected. 

Pancreatic  juice  contains a mixture of hydrolytic enzymes, pancreatin  (amylase,  lipase 

and protease), at basic pH, which was used to simulate the behaviour of the P. barbatus extract 

under small intestine conditions (Yamamoto et al., 1999). The effect of the buffer solution at pH 

8, without pancreatin, on compound degradation was also analysed. The study was carried out 

for 4 h with five replicates. The extracts were analysed by HPLC and the chromatograms (Figure 

3.8b)  allowed  the  establishment  of  the  graph  shown  in  Figure  3.9.  The  abietane  diterpenoid 

decreased, whilst its hydroxylated form increased. Rosmarinic acid showed a 25% decrease in its 

concentration (Figure 3.9). Luteolin 7‐O‐glucuronide, apigenin 7‐O‐glucoronide and acacetin 7‐O‐

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

52  

glucoronide were kept constant. It seems that the glucuronide moiety was not hydrolysed from 

the flavonoid by pancreatin.  

When  the  activity  after  pancreatic  digestion was  analysed  a  decrease  in  the  extract 

inhibition  capacity  was  noticed  (Table  3.4).  After  4  h,  the  inhibition  activity  of  the  extract 

towards AChE decreased by 50%. The  statistical analysis  indicated  that after  the  first hour of 

digestion  there was  a  significant decrease  in  the  inhibition  capacity of  the  extract,  as well  as 

after  3  h  digestion, meaning  that  the  pancreatic  juice  produces  a  decrease  in  the  biological 

activity  of  the  extract.  The  antioxidant  activity was  kept  constant  throughout  the  digestion. 

Rosmarinic  acid  alone  has  a  reduction  of  AChE  inhibition  activity  of  25%,  when  subject  to 

pancreatic digestion  (Table 3.4).  It  seems  that  the  transformation of  the abietane diterpenoid 

must account  for  the other 25%  reduction  in  the AChE  inhibition activity. The  rosmarinic acid 

showed the same behaviour either pure or in the mixture, in both situations it was transformed 

by 25%. 

 

Table  3.4.  Antiacetylcholinesterase  and  antioxidant  activity  of  P.  barbatus  herbal  tea  after  in  vitro 

gastrointestinal digestion. The action of the pancreatic juice on the inhibition activity of 

rosmarinic acid (RA) is also shown. 

Time (h) 0 1 2 3 4 6

AChE (%)

Gastric 100.0 ± 0.4 94.6 ± 0.6 92.9 ± 4.1 89.3 ± 2.5 89.6 ± 3.9 -

Pancreatic 100.0 ± 10.5 76.5 ± 8.3 61.2 ± 5.5 49.6 ± 6.9 44.2 ± 5.3 -

Pancreatic

(RA) 100.0 ± 1.1 86.0 ± 2.1 81.1 ± 3.0 79.8 ± 2.0 75.6 ± 2.4 -

Glucuronidase 100.0 ± 1.6 - 81 ± 8.2 - - -

Caco-2 100.0 ± 1.4 120.7 ± 1.7 119.2 ± 1.3 116.3 ± 3.6 - 105.6 ± 1.7

DPPH (%)

Gastric 100.0 ± 2.4 90.4 ± 1.0 100.5 ± 1.7 89.7 ± 0.6 88.5 ± 0.6 -

Pancreatic 100 ± 4.3 97.2 ± 6.2 94.2 ± 11.0 93.7 ± 6.1 103.3 ± 6.9 -

Glucuronidase 100.0 ± 0.6 - 81.7 ± 0.4 - - -

Caco-2 100.0 ± 5.0 86.1± 4.4 87.2 ± 2.6 - 96.1 ± 5.9 86.7 ± 3.9

 

 

The  transformation of  the abietane diterpenoid  into  its hydroxylated  form was obtained with 

the buffer used in the artificial pancreatic juice, even in the absence of the pancreatin, so this is 

a  chemical  reaction  that  occurs  at  the  pancreatic  pH  (pH  8.0).  Epigallocatechin  gallate,  a 

polyphenol, was also unstable under the alkaline conditions found in the intestinal juice (Yoshino 

et al., 1999). On  the other hand  the alkaline conditions of  the pancreatic  juice brought about 

hydrolysis  of  the  abietane  diterpenoid  compound,  but  apigenin,  luteolin  and  acacetin 

glucuronide remained  intact. Rosmarinic acid  is 25% hydrolyzed. Cilla et al. (2009) also found a 

Chapter III 

53  

reduction in all the phenolic compounds of a fruit beverage after pancreatic digestion, although 

the chemical composition of the juice was not specified. 

 

 

Figure 3.9. Variations in peak areas of compounds present in herbal tea after 4 h digestion with artificial 

pancreatic  juice.  ()  Luteolin 7‐O‐glucuronide;  ()  rosmarinic acid;  () apigenin 7‐O‐glucuronide;  () 

hydrolysed abietane; (○) acacetin 7‐O‐glucuronide; (●) abietane diterpenoid. 

 

The  results  found  here  may  give  an  explanation  the  traditional  use  as  purgative 

described  for  P.  barbatus  herbal  tea  (El‐Kamali,  2009).  It  is  known  that  inhibitors  of  AChE 

stimulate gastrointestinal motility (Cellek et al., 2008; Jarvie et al., 2008). The results shown here 

point out that the activity of the herbal tea  in the stomach  is not reduced by the gastric  juice, 

and although by passing through the pancreatic juice it reduces its inhibitory capacity to 50% of 

its  initial  activity,  it may  go  on with  its  purgative  activity  through  the  gut.  The  fact  that  P. 

barbatus  herbal  tea  can  act  as  an  inhibitor  of AChE may  facilitate  stomach  and  gut motility, 

explaining the purgative effect described for this herbal tea. 

 

2.3.3. Metabolism of the plant extract by Caco‐2 cells and biological activity of the final 

products 

The aim of this study was to simultaneously investigate if the extract components might 

disappear  from  the  culture  medium,  being  incorporated  into  the  Caco‐2  cells,  or  if  any 

extracellular protein could produce a change in the chemical composition of the extract. 

The  permeation  of  phenolic  acids  or  flavonoids  is  not  completely  established. 

Polyphenols seem to be absorbed through the intestinal barrier, since after their ingestion there 

is a rising in the antioxidant capacity of blood plasma (Scalbert & Williamson, 2000). Flavonoids 

like glycosylated quercetin seem to permeate into the bloodstream more easily than the parent 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

54  

flavonoid (Hollman & Katan, 1997). On the other hand there are very few studies pointing out 

that  absorption  of  flavonoids  occurs  preferentially  when  they  are  deglycosylated  by  the 

intestinal bacteria (Liu & Hu, 2002) and that the absorption of phenolic acids depends largely on 

their  structure.  Rosmarinic  acid  is  very  slowly  absorbed, whilst  coumaric  or  ferulic  acids,  for 

instance, are more easily absorbed  (Konishi & Kobayashi, 2005). Therefore,  further studies are 

necessary  in  order  to  elucidate  these  procedures.  As  the  extract  used  in  the  present 

investigation is a mixture of glycosylated flavonoids and phenolic acids (like rosmarinic acid), this 

study was carried out in order to further elucidate the absorption process. 

After  having  analysed  that  the  culture medium  did  not  produce  any  change  to  the 

extract chemical composition, the herbal tea was added to the culture medium in the presence 

of  Caco‐2  cells.  The  extract was  used  at  concentrations  from  1  to  10 mg/ml  in  the  culture 

medium. After evaluating the cells’ viability by the MTT method (results not shown) 1 mg/ml of 

extract was chosen in order to accomplish this study. At this concentration the P. barbatus water 

extract was not toxic to the Caco‐2 cells. 

The extract remained  in contact with  the cells  for 6 h and  the aliquots withdrawn and 

analysed by HPLC; this analysis revealed that there were no changes in the extract composition. 

The  results  indicated  that  the  Caco‐2  cells  did  not  produce  extracellular  enzymes  capable  of 

metabolizing  the  constituents  of  the  herbal  tea,  and  these  compounds  were  not  able  to 

penetrate the cells  in an appreciable quantity, since the peak areas were kept constant. At the 

end of  the 6 h, a homogenate of  the cells was prepared and  the content  inside  the cells was 

analysed. This test had the objective of knowing  if any compound could be detected  inside the 

cellular system. In fact, a very small quantity of rosmarinic acid could be detected inside the cells 

(retention time 9.3 min; Figure 3.10a). 

The permeation of rosmarinic acid standard through Caco‐2 cells was studied. It could be 

seen that only 10% of  its concentration disappeared from the medium. Nevertheless when the 

content inside the cells was analysed, a very small quantity of rosmarinic acid was found inside 

the  cell  homogenate  (Figure  3.10b).  The  UV–Vis  spectrum  of  the  compound  present  with 

retention  time  around  9.38  min  confirms  that  it  is  rosmarinic  acid.  Rosmarinic  acid  was 

previously studied regarding  its permeation through Caco‐2 cell  layers, and  it was verified that 

permeation  occurred  mainly  by  paracellular  diffusion.  In  addition,  rosmarinic  acid  was  not 

hydrolyzed  by  Caco‐2  esterases  (Konishi  &  Kobayashi,  2005).  When  a  tablet  containing 

rosmarinic acid was given to healthy humans, 6.3% of the ingested rosmarinic acid appeared in 

the blood in several metabolized forms (Baba et al., 2004). The behaviour of rosmarinic acid was 

identical in the different extracts in spite of being inside a mixture of several flavonoids. 

Chapter III 

55  

 

 

Figure 3.10. Chromatograms of compounds  inside the Caco‐2 cells (homogenates) after 6 h contact with 

(a) P. barbatus extract, (b) rosmarinic acid standard. 2, rosmarinic acid; *, residual peak from the Caco‐2 

cells. 

 

The final activity of the extract, that is, the activity after being in contact with the Caco‐2 

cells, was not significantly modified. The antioxidant activity showed a slight decrease but it was 

not statistically significant either (Table 3.4).  

Polyphenols were neither metabolized nor absorbed by Caco‐2 cells  (Cilla et al., 2009); 

the glycosyl moiety may hamper the absorption. On the other hand, flavanols like catechin and 

epicatechin may undergo significant metabolism and conjugation during absorption in the small 

intestine and  in  the  colon  (Spencer, 2003). The work of  Liu and Hu  (2002)  indicated  that  the 

absorption through Caco‐2 cells was very low for glycosidic flavonoid derivatives. 

 

2.3.4. Metabolism  of  the  plant  extract  by  the  β‐glucuronidase  from  E.  coli,  biological 

activities and Caco‐2 cells permeation of the final products 

The  enzyme  β‐glucuronidase  from  E.  coli  was  used  to  analyses  the  possibility  of 

transforming the herbal tea extract in order to obtain luteolin and apigenin, simulating some of 

the  enzymes  of  the  intestinal  bacteria.  The  HPLC  chromatograms  at  the  beginning  of  the 

experiment and after 2 h of digestion with glucuronidase can be seen in Figure 3.11. It is noticed 

that  the  peaks  of  the  compounds  containing  glucuronide moiety  diminish  or  even  disappear 

from the chromatogram, confirming the hypothesis of deglucuronidation of the compounds 1, 3 

and  5.  The  aglycones  appear  in  the  chromatogram,  peaks  8,  9  and  10. When  analyzing  the 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

56  

remaining biological activity,  it could be seen  that  there were no significant changes after  this 

enzymatic process (Table 3.4). 

 

 

Figure  3.11.  HPLC  chromatogram  after  the  action  of  β‐glucuronidase  from  E.  coli  on  the  herbal  tea. 

Compounds  identified with numbers 1–7, refer  to Figure 3.6. Peaks signaled with arrows: 8,  luteolin; 9, 

apigenin; 10, acacetin. 

 

Probably the extract did not lose activity due to the fact that the aglycones (flavonoids) 

also have antiacetylcholinesterase activity. Apigenin,  luteolin and acacetin are  the compounds 

formed  by  the  digestion with  glucuronidase.  The  IC50  values  for  the  inhibition  of  AChE were 

determined in order to know if these compounds also might inhibit the enzyme after the extract 

has passed  through  the  intestine. Values of 100.6 ± 7.0 and 92.1 ± 2.4 µM were obtained  for 

apigenin  and  luteolin,  respectively.  The  transformation  of  glycosylated  flavonoids  into  their 

aglycones does not cause any decreases  in the antiacetylcholinesterase activity, because these 

aglycones also show low IC50 values for the enzyme inhibition. 

As the extract tends to form apigenin and  luteolin aglycones by bacterial glucuronidase 

activity, these compounds were used  in Caco‐2 metabolic assay, as standards. The metabolism 

was followed for 6 h by HPLC analysis of the cell medium. For each aglycone assay, a peak with 

the retention time and UV spectrum of the respective glucuronide showed up. The evolution of 

these  peaks  in  the  culture medium  is  shown  in  Figure  3.12a  and  b.  After  6  h  of  assay,  the 

aglycone could still be  found  in  the medium, but  the majority of  the  flavonoid was present as 

glucuronide.  Inside  the  cells,  the  quantity  of  flavonoid  found  in  the  cell  homogenates, 

corresponded  to 2.6 ± 0.1% glucuronide and 6.2 ± 1.0% aglycone  for apigenin and 6.6 ± 4.1% 

glucuronide and 8.4 ± 3.7% aglycone for  luteolin.  It seemed that the flavonoid could get  inside 

the cells, be glucuronidated and transported again to the medium. Ng and coworkers (2005) also 

Chapter III 

57  

reported that glucuronidation of flavones occurs inside Caco‐2 cells, and the glucuronides were 

transported back to the culture medium. 

 

 

Figure 3.12. Variations  in peak areas of: (a) apigenin and (b)  luteolin. Each figure shows the metabolites 

after 6 h  in the presence of Caco‐2 cells. Peak areas are presented as percentage of the  initial area. () 

aglycones and () glucuronides. 

 

Gut microflora plays an important role in the digestion of phenolic compounds. Bacterial 

glucuronidase  activity  affected  the  composition  of  P.  barbatus  extract  by  hydrolyzing  the 

flavonoid  glucuronides  into  their  respective  aglycones. Although  flavonoid  glycosides  showed 

low absorption in Caco‐2 cells, their aglycones can get inside the cells, as evidenced by the study 

with  luteolin  and  apigenin.  These  aglycones  were  metabolized  by  these  cells  into  their 

glucuronides,  in  similar  way  to  the  one  described  by  Ng  et  al.  (2005).  Both  aglycones  and 

glucuronides  were  found  within  the  cells;  they  do  not  seem  to  accumulate  there  but  are 

excreted to the medium. 

 

2.4. Conclusion 

The  herbal  tea  of  P.  barbatus  leaves,  composed mainly  of  rosmarinic  acid  and  lesser 

quantities of acacetin 7‐O‐glucuronide, (16S)‐coleon E, apigenin 7‐O‐glucuronide, and luteolin 7‐

O‐glucuronide, can pass through the stomach without any modification, neither in the chemical 

structure of the compounds nor in its biological activities. The rosmarinic acid and the abietane 

diterpenoids present  in  the herbal  tea were 25% and 100% hydrolyzed,  respectively,  through 

action of  the pancreatic  juice. The antiacetylcholinesterase activity drops  to 50% although  the 

antioxidant  activity  is  kept  constant.  The  permeation  into  Caco‐2  cells was  only  verified  for 

rosmarinic acid and only in a minute amount. The aglycones from apigenin 7‐O‐glucuronide and 

luteolin 7‐O‐glucuronide could also permeate the cells and be transformed into the glucuronides 

again. There was no change  in  the biological activity after 6 h  in contact with  the cells. These 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

58  

results point out that P. barbatus herbal tea will reach the intestinal barrier with a reduction in 

50%  of  its  AChE  inhibitory  activity  and  without modification  in  its  antioxidant  activity.  The 

permeation through the  intestinal barrier will be very  low for the extract compounds, but may 

increase due to their glucuronidase digestion by the gut microflora. The aglycones thus can be 

formed and then metabolized by intestinal cells back into their glucuronides, as was shown here 

for  the  Caco‐2 model.  The  P.  barbatus  extract  showed  the  same  activity with  its  flavonoids 

glucuronidated or  as  aglycones. The AChE  inhibition  activity  found during  the  gastrointestinal 

digestion may explain, at least, the purgative effect found for this herbal tea. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter III 

59  

3. Activity of Plectranthus barbatus extract against inflammatory 

response in human neutrophils 

 

3.1. Introduction 

Inflammation  is a complex biological response to harmful stimuli  involving the vascular 

system, the immune system and the injured cells. Although it has primarily a protective function, 

the  destructive  effects  can  largely  surpass  the  gravity  of  the  stimulus.  Therefore,  serious 

inflammatory  responses  are  often  associated with  diseases,  as  atherosclerosis,  allergies  and 

myopathies. 

Polymorphonuclear  neutrophils  are white  blood  cells  in mammals  and  form  have  an 

essential part in the innate immune system. These cells, highly specialized in phagocytosis, have 

developed mechanisms for intracellular digestion of particles, such as pathogens and cell debris, 

involving  the  production  of  radical  oxygen  species  (ROS)  and  an  range  of  hydrolytic  and 

proteolytic enzymes.   

Microorganisms  areusually    coated  with  opsonins  (generally  complement  and/or 

antibody)  that  bind  to  specific  receptors  on  the  surface  of  the  phagocyte,  inducing  the 

invagination of the cell membrane and the incorporation of microorganisms into an intracellular 

phagosome.  There  follows  a  sharp but  transient  increase  in oxygen uptake, which  is  used  to 

produce O2‐  (superoxide  ion) by  the one‐electron  reduction of oxygen, a  reaction catalysed by 

NADPH oxidase at the expense of NADPH. Most of the superoxide reacts with itself forming H2O2 

(hydrogen  peroxide),  and  from  these  agents  a  large  number  of  highly  reactive  oxidants  are 

formed,  including  HOCl  (hypochlorous  acid),  which  is  produced  by  the  myeloperoxidase‐ 

catalyzed oxidation of Cl‐ by H2O2; OH. (hydroxyl radical), produced by the reduction of H2O2 by 

Fe2+  or  Cu+; ONOO‐  (peroxynitrite),  formed  by  the  reaction  between O2‐  and NO‐;  and many 

others. (Babior, 2000; Klebanoff, 2005) This battery of reactive oxidizing agents not only kills the 

invading particles but also  inflicts harm on nearby  tissues, and  is  thought  to be of pathogenic 

significance  in  a  large  number  of  diseases  such  as  emphysema,  acute  respiratory  distress 

syndrome,  atherosclerosis,  reperfusion  injury,  malignancy  and  rheumatoid  arthritis  (Babior, 

2000). The myeloperoxidase‐catalysed  reaction  is directly  related with neutrophil  stimulation, 

the resulting  inflammatory process, tissue  injury and related pathologies, and therefore serves 

as a good marker for neutrophil production of reactive oxygen species (Klebanoff, 2005; Deby‐

Dupont et al., 1999; Zeraik et al., 2011). 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

60  

Plectranthus barbatus Andrews  (Lamiaceae),  known as  “falso boldo”,  is used  in  South 

Africa and South America for a wide range of therapeutic purposes. Some of the traditional uses 

of  P.  barbatus  suggest  that  its  extract  may  have  anti‐inflammatory  activity,  such  as  the 

treatment of aches  from diverse etiologies, burns,  sores,  insect bites, allergies, and  to  reduce 

swelling on bruises (Lukhoba et al., 2006).   Previous  in vitro studies showed that a P. barbatus 

extract,  prepared  as  decoction,  has  promising  antioxidant  and  antiacetylcholinesterase 

properties,  and  the  extract  composition  is  almost  unaltered  during  an  in  vitro  simulated 

digestion, especially in the content of its main component, rosmarinic acid (Porfirio et al., 2010).  

 

3.2. Materials and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The P. barbatus extract was prepared as a decoction, as described in Chapter II section 4. 

Neutrophils were  isolated from blood of human donors as described  in Chapter II section 17.1. 

and were activated by phorbol 12‐myristate 13‐acetate, to stimulate the production of reactive 

oxygen species (Chapter II section 17.2.). The hypochlorous acid produced was measured by the 

taurine chlorination method as described in section Chapter II section 17.2., in the presence and 

in the absence of P. barbatus extract and rosmarinic acid. 

 

3.3. Results and Discussion 

The taurine chlorination by hypochlorous acid is a rapid chemical reaction that allows to 

quantify  hypochlorous  acid  in  a  sample,  as  the  amount  chlorotaurine  formed  (measured 

spectrophotometrically)  is directly proportional  to  the amount of hypochlorous acid  (Weiss et 

al., 1982).    Therefore  the decrease of  taurin  chlorination  represented  in  Figure 3.13  shows  a 

decrease in hypochlorous acid production by human neutrophils relatively to a untreated control 

(no antioxidants added), where 0% means  that  the neutrophils produced  the same amount of 

hypochlorous acid as the control, and 100% means that no hypochlorous acid was produced. To 

evaluate the effect of the P. barbatus extract on the modulation of hipochlorous acid production 

in neutrophils, we tested several concentrations of the extract. As it is shown in Figure 3.13a, the 

effect  is  dose‐dependent,  decreasing  the  production  of  hypochlorous  acid  with  higher 

concentrations  of  the  plant  extract.  The  value  that  inhibits  50%  of  the  hypochlorous  acid 

production  (IC50) was  estimated  as  10.7±3.1  µg.mL‐1.    For  isolated  rosmarinic  acid,  the main 

component  of  the  P.  barbatus  extract,  the  same  dose‐dependent  effect  was  also  observed 

(Figure 3.13b), and the IC50 value was estimated as 3.62 ± 0.42 µM. 

Chapter III 

61  

The amount of rosmarinic acid present  in the plant extract was estimated by  the peak 

area  in  the HPLC chromatogram, comparing with a calibration curve with  standard  rosmarinic 

acid.  By  plotting  the  amount  of  rosmarinic  acid  in  neutrophil  assay with  P.  barbatus  extract 

versus the decrease in taurine chlorination, together with the data with standard rosmarinic acid 

(Figure 3.13b),  it can be observed that the decrease  in taurine chlorination  is very similar. This 

observation suggests that the decrease  in the hypochlorous acid production by the P. barbatus 

extract is mainly due to its content in rosmarinic acid. 

 

 

 

Figure  3.13.  Decrease  of  taurine  chloration  in  the  presence  of  several  concentrations  of  P.  barbatus 

extract (a and b) or standard rosmarinic acid (b). The concentration of P. barbatus is expressed in µg.mL‐1 

(a) or by its content in rosmarinic acid in µM (b). 

 

Several  studies  have  demonstrated  the  decrease  of  ROS  released  by  activated 

neutrophils in the presence of several plant extracts. The P. barbatus extract induced a decrease 

in  the  release  of  hypochlorous  acid  in  the  same magnitude  of  Ribus  nigrum  water‐acetone 

extract (Tabart et al., 2011), but was less potent than the ethanolic extract of Baccharis trimera 

(Padua et al., 2010) and pomegranate peel extract  (Bachoual et al., 1998), which  showed  IC50 

values  of  approximately  0.5  µg.mL‐1  and  0.1µg.mL‐1,  respectively.  These  values,  however, 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

62  

correspond to the decrease in total amount of ROS, not only hypochlorous acid as in the present 

study. 

To  our  knowledge  no  studies  were  performed  on  the  effect  of  rosmarinic  acid  in 

activated neutrophils. However,  it has been shown that, when administered to rats, rosmarinic 

acid  reduces  the  inflammatory  response  and  the myeloperoxidase  activity  after  induction  of 

inflammation  by  12‐tetracanoylphorbol  13‐acetate  (TPA)  (Osakabe  et  al.,  2004)  or  by  septic 

shock  (Jiang et al., 2009). The effect of  rosmarinic acid  in TPA‐induced  inflammation was also 

observed by the administration of Perilla frutescens extract, another Lamiaceae species, whose 

main component is rosmarinic acid, but this effect was not observed with the flavonoid luteolin 

(Osakabe et al., 2004). 

In  the  present  study  the  activity  of  the  plant  extract  seems  to  be mainly  due  to  the 

rosmarinic  acid  content,  however  other  studies  showed  that  flavonoids may  also  be  active. 

Myricetin  induced 72.7% decrease of hypochlorous acid  in neutrophils with a concentration of 

100 µM (Meotti et al., 2008), and isoorientin – a luteolin glucoside derivative – decreased 66% of 

the release of ROS in with a concentration of 8.9 µM (Zeraik et al., 2011). These effects seemed 

to be due to the inhibition of myeloperoxidase, as the same authors observed that the enzyme 

activity was  inhibited  in  the  presence  of  those  flavonoids  (Meotti  et  al.,  2008;  Zeraik  et  al., 

2011).  The  hydroxylation  pattern  seems  also  to  play  an  important  role  in  the  inhibition  of 

myeloperoxidase (Meotti et al., 2008), and quercetin  isoquercetin and rutin showed IC50 values 

in  nanomolar  concentrations  for  in  vitro  assays  (Regasini  et  al.,  2008).  In  in  vivo  studies  a 

decrease  superior  to  50%  in  myeloperoxidase  activity  in  the  lungs  of  rats  treated  with 

70µmol.Kg‐1 of luteolin after acute lung injury (Kuo et al., 2011). 

The decrease of ROS released by activated neutrophils in the presence of plant phenolic 

compounds  seems  to  be mainly  due  to  the  inhibition  of myeloperoxidase.  Bachoual  and  co‐

workers  (1998) showed  that pomegranate peel extract does not  inhibit NADPH oxidase or  the 

formation of  superoxide anion, and does not  scavenge hydrogen peroxide. The  same authors 

observed that the inhibition of myeloperoxidase was the only biochemical effect related to ROS 

production in the presence of pomegranate extract, and therefore concluded that it may be the 

primary cause of the ROS decrease. 

This  preliminary  study  suggests  that  P.  barbatus  extract  and  rosmarinic  acid may  be 

potentially  useful  in  the  treatment  of  inflammation  related  health  conditions,  especially  if  

P. barbatus extract  components are  to be  found  circulating  in  the bloodstream after  the oral 

administration of the water extract. The decrease of the amount of hypochlorous acid produced 

by neutrophils may explain the traditional use of P. barbatus  in the treatment of swellings and 

Chapter III 

63  

pain related to  inflammatory processes (Lukhoba et al., 2006).   However further studies would 

be useful  to  enlighten  some  aspects  related  to  the mechanism of  action of  the plant  extract 

components,  especially  if  the  action  is  intracellular  or  extracellular.  Intracellular  ROS  are 

responsible  for  the destruction of phagocytised particles, while  extracellular myeloperoxidase 

and ROS, although playing a role in the defence mechanisms, are the main cause of damage by 

inflammation (Deby‐Dupont, 1999; Klebanoff, 2005).    

 

3.4. Conclusions 

P. barbatus extract was able to scavenge hypochlorous acid produced by the activated 

neutrophils in a dose‐dependent process.  

The content of rosmarinic acid in the plant extract seems to be the main responsible for 

the hypochlorous scavenging activity presented by the extract. 

The  low  IC50  values  shown  by  the  plant  extract  and  its  main  component  for  the 

scavenging  of  hypochlorous  acid,  produced  by  human  neutrophils,  allow  to  consider  that  

P.  barbatus  herbal  tea  and  rosmarinic  acid may  be  useful  in  the  treatment  of  inflammation 

related health problems. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In vitro Studies of Activity and Metabolism 

64  

4. Conclusions   

In  summary,  the  in  vitro  tests  allowed  to  conclude  that  all  the  Plectranthus  species 

tested  showed  antioxidant  and  anticholinesterase  activity  due  to  their  content  in  rosmarinic 

acid. In contrast, the activities shown by Plectranthus barbatus were not only due to rosmarinic 

acid, but also to other compounds, which may explain some health benefits that are attributed 

to this aqueous extracts in folk medicine. 

The major  component  of  P.  barbatus  aqueous  extract  is  rosmarinic  acid,  but  it  also 

contains  flavonoid  glucuronides  (apigenin  7‐O‐glucuronide,  luteolin  7‐O‐glucuronide  and 

acacetin 7‐O‐glucuronide), and diterpenoids. During in vitro digestion of the extract with gastric 

juice  and pancreatic  juice  all  compounds  are  stable except one of  the  abietane diterpenoids, 

which  suffers  hydroxylation  in  pancreatic  conditions,  and  a  consequent  reduction  of  the 

acetylcholinesterase  inhibitory  activity  was  observed.  The  flavonoid  glucuronides  were 

deglucuronidated  by  β‐glucuronidases  from  gut  microbiota,  but  the  aglycones  can  be 

glucuronidated by intestinal cells, as it was shown with the Caco‐2 cell model. 

The P. barbatus aqueous extract also showed a high  in vitro anti‐inflammatory activity, 

by reducing the amount of hypochlorous acid formed by activated neutrophils. The content of 

rosmarinic acid in the plant extract seems to be the main responsible for this activity.   

 

 

 

 

Chapter IV 

Bioavailability studies in rats and Caco‐2 cell monolayers 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Falé PL, Madeira PJ, Florêncio MH, Ascensão L, Serralheiro ML. 2011. Function of Plectranthus barbatus 

herbal tea as neuronal acetylcholinesterase inhibitor. Food Funct. 2: 130‐136. 

 

Falé  PL,  Ascensão  L,  Serralheiro MLM.  Bioavailability  of  rosmarinic  acid,  luteolin,  apigenin‐modelling 

plant herbal teas through Caco‐2 cell monolayers. To be submitted to Food Chem. 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter IV 

67  

1.  Plectranthus  barbatus  aqueous  extract  bioavailability  and 

resulting neuronal acetylcholinesterase inhibition in rats 

 

 

1.1. Introduction 

Herbal  teas may  be  considered  as  functional  drinks  (Percival  et  al.,  2007),  as  indeed 

almost all of the chemical components of these water extracts possess some biological function 

in the human body. Some of the ethnobotanical uses of these herbs can be explained through 

the biochemical activities found and described in the literature either for the complete extracts 

or  for  the  isolated  compounds.  Leaves  of  Plectranthus  barbatus  (Lamiaceae)  were  studied 

previously  concerning  the  antiacetylcholinesterase  as  well  as  the  antioxidant  activity.  The 

activities  found  in  the  P.  barbatus  herbal  tea  could  be  attributed  to  its  main  constituent, 

rosmarinic  acid,  together with  other  compounds,  although  present  in much  lesser  quantity, 

abietane diterpenoids and  flavonoid glucuronides  (Falé et al., 2009; Porfirio et al., 2010). The 

function  of  the  herbal  teas  depends  on  the metabolism  that  the  compounds  present  in  the 

extract may be subject to during the gastrointestinal digestion process. The compounds may be 

transformed  into metabolites  with  different  biological  activity  compared  to  the  one  initially 

determined. In the case of P. barbatus, some of the active compounds found were transformed 

when the extract was submitted to in vitro conditions simulating the gastrointestinal tract, what 

caused a small decrease  in the biological activity (Porfirio et al., 2010). The fact that the herbal 

tea could pass the digestive tract and keep some of its function lead to an in vivo experiment in 

order  to  see  if  the compounds present  in  the water extract could  reach  the brain and  still be 

active there. Recently, for instance, an ethanol extract of Tabernaemontana divaricata proved to 

be effective in inhibiting neuronal acetylcholinesterase when administered to rats (Chattipakorn 

et al., 2007). 

The quantification of the metabolites of the herbal tea components in the blood stream, 

and  the  study  of  the  remaining  biological  activity  in  the  target  organ,  especially  on  what 

concerns  the  acetylcholinesterase  activity,  are  topics  that  are  seldom  referred  to  in  scientific 

papers. Therefore, the aim of this study was to  investigate  if  the active compounds present  in 

the herbal tea of P. barbatus, or their derivatives, when administered to rats were found in the 

blood stream and in the brain, and if the neuronal acetylcholinesterase activity was affected by 

the herbal tea administration. 

 

Bioavailability Studies 

68  

1.2. Materials and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The P. barbatus extract was prepared as a decoction, as described in Chapter II section 4. 

To know what metabolites  to expect after  the extract administration  to  rats, standards of  the 

metabolites were produced in vitro (Chapter II section 11). Rat liver enzymes (Chapter II section 

11.1)  were  used  to  produce  glucuronide  derivatives  of  the  plant  extract  components  as 

described  in  Chapter  II  section  11.2. Catechol  o‐methyltransferase  (COMT)  from porcine  liver 

was used to make methylated derivatives of rosmarinic acid, as described  in section Chapter  II 

section 11.3.  

The P. barbatus extract and its main component, rosmarinic acid, were administered to 

rats as described  in Chapter  II section 12.1. Plasma and brain were collected  from  the  rats 30 

and 60 minutes after administration, and  treated as described  in  section  II.12.2. The  samples 

were analyzed by HPLC‐DAD (Chapter II sections 12.4. and II.7.) and the HPLC samples were pre‐

treated as mentioned  in Chapter  II section 12.3  to determine  the glucuronidated and sulfated 

metabolites. The acetylcholinesterase activity of the rat brains was determined as described  in 

Chapter II section 12.5.  

 

1.3. Results and Discussion 

P.  barbatus  herbal  tea  proved  to  have  antiacetylcholinesterase  activity  in  previous 

studies, with an IC50 of 1.02 ± 0.02 mg of dry leaves ml‐1 and this activity was kept constant after 

in vitro gastric digestion and lost approximately 50% after the in vitro pancreatic studies (Falé et 

al.,  2009;  Porfirio  et  al.,  2010).  Rosmarinic  acid,  luteoline  7‐O‐glucuronide,  apigenine  7‐O‐

glucuronide,  two abietane diterpenoid, acacetin 7‐O‐glucuronide and  (16S)‐coleon E, were  the 

compounds identified in the water extract (Porfirio et al., 2010), being rosmarinic acid the main 

component. Although all the compounds demonstrated inhibition activity relatively to AChE, an 

IC50  of  0.44 mg.ml‐1  for  the main  component  was  determined  (Falé  et  al.,  2009).  Inhibition 

studies  demonstrated  that  the  process  was  reversible  (unpublished  studies).  Due  to  these 

previous  results,  the study was continued by analyzing  the action of P. barbatus herbal  tea  in 

vivo. In the present work the metabolism of the herbal tea after intragastric and intraperitoneal 

administration to laboratory animals was analyzed. 

 

1.3.1. Intragastric administration of P. barbatus extract 

Plasma. After intragastric administration of P. barbatus extract, the plasma was analyzed 

by HPLC and rosmarinic acid was  the only compound detected.  In order  to confirm  if  this was 

Chapter IV 

69  

indeed the only compound present in the plasma or if some metabolites could be present but in 

a low amount that was beneath the detection limit of the system, β‐glucuronidase and sulfatase 

were added and allowed to react under the conditions described in Chapter II, section 12.3. The 

plasma was analyzed once again by HPLC, and this time the rosmarinic acid showed an increase 

in its area and the aglycones from the flavonoid derivatives were also detected. The results from 

this  study  confirmed  that  not  only  the  presence  of  rosmarinic  acid  glucuronide  and  sulfo‐

derivatives, but also  the presence of  the  flavonoid glucuronide derivatives  in  the plasma. The 

concentrations of these rosmarinic acid metabolites found in the plasma are shown in Table 4.1. 

It can be seen that the derivatives of rosmarinic acid in circulation in the blood stream decrease 

after 30 min. This  study  indicated  that,  in  fact,  the  flavonoid derivatives  found  initially  in  the 

herbal tea could pass through the gastrointestinal barrier and appear in the plasma (Table 4.1). A 

vestigial peak with  retention  time  corresponding  to  acacetin was  also  found.  The quantity of 

total  rosmarinic  acid  found  in  the  plasma  relatively  to  the  amount  of  rosmarinic  acid 

administered in the extract can be calculated, assuming that a male Sprague‐Dawley rat contains 

4.12 ml plasma per 100 g body weight (Probst et al., 2006), as 0.009% and 0.005% for 30 and 60 

min, respectively. 

 

Table 4.1. Concentration of rosmarinic acid, its metabolites and flavonoid glucuronide derivatives in the plasma and in 

the brain, 30 and 60 min after the intragastric and intraperitoneal administration of P. barbatus extract. 

Compound

Concentration in plasma Concentration in the brain

Intragastric administration (nM)

Intraperitoneal administration (µM)

Intraperitoneal administration (µM)

Time (min) 30 60 30 60 30 60

P. barbatus extract

Rosmarinic Acid (RA)

<0.5 10.1 1440±144 745282 24.11.1 20.40.4

RA Glucuronides

112.1 87.8 - - - -

RA Sulfates 210.4 77.3 - - - -

RA methyl - - 17.82.3 11.13.6 - -

Luteolin glucuronide

1.9 - 40.55.9 29.98.0 - -

Apigenin glucuronide

6.5 - 20.03.4 3.70.3 - -

Rosmarinic acid standard

RA 4.9 x 103 1.9 x 103 1042.3192.1 - 25.40.9 -

RA methyl - - 16.75.6 - - -

Bioavailability Studies 

70  

Rosmarinic  acid was  also  intragastrically  administered,  in  a  higher  quantity  than  that 

found  in  the  herbal  extract,  and  analyzed  under  the  same  conditions.  Rosmarinic  acid  was 

present  in  the plasma 30 min and 60 min after  the  intragastric administration. The quantities 

found  (Table  4.1)  corresponded  to  0.036%  and  0.015%  of  the  amount  of  rosmarinic  acid 

administered to rats, 30 and 60 min after administration, respectively. The results one hour after 

administration showed a decrease in the rosmarinic acid concentration in circulation. 

The test with β‐glucuronidase was also carried out, but an increase in the rosmarinic acid 

area  in  the  HPLC  chromatogram  was  not  detected.  This  means  that  there  were  no 

glucuronidated metabolites of this phenolic acid formed in the plasma. It seems that rosmarinic 

acid, as pure compound or inside the herbal tea, behaves differently. 

Brain AChE. When rat brains were analyzed by HPLC no compounds or metabolites of P. 

barbatus extract or rosmarinic acid were found. However, when the brain acetylcholinesterase 

activity was measured, a decrease of 10.0 ± 1.8% and 5.5 ± 1.7% of the enzymatic activity was 

observed, 30 and 60 min after the extract administration, respectively (Table 2), from the control 

value of activity of 0.149 ± 0.002 nmol min‐1 mg‐1. In the case of rosmarinic acid injection a 13.5% 

decrease in AChE activity was detected after 30 min. 

 

Table 4.2. Brain acetylcholinesterase  inhibition  (%) 30 and 60 min after administration  (intragastric and 

intraperitoneal) of rosmarinic acid and P. barbatus extract. Results significantly different from the control 

are marked with *  (P < 0.05) and **  (P < 0.1). Values  that are not  significantly different  (P < 0.05) are 

marked from a to d. 

Brain acetylcholinesterase inhibition (%)

Intragastric

administration

Intraperitonial

administration

P. barbatus 30 minutes 10.0±1.8*a 29.0±2.3*c

60 minutes 5.5±1.7**b 24.9±3.7*d

Rosmarinic acid 30 minutes 13.5±1.7*a 10.7±5.0**ab

60 minutes 12.8±2.4**a -

When  standard  rosmarinic  acid was  administered  intragastrically  the  concentration of 

rosmarinic acid  found  in blood showed values  in  the same magnitude of  those  found  in other 

studies (Baba et al., 2004; Konishi et al., 2005). However, in the present work, when rosmarinic 

acid was present within the extract, a lower quantity of this acid was found in plasma, suggesting 

that  the  other  extract  components may  interfere  in  the  gut  permeation  of  rosmarinic  acid. 

Previous  pharmacokinetic  studies  also  reported  that  the  highest  concentration  of  rosmarinic 

acid was reached  in  less than 30 min after  intragastric administration. Methylated and sulfated 

Chapter IV 

71  

forms of rosmarinic acid were found, as well as simpler hydroxycinnamic acids generated by the 

hydrolysis of rosmarinic acid (Baba et al., 2004; Konishi et al., 2005; Nakazawa & Ohsawa, 1998). 

The present study also observed a decrease in the rosmarinic acid concentration after 30 

min,  but  the methylated  form  of  rosmarinic  acid was  not  detected.  This  suggests  that when 

rosmarinic  acid  is  administered  alone,  it  can  pass  the  intestinal  barrier  without  undergoing 

metabolisation by the intestinal cells, but it can be glucuronidated and sulfated as confirmed by 

the action of β‐glucuronidase and sulfatase. 

Taking into account that the amount of rosmarinic acid in the extract was approximately 

one third of the rosmarinic acid standard,  it  is seen that the decrease  in the enzyme activity  is 

not  linearly correlated with  the  rosmarinic acid concentration. This  is due  to  the  fact  that  the 

extract  contains  other  compounds  besides  rosmarinic  acid.  These  compounds  also  inhibit 

acetylcholinesterase  (Porfirio  et  al.,  2010)  and  the  present  study  indicates  that  they  can  also 

reach  the  brain  and  act  together  with  rosmarinic  acid  as  enzyme  inhibitors.  This  fact  is 

corroborated  by  the  analysis  of  the  rosmarinic  acid  concentration  in  the  plasma  (less  than  

0.5  nM when  the herbal  tea  is  administered  and  4.9 mM when  the  standard  is  given  to  the 

laboratory animals) and the enzyme inhibitory activity, which is similar in both situations. These 

results  can only be  explained with  the  inhibitory  activity of  all  the  compounds,  including  the 

rosmarinic acid derivatives, towards AChE. 

 

1.3.2. Intraperitoneal administration of P. barbatus extract 

Plasma. After  intraperitoneal administration of P. barbatus aqueous extract, rat plasma 

was  analysed  by HPLC  (Figure  4.1a). With  the  exception  of  the  diterpenoid  6,  all  the  extract 

compounds were present  in rat plasma  in higher amount at 30 min than 60 min after  injection 

(Figure 4.1a). The abietane diterpenoids 4 has a structure similar to the abietane diterpenoid 6, 

and  is present  in  the extract as a minor  compound. Previous  studies  reported  that  it may be 

formed from abietane diterpenoid 6 in the small intestine conditions (Porfirio et al., 2010), this 

suggests  that  abietane  diterpenoid  6 might  have  been  completely  transformed  into  abietane 

diterpenoid 4 under the biological blood‐circulation conditions. 

Rosmarinic  acid,  compound  2,  is  the  major  compound  found  in  the  chromatogram 

(Figure  4.1a).  The  amount  of  rosmarinic  acid  present  in  the  plasma  was  calculated  to  be     

1439.8 ± 144.0 mM and 744.5 ± 282.3 mM for 30 and 60 min after the extract administration, 

respectively  (Table 4.1). The amount of  rosmarinic acid  found  in  the plasma  corresponded  to 

23.7  ±  2.4%  and  12.3  ±  4.3%  of  the  administered  amount.  In  the  chromatogram,  a  peak  of 

methylated  rosmarinic  acid,  2m,  could  be  detected.  According  to  a  standard  previously 

Bioavailability Studies 

72  

developed  by  using  a  commercial  COMT  from  porcine  liver  and  SAM  as  cofactor  in  a 

methodology described in the Experimental section, it was possible to prove the formation of a 

methylated derivative  from  rosmarinic acid. The amount of methyl  rosmarinic acid was 17.8 ± 

2.3 mM and 11.1 ± 3.6 mM for the same administration time‐points (Table 4.1). The search for 

glucuronidated/sulfated metabolites was carried out by reacting β‐glucuronidase and sulfatase 

with the plasma. The only  increase  in area was observed for flavonoid aglycons, corresponding 

to the decrease in the corresponding area of the respective glucuronide peaks. The fact that no 

significant  amounts  of  glucuronidated/sulfated  rosmarinic  acid metabolites were  found  after 

intraperitoneal administration could be explained by the predominance of methylation occurring 

in the liver over other metabolisation reactions, such as sulfation and glucuronidation. A similar 

situation was also reported by O’Leary and co‐workers (2003). 

 

 

Figure 4.1. HPLC analysis, 30 and 60 min after intraperitoneal administration of P. barbatus extract, of (a) 

plasma and (b) brain. 1: luteolin 7‐O‐glucuronide (retention time 9.6 min); 2: rosmarinic acid (RT: 10.4); 3: 

apigenin 7‐O‐glucuronide  (RT: 11.2); 4: abietane diterpenoid  (RT: 13.8); 5: acacetin 7‐O‐glucuronide  (RT: 

15.1); 2m: monomethylated rosmarinic acid; 1g: luteolin glucuronide derivative; 3’: apigenin. 

 

In the chromatogram shown  in Figure 4.1a, a different glucuronide of  luteolin than the 

one  initially  present  in  the  water  extract  (compound  numbered  1g)  could  be  detected. 

Compound 1g was  identified after preparing,  in vitro, the glucuronidation derivatives according 

to Materials and Methods.  In  this chromatogram the aglycone apigenin  (compound numbered 

3’) could also be seen. No  luteolin or acacetin aglycones were detected  in the plasma samples. 

These  results  suggest  that  the deglucuronidation of plasma  apigenin  glucuronide may be  the 

Chapter IV 

73  

main reaction occurring to this compound. Studies concerning the oral administration of luteolin 

suggested  that  the  presence  of  the  unconjugated  luteolin  in  plasma  might  be  due  to  the 

permeation of the aglycone without undergoing conjugation by the intestinal cells (Shimoi et al., 

1998). However,  in the present study apigenin was already administrated  in  its glucuronidated 

form, and so the high amount of aglycon found in plasma must be due to deglucuronidation of 

the  apigenin  glucuronide.  The  deglucuronidation  of  flavonoid  glucuronides  by  the  liver  was 

previously  reported  by  O’Leary  and  co‐workers  (2003).  These  authors  remarked  that  the 

conversion  of  the  quercetin‐7‐  and  quercetin‐3‐glucuronide  to  the  mono‐sulfate  conjugate 

showed  an  intermediate  step  of  deglucuronidation  by  β‐glucuronidase  activity,  allowing 

transient contact of the free aglycone with the cellular environment.  

The  detection  only  of  the  apigenin  aglycone  in  plasma  may  be  due  to  a  higher 

deglucuronidation of the apigenin glucuronide, comparatively to the other flavonoids and/or to 

a lower re‐glucuronidation of apigenin by the liver. The in vitro glucuronidation assay showed a 

lower rate of glucuronidation for apigenin than for luteolin, which may explain the existence of 

apigenin aglycone relatively to luteolin. This hypothesis is also supported by the appearance of a 

luteolin  glucuronide,  which  could  only  be  produced  by  deglucuronidation  of  the  extract’s 

luteolin 7‐O‐glucuronide, followed by glucuronidation in a different position (Figure 4.1a). Little 

is known about these de‐conjugation and re‐conjugation reactions in flavonoids, especially when 

they are administered in their glucuronidated forms. The present study differs from the majority 

of  the  in  vivo  flavonoid  administration  reports  in  the  fact  that  the  several  flavonoids  were 

simultaneously administered as glucuronide derivatives, as they are commonly found  in herbal 

teas, instead of their aglycones. 

All  extract  compounds  showed  a  decrease  from  30  to  60  min  after  extract 

administration, with rates of elimination ranging from 25% to 85% (Table 4.3), the lowest value 

for the  luteolin glucuronide with retention time 13.8 min, numbered 1g  (24.4 ± 6.9%), and  the 

highest value for the apigenin glucuronide, numbered 3 (84.5% ± 4.6%). Only the aglycone from 

apigenin  (retention  time  of  17.3 min,  numbered  3’)  (Figure  4.1a)  was  seen.  No  luteolin  or 

acacetin aglycones were detected in the plasma. 

Brain AChE. After intraperitoneal administration of P. barbatus extract, brains from rats 

were also analyzed after 30 and 60 min by HPLC (Figure 4.1b). The chromatograms showed only 

the presence of unconjugated rosmarinic acid, the other extract compounds or their metabolites 

were not detected (Figure 4.1b). No  increase of the rosmarinic acid peak area or the aglycones 

from  the  flavonoid  derivatives  were  observed  after  the  reactions  with  β‐glucuronidase  or 

sulfatase. The amount of rosmarinic acid in rat brains was quantified and a relationship with the 

Bioavailability Studies 

74  

amount of rosmarinic acid  in the plasma was calculated  (Table 4.1). The amount of rosmarinic 

acid found  in the brain was 0.40 ± 0.02% and 0.34 ± 0.01% of the administered amount, for 30 

and  60  min  after  administration,  respectively.  Although  the  plasma  rosmarinic  acid 

concentration  showed  a  decrease  from  30  to  60  min  (around  52%,  Table  4.3)  the  brain 

rosmarinic acid concentration decreased around 15% (14.90 ± 7.11%, Table 4.1). This difference 

is  reflected  in  the  ratio of brain/plasma  rosmarinic acid concentration, which  is higher 60 min 

after  the  extract  administration  than  at  30 min  (0.027  at  60 min  and  0.016  at  30 min).  The 

brain/plasma concentration ratio reflects the permeability of the compounds from the plasma to 

the brain, which may be restricted primarily by the blood brain barrier, and ranges from 0 (no 

permeability) to 1 (total permeability) (Zheng et al., 2006). These ratios indicate that rosmarinic 

acid has the ability to pass to the brain, but the permeability is low. 

 

Table 4.3. Retention time of compounds from the P. barbatus extract found in plasma and their decrease 

from 30 to 60 min after the extract intraperitoneal administration. 

compound Retention Time (min) Decrease from 30 to 60 minutes

(%)

Luteolin 7-O-glucuronide (1) 9.7 44.91±13.48

Rosmarinic Acid (2) 10.5 51.66±15.60

Apigenin 7-O-glucuronide (3) 11.3 84.57±4.59

Monomethylated Rosmarinic Acid (2m) 12.0 41.7±14.5

Abietane Diterpenoid (4) 13.5 36.33±15.61

Luteolin glucuronide (1g) 13.8 24.36±6.88

Acacetin 7-O-glucuronide (5) 15.2 56.75±0.10

Apigenin (3’) 17.3 33.4±12.8

 

Rosmarinic acid diffuses slowly  to  the brain, but  it  is retained  there  longer  than  in  the 

plasma, where  a  higher  decrease was  observed  from  30  to  60 min.  Brains  of  rats  to which 

standard rosmarinic acid was administered, (results not shown) showed the same concentration 

of  rosmarinic  acid  as  when  rosmarinic  acid  was  given  within  the  extract,  leading  to  the 

conclusion  that  the  other  extract  compounds  do  not  interfere  with  the  permeability  of 

rosmarinic acid in the blood‐brain barrier, in opposition to the gut barrier where a interference 

of the other extract compounds was observed in the permeability of rosmarinic acid. 

Thirty minutes  after  the  extract  administration  the  rat  brain  showed  an  inhibition  in 

acetylcholinesterase activity of 29.0 ± 2.3%, and after 60min an inhibition of 24.9 ± 3.7% (Table 

4.2), in comparison with the control rats, where the activity was 0.145 ± 0.012 nmol.min‐1.mg‐1. 

Brains of rats where standard rosmarinic acid was administered showed the same concentration 

Chapter IV 

75  

of  rosmarinic acid as  that detected when  the extract was administered, but demonstrated  to 

have less acetylcholinesterase inhibition (10.7 ± 5.0% after 30 min). This confirms the inhibition 

of AChE by the other extract components, although they were not detected by HPLC. 

The  percentages  of  acetylcholinesterase  inhibition  achieved  were  of  the  same 

magnitude  of  the  ones  reported  to  galanthamine  in  the  rat model,  however  the  amounts  of 

interaperitoneal  injection of galanthamine were  lower: 3 mg.kg‐1  for 10%  inhibition  (Geerts et 

al., 2005) and 10 mg.kg‐1 for 28% inhibition (Chattipakorn et al., 2007). Higher inhibitions can be 

obtained with  lower amounts of donepezil, 39% with 3 mg.kg‐1  (Geerts et al., 2005), however, 

this  inhibitor  may  present  a  higher  incidence  of  adverse  effects  in  high  amounts.  The 

dosage/activity  in  humans  for  galanthamine  is  16–24  mg.day‐1  to  30–40%  brain 

acetylcholinesterase  inhibition  (Kadir et al., 2008), and  for donepezil  is 10 mg.day‐1  to 19–27% 

inhibition  (Bohnen  et  al.,  2005). As  there  is  an  interest  in  decreasing  the  adverse  peripheral 

effects  of  acetylcholinesterase  inhibition,  mostly  related  to  gastrointestinal  and  hepatic 

disturbances, herbal teas may offer an alternative for mild treatments of Alzheimer’s disease. P. 

barbatus water extracts are traditionally prepared as decoctions (as  in the present report) and 

drunk by people and those secondary effects were not reported (Lukhoba et al., 2006). In fact, 

the use of  this plant extract to  treat gastrointestinal and hepatic conditions  is widely reported 

(Lukhoba  et  al.,  2006).  Rosmarinic  acid when  administered  in  low  doses  seems  to  act  as  an 

anxiolytic‐like compound, only when administered in high doses it seem to act on the peripheral 

nervous system (Pereira et al., 2005). 

Several  recent  reports  showed  that  flavonoids,  such  as quercetin  and  its metabolites, 

have  the  ability  to  reach  the  brain  (Huebbe  et  al.,  2010).  Coleta  and  co‐workers  (2008) 

demonstrated  that  intragastrically‐administered  luteolin,  or  its metabolites,  should  reach  the 

brain,  causing  anxiolytic‐like  effects.  Gujinski  and  co‐workers  (2009)  reported  that  ethanolic 

extracts from Melissa officinalis, a Lamiaceae species, and  its main component rosmarinic acid, 

when administered to rats produced dose‐related antinociception in several models of chemical 

pain,  through  mechanisms  that  involved  cholinergic  systems.  Other  studies  also  show  that 

rosmarinic  acid,  when  administered  through  intraperitoneal  injection  (2–8 mg.kg‐1),  induced 

neurobehavioral changes in rats (Pereira et al., 2005). Although rosmarinic acid in the brain was 

not  quantified  in  those  studies,  its  presence  in  the  brain was  suggested  by  the  activities  it 

exerted in vivo.  

The bioavailability of the currently used acetylcholinesterase inhibitors is highly variable, 

depending mostly to the structure of the compounds, their metabolisation and elimination, and 

their ability to permeate the  intestinal and blood‐brain barriers (McGleenon et al., 1999). Their 

Bioavailability Studies 

76  

time  of  action  also  depends  on  the mode  of  acetylcholinesterase  inhibition.  Donepezil,  for 

instance, has  a peak plasma  level 4 h  after  administration  and  a half‐life of over 70 h, while 

tacrine  shows  low  bioavailability  when  taken  orally  and  has  a  half‐life  in  plasma  of  1.4  h 

(McGleenon et al., 1999). However, tacrine reaches a brain concentration that is 10‐fold that of 

plasma,  its  dosage  and  brain  bioavailability  are  not  proportional,  and  so  higher  doses  and 

multiple dosing are used to increase bioavailability and the half‐life (McGleenon et al., 1999). 

In the present study rosmarinic acid and the other components of the extract also do not 

seem  to  follow  a  direct  relation  between  dose  and  response.  First,  because  the  intestinal 

absorption  and metabolisation  of  rosmarinic  acid  is  influenced  by  the  presence  of  the  other 

extract compounds. Also, although the concentration of rosmarinic acid was always much lower 

in  brain  than  in  the  plasma,  the  relationship  between  plasma  and  brain  rosmarinic  acid 

concentrations did not seem to be linear, as a decrease of more than 50% in plasma rosmarinic 

acid concentration corresponded just to a slight decrease in the brain (Table 4.1). However, the 

amount of detected rosmarinic acid and the activity seem to be related, as the decrease  in the 

brain acethylcholinesterase  inhibition was similar  to  the decrease  in  the content  in  rosmarinic 

acid. As  the phenolic  compounds  from  the plant extract  seem  to act  in  the brain  in very  low 

concentrations, and their amount  in brain has  less fluctuations than the amount  in the plasma, 

taking a large volume of herbal tea during a long period of time, and several times per day, as it 

is usually taken, may be the correct way of increasing its effects. 

Apart  from  the  beneficial  effect  of  increasing  the  acetylcholine  mediated  neuronal 

transmission,  the  treatment  of  Alzheimer’s  disease  with  acetylcholinesterase  inhibitors  also 

seems to protect  free radical toxicity, β‐amyloid  injury and  to attenuate cytokine release  from 

microglial  cells  (Tabet,  2006).  Apart  from  this  ‘‘cholinergic  anti‐inflammatory  pathway’’, 

rosmarinic acid is also a well‐known antioxidant and free radical scavenger (Falé et al., 2009). As 

far as we know, this is the first report confirming the neurologic activity of rosmarinic acid by the 

quantification its amount in the brain. 

 

1.4. Conclusions 

In this study  it was demonstrated that the rosmarinic acid, present  in herbal teas, may 

cross  the  intestinal  barrier,  as well  as  the  blood  brain  barrier,  and  be  detected  in  the  brain, 

where  it  inhibits  the  enzyme  AChE.  The metabolisation  and  bioavailability  of  the  herbal  tea 

components is different from the administration of pure compounds. 

 

 

Chapter IV 

77  

2.  Bioavailability  of  mixtures  of  rosmarinic  acid,  luteolin  and 

apigenin  through  Caco‐2  cell  monolayers,  modeling  the 

bioavailability of plant herbal teas. 

 

2.1. Introduction 

Herbal  teas are among  the oldest and most common drinks  in human culture and are 

drunk  for  their  pleasant  flavour  and/or  for  their  health  improving  properties.  These  plant 

aqueous  extracts  are  often  composed  of  phenolic  compounds  such  as  phenolic  acids  and 

flavonoids,  which  have  proved  to  be  therapeutically  active  (see  Komes  et  al.,  2010  for  the 

composition of several taxonomically unrelated medicinal plants). 

Previous studies demonstrated that the Plectranthus barbatus herbal tea has relevant in 

vitro antioxidant and anti‐acetylcholinesterase activities, which are due to its main components: 

rosmarinic  acid,  flavonoid  glucuronides  (apigenin,  luteolin  and  acacetin  glucuronides),  and 

abietane diterpenoids (Falé et al., 2009; Porfirio et al., 2010). Rosmarinic acid and the flavonoid 

components  remained  after  in  vitro  digestion  of  the  P.  barbatus  extract  with  gastric  and 

pancreatic  juices,  but  flavonoid  glucuronides  were  hydrolysed  into  their  aglycones  by  the  

β‐glucuronidase of the microorganisms in the gut flora (Porfirio et al., 2010). When P. barbatus 

extract was intragastrically administered to rats its components were found in the plasma and a 

decrease in brain acetylcholinesterase activity was observed (Falé et al., 2011). 

As herbal teas are complex mixtures of compounds, we aimed to determine the effect of 

the presence of rosmarinic acid,  luteolin and apigenin  in the permeation and metabolisation of 

each  other  in  Caco‐2  cell  monolayers,  an  in  vitro  model  for  the  intestinal  absorption  and 

metabolism.  Rosmarinic  acid,  apigenin  and  luteolin  are  the main  constituents  of  P.  barbatus 

herbal  tea,  but  they  are  very  commonly  found  together  in  many  other  herbal  teas  and 

foodstuffs.  However,  little  is  known  about  the  way  that  these  compounds  affect  the 

bioavailability  of  each  other.  Nevertheless,  it  is  known  that  phenolic  acids  and  flavonoids 

interact with transport systems  in  intestinal cells, such as the monocarboxylic acid transporters 

(MCT) (Konishi et al., 2003; Konishi et al., 2004), the ABC transporters P‐glycoprotein (Pgp) and 

multidrug  resistance proteins  (MRP), being actively  transported or  inhibiting  them  (for  review 

see Brand et al., 2006). The MCT4, MCT5, MRP1, MRP3 and MRP5 transporters,  located  in the 

basolateral membrane of  the  intestinal cells, promote  the  transport of  their  substrates  to  the 

bloodstream, while Pgp and MRP2,  located  in  the apical membrane, promote  the  transport of 

their  substrates  from  the  intracellular  compartment  to  the  intestinal  lumen  (Gill  et al., 2005, 

Bioavailability Studies 

78  

Konishi  et  al.,  2003,  2004; Brand  et  al.,  2006).  The MCT1  transporter  is  located  in  the  apical 

membrane,  but  transports  its  substrates  from  the  intestinal  lumen  to  the  intracellular 

compartment (Gill et al., 2005).     

The aim of this study  is to evaluate the permeation through Caco‐2 cell monolayers of 

the aqueous extract of P. barbatus, and of mixtures of its main phenolic compounds (rosmarinic 

acid,  luteolin, apigenin),  in different concentrations, but  in a  relative proportion similar  to  the 

usually found in herbal teas. The effect of two intestinal epithelium transporters, Pgp and MCT, 

on the bioavailability of the polyphenolic mixture was also investigated.  

  

2.2. Material and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The P. barbatus extract was prepared as a decoction, as described in Chapter II section 4. 

The bioavailability  studies were performed  in Caco‐2 cell monolayers as  referred  in Chapter  II 

section 17. This methodology was used to evaluate the bioavailability of P. barbatus extract and 

of  mixtures  of  phenolic  compounds  (rosmarinic  acid,  luteolin  and  apigenin)  according  to  a 

factorial design known as central composite design (CCD) (Barker, 1985), as described in Chapter 

II section 17.1. The concentrations used in the mixtures are listed in Table 2.1.  

The involvement of the transport systems MCT and Pgp in the bioavailability of a mixture 

of rosmarinic acid,  luteolin and apigenin was evaluated using the substrates for these systems, 

benzoic acid and digoxin, as described in Chapter II section 17.2.  

The HPLC analysis was carried out as described in Chapter II section 17.3. 

 

2.3. Results 

Previous  studies  with  Plectranthus  barbatus  herbal  tea  revealed  the  presence  of 

rosmarinic acid and  flavonoid glucuronide derivatives together with two abietane diterpenoids 

(Porfirio et al., 2010). Rosmarinic acid, the poplyphenol present  in higher amount  in the water 

extract,  is a  characteristic  secondary metabolite of  species  from  the  Lamiaceae  family, where  

P. barbatus  is  included.  In  the present  study we evaluated  the  intestinal bioavailability of  the 

aqueous  extract  of  P.  barbatus  as  a  model  extract,  and  of  mixtures  of  three  of  its  main 

components,  rosmarinic  acid,  luteolin  and  apigenin. We  aimed  to  evaluate  the differences  in 

bioavailability  of  these  compounds,  which  are  very  commonly  found  in  plant  infusions  and 

decoctions. 

  

 

Chapter IV 

79  

2.3.1. Bioavailability of Plectranthus barbatus herbal tea 

In order  to study  the bioavailability of  the major polyphenol compounds  in  the herbal 

tea of P. barbatus, the water extract was applied to the apical side of a Caco‐2 cell monolayer 

and the polyphenols were quantified  in the apical and basolateral sides after 6h of  incubation. 

Forty three per cent of the rosmarinic acid in the plant extract permeated the Caco‐2 membrane 

to  the  basolateral  side.  The  flavonoid  glucuronides  initially  present  permeated  the  cell 

membranes  34‐35%  and  the  abietane  diterpenoids  permeated  the  same  system  in  a  slightly 

higher amount, 43‐49% (Table 4.4).  

 

Table 4.4. Permeation of the P. barbatus aqueous extract constituents through the Caco‐2 cell monolayer. 

Compound Permeation (%)

Rosmarinic acid 43.3±5.3

Luteolin 7-O-glucuronide 35.3±3.4

Apigenin 7-O-glucuronide 34.1±4.6

Acacetin 7-O-glucuronide 33.8±4.1

Abietane diterpenoid 1 43.5±4.1

Abietane diterpenois 2 49.9±1.8

 

Although P. barbatus abietane diterpenoids were  the compounds  that showed highest 

bioavailability  in Caco‐2  cells, previous  studies  showed  that  they may be hydroxylated  in  the 

small  intestine  by  the  pancreatic  juice  into  non‐active  metabolites  (Porfirio  et  al.,  2010). 

Furthermore, when  the plant extract was administered  intragastrically and  intraperitonially  to 

rats these compounds were found  in the plasma  just  in the non‐active form (Falé et al., 2011), 

suggesting  that  their  metabolisation  is  very  fast  processes.  For  this  reason  the  abietane 

diterpenoids shall not be considered in ulterior experiments. 

In  the  digestive  tract,  rosmarinic  acid  does  not  undergo  extensive  degradation  or 

metabolisation and the flavonoid glucuronides may be deglucuronidated by the gut microflora, 

as it was demonstrated by the in vitro digestion (Porfirio et al., 2010). Pursuing the investigation 

of  P.  barbatus  aqueous  extract,  the  effect  of  rosmarinic  acid,  apigenin  and  luteolin  on  the 

intestinal permeation and metabolisation of each other by Caco‐2 cells were analysed, as well as 

the interaction of these compounds with two known transport systems to further enlighten the 

mechanism by which these active compounds are made bioavailable. 

In summary, when the bioavailability of the P. barbatus aqueous extract was tested with 

the Caco‐2 cell system all the compounds permeated the cell membrane after 6h, including the 

glucuronide derivatives.  

 

Bioavailability Studies 

80  

2.3.2. Bioavailability of a mixture of the standards rosmarinic acid, apigenin and luteolin 

An experimental plan  involving  the effect of several concentrations of  rosmarinic acid, 

luteolin  and  apigenin was  set  in  order  to  evaluate  the  effect  of  the  concentration  of  these 

compounds on each other’s permeability through a Caco‐2 cell monolayer. The response surface 

methodology allowed drawing the permeability curves (response surface) of each compound in 

function of the concentration of the other two compounds (Figure 4.2). Using this methodology 

it was possible to study interactions in the permeability by the presence of different compounds, 

the real situation found in the herbal teas. 

The curves show  that  rosmarinic acid has higher permeation  in  the Caco‐2 cells  in  the 

presence of very high amounts of both flavonoids (Figure 4.2a). This means that the flavonoids 

interfere with the phenolic acid permeation, probably by inhibiting the efflux transport systems. 

The permeation of  luteolin was  facilitated by rosmarinic acid and by apigenin  (Figure 4.2b), as 

they may have facilitated the transport or  inhibited the efflux mechanisms. The permeation of 

luteolin  increased  with  increasing  concentrations  of  rosmarinic  acid,  being  this  effect more 

pronounced  than  the one  found with  increasing concentrations of apigenin. The behaviour of 

apigenin permeation  is more complex (Figure 4.2c). A maximum value for apigenin permeation 

can be obtained with a luteolin concentration, and this maximum can be obtained with a higher 

concentration of luteolin at low concentration of rosmarinic acid, or with lower concentration of 

luteolin  at  high  concentration  of  rosmarinic  acid.  On  the  other  hand,  minimum  apigenin 

permeability can be seen by varying the concentration of rosmarinic acid, which can be obtained 

with  lower  concentrations of  rosmarinic  acid  at  low  concentration of  luteolin, or with higher 

concentration  of  rosmarinic  acid  at  high  concentration  of  luteolin.  This  complex  permeation 

behaviour suggests that these compounds may  inhibit the efflux systems. When they are both 

present  they may  also  compete with  apigenin  for  an  uptake  transport  system,  or  inhibit  it. 

Apigenin permeation shows  the  lowest permeability  in  the presence of high concentrations of 

rosmarinic acid and luteolin together.  

Although only the aglycones were applied in the cell culture medium of the apical side of 

the Caco‐2 system, the glucuronides derivatives could be detected on the basolateral side of the 

cells. Caco‐2  cells have  the ability  to glucuronidate  flavonoids, as was previously  reported  for 

apigenin and  luteolin  (Porfirio et al., 2010). The effect of the concentration of rosmarinic acid, 

luteolin and apigenin on the glucuronidation and bioavailability of these flavonoids was assessed 

using the same CCD factorial design. The response – glucuronidation – surfaces curves obtained 

are  shown  in Figure 4.3. For  the glucuronidation of each  flavonoid,  the presence of  the other 

flavonoid and rosmarinic acid seemed to have a similar effect whether in presence of high or low 

Chapter IV 

81  

amount of each other, increasing with the increase of the concentration of rosmarinic acid and 

decreasing with  the  increase of  the concentration of  the other  flavonoid, which  suggests  that 

the  both  flavonoids  are  substrates  of  the  same  enzyme  and  may  compete  for  the  same 

glucuronosyltransferases.  

 

 

 

 

Figure  4.2.  Permeation  surfaces  for  (a)  rosmarinic  acid,  (b)  luteolin  and  (c)  apigenin  with  different 

concentrations of the other two components, built with the CCD experimental plan. The relative errors are 

0.930 (a), 0.718 (b), and 0.817 (c). 

 

Bioavailability Studies 

82  

 

 

Figure  4.3.   Glucuronidation  surfaces  for  (a)  luteolin  and  (b)  apigenin with  different  concentrations  of 

rosmarinic acid and of the other flavonoid, built with the CCD experimental plan. The relative errors are 

0.981 (a), and 0.766 (b). 

 

2.3.4. Effect of MCT and Pgp transporter systems on the bioavailability of the polyphenol 

mixture 

The  monocarboxylic  acid  transporter  system  (MCT),  located  in  the  basolateral 

membrane of intestinal cells, is known to act on the permeability of monocarboxylic acids and it 

is also recognized that the flavonoids may interfere with these systems (Konishi et al., 2003). As 

rosmarinic  acid,  a  monocarboxylic  acid,  is  present  in  a  mixture  containing  flavonoids,  the 

involvement of the MCT transporter system on the mixture bioavailability was analysed. On the 

other hand Pgp efflux system is known to be inhibited by flavonoids (Brand et al., 2006), so the 

participation  of  these  systems  on  the  bioavailability  of  the  two  flavonoids  together with  the 

monocarboxylic acid (rosmarinic acid) were also analysed. In order to evaluate the participation 

of MCT and Pgp on the bioavailability of a mixture of rosmarinic acid with the two  flavonoids, 

the  studies  were  conducted  in  the  absence  and  in  the  presence  of  the  transporter  system 

substrates, benzoic acid and digoxin, respectively (Tsuji et al., 1994).  

Chapter IV 

83  

In  the  present  study,  rosmarinic  acid was  found  in  lower  amount  in  the  basolateral 

compartment  in  the presence of  the digoxin or benzoic acid  (Figure 4.4a), while apigenin and 

luteolin showed similar distribution in the presence of the two substrates (Figure 4.4b and 4.4c). 

This suggests that both benzoic acid and digoxin  interact with the transporters responsible  for 

rosmarinic acid permeability.  

 

 

 

 

 

Figure 4.4. Distribution of (a) rosmarinic acid, (b) luteolin and (c) apigenin six hours after being placed in 

the apical side of a Caco‐2 cell monolayer. The effects of co‐administration of digoxin and benzoic acid 

were analysed. Statistical analysis: c ‐ different from the control (P<0.05); c* ‐ different from the control 

(P<0.1); s – different from the other substrate (P<0.05). 

Bioavailability Studies 

84  

 

In  the case of benzoic acid,  transported by  the system MCT  (Figure 4.5a)  the standard 

mixture of polyphenols affected the permeation of the substrate, because it was found in higher 

amounts in the basolateral side of the cells, comparatively to the amounts found in the absence 

of the mixture. In the case of the Pgp system, digoxin decreased on the apical side and increased 

slightly in the basolateral side when in the presence of polyphenols (Figure 4.5b). This result may 

indicate  that  the  Pgp  transporter  is  inhibited  by  this  system  and  the  polyphenol  mixture 

(rosmarinic  acid,  apigenin  and  luteolin) may  indeed  alter  the  distribution  of  Pgp  substrates 

around the cell membranes and in the intracellular compartment (Figure 4.5b).  

 

 

Figure 4.5. Distribution of (a) benzoic acid and (b) digoxin six hours after being placed in the apical side of 

a Caco‐2 cell monolayer. The effects of co‐administration of a standard mixture (SM) with rosmarinic acid, 

luteolin  and  apigenin,  50µM  each,  was  analysed.  Statistical  analysis:  *  ‐  different  from  the  control 

(P<0.05). 

 

On what  concerns  the  bioavailability  of  the  flavonoid  glucuronide  derivatives,  studies 

were also conducted in the absence and in the presence of the MCT and Pgp substrates. In this 

study  it  is  not  possible  to  distinguish  the  effect  of  the  transporter  substrates  on  the 

glucuronosyltransferase  enzymatic  activity  and  on  the  bioavailability  of  the  flavonoid 

Chapter IV 

85  

glucuronides derivatives. The results indicated the joint effect of both actions, as the glucuronyl 

derivatives were quantified  in each  side of  the Caco‐2 monolayer, after 6h  incubation, where 

both  processes may  be  occurring  simultaneously.  The  results  showed  that  the  presence  of 

flavonoid derivatives was affected by  the  substrates of  the  transport  systems. The basolateral 

concentration of luteolin derivative increased in the presence of digoxin and benzoic acid (Figure 

4.6a), and  the basolateral  concentration of apigenin  increased  in  the presence of digoxin and 

decreased  in  the presence of benzoic  acid  (Figure 4.6b). The amount of  luteolin glucuronides 

found  in the basolateral compartment  increased from 24% (control) to 46%  in the presence of 

digoxin and benzoic acid, and from 1% (control) to 10% inside the cells (Figure 4.6a). By contrast, 

the  amount  of  apigenin  glucuronides  slightly  increased  in  the  basolateral  compartment  and 

inside the cells in the presence of digoxin, while it decreased in the basolateral compartment in 

the presence of benzoic acid (Figure 4.6b).  

 

 

 

Figure 4.6. Glucuronidation of (a) luteolin and (b) apigenin six hours after being placed in the apical side of 

a  Caco‐2  cell monolayer.  The  effects  of  co‐administration  of  digoxin  and  benzoic  acid were  analysed. 

Statistical  analysis:  c  ‐  different  from  the  control  (P<0.05);  c*  ‐  different  from  the  control  (P<0.1);  s  – 

different from the other substrate (P<0.05). 

 

 

Bioavailability Studies 

86  

2.4. Discussion 

In  order  to  evaluate  the  involvement  of  two membrane  transporter  systems  on  the 

permeability pattern  found  for  rosmarinic  acid,  luteolin  and  apigenin  in  the herbal decoction 

through Caco‐2 cell monolayers, the permeability of these phenolic compounds was analysed in 

the presence of substrates of known transport systems, namely benzoic acid (substrate of MCT 

(Tsuji et al., 1994)) and digoxin (substrate to Pgp).   

The permeability of rosmarinic acid through the Caco‐2 cell monolayer decreased in the 

presence of benzoic  acid  (Figure 4.4a),  suggesting  a  competition  for  the  transport  across  this 

membrane  system  indicating  that  it may  be  via  one  transporter  of  the MCT  family.  Previous 

studies  pointed  out  that  the  permeability  of  rosmarinic  acid  through MCT may  be  very  low 

because  it showed  lower affinity  to  the  transporter  than  ferulic acid,  for  instance  (Konishi and 

Kobayashi  2005).  The  low  affinity  is  also  suggested  by  the  increase  of  benzoic  acid  in  the 

basolateral compartment in the presence of the standard mixture (Figure 4.5a), suggesting that 

the affinity of benzoic acid to MCT is much higher than rosmarinic acid.  

The distribution of  the  rosmarinic acid was also affected by digoxin, decreasing  in  the 

same way as benzoic acid did,  from  the apical  to  the basolateral  side. Digoxin permeates  the 

Caco‐2 monolayer  predominantly  by  transcellular  passive  diffusion,  and  Pgp,  responsible  for 

digoxin efflux,  is the only known transporter  for this molecule  (d’Souza et al., 2003). Pgp does 

not seem involved in the efflux of rosmarinic acid, as the competition of digoxin with rosmarinic 

acid would lead to an increase in the amount of rosmarinic acid in the basolateral compartment, 

which  was  not  observed.  Therefore  these  results  suggest  that  digoxin  may  inhibit  the 

transporters  involved  in  the permeation of  rosmarinic  acid  from  the  apical  to  the basolateral 

side. Although  these  transporters were not  studied  in  the present work, digoxin  is  known  to 

interact with active transport in muscle cells, as an inhibitor of Na+‐K+‐ATPase pump (Rochetti et 

al., 2003).  

The  flavonoids  luteolin  and  apigenin  are  known  inhibitors  of  the  ABC  transporters 

(Schutte et al., 2008).  Our results suggest that luteolin and apigenin are not substrates of MCT 

or  Pgp  transporters,  since  benzoic  acid  and  digoxin  did  not  affect  the  transport  of  these 

flavonoids  across  the  Caco‐2  cell  monolayers  (Figures  4.4b  and  4.4c).  However,  the 

bioavailability of apigenin is strongly affected by the presence of luteolin, this means that other 

transport  system  beyond  Pgp  or  MCT  must  be  involved.  Flavonoids  such  as  quercetin, 

kaempferol  and  isorhamnetin  have  been  shown  to  be  substrates  of  Pgp,  which  limits  their 

bioavailability (Wang et al., 2005).   

Chapter IV 

87  

The  effect  of  benzoic  acid  and  digoxin  on  the  distribution  of  flavonoid  glucuronides 

(Figure 4.6) suggests that both transporter systems seem to be  involved  in the permeability of 

these  compound  because  significant  differences  were  found  on  the  bioavailability  of  the 

glucuronides in the presence of the substrates.  

The  behaviour  of  the  flavonoids  and  rosmarinic  acid  towards  the  permeation  of  one 

another seems to be a balance of two  factors: competition  for the transepithelial transporters 

and  inhibition  of  the  efflux  via  ABC  transporters.  Previous  studies  showed  that  flavonoid 

aglycones may permeate the Caco‐2 cell monolayers by active transport (Kobayashi et al., 2008) 

and the co‐administration of flavonoids  inhibited the efflux of hesperitin, a flavonoid aglycone, 

by  ABC  transporters  (Brand  et  al.,  2010).  The  result  of  this  balance  may  be  seen  in  the 

permeation  surfaces  of  Figure  4.2.  For  rosmarinic  acid  the  flavonoids  caused  a  decrease  of 

permeability when a low concentration of apigenin and a high concentration of luteolin is used. 

These changes may be due to the inhibition of the membrane transporters by the flavonoids. In 

lower  concentrations  of  flavonoids,  the  inhibition  of  transporters,  such  as  MCT,  may  be 

dominant  effect,  decreasing  the  bioavailability  of  rosmarinic  acid.  By  contrast,  in  higher 

concentrations of flavonoids may be dominant the  inhibition of efflux transporters, such as the 

ABC  transporters.  Luteolin and apigenin were previously  reported  to  inhibit MCT  transporters 

(Wang  and  Morris,  2007)  and  ABC  transporters  (Brand  et  al.,  2006).    The  permeation  of 

rosmarinic acid increases when the concentration of apigenin also increases, this may be due to 

a higher inhibition of the efflux transporters by this flavonoid relatively to luteolin (Figure 4.2a). 

The  efflux  transporter  of  rosmarinic  acid  that  seems  to  be  inhibited  by  the  flavonoids may 

belong  to  the  ABC  family,  but  it  is  not  Pgp,  since  the  co‐administration  of  digoxin  did  not 

increase the bioavailability of rosmarinic acid (Figure 4.4a)  

For luteolin the effect seems to be the inhibition of the efflux systems by rosmarinic acid 

and apigenin  (Figure 4.2b), while  for apigenin  there  is a  joint effect competition  for  the  same 

transporter of  luteolin and  inhibition of  the efflux  transporters by rosmarinic acid and  luteolin 

(Figure  4.2c).  The  clearly  competitive  effect  shown  by  luteolin  in  the  permeation  surface  of 

apigenin,  suggests  that  the  transporter  of  both molecules  has more  affinity  to  luteolin  than 

apigenin.  The  permeation  of  luteolin  across  the  Caco‐2  monolayer  increases  with  higher 

concentrations of rosmarinic acid, and the same happens with the permeation of apigenin when 

the  concentration  of  luteolin  is  low,  which  suggests  that  rosmarinic  acid  may  inhibit  the 

transporters  responsible  for  the  efflux of both  flavonoids. Although  rosmarinic  acid has been 

reported not to have effect on Pgp or MRP1 (Kobayashi et al., 2003), it is known that it inhibits 

Bioavailability Studies 

88  

the  efflux  of  some molecules,  like  ovalbumin,  involving  other  transporters  (Nabekura  et  al., 

2010).  

The competition of luteolin and apigenin for the same transporters is also clearly evident 

in  the glucuronidation  surfaces of both  flavonoids  (Figures 4.3a  and 4.3b). As  rosmarinic acid 

may decrease  the efflux of  the  flavonoids  in  the apical membrane,  their  concentration  in  the 

intracellular  compartment,  increasing  the  glucuronidation. Apigenin  and  luteolin may  also  be 

glucuronidated  by  the  same  enzymes,  and  for  this  reason  compete  for  the 

glucuronosyltransferases, resulting in the decrease of glucuronidation of one of these flavonoids 

in the presence of the other one, as shown  in Figures 2a and 2b. Again,  luteolin seems to have 

higher  affinity  to  the  glucuronosyltransferases,  as  the  glucuronidation  of  apigenin was more 

affected by  luteolin  than  the glucuroidnation of  luteolin was affected by apigenin,  suggesting 

that the presence of an extra hydroxyl group may increase the affinity for the enzyme active site. 

Other studies also showed this difference  in affinity  for the enzymes, mainly those  involved  in 

phase II of the metabolism. For instance, a decrease of phase II metabolisation of the flavanone 

hesperetin  by  the  co‐administration  of  other  flavonoid,  especially  flavonols  and  flavones  as 

luteolin and apigenin, may be also due  to  the higher affinity of  the phase  II enzymes  to  these 

compounds (Brand et al., 2010). 

To confirm the involvement of PgP and MCT in the polyphenol bioavailability, the effect 

of the herbal tea on the permeation of bezoic acid and digoxin was also evaluated. The increase 

of bioavailability of benzoic acid  in  the presence of  the standard mixture  (Figure 4.5a) may be 

due to the  inhibition of a benzoic acid efflux mechanism by the standard polyphenolic mixture. 

Although the efflux mechanism of benzoic acid is not clearly elucidated, flavonoids are inhibitors 

of a wide variety of efflux processes related with ABC transporters (as reviewed by Brand et al., 

2006). Therefore it can be concluded that the consumption of herbal teas containing rosmarinic 

acid  together  with  these  two  flavonoids may  interfere  with  drugs  based  on  carboxylic  acid 

structures.  

An increase of the amount of digoxin in the basolateral compartment was observed also 

in  the presence of  the  standard mixture  (Figure 4.5b), which may be  assumed  as due  to  the 

inhibition  of  the  efflux  system  Pgp,  probably  due  to  apigenin  and  luteolin  that  are  known 

inhibitors  of  this  transporter  (Brand  et  al.,  2006).  However,  previous  studies  suggest  that 

rosmarinic acid  is not a  substrate and has no  inhibitory effect on Pgp  (Konishi and Kobayashi 

2005; Nabekura et al., 2010). Nevertheless, the efflux of digoxin may also be partially  inhibited 

by the competition with the  luteolin and apigenin glucuronides, which appear to be substrates 

of Pgp, as discussed previously. 

Chapter IV 

89  

The  permeation  of  rosmarinic  acid  in  the  P.  barbatus  aqueous  extract  and  in  the 

standard  mixture,  in  the  presence  of  luteolin  and  apigenin,  was  similar.  However,  the 

permeation of rosmarinic acid after 6h was higher than that expected according to the literature 

(Konishi & Kobayashi 2005), which may be due to the inhibition of the efflux mechanisms by the 

flavonoids. The  inhibition of  the  intake and efflux mechanisms points out  that  rosmarinic acid 

may be substrate of intestinal transporters. As far as we know this is the first report suggesting 

that  the  flux  of  rosmarinic  acid may  be mediated  by  transport  systems,  although  with  low 

affinity. To this conclusion may contribute the larger times of incubation performed, six hours in 

contrast to 40 minutes  in similar studies (Konishi et al., 2005). The flavonoid glucuronides also 

showed a higher bioavailability than expected, which may be due to the inhibition of the efflux 

mechanisms  by  the  co‐administration  of  the  two  flavonoids  together with  rosmarinic  acid. A 

similar  increase  of  flavonoid  glucuronides  in  the  basolateral  compartment  by  the  co‐

administration  of  flavonoids  has  been  reported  (Brand  et  al.,  2010).  These  authors  have 

demonstrated that the  increase of flavonoid glucuronides was  induced by the  inhibition of the 

efflux mechanisms exclusively in the apical membrane.  

The  results  obtained  in  this  study  with  the  P.  barbatus  aqueous  extract  may  be 

extrapolated  to other  teas,  since  rosmarinic acid  seems  to be one key component  in aqueous 

extracts of Lamiaceae species (Janicsak et al., 1999), to which belong some of the most common 

species used in herbal teas (mints, rosemary, thyme, sage, lavender and basil). The occurrence of 

flavones in these species, especially luteolin and apigenin glucuronides, together with rosmarinic 

acid is very common and widely described in the literature (Fecka & Turek 2007, for peppermint, 

melissa and sage).  

 

2.5 Conclusions 

The  compounds  of  P.  barbatus  aqueous  extract  have  shown  higher  bioavailability 

together  than  the  values  expected  for  the  isolated  standards,  since  the  bioavailability  of 

mixtures of phenolic  compounds depends on  the balance between  competition  for  the  same 

transporters (reducing  bioavailability), and the inhibition of efflux transport systems (leading to 

an increase of bioavailability).  

Rosmarinic acid seems to be substrate of MCT, but not of Pgp. The flavonoids apigenin 

and  luteolin  do  not  seem  to  be  substrates  of MCT  or  Pgp,  but  they  may  inhibit  Pgp.  The 

glucuronide derivatives of apigenin and luteolin, however, seem to be substrates of Pgp. 

Bioavailability Studies 

90  

The high diversity of compounds often present  in medicinal plant extracts  is favourable 

to a high bioavailability of the compounds, as  it decreases the competition for the same  intake 

transporters while promoting the inhibition of efflux transporters.  

These  results may  also  predict  an  interaction  between  herbal  teas  containing  these 

mixtures  of  polyphenols  with  pharmaceuticals  presenting  carboxylic  acid  groups  in  their 

structure. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter IV 

91  

3. Conclusions 

The  bioavailability  studies  allowed  to  conclude  that  rosmarinic  acid,  present  in most 

herbal teas, may cross the intestinal barrier (in rats and Caco‐2 monolayers), as well as the blood 

brain barrier (in rats), and be detected in the brain.  

The administration (intragastric and  intraperitoneal) of the P. barbatus aqueous extract 

and the rosmarinic acid caused the inhibition of the brain acetylcholinesterase activity.  

The metabolisation and bioavailability of  the herbal  tea  components  is different  from 

the administration of pure compounds, as observed  in the bioavailability studies with rats and 

with Caco‐2 monolayers. 

The  compounds  of  P.  barbatus  aqueous  extract  have  shown,  in  the  Caco‐2  cell 

monolayer model,  a  higher  bioavailability  together  than  the  values  expected  for  the  isolated 

standards.  This  fact  is  due  to  a  predominant  effect  of  inhibition  of  efflux  transport  systems, 

leading to an increase of bioavailability.  

The high diversity of compounds often present  in medicinal plant extracts  is favourable 

to a high bioavailability of the compounds, as  it decreases the competition for the same  intake 

transporters while promoting the inhibition of efflux transporters.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter V 

Interactions between the Plectranthus barbatus herbal tea 

and the proteins acetylcholinesterase, human serum albumin 

and lysozyme 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Falé PL, Ascensão  L,  Serralheiro MLM, Haris PI.  Interaction between Plectranthus barbatus herbal  tea 

components and acetylcholinesterase: binding and activity studies. Submitted to Food Funct.  

 

Falé PL, Ascensão L, Serralheiro MLM, Haris PI. 2011. Interaction between Plectranthus barbatus herbal 

tea components and human serum albumin and lysozyme: binding and activity studies. Spectroscopy. 26: 

79–92. 

 

Chapter V  

95  

1.  Interaction  between  the  Plectranthus  barbatus  extract  and 

acetylcholinesterase.  Binding  of  herbal  tea  components  to  the 

protein structure and inhibition of enzymatic activity 

 

1.1. Introduction 

Acetylcholinesterase (AChE) is the enzyme that catalyses the hydrolysis of acetylcholine, 

a  neurotransmitter  found  in  the  synaptic  gap,  thus  terminating  the  synaptic  transmission. 

Alzheimer’s  disease  is  a  very  complex  ailment,  and  the most  successful  therapy  to  present 

consists  of  increasing  the  levels  of  acetylcholine  in  the  brain  through  the  inhibition  of  AChE 

activity by reversible inhibitors (Heinrich & Teoh, 2004). However, irreversible inhibitors cannot 

be used for therapeutic purposes, as complete inactivation of AChE leads to a toxic accumulation 

of  acetylcholine  and  failure  of  synaptic  transmission,  with  consequent  deterioration  of 

neuromuscular  junctions,  flaccid muscle  paralysis  and  seizures  in  the  central  nervous  system 

(Harel et al., 2008). 

Plants  have  proven  to  be  an  important  source  of  useful  AChE  inhibitors  for  the 

symptomatic  treatment  of  Alzheimer’s  disease  (Mukjerjee  et  al.,  2007),  as  for  instance, 

galantamine, a commercially available compound that was first isolated from Galanthus species 

(Heinrich & Teoh, 2004). The herbal  tea of Plectranthus barbatus  leaves,  composed mainly of 

rosmarinic  acid  and  flavonoid  glucuronides, has been  shown  to be  a promising  in  vitro AChE 

inhibitor  (Falé  et  al.,  2009),  even  after  being  subjected  to  an  in  vitro  simulation  of  the 

gastrointestinal digestion (Porfirio et al., 2010). Furthermore, when the tea was  intraperitoneal 

administered to rats, its components and their metabolites were found in rat plasma and brain, 

and a significant decrease in brain AChE activity was observed. The flavonoid glucuronides from 

the plant extract were metabolized when the extract was administered to rats, and were found 

in the plasma as glucuronides and as aglycones (Falé et al., 2011). 

The aim of  the present work was  to determine  the mode of  interaction of AChE with 

rosmarinic  acid,  the  main  constituent  of  P.  barbatus  extracts,  as  well  as  with  luteolin  and 

apigenin  (Figure  5.1),  the  flavonoid  aglycons  found  in  the  plasma  after  the  extract 

administration.  Furthermore  the  interaction  of AChE with  quercetin was  also  studied,  as  this 

flavonoid  has  an  extra  hydroxyl  group  in  position  3  of  the  C  ring  (Figure  5.1)  that makes  it 

interesting for a comparative study. Although quecetin is not present in P. barbatus extract, it is 

very  common  in  plants,  and  plant‐derived  food  (Erlund,  2004).  These  findings will  allow  the 

determination  of  structural  features  that  may  be  more  favourable  to  the  binding  of  plant 

Interactions with Proteins 

96  

phenolic  compounds  to  the  enzyme,  and which  forms  of  interaction may  be more  useful  to 

increase  the  reversible  inhibition  of AChE.  This  knowledge may  lead  to  the  prediction  of  the 

potential of a plant extract in the treatment of Alzheimer’s disease by AChE inhibition, based on 

its chemical constitution. 

 

Figure 5.1. Molecular structure of (a) rosmarinic acid, (b) quercetin, (c) luteolin, and (d) apigenin. 

1.2. Materials and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The P. barbatus extract was prepared as a decoction, as described in Chapter II section 4. 

The  interactions between the plant extract, or the standards rosmarinic acid,  luteolin, apigenin 

and  quercetin,  with  acetylcholinesterase  were  evaluated  by  fluorescence  spectroscopy,  as 

described  in  Chapter  II  section  13,  and  by  FTIR  spectroscopy,  as  referred  in  Chapter  II  

section  14.  The  acetylcholinesterase  inhibition  was  determined  as  described  in  Chapter  II  

section 5.   

 

 

OHOOH

OH

O

O

OH

OH  

OH

O

O

OH

OH

OH

OH

 

OH

O

O

OH

OH

OH  

OH

O

O

OH

OH   

a

b

c

d

Chapter V  

97  

1.3. Results 

1.3.1.  Fluorescence  studies  on  the  binding  of  P.  barbatus  water  extract  to 

acetylcholinesterase 

The binding of P. barbatus extract  to AChE was  studied by  fluorescence  spectroscopy. 

AChE,  alone,  showed  an  excitation  spectrum  with  a  maximum  wavelength  at  280  nm  and 

emission spectrum with a maximum at 335 nm, under excitation at 280 nm. Figure 5.2 shows the 

emission  fluorescence  spectra  of  AChE  with  the  addition  of  increasing  concentrations  of  P. 

barbatus  plant  extract.  The  intensity  of  the  intrinsic  fluorescence  of  the  protein  decreased 

significantly – was quenched – with  the  increase of  concentration of  the plant extract, which 

acted as a quencher.  

 

Figure  5.2.  Fluorescence  emission  spectra  of  acetylcholinesterase  with  the  addition  of  P.  barbatus 

aqueous extract. Arrow points to increasing concentrations of P. barbatus plant extract, ranging 0; 0.5; 1; 

5; 10; 33; 50; 100 µg.ml‐1. 

The dominant fluorophore in proteins is the indole group of the tryptophan residues and 

the fluorescence quenching by the plant extract is caused by the interaction between the plant 

compounds  and  the  protein,  in  the  vicinity  of  the  tryptophan  residues  (Lakowicz,  2006).  The 

emission spectrum of the indole may be shifted towards lower wavelengths (blue shifted), if the 

group  is  buried  within  the  native  protein,  or  its  emission  may  be  shifted  towards  larger 

wavelengths (red shifted), when the protein is unfolded (Lakowicz, 2006). These effects were not 

observed with the plant extract  in the present study (Figure 5.2), suggesting that, although the 

extract components may bind  to  the protein  in close proximity of  the  tryptophan  residues  for 

the fluorescence quenching to occur, they do not change the tryptophan residue exposition by 

altering  the  secondary  or  tertiary  structure  of  the  protein.  The  quenching  of  AChE  intrinsic 

Interactions with Proteins 

98  

fluorescence by the standards rosmarinic acid, apigenin, luteolin and quercetin also occurred in 

a similar way, without a red or blue shift of the peak maximum. 

The fluorescence data were analysed by the Stern‐Volmer equation (Equation 1), which 

allows to calculate the Stern‐Volmer quenching constant (KSV) and the quenching rate constant 

(Kq) of the fluorescence quenching reaction. 

 

1 1   (Equation 1) 

 

Where  F0  and  F  are  the  steady  state  fluorescence  in  the  absence  and  presence  of 

quencher, respectively, [Q]  is the concentration of quencher and τ0 the average  lifetime of the 

protein fluorescence in the absence of quencher.  

The Stern‐Volmer plot for the fluorescence quenching of AChE by P.barbatus extract can 

be found in Figure 5.3a, where it is shown that the fluorescence quenching by the plant extract 

follows the behaviour of single‐compound binding to the protein. As the extract is composed of 

many  compounds,  the  concentration  is  expressed  in  µg.ml‐1  and  the  KSV  values  cannot  be 

calculated in M‐1, just estimated in l.mg‐1. The molarity of the P. babatus extract was estimated, 

based on the concentration of rosmarinic acid, luteolin glucuronide and apigenin glucuronide as 

1.11 mmol per gram of plant extract, calculated by the HPLC chromatogram peak areas (Porfirio 

et  al.,  2010).  The  enzyme  intrinsic  fluorescence  quenching  was  also  analysed  for  the main 

component of the plant extract, rosmarinic acid, and for luteolin and apigenin, which were also 

found as aglycons  in  the plasma of rats after  the  intraperitoneal administration of P. barbatus 

herbal tea (Falé et al., 2011). The values for the Stern‐Volmer quenching constant (KSV) and the 

quenching rate constant  (Kq)  for AChE  in  the presence of rosmarinic acid, apigenin,  luteolin or 

quercetin are shown  in Table 5.1. The estimated KSV and Kq for the P. barbatus extract at 298K 

were respectively 93598 M‐1 and 9.36x1011 M‐1s‐1, which were approximate to the values found 

for  the  extract’s main  component,  rosmarinic  acid.  The maximum  scatter  collision  quenching 

constant (Kq) value of various quenchers with a biopolymer is reported to be 2x1010 l.M‐1s‐1.9 As 

the Kq values obtained  in the present work were higher (ranging from 6x1010 to 8x1011  l.M‐1s‐1) 

than the Kq obtained for a scatter mechanism, it is implied that the quenching was not initiated 

by dynamic collision but  rather originated by  the  formation of a complex  (Lakowicz & Weber, 

1973).  

 

 

Chapter V  

99  

Figure  5.3.  Stern‐Volmer  plot  (a)  and  plot  of  log(F0‐F)/F  vs.  log[Q]  (b)  of  acetylcholinesterase with  P. 

barbatus aqueous extract. [Q] is the concentration of P. barbatus extract in mg.ml‐1. 

1.3.2. Analysis of binding equilibria of P. barbatus water extract to acetylcholinesterase 

Fluorescence  quenching  data  also  allows  one  to  determine  the  equilibrium  constants 

between free and bound molecules, as well as the number of binding sites on a macromolecule, 

by using Equation 2 (Jin & Zhang, 2008), 

 

log log log   (Equation 2) 

 

Where F0, F and Q have the same meaning as  in Equation 1, Kb  is the binding constant 

and n is the number of binding sites.  

As it is shown in Figure 5.3b, the binding of P. barbatus extract follows the behaviour of 

a single molecule binding  to a macromolecule  that  is modelled by Equation 2. Similarly  to  the 

Stern‐Volmer relationship, the Kb value could not be determined in M‐1 to the plant extract, just 

be expressed  in  terms of  its concentration  in mg.L‐1, and estimated based on concentration of 

rosmarinic acid,  luteolin glucuronide and apigenin glucuronide as 91395 M‐1. The  fluorescence 

quenching effects by rosmarinic acid,  luteolin, apigenin and quercetin standards were analysed 

independently, and the values of Kb and n can be found in Table 5.1.  

 

Interactions with Proteins 

100  

Table  5.1.  Stern‐Volmer  binding  parameters  (KSV,  Kq),  binding  equilibria  parameters  (Kb,  n)  and 

thermodynamic parameters  (ΔHo, ΔSo, ΔGo)  for  the binding of P. barbatus extract,  rosmarinic acid  (RA), 

luteolin  (Lut),  apigenin  (Api)  and  quercetin  (Quer)  to  acetylcholinesterase  (R2>0.99  to  all  linear 

regressions). Rates of Amide  II/Amide  I variation, reflecting the rate of hydrogen deuterium exchange  in 

the presence of  similar amount of RA,  Lut, Api and Quer or 10mg/mL of P. barbatus extract  (for AChE 

without  ligand,  ‐2.345mAU.min‐1).    IC50  values  for  the  inhibition  of  acetylcholinesterase  activity  by  

P.  barbatus,  RA,  Lut  and  Api.  (*)  and  Quer  for  P.  barbatus  extract  the  values  are  expressed  in  

l.mg‐1,  l.mg‐1s‐1,  and mg.ml‐1  but  the molarity was  estimated  based  on  the  content  of  rosmarinic  acid,  

luteolin and apigenin (1.1122 mmol.g‐1). 

T (K) P.barbatus RA Lut Api Quer

KSV (M-1)

293 - 84696.54 51112.81 10516.96 49757.31

298 104.10 l.mg-1 (90598

M-1*) 83788.32 42921.28 7178.62 59176.54

303 - 78474.03 57734.37 6457.27 62860.43

Kq (M-1s-1)

293 - 8.47E+11 5.11E+11 1.05E+11 4.98E+11

298 1.04E+09 L.mg-1s-1 (9.36E+11 M-1s-1*)

8.38E+11 4.29E+11 7.18E+10 5.92E+11

303 - 7.85E+11 5.77E+11 6.46E+10 6.29E+11

Kb (M-1)

293 - 62517.27 2854.96 8661.63 5845208

298 101.65 l.mg-1 (91395

M-1*) 144178.3 4390.36 7314.75

1.31E+07 303 - 287342.6 5057.08 6180.16 1.47E+08

n 293 - 0.9871 0.7365 0.9911 1.4692 298 1.0371 1.0595 0.7721 1.0005 1.4298 303 - 1.1281 0.7783 0.9987 1.7651

ΔH0 (J.mol-1)

- - 112636.2 42417.34 -24915.1 237336.6

ΔS0 (J.mol-1K-1)

- - 476.4026 210.9631 -9.64146 937.2904

ΔG0 (J.mol-1)

293 - -26949.81 -19494.85 -22090.20 -37289.49 298 - -29331.83 -20549.67 -22041.99 -41975.94 303 - -31713.84 -21604.48 -21993.78 -46662.4

Rates of AAmideII/AmideI

intensity ratios (mAU.min-1)

298 0.752 0.497 1.119 1.129 0.588

IC50 (µM) 298 1.02±0.02 mg.ml-1

(1134±22 µM*) 1221±73 92.12±2.36 100.57±6.93 50.88±7.25

 

The Kb and n values estimated for the interaction of P. barbatus extract with AChE were 

within the range of those found for the isolated extract compounds/metabolites, suggesting that 

all  compounds bind  to  the protein  in  just one and  the  same  site. Quercetin however  showed 

higher Kb values and seems to be able to bind to two sites in the enzyme. 

The  values  for Kb  and n  for  rosmarinic  acid,  luteolin  and quercetin  to AChE  increased 

with the temperature (Table 5.1), suggesting that temperature may  increase the binding of the 

molecules  to  the  AChE  structure.  For  apigenin  these  values  decreased  with  temperature, 

Chapter V  

101  

suggesting that higher temperature may destabilise the interaction, which is in agreement with 

the decrease of  Kq  to  values  closer  to  the ones  reported  to  scatter mechanisms  (Lakowicz & 

Weber, 1973).   

Apigenin,  in  spite of decreasing Kb with  temperature,  showed a higher Kb  values  than 

luteolin, suggesting that the lack of the catechol group may increase the hydrophobic interaction 

between the flavonoids and the proteins. This interaction, although it may be stronger than the 

weak  polar  interactions  made  by  the  catechol  group,  is  more  susceptible  to  breakage  by 

increasing the energy in the system.    

 

1.3.3. Determination of interaction forces between P.barbatus extract and AChE 

The thermodynamic parameters, enthalpy change (ΔHo) and entropy change (ΔSo) of the 

interaction of  the plant phenolic compounds and  the proteins, allow elucidating  the nature of 

the bond between  the plant extract components and AChE macromolecules. For  this purpose, 

the  variation  of  the  binding  constant  Kb  with  temperature  was  studied  at  three  different 

temperatures: 293, 298 and 303K. 

The thermodynamic parameters were determined by the Van’t Hoff equation (Equation 

3),  considering  that  the  enthalpy  change  does  not  vary  significantly with  temperature  (Jin & 

Zhang, 2009). The free energy change (ΔGo) was determined by equation 4. 

 

ln   (Equation 3) 

 

 (Equation 4) 

 

Where R is the gas constant and T is the temperature. The values of the thermodynamic 

parameters of the interaction of rosmarinic acid, apigenin, luteolin and quercetin with AChE can 

be found in Table 5.1.  

The negative values of ΔGo  indicate that the binding processes occurred spontaneously 

in  all  studied  cases.  From  the water  structure  point  of  view,  a positive  ΔSo  value  is  a  typical 

evidence of hydrophobic  interaction (Yang et al., 2008).  In the case of rosmarinic acid,  luteolin 

and quercetin, both ΔHo and ΔSo values were positive (Table 5.1), suggesting that hydrophobic 

association  is  the  dominant  form  of  interaction  of  these  plant  phenolics with  AChE  (Ross & 

Subramanian, 1973). The values of ΔHo and ΔSo  in  the  interaction of apigenin with AChE were 

negative, suggesting that van der Waals  interactions between phenolic compounds and certain 

domains of AChE may originate from the higher affinity of apigenin to the hydrophobic moiety 

Interactions with Proteins 

102  

and, consequent higher proximity between the flavonoid and the enzyme (Ross & Subramanian, 

1973). In this case, the major contribution to ΔGo arises from the ΔHo term rather than from ΔSo, 

which implies that the binding process is enthalpy driven.  

 

1.3.4. Determination of protein structure changes caused by P. barbatus extract and  its 

plasma metabolites by FTIR spectroscopy 

FTIR spectroscopy may provide additional evidence on the  interaction between protein 

and a ligand in aqueous media. The protein secondary structure is reflected in the amide I band, 

in  the  region 1600‐1700 cm‐1  (mainly C=O stretch), and  in  the amide  II band,  ≈1540 cm‐1  (C‐N 

stretch  coupled  with  NH  bending mode).  Amide  I  is more  sensitive  to  secondary  structure 

changes  than  amide  II  (Haris &  Severcan,  1999;  Xiao  et  al.,  2008;  Tantipolphan  et  al.,  2006), 

hence its analysis is more useful for the study of structural changes induced by diverse factors. 

The FTIR spectra of AChE, obtained by subtracting the absorption of the buffer solution, 

are shown in Figure 5.4a,  in the absence and  in the presence of P. barbatus extract, rosmarinic 

acid, luteolin, apigenin or quercetin. The second derivative spectra are shown in Figure 5.4b. As 

can be  seen  from  the absorbance and  second derivative  spectra,  the position and  the overall 

shape of the amide I band in the presence and absence of the ligands are virtually identical. As 

the amide I is composed of the sum of absorbance from different secondary structures (β‐turn, 

β‐sheet and  α‐helix) and  irregular  structures  (random coil)  (Haris & Severcan, 1999; He et al., 

2006),  it can be concluded  that  the presence of P. barbatus extract or  its metabolites did not 

interfere with the secondary structure or irregular structure of AChE. This is in good agreement 

with  the  fluorescence  results, where  no  shifts were  observed  in  the  peak maximum  of  the 

emission spectra.  

The amide I band maximum is located at 1938 cm‐1. Several shoulders can be observed 

and  features of  the protein  secondary  structure  can be  attributed  to  them,  according  to  the 

general attributions of secondary structure features to amide I peak components for proteins in 

deuterium  oxide  (Haris  et  al.,  1996;  Jackson  et  al.,  1991),  or  the  specific  case  of 

acetylcholinesterase (Gorne‐Tschelnokow et al., 1993): β‐sheet to 1630 cm‐1; α‐helix or random 

coil  to 1645  cm‐1;  α‐helix  to 1651  cm‐1 and 1658  cm‐1  (different populations); 3(10) helices  to 

1665 cm‐1;  β‐turns  to 1675 cm‐1; and antiparallel  β‐sheet  structure  to 1682 cm‐1, which might 

also have contributed to the shoulder at 1630 cm‐1.  The maximum band at 1638 cm‐1 is usually 

associated  with  predominantly  β‐sheet  structures  (Haris  &  Severcan,  1999).  X‐ray 

crystallography  data  for  this  protein  indicate  that  its  secondary  structure  is  predominantly 

helical  (35%, 25 helices, 194 residues)  (Bourne et al., 1999). Previous studies have shown  that 

Chapter V  

103  

the  peaks  corresponding  to  the  α‐helices  in  AChE  may  be  found  at  lower  wavenumbers  

(Gorne‐Tschelnokow et al., 1993). The α‐helices with more than 11 amino acid residues present 

in  AChE  structure  may  present  peaks  with  wavenumber  approximately  20  cm‐1  lower  

(Gorne‐Tschelnokow et al., 1993), which may overlap  the peaks corresponding  to β‐sheet  that 

correspond to 16% of the protein sequence (27 strands, 91 amino acids) (Bourne et al., 1999). 

Another  reason  for  the decrease of wavenumber of α‐helices may be  their high  flexibility and 

level of solvation of the α‐helices. X‐ray crystallography data showed that acetylcholinesterase is 

a  loosely planar  tetramer with of  two  four‐helix bundles  in antiparallel alignment and a  large 

space in the center, which gives a high conformational flexibility to the whole protein structure 

(Bourne et al., 1999). The α‐helix flexibility may increase the access to the solvent and, when the 

solvent is deuterium oxide, significantly reduce the wavenumber of the peaks attributable to the 

highly  flexible  α‐helices,  as  it was  shown  for  the  predominantly  α‐helical  protein  calmodulin 

(Jackson et al., 1991).    

Figure 5.4. FTIR spectra of the acetylcholinesterase alone, with P. barbatus extract, rosmarinic acid (RA), 

luteolin  (Lut),  apigenin  (Api)  and quercetin  (Quer).  The  spectra obtained  are  shown  (a)  in  the  form of 

absorbance spectra and (b) the second derivative spectra (negative peaks). 

 

FTIR  spectroscopy  also  allows  the  determination  of  the  rate  of  hydrogen‐deuterium 

exchange  in proteins  (Haris & Severcan, 1999). Hydrogen‐deuterium exchange  is  the  chemical 

reaction  in  which  covalently  bonded  hydrogen  atoms  are  replaced  by  deuterium  atoms. 

Following  the  rate of hydrogen‐deuterium exchange of a protein molecule  in deuterium oxide 

provides information about solvent accessibility in various parts of the molecule, which reflects 

the  tertiary  structure  of  the  protein  (Haris  &  Severcan,  1999;  Hvidt  & Wallevik,  1972).  The 

hydrogen‐deuterium exchange  can be  followed by a decrease  in  the  intensity of  the amide  II 

band, during the first moments of contact of the protein with deuterium oxide, till amide II band 

Interactions with Proteins 

104  

stabilizes, when all exchangeable hydrogen’s atoms were replaced by deuterium atoms (Haris & 

Severcan, 1999; Hartshorne & Stracher, 1965). 

When  P.  barbatus  extract  (10  mg.mL‐1)  was  in  contact  with  AChE,  the  rate  of 

hydrogen/deuterium exchange decreased by 67.93% compared to the protein in the absence of 

the  extract  (Figure  5.5).  The  effects  of  rosmarinic  acid,  luteolin  and  apigenin were  analysed 

separately for each of the compounds in the same concentration of the protein. Rosmarinic acid 

caused  a  78.81%  decrease  in  the  rate  of  hydrogen‐deuterium  exchange  of  AChE,  while  the 

flavonoids  luteolin  and  apigenin  caused  a  decrease  of  52.28  %  and  51.86  %,  respectively  

(Figure 5.5). Quercetin caused a decrease in hydrogen‐deuterium exchange of 74.93%. As there 

was  no  apparent  difference  in  the  shape  of  the  amide  I  band  of  AChE  in  the  presence  of 

P.barbatus extract,  the differences  found  in  the rate of hydrogen‐deuterium exchange are not 

likely to be due to changes  in the overall secondary structure of the protein (Haris et al., 1986; 

Hartshorne & Stracher, 1965). 

 

Figure 5.5. Percentage of decrease of hydrogen‐deuterium exchange rate of AChE  in the presence of P. 

barbatus extract, rosmarinic acid, luteolin, apigenin and quercetin. 

 

The decrease in the rate of hydrogen‐deuterium exchange of the amide protons in AChE, 

in the presence of P. barbatus extract, appears to be due to rosmarinic acid, as  it  is the major 

component, while the flavonoids play a smaller role in the global hydrogen‐deuterium exchange. 

The decrease in the protein hydrogen‐deuterium exchange  in the presence of the plant extract 

may be due to a blocking of the accessibility of the solvent to the peptide bonds connecting the 

amino acid residues within the protein.  The exchangeable hydrogens in the peptide groups may 

be protected from the hydrogen‐deuterium exchange process due to the binding of the extract 

components to the active gorge of the enzyme, preventing solvent accessibility.  An alternative 

explanation could be that the binding of the compounds results in an overall rigidification of the 

Chapter V  

105  

structure  such  as  through  increased  hydrogen‐bonding.  However,  as we  did  not  detect  any 

major shifts in the amide I components, the former explanation is more likely.   

 

1.4. Discussion  

The in vitro acetylcholinesterase (AChE) inhibition for P. barbatus aqueous extract, used 

in  the  present  study,  and  its main  component,  rosmarinic  acid,  was  previously  determined 

(Porfirio et al., 2010; Falé et al., 2011), showing  IC50 values of 1.02±0.02 mg.ml‐1  (P. barbatus) 

and 1221±73 µM  (rosmarinic acid), as shown  in Table 5.1. The standards apigenin and  luteolin 

also  inhibit AChE activity, with  IC50 values of 100.57±6.93 µM and 92.12±2.36 µM, respectively 

(Porfirio  et  al., 2010). Quercetin  is  a  flavonoid  that,  although  it  is not present  in P. barbatus 

extract,  is  very  common  in plants, and plant‐derived  food, as  its glycoside and aglycon  forms 

(Erlund,  2004).  The  extra  hydroxyl  group  in  position  3  of  the  C  ring  (Figure  5.1) makes  this 

flavonoid  interesting  to  add  to  this  study.  Quercetin  showed  an  IC50  for  AChE  inhibition  of 

50.88±7.25 µM, the lowest value found for the flavonoids under evaluation. 

Spectroscopic  analysis  show  that  the  interaction  between  the  plant  extract,  or  the 

isolated compounds, with the AChE do not change the protein secondary structure, as no shift 

was  observed  in  either  the  fluorescence  emission  peak  or  on  the  amide  I  peak  in  the  FTIR 

spectrum. The  fact  that drastic structural changes do not occur  in  the protein  is  in agreement 

with previous reports showing that the enzyme recovers  its activity when the concentration of 

the extract components decreases  (Falé et al., 2011), which confirms that enzyme  inhibition  is 

reversible. 

The inhibition of AChE by quercetin was shown to be competitive (Khan et al., 2009) and, 

several docking  studies pointed out  that  the  inhibitory activity of  flavonoids  to  this enzyme  is 

related  to  the binding  to amino acid  residues  in  the active gorge of  the enzyme  (Khan et al., 

2009; Sheng et al., 2009). The active gorge of AChE  is a narrow and deep gorge  in the enzyme 

structure, with amino acid  residues  that  trap and position  the  substrate, acetylcholine,  to  the 

active  site,  which  is  located  at  the  base  of  the  gorge  (Harel  et  al.,  2008).  The  decrease  of 

hydrogen‐deuterium  exchange  rate  observed  in  AChE with  the  plant  extract  and  its  isolated 

constituents  indicated a decrease  in  the accessibility of  the exchangeable amide hydrogens  in 

the  peptide  groups.  This  situation  is  probably  due  to  the  binding  of  the  plant  phenolic 

compounds  to  the  active  gorge  of  the  enzyme  that may  cause  small  changes  in  the  protein 

structure  as  it was  already  seen by X‐ray  crystallography  studies of AChE‐inhibitor  complexes 

from mouse (Bourne et al., 2010) and Torpedo (Sanson et al., 2011). These changes are usually 

small orientation  changes of  amino  acid  residues, especially  related  to  aromatic  amino  acids, 

Interactions with Proteins 

106  

which may affect considerably the enzymatic activity, and occur near the four‐helix bundles of 

AChE (Bourne et al., 2010; Sanson et al., 2011; Harel et al., 1993). As the peak at 1638 cm‐1 by 

FTIR  is not  shifted  to higher or  lower wavenumbers,  the  final amount of hydrogen‐deuterium 

exchange of  the  α‐helices may not be  altered by  the binding of  the  inhibitors. However,  the 

decrease of the rate of hydrogen‐deuterium exchange  in AChE complexes may be due to small 

changes, maybe a decrease in α‐helix‐related flexibility (Bourne et al., 1999), which may hinder 

the accessibility of deuterium oxide to certain regions of AChE.   

The  thermodynamic  data  (Table  5.1)  suggest  that  the  dominant  interactions  in  the 

binding of rosmarinic acid, luteolin and quercetin to AChE are hydrophobic interactions (Ross & 

Subramanian, 1981). Docking  studies  suggest  that  the hydrophobic  interactions  in  the binding 

and positioning of quercetin to the active gorge of electric eel AChE are related to the residues 

Trp86, Glu202, His447 and Ser125 (Khan et al., 2009). Other authors presented a similar docking 

of  flavonoids  to  rat brain acetylcholinesterase,  relating  the  interactions  to homologous amino 

acid residues (Sheng et al., 2009). Docking studies also refer the occurrence of hydrogen bonds 

between the hydroxyl groups of quercetin and amino acid residues of the active site of electric 

eel AChE  (Khan  et  al.,  2009).  The  higher  Kb  and  lower  ΔG  values  shown  by  quercetin, when 

compared  to  luteolin and apigenin  (Table 5.1), may be due  to a hydrogen bond between  the 

Trp86 of the enzyme and the hydroxyl group in position 3 of the B ring of quercetin (Khan et al., 

2009), which  is  absent  in  the other  two  flavonoids.  This  interaction  caused by  this particular 

hydroxyl group in quercetin seems to play an important role in stabilizing the complex flavonoid‐

protein,  causing  a  significantly  higher  competitive  inhibition  of  AChE  by  quercetin  and,  a 

decrease in the accessibility of the solvent molecules to the active gorge, which is suggested by 

the  low hydrogen‐deuterium exchange rate presented by AChE with quercetin (Table 5.1), and 

may explain the low IC50. 

Although all flavonoids presented negative ΔG values for the binding to AChE, apigenin 

showed  the  lowest  for  ΔHo  and  ΔSo,  and  quercetin  the  highest.  If  a  plot  is  drawn with  the 

number of hydroxyl groups in the flavonoid and the values of ΔHo and ΔSo, the linear regressions 

have R2 of 0.93 for ΔHo and 0.91 for ΔSo, showing that there is a direct relationship between the 

number of hydroxyl groups and  the  thermodynamic parameters. Docking  studies  showed  that 

the hydroxyl groups  in flavonoids may establish hydrogen bridges with the amino acid residues 

in the active gorge, being thus positioned in a specific manner (Khan et al., 2009). The lowest the 

number of hydroxyl groups, the looser is the positioning of the flavonoid in the active site, which 

may explain  the decrease  in ΔSo with a  lower  the number of hydroxyl groups  (Table 5.1). The 

changes in ΔSo are compensated with changes in ΔHo to give negative ΔGo values in an enthalpy 

Chapter V  

107  

driven binding. The  increase  in number of hydroxyl groups  is also related  to a decrease  in  the 

ΔGo values  (Table 5.1), suggesting that the binding  is more favourable with the higher number 

hydrogen bridges that may be established between the flavonoid and the amino acid residues in 

the active gorge. 

Rosmarinic acid presented ΔSo and ΔHo values that suggested that the dominant forces 

in  the  rosmarinic  acid‐protein  complex were  hydrophobic  interactions  (Ross &  Subramanian, 

1981). The  enzymatic  inhibition by  rosmarinic  acid was  lower  than  the one presented by  the 

flavonoids  (Table  5.1).  Conversely  to  rosmarinic  acid,  the  structure  of  flavonoids  present  a 

hydrophobic  back  opposite  to  a  hydrophilic  side, with  a  higher  number  of  hydroxyl  groups, 

allowing  them  to  hold  a  clear  position  inside  the  active  gorge,  by  establishing  hydrophobic 

interactions in one side and hydrogen bonds in the other with the amino acid residues (Khan et 

al., 2009; Sheng et al., 2009). Also the B ring  in the flavonoids molecule can rotate around the  

C2‐C1’ bond, letting the hydroxyl groups to adjust the conformation, binding to the active sites of 

diverse target proteins (Ji & Zhang, 2006). For these reasons, rosmarinic acid may be able to bind 

to AChE  through hydrophobic  interactions but, may not establish  such a complex  interactions 

with  the  protein  as  the  flavonoids  do.  Consequently,  rosmarinic  acid  may  be  a  weaker 

competitive  inhibitor  of  the  enzyme  activity,  as  the  10‐fold  higher  IC50  seems  to  confirm  

(Table 5.1).   

To  our  knowledge,  this  is  the  first  spectroscopic  study  on  the  interaction  of  plant 

phenolic  compounds  to  AChE,  and  relating  these  interactions with  the  enzymatic  inhibition. 

Although  docking  studies  are  available,  spectroscopic  data  may  present  an  important 

complement to this knowledge, confirming docking studies and clarifying some details related to 

the  dominance  of  the  binding  forces,  as  for  instance,  the  dominance  of  the  hydrophobic 

interactions in the binding of plant phenolics to AChE. 

 

1.5. Conclusions 

P. barbatus  extract  components bind  to AChE  forming  a  complex. The  analysis of  the 

binding of the  isolated standard compounds suggested that the  interaction of the plant extract 

components with  the amino acid residues,  in  the active gorge of acetylcholinesterase, may be 

responsible for the AChE inhibition by P. barbatus extract.  

The  interactions  between  the  plant  phenolics  and  AChE  do  not  cause  secondary 

structure changes, which might be too drastic and lead to the denaturation of the enzyme.  Thus 

the change appears to be subtle and the drastic reduction in hydrogen‐deuterium exchange can 

Interactions with Proteins 

108  

be  explained  by  the  binding  of  the  phenolic  compounds  in  the  region  of  the  active  gorge 

blocking solvent accessibility to a significant portion of the protein molecule. 

Flavonoids seem to be better AChE inhibitors than rosmarinic acid, since this acid has a 

structure  less  able  to establish  interactions with  the  amino  acid  residues  in  the  active  gorge, 

while  the  flavonoid  structure  seems  to  fit  to  the  active  gorge  of  the  enzyme,  interacting 

dominantly by hydrophobic  interactions but also by hydrogen bonds established between  the 

hydroxyl groups of the flavonoids and the amino acid residues, which allow the flavonoid to hold 

a specific position inside the gorge.  

The position of the hydroxyl groups in the flavonoids seems to play an important role in 

the binding to the enzyme and  in the  inhibitory activity, particularly  in some positions, such as 

the position 3 of the C ring, that is responsible for the binding of quercetin to Trp86, increasing 

its inhibitory activity to the double, when compared to luteolin. Therefore, spectroscopic studies 

proved to be useful in confirming and clarifying docking studies related to AChE inhibitors. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter V  

109  

2.  Interaction  between  Plectranthus  barbatus  herbal  tea 

components and human  serum  albumin  and  lysozyme: binding 

and activity studies 

 

2.1. Introduction 

Plasma proteins play an important role in transportation and deposition of substances in 

the  circulatory  system,  such  as  fatty  acids,  hormones  and  medicinal  drugs.  Therefore,  it  is 

important  to  reveal  the  interaction between drugs and proteins  in  the bloodstream, as  it may 

affect the bioavailability, distribution and elimination of pharmaceutical or nutraceutical active 

compounds. Albumin  is the major protein of plasma, and  its main function  is the regulation of 

colloidal osmotic pressure and the binding and transport of substances in the bloodstream (Li et 

al., 2007). The  interaction of human serum albumin with chemically synthesized drugs used  in 

medicine may influence their bioavailability and effectiveness, and so many recent studies have 

focused on  these  interactions  (Varshney et al., 2010). The  interaction between HSA and plant 

secondary  metabolites  traditionally  taken  by  people  as  “natural  medicines”  has  also  been 

subject  to many  reports  (Rawel  et  al.,  2006).  Lysozyme  is  also  known  to  play  a  role  in  the 

transportation  of  drugs  (Jin  &  Zhang,  2010),  although  its  main  function  is  to  hydrolyse 

peptidoglycans, which are found  in bacterial cell walls (especially  in Gram positive bacteria), as 

part  of  the  innate  immune  system  (Laible  &  Germaine,  1985).  The  most  dramatic  

lysozyme‐related conditions are caused by the decrease or lack of its activity (Laible & Germaine, 

1985). However, its excessive activity is known to be related to allergic conditions and worsening 

of inflammation in the immune response to pathogens (Makino et al., 2003; Ronca et al., 1998; 

Wu et al., 2006). 

Plectranthus  barbatus  (Lamiaceae)  herbal  tea  has  antiacetylcholinesterase  as well  as 

antioxidant activity (Falé et al., 2009), which is related to its main components: rosmarinic acid, 

flavonoid    glucuronides  (glucuronidated  apigenin,  luteolin  and  acacetin)  and  abietane 

diterpenoids.  After  the  oral  administration  of  the  plant  extract  to  rats,  its main  component, 

rosmarinic acid, was found  in the plasma, as well as the flavonoids,  in both the glucuronidated 

and as aglycone forms (Falé et al., 2011).  

The aim of the present study was to investigate if P. barbatus water extract compounds 

and metabolites, that were previously found circulating  in the plasma can  interact with human 

albumin  and  lysozyme,  by  binding  and  being  transported  by  these  proteins,  or  affecting 

lysozyme activity. 

Interactions with Proteins 

110  

 

2.2. Material and Methods 

The materials and methods are described in detail in the Chapter II. 

The P. barbatus extract was prepared as a decoction, as described in Chapter II section 4. 

The  interaction  between  the  plant  extract,  or  the  standards  rosmarinic  acid,  luteolin  and 

apigenin,  with  the  human  proteins  albumin  and  lysozyme  were  evaluated  by  fluorescence 

spectroscopy,  as  described  in  Chapter  II  section  13,  and  by  FTIR  spectroscopy,  as  referred  in 

Chapter  II  section  14.  The  lysozyme  inhibition  was  determined  as  described  in  Chapter  II  

section 15.    

 

2.3. Results 

2.3.1 Binding of P. barbatus to albumin and lysozyme 

Both  lysozyme  and  human  serum  albumin  (HSA)  showed  excitation  spectra  with  a 

maximum wavelength  at  280  nm  and  emission  spectra with  a maximum  at  335  nm,  under 

excitation at 280 nm. Figure 5.6 shows the emission fluorescence spectra of HSA  and lysozyme  

with the addition of  increasing concentrations of P. barbatus aqueous extract. The  intensity of 

the  intrinsic  fluorescence of both proteins decreased  significantly – was quenched – with  the 

increase of concentration of the plant extract, which acted as a quencher.  

The  dominant  fluorophore  in  these  proteins  is  the  indole  group  of  the  tryptophan 

residues,  and  the  fluorescence  quenching  by  the  plant  extract  is  caused  by  the  interaction 

between  the  plant  compounds  and  the  protein,  in  the  vicinity  of  the  tryptophan  residues 

(Lakowicz,  2006).  The  emission  spectrum  of  the  indole  may  be  shifted  towards  lower 

wavelengths (blue shifted) if the group is buried within the native protein, or its emission may be 

shifted towards larger wavelengths (red shifted) when the protein is unfolded (Lakowicz, 2006). 

These  effects were  not  observed  in  the  present  study  (Figure  5.6a  and  b),  suggesting  that, 

although the flavonoids may bind to the proteins  in close proximity of the tryptophan residues 

for the fluorescence quenching to occur, they do not change the tryptophan residue exposition 

by altering the secondary or tertiary structure of the protein. 

The fluorescence data were analysed by the Stern–Volmer equation (Equation 1), which 

allows to calculate the Stern–Volmer quenching constant (KSV) and the quenching rate constant 

(Kq) of the fluorescence quenching reaction, as previously shown in this Chapter, section 1.2.1. 

 

 

Chapter V  

111  

 

 

Figure 5.6. Fluorescence emission spectra of  (a) HSA and  (b)  lysozyme with  the addition of P. barbatus 

aqueous extract. Arrow points  to  increasing concentrations of P. barbatus plant extract,  ranging 0; 0.5; 

0.75; 1; 2.5; 5; 7.5; 100 μg.ml−1. 

 

The  Stern–Volmer  plots  for  the  fluorescence  quenching  of  HSA  and  lysozyme  by  

P.  barbatus  extract  can  be  found  in  Figure  5.7,  where  it  is  shown  that  the  fluorescence 

quenching  by  the  plant  extract  follows  the  behaviour  of  single‐compound  binding  for  both 

proteins. As  the  extract  is  composed  of many  compounds,  the  concentration  is  expressed  in 

μg.ml−1 and the KSV values cannot be calculated in M−1, just estimated in l.mg−1. The molarity of 

the P. barbatus extract was estimated, based on the concentration of rosmarinic acid,  luteolin 

glucuronide and apigenin glucuronide as 1.1122 mmol per gram of plant extract, calculated by 

the HPLC  chromatogram  peak  areas  (Porfirio  et  al.,  2010).  The  protein  intrinsic  fluorescence 

quenching was also analysed for the main component of the plant extract, rosmarinic acid, and 

for luteolin and apigenin, which could be found in plasma as aglycones after the administration 

of P. barbatus herbal tea, due to the liver β‐glucuronidase activity (Falé et al., 2011). 

 

Interactions with Proteins 

112  

 

Figure  5.7.  Stern–Volmer  plots  of  HSA  and  lysozyme  with  P.  barbatus  aqueous  extract.  [Q]  is  the 

concentration of P. barbatus in μg.ml−1. 

 

The  values  for  the  Stern–Volmer  quenching  constant  (KSV)  and  the  quenching  rate 

constant (Kq) for HSA and  lysozyme  in the presence of rosmarinic acid, apigenin or  luteolin are 

shown in Table 5.2. 

The estimated KSV and Kq for the P. barbatus extract were, respectively, 461,518 M−1 and 

4.61  ×  1013 M−1s−1  for  HSA,  and  68,513M−1  and  6.85×1012 M−1s−1  for  lysozyme,  which  were 

approximate  to  the  values  found  for  the  extract’s  main  component,  rosmarinic  acid.  The 

maximum scatter collision quenching constant (Kq) value of various quenchers with a biopolymer 

is reported  to be 2 × 1010  l.M−1s−1  (Lakowicz & Weber, 1973). As  the Kq values obtained  in  the 

present  work  were  higher,  ranging  from  1011  to  1013,  than  the  Kq  obtained  for  a  scatter 

mechanism,  it  is  implied  that  the quenching was not  initiated by dynamic  collision but  rather 

originated by the formation of a complex. 

 

2.3.2. Analysis of binding equilibria 

Fluorescence  quenching  data  also  allows  to  determine  the  equilibrium  constants 

between free and bound molecules, as well as the number of binding sites on a macromolecule, 

by using Equation 2 (Jin & Zhang, 2010), as shown in section 1.2.2, in this Chapter. 

In  Figure  5.8,  the  binding  of  P.  barbatus  extract  follows  the  behaviour  of  a  single 

molecule binding to a macromolecule that is modelled by Equation 2, in both cases of HSA and 

lysozyme. 

Similarly to the Stern–Volmer relationship, the Kb value could not be determined in M−1 

to  the plant  extract,  just  be  expressed  in  terms of  its  concentration  in mg.l−1,  and  estimated 

based  on  concentration  of  rosmarinic  acid,  luteolin  glucuronide  and  apigenin  glucuronide  as 

5.84×105  and  7.92×105 M−1  for  HSA  and  lysozyme,  respectively.  The  fluorescence  quenching 

Chapter V  

113  

effects by  rosmarinic acid,  luteolin and apigenin  standards were analysed  independently, and 

the values of Kb and n can be found in Table 5.2. 

 

Table  5.2.  Binding  parameters  (KSV,  Kq,  Kb,  n)  and  thermodynamic  parameters  (ΔHo,  ΔSo,  ΔGo)  for  the 

binding  of  P.  barbatus  extract,  rosmarinic  acid  (RA),  luteolin  (Lut)  and  apigenin  (Api)  to  HSA  and  to 

lysozyme (R2>0.99 to all linear regressions). Rates of Amide II/Amide I variation in the presence of similar 

amount of RA, Api and Lut, or 10mg/mL of P. barbatus extract (without ligand, ‐0.716 for HSA and ‐1.815 

for  lysozyme).    IC50 values  for  the  inhibition of  lysozyme activity. For P. barbatus extract  the values are 

expressed in l.mg‐1(a), l.mg‐1s‐1(b) and mg.l‐1(c). 

T(K) Human Serum Albumin Lysozyme

P.barbatus RA Lut Api P.barbatus RA Lut Api

KSV(M-1)

293 - 245192 194500 28029 - 87179 4191.9 5344.4

298 0.5133(a) 355856 250748 8090.5 0.0762(a) 98081 3381.4 3805.1

303 - 482757 326653 5886.5 - 143377 3533.7 3250.8

Kq(M-1s-1)

293 - 2.45E+13 1.95E+13 2.8E+12 - 8.72E+12 4.19E+11 5.34E+11

298 5.13E+7(b) 3.56E+13 2.51E+13 8.09E+11 7.62E+6(b) 9.81E+12 3.38E+11 3.81E+11

303 - 4.83E+13 3.27E+13 5.89E+11 - 1.43E+13 3.53E+11 3.25E+11

Kb(M-1)

293 - 1.32E+08 3.03E+08 3.07E+04 - 3069729 2760.57 7084.35

298 0.6493(a) 3.96E+08 1.12E+09 1.85E+06 0.8806(a) 205541.7 3498.64 642.98

303 - 7.79E+08 6.92E+09 1.61E+09 - 84781.29 4926.06 363.74

n

293 - 1.4998 1.5849 1.0101 - 1.1132 0.9551 0.9935

298 1.4643 1.5796 1.5403 1.4283 1.4667 1.0673 0.9839 0.8253

303 - 1.6267 1.6267 2.0964 - 0.9617 0.9789 0.7814

ΔH0

(kJ.mol-1) - - 131.16 230.67 96.35 - -265.66 42.69 -219.90

ΔS0

(J.mol-1K-1) - - 603.68 948.93 338.72 - -784.91 211.45 -679.24

ΔG0

(kJ.mol-1)

293 - -45.551 -47.576 -25.172 - -36.389 -19.302 -21.598

298 - -49.048 -51.619 -35.757 - -36.389 -20.218 -16.021

303 - -51.577 -57.081 -53.413 - -28.588 -21.420 -14.855

Rates of

Amide

II/Amide I

intensity

ratios

(mAU/min)

298 -0.979 -1.071 -0.071 -0.715 -1.425 -1.820 -0.086 -0.449

IC50 (µM) 298 - - - - 9.02±0.40(c) 97.2±3.9 106.5±9.6 91.0±1.4

Interactions with Proteins 

114  

 

Figure 5.8. Plots of log([F0 − F]/F) vs. log[Q] for HSA and lysozyme with P. barbatus aqueous extract. [Q] is 

the concentration of P. barbatus in g.l−1. 

 

The n value estimated for the interaction of P. barbatus extract with HSA was within the 

range of  the one  found  for  the  isolated compounds, while  the Kb value was  lower, suggesting 

that the extract components may interfere with the binding of each other to HSA. For lysozyme, 

the plant extract seemed to bind to more than one binding site (n = 1.5, Table 5.2) while for the 

isolated  compounds  n  is  approximately  1,  which may  be  the  cause  of  the  higher  Kb  value 

estimated for the plant extract than for the isolated compounds (Table 5.2). 

The values for Kb and n for the three compounds to HSA increased with the temperature, 

suggesting that temperature may increase the binding of the molecules to two sites in the HSA 

structure. The binding of luteolin showed higher Kb values than apigenin, which agrees with the 

results  of  Xiao  and  coworkers  (2008)  for  the  binding  of  flavonols  to  bovine  serum  albumin, 

where it is reported that the binding constants increased with the number of hydroxyl groups in 

the B‐ring of flavonoids. 

A decrease  in Kb and n was observed  for  lysozyme with  rosmarinic acid and apigenin, 

suggesting that temperature may be unfavourable to the binding in these cases. For the binding 

of luteolin with lysozyme, the value of n remained similar through the changes of temperature, 

while the Kb value increased. This suggests that the catechol group that is present in luteolin, but 

not  in  apigenin, may  play  an  important  role  in  stabilizing  the  complex  flavonoid–protein  at 

higher temperatures. Apigenin,  in spite of decreasing Kb with temperature, showed a higher Kb 

with  a  lower  temperature  than  luteolin,  suggesting  that  the  lack  of  the  catechol  group may 

increase the hydrophobic interaction between flavonoids and proteins. 

This  interaction, although  it may be stronger than the weak polar  interactions made by 

the catechol group, is more susceptible to be broken by increasing the energy in the system. At 

higher  temperatures, closer  to body  temperature,  the binding affinities of  luteolin  to HSA and 

lysozyme are higher than the ones for the binding of apigenin. These facts, shown by Xiao and 

Chapter V  

115  

coworkers  (2011)  for  total  plasma  proteins  extracted  from  rat  blood,  demonstrate  that  the 

hydroxyl  group  in  position  3’  of  the  B  ring  in  the  flavonoid  structure  has  great  influence  in 

flavonoid affinity to the proteins. 

 

2.3.3. Determination of  interaction forces between P. barbatus extract metabolites and 

HSA and lysozyme 

The thermodynamic parameters enthalpy change (ΔHo) and entropy change (ΔSo) of the 

interaction of the plant phenolic compounds and the proteins allow to elucidate the nature of 

the bond between  the plant extract  components and  the HSA/lysozyme macromolecules.  For 

this purpose,  the  variation of  the binding  constant Kb with  temperature was  studied at  three 

temperatures: 293, 298 and 303 K. 

The thermodynamic parameters were determined by the van’t Hoff equation (Equation 

3) and the  free energy change  (ΔGo) was determined by Equation 4, as shown  in  this Chapter, 

section 1.2.3. The values of the thermodynamic parameters of the interaction of rosmarinic acid, 

apigenin and luteolin with HSA and Lysozyme can be found in Table 5.2. 

The negative values of ΔGo  indicate that the binding processes occurred spontaneously 

in  all  studied  cases.  From  the  view‐point  of water  structure,  a  positive  ΔSo  value  is  a  typical 

evidence of hydrophobic  interaction  (Yang et al., 2008).  In  the case of HSA, both ΔHo and ΔSo 

values were positive (Table 5.2), suggesting that hydrophobic association  is the dominant form 

of interaction of the tested plant phenolics with HSA (Ross & Subramanian, 1981). 

Previous reports on the interaction of apigenin with HSA (Yuan et al., 2007), and luteolin 

with bovine  serum albumin  (Yang et al., 2008), also  showed positive values  for ΔSo. However, 

Yang  and  coworkers  (2008)  presented  a  negative  value  for  ΔHo,  which  may  be  due  to  a 

strengthening  of  the  interaction  by  other  forces,  such  as  van  der Waals  or  hydrogen  bonds, 

introduced by hydrophobic effect in higher temperature conditions than the interval used in the 

present study (Ross & Subramanian, 1981). 

The  values  of  ΔHo  and  ΔSo  in  the  interaction  of  rosmarinic  acid  and  apigenin  with 

lysozyme were negative,  suggesting van der Waals  interactions between phenolic  compounds 

and  certain  domains  of  lysozyme  (Ross  &  Subramanian,  1981).  In  these  cases,  the  major 

contribution  to  ΔGo  arises  from  the  ΔHo  term  rather  than  from  ΔSo, which  implies  that  the 

binding processes are enthalpy driven. In the interaction of luteolin and lysozyme, both ΔHo and 

ΔSo values were positive, which points to hydrophobic association as the main form interaction 

between  the  molecules.  The  difference  in  thermodynamic  parameters  found  between  the 

apigenin and  luteolin may have been  caused by  the higher polarity and  solubility  in water of 

Interactions with Proteins 

116  

luteolin  (Kim et al., 2008),  that arises  from  the higher hydroxylation of  the B‐ring. The higher 

affinity to water of luteolin may cause a weaker hydrophobic association that did not induce the 

electrostatic interactions in our interval of temperatures (Ross & Subramanian, 1981). 

 

2.3.4. Determination of protein structure changes caused by P. barbatus extract and  its 

plasma metabolites by FTIR 

FTIR spectroscopy may provide additional evidence on the interaction between a protein 

and  a  ligand.  The protein  secondary  structure  is  reflected  in  the  amide  I band,  in  the  region 

1600–1700 cm−1 (mainly C=O stretch), and in the amide II band, ≈1540 cm−1 (C–N stretch coupled 

with NH bending mode). Amide I is more sensitive to secondary structure changes than amide II 

(Haris & Severcan, 1999; Tantipolphan et al., 2007; Xiao et al., 2011), hence its analysis is more 

useful for the study of structural changes induced by diverse factors. 

 The FTIR  spectra of HSA and  lysozyme, obtained by  subtracting  the absorption of  the 

buffer  solution,  are  shown  in  Figure  5.9a  and  b,  for  HSA  and  Lysozyme,  respectively,  in  the 

absence and  in  the presence of P. barbatus extract,  rosmarinic acid,  luteolin or apigenin. The 

second derivatives are shown in Figure 5.9c and d for both HSA and lysozyme, respectively. The 

position of the amide I band in region 1651–1653 cm−1 indicates the presence of predominantly 

α‐helical structure  in these two proteins which  is consistent with their known X‐ray structures. 

As  it can be seen  in the absorbance spectra and second derivatives, the amide  I band showed 

the same peak and shape  in the presence and absence of the  ligands for both proteins. As the 

amide I  is composed of the sum of β‐turn, β‐sheet and α‐helix absorbance contributions (He et 

al., 2006; Kim et al., 2008),  it can be concluded  that the presence of P. barbatus extract or  its 

metabolites did not interfere with the secondary structure of HSA or lysozyme. 

FTIR  spectroscopy  also  allows  one  to  determine  the  rate  of  hydrogen–deuterium 

exchange  in  proteins  (for  a  review  see  Kim  et  al.,  2008).  Following  the  rate  of  hydrogen–

deuterium exchange of a protein molecule  in deuterium oxide medium may give  information 

about solvent accessibility in various parts of the molecule, which reflects the tertiary structure 

of  the  protein  (Haris  et  al.,  1990).  The  hydrogen–deuterium  exchange  can  be  followed  by  a 

decrease  in amide  II band during  the  first moments of contact of  the protein with deuterium 

oxide (Haris & Severcan, 1999). 

 

Chapter V  

117  

 

 

Figure 5.9. FTIR spectra of the proteins alone, with P. barbatus extract, rosmarinic acid (RA), luteolin (Lut) 

and apigenin (Api). The absorbance spectra obtained for HSA are shown in (a) and the second derivatives 

are in (c). The absorbance spectra obtained for lysozyme are shown in (b) and the second derivatives are 

in (d). 

 

When P. barbatus extract (10 mg.ml−1) was in contact with the proteins under study, the 

rate of hydrogen‐deuterium exchange  increased by 36.2% for HSA and decreased by 21.5% for 

lysozyme (Figure 5.10). 

The effects of rosmarinic acid, luteolin and apigenin were analysed separately for each of 

the  compounds  in  the  same  concentration  of  the  protein.  Rosmarinic  acid  caused  a  49.6% 

increase  in  the  rate of hydrogen–deuterium exchange of HSA, while  the  increase  in  lysozyme 

was  negligible  (0.3%).  The  flavonoids  luteolin  and  apigenin  caused  a  decrease  in  

hydrogen–deuterium exchange  in both HSA and  lysozyme. The highest decrease was observed 

for  luteolin  (90.1%  and  95.3%  for  HSA  and  lysozyme,  respectively), while  apigenin  caused  a 

75.3%  decrease  in  the  hydrogen–deuterium  exchange  rate  of  lysozyme,  and  a  negligible 

decrease in HSA (0.1%) (Figure 5.10). There was no apparent difference in the overall shape and 

position  of  amide  I  bands,  as  seen  from  both  the  absorbance  and  second‐derivative  spectra 

(Figure 5.9) of HSA and  lysozyme,  in the presence of P. barbatus extract. This suggests that the 

interaction  does  not  alter  the  secondary  structure  of  these  two  proteins.  Therefore,  the 

Interactions with Proteins 

118  

differences  found  in  the rate of hydrogen–deuterium exchange may be due, predominantly  to 

changes in the tertiary structure of the proteins (Haris & Severcan, 1999). 

 

 

Figure  5.10.  Percentage  of  change  in  protein  (HSA  and  lysozyme)  hydrogen–deuterium  exchange  rate, 

determined from the analysis of the amide II band, in the presence of P. barbatus extract, rosmarinic acid, 

luteolin or apigenin, in comparison with the hydrogen–deuterium exchange rate of the protein alone. 

 

The decrease of lysozyme hydrogen–deuterium exchange by P. barbatus extract may be 

due to its flavonoid components, since its main component, rosmarinic acid, does not affect the 

hydrogen–deuterium  exchange  of  lysozyme.  The  increase  in  the  rate  of  hydrogen–deuterium 

exchange in HAS, when in contact with P. barbatus extract appears to be due to rosmarinic acid, 

as  it  is  the major  component, while  the  flavonoids  play  a  smaller  role  in  altering  the  global 

hydrogen–deuterium exchange. 

 

2.3.5. Effect of P. barbatus extract on lysozyme activity 

Lysozyme  is a glycoside hydrolase able  to hydrolyse  the peptidoglycan  that constitutes 

the cell walls of bacteria such as Micrococcus sp. (Laible & Germaine, 1985). 

The aqueous extract of P. barbatus inhibited lysozyme activity, with an IC50 value of 9.02 

μg.ml−1 (Table 5.2). The IC50 values for the inhibition of lysozyme by rosmarinic acid, apigenin and 

luteolin were similar and around 100 μM, as it is shown in Table 5.2. 

 

2.4. Discussion 

The  structure of human  serum albumin, alone and when bound  to diverse molecules, 

has been determined using X‐ray crystallography (for a review see Curry (2009)). In this study we 

Chapter V  

119  

have demonstrated using  fluorescence  spectroscopy  that  flavonoids  including  rosmarinic  acid 

alter  the  tertiary  structure  of  HSA.  Furthermore,  our  FTIR  spectroscopic  analysis  reveals 

significant reduction in amide proton hydrogen– deuterium exchange rate for HSA complexed to 

flavonoids. This is indicative of a decrease in the accessibility of the exchangeable hydrogens to 

the  solvent  (deuterium  oxide).  However,  we  did  not  detect  any  changes  in  the  secondary 

structure of HSA, through the analysis of the amide I band, as a consequence of interaction with 

the  flavonoids.  This  finding  is  in  good  agreement  with  the  results  of  X‐ray  crystallographic 

studies  which  have  consistently  shown  that  there  are  no  gross  changes  in  the  secondary 

structure of HSA associated with binding  ligands although changes  in tertiary structure such as 

rigid‐body‐rotation of domains have been detected  (for a  review  see Curry  (2009)). The  latter 

changes  in  the  tertiary  structure  may  explain  the  differences  observed  in  the  fluorescence 

spectra and hydrogen–deuterium exchange rates. 

Among  the  different  compounds  tested,  luteolin  induced  the  highest  decrease  of  

hydrogen–deuterium  exchange  and  it  also  presented  the  highest  values  for  the  binding 

constants  and  lowest  ΔGo  values,  suggesting  a  higher  stability  for  the  HSA‐luteolin  complex 

compared  to  the HSA‐apigenin complex. The  increased stability of  the protein associated with 

the bonding between the flavonoids and the HSA molecule makes it more difficult for the amide 

protons  to  be  substituted  with  deuterium.  Furthermore,  the  interaction  may  result  in  the 

shielding of certain segments of the protein from being accessible to solvent. All this explains the 

significant reduction in hydrogen–deuterium exchange upon binding of the flavonoids to HSA. 

Rosmarinic acid, like luteolin, had no effect on the secondary structure of HSA. However, 

unlike luteolin, rosmarinic acid increased the hydrogen–deuterium exchange of HSA, suggesting 

that the nature of its interaction with the transport protein is different. Our results suggest that 

hydrophobic  regions  of  the  protein  becomes  accessible  to  solvent  due  to  alterations  in  the 

protein tertiary structure (Militello et al., 2004), without any changes in the secondary structure. 

The nature of  the change could be a  large  rigid‐body  rotation of  the  subunits  that have been 

shown  to  occur  on  fatty  acid  binding  to  the  main  fatty  acid  binding  sites  in  HSA,  as  was 

extensively  reviewed by Curry  (2009). X‐ray crystallographic analysis has shown  that  fatty acid 

binding results  in a HSA molecule that  is 10 Å wider than the defatted HSA.  It  is thus possible, 

that  whilst  the  binding  may  reduce  hydrogen–deuterium  exchange  for  molecules  that  are 

interacting with rosmarinic acid, a much larger change, such as widening of the molecule, could 

expose a greater number of amino acid  residues  to  solvent  resulting  in an overall  increase  in 

hydrogen–deuterium exchange. We propose  that  rosmarinic acid may  induce a similar  type of 

tertiary structural change as induced by binding of fatty acids to HSA. In five of the seven known 

Interactions with Proteins 

120  

fatty acid binding  sites  the  lipid  is anchored by  the  interaction of  the  carboxylic group with a 

basic or polar  group  at  the pocket  entrance.  Some non‐lipid  acidic  compounds  are  known  to 

interact  with  these  binding  sites,  specifically  by  interacting  with  the  carboxylic  acid  binding 

residues  (Curry, 2009). Rosmarinic acid and  fatty acids both share a common  functional group 

(carboxylic acid group) which  is not  the case  for  luteolin and  this may explain as  to why  they 

behave differently in altering the structure of the HSA molecule. 

Flavonoids have been reported to bind to the drug binding sites (Rawel et al., 2006; Yuan 

et al., 2007), which are different from the fatty acid binding sites. The drug binding sites 1 and 2 

comprise  largely apolar cavities with defines polar features  located  in sub‐domains IIA and IIIA, 

respectively. Most drugs bind to the drug binding site 1, which has preference for flat aromatic 

compounds that fit between Leu238 and Ala291  in the centre of the pocket (Curry, 2009). The 

planar structure of  flavonoids may be  responsible  for  their binding predominantly  to  the drug 

site 1,  as  it was  reported  for  apigenin  (Yuan  et al., 2007)  and quercetin  (Rawel  et al., 2006). 

Usually small adjustments in the side chains in the site 1 cavity can happen upon the binding of 

the compounds. These changes are not so extensive that may lead to changes in the secondary 

structure of HSA  (Curry, 2009), but may be  the cause of  the decrease  in hydrogen–deuterium 

exchange rate in the binding of luteolin to HSA. 

It is interesting that like with HSA, luteolin and apigenin interaction with lysozyme results 

in a decrease  in amide proton hydrogen–deuterium exchange  rate. This can be due  to one or 

more of the following reasons: 

 

(i)  due  to  the  amide  protons  participating  in  stronger  H‐bonds within  the  secondary 

structural elements as a  consequence of  interaction with  these  compounds. This will make  it 

more difficult to break the H‐bonds for the deuterium substitution to occur; 

(ii)  due  to  amide  protons  forming  H‐bonds  to  other  groups,  including  luteolin  and 

apigenin making it more difficult for the hydrogen–deuterium exchange reaction to occur; 

(iii)  or  it  could  be  due  to movement  of  domains/regions  of  protein  that  results  in  a 

reduction in solvent accessibility so that deuterium oxide is unable to penetrate into the core of 

the protein to replace the amide protons with deuterium. 

 

Similarly  to HSA,  luteolin  induced a greater decrease  in  lysozyme hydrogen deuterium 

exchange  (Table 5.2),  and presented  a higher binding  constant  and  lower  ΔGo  value  at  room 

temperature,  suggesting  that  the  binding  of  luteolin  to  lysozyme  is  more  stable  at  room 

temperature than the binding of apigenin. 

Chapter V  

121  

Once  again,  like with what we  saw  for  HSA,  the  interaction  of  rosmarinic  acid with 

lysozyme  is different to that observed  for  luteolin. Although, there  is no significant  increase  in 

hydrogen–deuterium exchange,  it at  least does not reduce the hydrogen–deuterium exchange. 

This  could  be  due  to weaker  interaction  between  rosmarinic  acid  and  lysozyme  or  that  the 

nature of the binding does not alter the tertiary structure in a way that would make the amide 

protons more vulnerable to hydrogen–deuterium exchange. 

Although we  have  detected  changes  in  hydrogen–deuterium  exchange,  no  significant 

alteration  in  the  secondary  structure  was  detected.  However,  other  studies  concerning  the 

interaction  of  flavonoids  detected  small  secondary  structure  changes,  as  well  as  tertiary 

structure  changes, by  the  flavonoids  alpinetin  and  cardamonin  (He  et al., 2006). Our  findings 

reveal  that  alterations  in  protein  secondary  structure were  not  found with  either  luteolin  or 

apigenin,  by  FTIR  or  fluorescence  spectrometry,  suggesting  that  the  alterations  in  rate  of 

hydrogen deuterium exchange is mainly due to changes in the tertiary structure. 

As the proteins and the plant phenolic compounds seemed to interact by weak forces by 

fluorescence  spectrometry,  the bonds  formed may be  reversible and  the compounds  released 

under certain conditions. Studies with total plasma protein extracted from rat blood report that 

the affinity of flavonoids to the total protein may be even lower than to purified albumin, which 

may be due to presence of metallic ions such as Zn2+, Cu2+, Ca2+ and Mg2+ (Xiao et al., 2011). The 

weak  and  reversible  interaction  between  these  plant  compounds  and  plasma  proteins  is  in 

agreement with  in  vivo  studies  that  show  a  decrease  in  the  concentration  of  plant  phenolic 

compounds in plasma, due to metabolism and excretion, as was observed in P. barbatus extract 

components  (Falé  et  al.,  2011),  rosmarinic  acid  (Baba  et  al.,  2004;  Falé  et  al.,  2011)  and  the 

flavonoids apigenin and  luteolin  (Shi et al., 2011). Therefore,  it  is  important that the structural 

changes in plasma proteins when bound to compounds are not so drastic that their function may 

be compromised after the release of the compounds. 

Lysozyme, apart from drug transport, has an important function related to the immune 

response  process  (Laible  &  Germaine,  1985).  When  degranulation  occurs,  after  neutrophils 

reach the  injured tissue by margination, adhesion and emigration,  lysozyme  is discharged from 

lysosomes of neutrophils and destroys not only  the phagosomes but also damages  the animal 

tissue itself, thus aggravating the response to inflammation (Ronca et al., 1998; Wu et al., 2006). 

Previous reports showed that phenolic compounds from Leggera species extracts decreased the 

release of  lysozyme from the neutrophils to the serum (Wu et al., 2006).  In the present study,   

P.  barbatus  extract phenolic  compounds  inhibited directly  lysozyme  activity.  It  is  long  known 

that  some  flavonoids may act as  lysozyme  inhibitors  (Rodney et al., 1950). Other  studies also 

Interactions with Proteins 

122  

reported  that  plant  extracts  mainly  composed  of  apigenin,  luteolin  and  luteolin  glycosides 

decreased allergy symptoms caused by egg‐white  lysozyme sensitization  in  rats  (Iwaoka et al., 

2010). The same anti‐allergic effect was observed for Perilla frutescens water extract, and by its 

major component, rosmarinic acid (Makino et al., 2003). 

As P. barbatus components bind to  lysozyme with weak  interactions, our data suggests 

that  the  enzyme  does  not  undergo major  conformational  changes,  the  plant  compounds  are 

eliminated from plasma in a short period of time (Falé et al., 2011), and the antibacterial activity 

of  lysozyme  is not permanently compromised. Therefore,  these compounds may be helpful  in 

decreasing  the  damage  caused  by  a  high  lysozyme  activity,  in  response  to  pathogens  or  in 

allergic conditions.  

P. barbatus extract has also proved  to have antioxidant activity as a  radical  scavenger 

more powerful  than  the commercial antioxidant BHT  (Falé et al., 2009). This activity  is mainly 

due to its main component, rosmarinic acid. The present results suggest that P. barbatus water 

extract may be useful to treat inflammatory conditions as its components and metabolites may 

be transported  in circulatory system binding to albumin, the most abundant transport protein, 

and  to  lysozyme,  and  decrease  the  inflammation  process  by  two mechanism:  as  free  radical 

scavengers, and as lysozyme inhibitors. 

 

2.5. Conclusions 

Protein intrinsic fluorescence quenching proved that the P. barbatus extract components 

and  its metabolites  found  in  rat  plasma  are  able  to  bind  to  the  human  transport  proteins 

albumin and lysozyme, allowing them to be carried in the bloodstream to organs where they can 

have  a  beneficial  activity.  The  spectroscopic  data  suggest  that  the  interaction  of  the  plant 

phenolic compounds and the proteins in this study is made by weak interactions, causing some 

changes  in protein tertiary structure, but not  in the secondary structure. This suggests that the 

compounds  may  be  released  from  the  complexes  they  form  with  the  proteins,  without 

compromising the albumin or lysozyme function in plasma. 

P.  barbatus  extract  components  and metabolites  also  inhibit  lysozyme  activity, which 

may be helpful in decreasing the aggravation of the inflammation caused by the immune system 

in  response  to pathogens  and  in  allergies.  This mechanism  can be  added  to  the  already well 

known  radical  scavenger  capacity  of  the  extract  components, making  the  anti‐inflammatory 

activity of plant extract very promising. 

 

 

Chapter V  

123  

3. Conclusions 

P. barbatus extract components can bind to acetylcholinesterase, human serum albumin 

and lysozyme with the formation of a complex protein‐phenolic compound. 

The spectroscopic data suggest that the plant phenolic compounds bind to the proteins 

through weak  interactions,  causing  some  changes  in protein  tertiary  structure, but not  in  the 

secondary  structure. This  suggests  that  the  compounds may be  released  from  the  complexes 

they  form  with  the  proteins,  without  compromising  irreversibly  the  acetylcholinesterase, 

albumin or lysozyme functions. 

The  extract  components  bind  to  the  active  gorge  of  acetylcholinesterase  and  the 

position of the hydroxyl groups in the flavonoids seems to play an important role in the binding 

to the enzyme and in the inhibitory activity. 

The  binding  of  the  P.  barbatus  extract  components  to  the  human  transport  proteins 

albumin and  lysozyme allows them to be carried  in the bloodstream to organs where they can 

have a beneficial activity, and  it may explain  the bioavailability and brain acetylcholinesterase 

inhibition in rats, shown in Chapter IV. 

P.  barbatus  extract  components  and metabolites  also  inhibit  lysozyme  activity, which 

may be helpful in decreasing the aggravation of the inflammation caused by the immune system 

in response to pathogens and in allergies. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chapter VI 

General Discussion and Conclusions 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

Chapter VI 

127  

  The use of plant aqueous extracts, prepared as  infusions and decoctions, for medicinal 

purposes by a wide range of cultures originates an interest in finding the scientific validation of 

the activities attributed  to  these  traditional  therapies. The use of herbal  teas  in milder health 

disorders  may  be  an  alternative  therapy  with  fewer  side  effects  than  the  use  of  regular 

medications. Plant extracts proved  to be  important  sources of bioactive compounds  that may 

modulate  biochemical  reactions,  as  galanthamine,  an  acetylcholinesterase  inhibitor  first 

extracted from Galanthus species (Heinrich & Teoh, 2004). 

  Aqueous  extracts of Plectranthus barbatus  leaves  are  reported  in  the  literature  to be 

used  in the treatment of psychiatric and digestive conditions (Lukhoba et al., 2006), suggesting 

that these aqueous extract may inhibit acetylcholinesterase activity. Although it’s extracts were 

not  the  most  active  among  the  other  extracts  of  Plectranthus  species  tested  for 

acetylcholinesterase  inhibition,  it  was  the  only  Plectranthus  species  whose  activities  were 

associated with other compounds than rosmarinic acid, the main component of all plant extracts 

in Chapter III. The IC50 values obtained for acetylcholinesterase inhibition by the components of 

the P. barbatus extract ranged from 10‐3 to 10‐4 M, which are much higher (less potent) than the 

IC50  value,  5.85  x  10‐7 M,  obtained  for  galanthamine  in  our  lab,  in  the  same  experimental 

conditions. However, the efficacy of the acetylcholinesterase inhibitors in therapies depends on 

their bioavailability, and on the mechanism of inhibition, as irreversible inhibitors are toxic. The 

currently  commercialized  acetylcholinesterase  inhibitors  present  a  wide  diversity  of  in  vitro 

acetylcholinesterase  inhibition values, but their therapeutic value  is controlled by the mode of 

administration, which modulates their bioavailability (McGleenon et al., 1999).  

  The P. barbatus aqueous extract components also showed antioxidant activity as radical 

scavengers, and anti‐inflammatory activity as lysozyme inhibitors and decreasing the amount of 

hypochlorous acid  in human neutrophils. These biological activities are potentially useful  in the 

treatment of several inflammation‐related pathologies. 

  The  composition  in  phenolic  compounds  of  the  P.  barbatus  aqueous  extracts  is  very 

similar  to extracts of other  species  from  the Lamiaceae  family,  since  it  is composed mainly of 

rosmarinic acid and flavonoid glucuronides (Abdel‐Mogib et al., 2002; Batista et al., 1996). Apart 

from  the  phenolic  compounds,  the  P.  barbatus  decoction  is  also  composed  of  abietane 

diterpenoids, compounds also very common  in Plectranthus species. However  the most active 

diterpenoid was metabolized into a non‐active form during the in vitro digestion with pancreatic 

juice. Although  the diterpenoids  showed a high permeability  in Caco‐2 monolayers, when  the 

plant  extract  was  intraperitonially  administered  to  rats  just  the  non‐active  diterpenoid  was 

observed in plasma, suggesting that the active diterpenoid is quickly metabolized and its activity 

128  

lost. Diterpenes from Salvia milthiorrizha, also a species from the Lamiaceae family, have shown 

a  high  acetylcolinesterase  inhibitory  activity,  with  IC50  values  in  micromolar  concentrations 

(Wong  et  al.,  2010).  These  diterpenoids  from  S.  milthiorrizha  were  also  metabolized  into 

hydroxylated metabolites by rat liver (Li et al., 2006; Wong et al., 2010), in a similar way to the 

observed to the diterpenoids of P. barbatus in Chapter III, in pancreatic juice, and in Chapter IV, 

possibly by  the  liver after  intraperitoneal administration of  the aqueous extract. According  to 

Wong et al. (2010) the hydroxylation is followed by furan ring cleavage, oxidation, conjugation of 

the  resulting metabolites and excretion. Although  in  the present  study  the active diterpenoid 

have a short  life, and therefore a  limited usefulness to the treatment of Alzheimer’s disease, a 

diterpenoid  isolated  from P. barbatus was shown to  inhibit  the gastric H+K+ATPase, decreasing 

this way  the  acid  secretion  in  the  stomach, which may  be  an  approach  in  the  prevention  or 

treatment of gastric ulcers (Schultz et al., 2007). 

  The  flavonoids  in  the  P.  barbatus  aqueous  extract were  found  in  the  glucuronidated 

form, which  is more water soluble and therefore easier to extract from the plant material than 

the aglycones. The flavonoid glucuronides were stable during the  in vitro digestion with gastric 

and pancreatic juices, which is in agreement with other reports in the literature for this class of 

compounds  (Bouayed  et  al., 2011; Gião  et  al, 2011;  Laurent  et al., 2007).  The only  flavonoid 

whose degradation with gastric juice was reported in the literature was procyanidin B2 (Bouayed 

et  al.,  2012),  a  dimmer  of  epicatechin  that  is  hydrolysed  into monomeric  epicatechin  in  the 

acidic conditions of the gastric juice. Anthocyanins were also reported to be hydrolysed to some 

extent in the pancreatic juice (McDougall et al., 2005; McDougall et al., 2007). 

   A  limitation  in  the  bioavailability  of  ingested  flavonoids,  and  phenolic  compounds  in 

general, was reported to be due to the binding of these plant compounds to the protein in the 

pancreatic juice (Laurent et al., 2007) and in protein‐rich food such as milk (Cilla et al., 2009), by 

hydrophobic  interactions and hydrogen bonds. These  interactions between plant phenolics and 

proteins were also observed in the present study for the components of the P. barbatus aqueous 

extract  and  the  proteins  acetylcholinesterase,  albumin  and  lysozyme.  Although  flavonoid 

derivatives  are  generally  stable  in  pancreatic  conditions  and  in  contact  with  intestinal  cells 

(Chapter III, section 2; Laurent et al., 2007), the glucuronide derivatives may be hydrolysed into 

their aglycones by the gut flora β‐glucuronidase activity. Several other authors also reported the 

same  reaction  for  flavonoid  glycosylated  derivatives  (Bouayed  et  al.,  2012;  Berthiller  et  al., 

2011),  and  showed  that  the  bacterial  glycosidases  are  the  only  responsible  for  flavonoid 

deglycosylation, as flavonoid glycosides showed low affinity for human glycosidases (Berthiller et 

al., 2011). 

Chapter VI 

129  

  In the present studies rosmarinic acid was stable in gastric but 25% of its amount in the 

plant  extract was hydrolysed  in pancreatic  conditions. Other  authors  also  referred  that  some 

degradation may occur in the passage from gastric to pancreatic conditions (Gião et al., 2011). A 

similar degradation also occurs with chlorogenic acid, with formation of caffeic acid (Gião et al., 

2011; Fazzari et al., 2008; Bouayed et al., 2012). Both rosmarinic acid and chlorogenic acid are 

esters  of  caffeic  acid,  and  therefore may  be  relatively  stable  in  acidic  conditions  but  easily 

hydrolysed in basic conditions. 

  When P. barbatus decoction was  intragastrically administered to rats, and when  it was 

applied to the Caco‐2 cell monolayers for the permeability assay, low amounts of unconjugated 

rosmarinic  acid was  found  to  permeate  the  intestinal  barrier, which may  be  due  to  the  low 

affinity  of  rosmarinic  acid  to  the MCT  trasporters  (Chapter  IV  section  2).  The  low  affinity  of 

rosmarinic acid to the membrane transporters led other authors to suggest that no transporters 

were involved in the permeability of rosmarinic acid. However, in the present study assays were 

carried  out  during  longer  times,  6  hours  instead  of  40 minutes  (Konishi &  Kobayashi,  2005), 

which  allowed  to  detect  the  differences  in  permeability  in  the  presence  and  absence  of 

competitors  for  the same  transporters. Glucuronidated and sulfated metabolites of  rosmarinic 

acid  were  found  in  the  plasma  of  rats  after  intragastric  administration,  while  methylated 

metabolites  were  present  after  intraperitonial  administration.  These  facts  suggest  that 

rosmarinic  acid  may  be  predominantly  glucuronidated  and  sulphated  in  the  intestine,  and 

undergo mainly methylation by  the  liver.  In Caco‐2  cell monolayers  rosmarinic acid  remained 

intact  (Chapters  III and  IV), which  is not  in agreement with  the results  found  in  in vivo studies 

with  rats  (Chapter  IV),  or  with  the  literature  (Konishi  &  Kobayashi,  2005).  Nevertheless 

rosmarinic  acid  in  the  Caco‐2  cell  monolayer  studies  in  the  Chapters  III  and  IV  was  co‐

administered with flavonoids that may have more affinity to phase II enzymes. Also the Caco‐2 

monolayers and the rats are different bioavailability models that may present slightly different 

results (Keldenish, 2009). 

   The flavonoid glucuronides in the plant extract permeated the  intestinal barrier both in 

the Caco‐2 and  in  the  rat models. Most studies  in  the  literature  focus on  flavonoid aglycones, 

which  can be metabolized by Caco‐2  cells  in  flavonoid  glucuronides  and  sulfates  (Walle  et  al 

1999; Barrington et al., 2009). The conjugates are reported by the same authors to be effluxed 

mainly  to  the  apical  side  of  the  Caco‐2 monolayer,  corresponding  to  the  gut  lumen  in  the 

intestine, limiting their bioavailability. In chapter IV it is shown that the glucuronides can also be 

transported  from  the  apical  to  the  basolateral  side  of  the  Caco‐2 monolayers,  although  the 

apigenin and luteolin glucuronides may also be effluxed back to the apical side possibly with the 

130  

involvement of Pgp  transporter. Studies  regarding  the bioavailability of  flavonoid glycosylated 

derivatives  are  scarce  in  the  literature,  however  the  quercetin  derivative  rutin was  found  to 

permeate the Caco‐2 monolayers from apical to basolateral side (Gião et al 2011). The flavonoid 

glycosylated derivatives may be hydrolysed  into  their aglycones as discussed above, or by  the 

liver  β‐glucuronidases,  as  observed  and  discussed  in  Chapter  IV.  In  the  present  study  the 

glucuronidation of  flavonoid aglycones was observed  in Caco‐2  cells, but  sulfated metabolites 

were  not  detected.  Also,  when  the  plant  extract  was  intraperitonially  administered  to  rats, 

although liver β‐glucuronidase activity occurred, no sulfated metabolites of the flavonoids were 

found.  The  sulfotransferase  activity  was  shown  to  occur  in  the  rat  liver,  as  the  sulfated 

derivatives of the phenolic compounds were synthesised in vitro using rat liver protein extracts 

(Chapter  IV).  Other  authors  have  reported  that  the  glucuronidation  of  flavonoids  was 

predominant, and occurred  in more positions than the sulfation of the compounds (Barrington 

et al., 2009). This suggests a lower affinity of the flavonoids to the sulfotransferases than to the 

glucuronyltransferases. 

  Due to the differences found when administering rosmarinic acid in the extract or as an 

isolated compound, a study was performed  in Caco‐2 cell monolayers using central composite 

design  (CCD)  to determine  if  the phenolic compounds  interfere with  the bioavailability of one 

another, and if transporters were involved in the bioavailability of the compounds. It was found 

that  rosmarinic  acid,  apigenin  and  luteolin  can  permeate  Caco‐2  cell  monolayers  through 

transporters  and,  generally,  have  higher  bioavailability  together  than  when  isolated.  This 

increase of bioavailability  is mainly due to  inhibition or competition for efflux transporters that 

transport compounds back  to  the apical side of  the Caco‐2 monolayers  (Chapter  IV section 2). 

The  P.  barbatus  extract  components  followed  the  same  behaviour  predicted  by  the model 

mixture of rosmarinic acid, luteolin and apigenin. 

  Flavonoids are well known  inhibitors of ABC  transporters, such as Pgp, MRP and BCRP 

(Brand et al., 2006). Some flavonoids are also substrates of these transporters, which limits their 

bioavailability,  such  as  quercetin,  kaempferol,  isorhametin  (Wang  et  al.,  2005),  and  chrysin 

(Walle  et  al.,  1999).  As  substrates  and  inhibitors  of  this  type  of  efflux  transporters,  the 

coadministration of many compounds increases their bioavailability by decreasing the transport 

from basolateral to apical side, as it was described in Chapter IV. In the same way the inhibition 

of effux systems may  increase the bioavailability of some orally administered medicines (Brand 

et al., 2006), as for  instance, doxorubicin, an anticancer drug whose bioavailability  is  increased 

by inhibiting Pgp with quercetin (Choi et al., 2011). 

Chapter VI 

131  

  As  it was discussed  in Chapter  IV,  the values  for  the  inhibition of acetylcholinesterase 

activity  in  rat  brains  after  the  administration  of  the  plant  extract were  comparable  to  those 

found  in  the  literature  for  galanthamine,  even  though  a  lower  amount  of  galanthamine was 

administered  (Geerts  et  al.,  2005;  Chattipakorn  et  al.,  2007).  Only  a  low  amount  of  extract 

compounds was found  in the brain of rats. Although the amount of these plant compounds, or 

their metabolites, was much higher, the amount  found  in  the brain kept constant  for a  longer 

period of  time.  This  fact  suggests  that  if  the  extract  is  administered  several  times  a day,  the 

amount of extract components in the brain should be kept relatively constant, even though the 

amounts  of  extract  metabolites  in  the  plasma  may  have  high  variations  during  the  day. 

Differences  of  plasma  bioavailability,  half‐life,  and  brain  bioavailability  lead  to  different 

strategies  in  the  administration  of  acetylcholinesterase  inhibitors.  Tacrine  has  high  brain 

bioavailability,  but  when  taken  orally,  it  has  low  plasma  bioavailability  and  low  half‐life. 

Therefore  the administration of tacrine  follows a similar strategy to the one suggested  for the 

decoction of P. barbatus in this study, of several administrations during the day (McGleenon et 

al., 1999). 

  Peripheral effects of acetylcholinesterase inhibition, such as gastrointestinal and hepatic 

disturbances,  are  usually  associated  with  the  administration  of  large  dosages  of 

acetylcholinesterase inhibitors. However, as mentioned in Chapters III (section 2) and IV (section 

2), with 1mg/ml of the plant extract or 90 μM of any of the standards no toxicity was observed in 

Caco‐2 cells, and 100μg/mL of plant extract or 20μM of pure compound would be the maximum 

values accepted  to  consider  the occurrence of  toxicity  (Cárdenas et al. 2006; Yu et al., 2007). 

Furthermore, toxic effects are not reported  for P. barbatus, on the contrary, the herbal tea of 

this plant is usually drunk to treat gastrointestinal problems (Lukhoba et al., 2006). The effect of 

the  P.  barbatus  decoction  on  the  gastrointestinal  tract may  be  due  to  a mild  inhibition  of 

acetylcholinesterase activity, increasing gastrointestinal motility and gut hydration (Jarvie et al., 

2008; Hirota and McKay 2006).  

  The  binding  of  the  plant  extract  components  to  the  plasma  proteins,  albumin  and 

lysozyme, may also decrease the side‐effects of the acetylcholinesterase  inhibition by reducing 

the  availability  of  the  compounds  to  peripheral  acetylcholinesterase while  transporting  them 

through the bloodstream to the target organ, the brain. Although, as was discussed in chapter V, 

the compounds seem to bind  in the active gorge of acetylcholinesterase, the weak  interactions 

between  the  plant  phenolics  and  acetylcholinesterase  do  not  cause  large  conformational 

changes in the enzyme and the enzymatic activity may be easily recovered after the excretion of 

the  compounds.  Therefore,  the  weak  interactions  between  the  plant  phenolics  and 

132  

acetylcholinesterase  may  also  be  preferable,  decreasing  the  side  effects  of  excessive 

acetylcholinesterase inhibition. 

  The P. barbatus extract showed radical scavenging activity with the DPPH and protected 

fatty  acids  from  peroxidation  in  the  β‐carotene/linoleic  acid  assay,  and  therefore  it may  be 

useful  preventing  oxidative  stress‐related  cell membrane  disruption  and  apoptosis.  This  cell 

death  mechanism  is  similar  to  the  one  caused  by  the  oxidative  stress  resultant  from  the 

accumulation  of  amyloid  plaques  in  Alzheimer’s  disease  patients.    The  plant  extract  and 

rosmarinic  acid  also  decreased  the  amount  of  hypochlorous  acid  produced  by  activated 

neutrophils  (Chapter  III)  and  inhibited  lysozyme  activity  (Chapter V), which  can be  associated 

with a  immune  response, but also with a cytotoxic  inflammatory  reaction  (Ronca et al., 1998; 

Deby‐Dupont, 1999). The cognition  status of Alzheimer’s disease patients has been correlated 

with the systemic oxidative stress status (Viña et al., 2004), and therefore the plant extract may 

be  useful  in  this  approach  to  the  treatment  of  Alzheimer’s  disease.  Furthermore,  the 

components of  the plant extract act as antioxidants  through different mechanisms, which has 

been proposed as the most efficient strategy in the antioxidant treatment of Alzheimer’s disease 

(Macocci & Polidori, 2011).  

  In conclusion, 

The P. barbatus decoction showed promising in vitro antioxidant, anti‐inflammatory and 

anti‐acetylcholinesterase activities. 

The P. barbatus herbal  tea  showed no  toxicity  in Caco‐2  cells. The  low  toxicity  is also 

supported by the weak interactions established with proteins without causing secondary 

structure changes. 

Some active  components of  the P. barbatus herbal  tea undergo metabolization  in  the 

gastrointestinal  tract, but  the phenolic compounds can cross  the  intestinal barrier and 

reach  the  brain, where  they  can  inhibit  acetylcholinesterase  activity,  similarly  to  the 

currently used acetylcholinesterase inhibitors. 

The phenolic compounds can circulate in the bloodstream bound to the plasma proteins 

and  decrease  oxidative  stress‐related  processes,  such  as  inflammation,  by  decreasing 

the amount of hypochlorous acid released by neutrophils and also by inhibiting lysozyme 

activity. 

The  use  of  polyphenolic  compound  mixtures  such  as  herbal  teas  may  increase  the 

bioavailability of the active compounds and, as the herbal tea components show many 

activities, may be useful in the treatments with multiple approaches, as it is thought to 

be the most efficient for Alzheimer’s disease.    

 

 

References 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

References 

135  

Abdel‐Mogib  M,  Albar  HA,  Batterjee  SM.  2002.  Chemistry  of  the  genus  Plectranthus. 

Molecules, 7: 271–301. 

Abou‐Donia  MB.  2003.  Organophosphorous  ester‐induced  chronic  neurotoxicity.  Arch 

Environ Health. 58:484‐497.  

Adsersen A, Gauguin B, Gudiksen L, Jäger AK. 2006. Screening of plants used  in Danish folk 

medicine  to  treat  memory  dysfunction  for  acetylcholinesterase  inhibitory  activity.  J 

Ethnopharmacol. 104: 418‐22. 

Alasbahi  RH,  Melzig  MF.  2010a.  Plectranthus  barbatus:  a  review  of  phytochemistry, 

ethnobotanical uses and pharmacology ‐ Part 1. Planta Med. 76: 653‐661.  

Alasbahi  RH,  Melzig  MF.  2010b.  Plectranthus  barbatus:  a  review  of  phytochemistry, 

ethnobotanical uses and pharmacology ‐ part 2. Planta Med. 76: 753‐765.  

Albuquerque RL, Kentopff MR, Machado MIL, Silva MG, Matos FJA. 2007. Diterpenos  tipo 

abietano isolados de Plectranthus barbatus Andrews. Química Nova. 30: 1882–1886. 

Alzheimer’s  association.  2008.  Alzheimer’s  disease  facts  and  figures.  Alzheimer’s  & 

Dementia. 4: 110–133. 

Atoui AK, Mansouri A, Bosku G, Kefalas P. 2005. Tea and herbal  infusions: their antioxidant 

activity and phenolic profile. Food Chem., 89: 27–36. 

Azuma  K,  Ippoushi  K,  Nakayama  M,  Ito  H,  Higashio  H,  Terao  J.  2000.  Absorption  of 

Chlorogenic Acid and Caffeic Acid in Rats after Oral Administration. J. Agric. Food Chem. 48: 

5496‐5500. 

Baba S, Osakabe N, Natsume M, Terao J. 2004. Orally administered rosmarinic acid is present 

as the conjugated and/or methylated forms in plasma, and is degraded and metabolized to 

conjugated forms of caffeic acid, ferulic acid and m‐coumaric acid. Life Sci. 75: 165–178. 

Baba S, Osakabe N, Natsume M, Yasuda A, Muto Y, Hiyoshi K, Takano H, Yoshikawa T, Terao 

J. 2005. Absorption, metabolism, degradation and urinary excretion of rosmarinic acid after 

intake of Perilla frutescens extract in humans. Eur J Nutr. 44: 1–9. 

Babior BM. 2000. Phagocytes and oxidative stress. Am J Med. 109:33‐44. 

Bachoual R, Talmoudi W, Boussetta T, Braut F, El‐Benna J. 2011. An aqueous pomegranate 

peel extract  inhibits neutrophil myeloperoxidase  in vitro and attenuates  lung  inflammation 

in mice. Food Chem Toxicol. 49:1224‐8. 

Barker, T. B.,  in: Schilling, E. G.  (Ed.), Quality by Experimental Design, Marcel Dekker, New 

York 1985, pp. 310–325. 

Barrington R, Williamson G, Bennett RN, Davis BD, Brodbelt JS, Kroon PA. 2009. Absorption, 

conjugation and efflux of the flavonoids, kaempferol and galangin, using the intestinal Caco‐

2/TC7 Cell Model. J Funct Foods. 1:74‐87. 

References 

136  

Batista O, Simões MF, Nascimento J, Riberio S, Duarte A, Rodríguez B, de la Torre MC. 1996. 

A rearranged abietane diterpenoid from Plectranthus hereroensis. Phytochemistry. 41: 571–

573. 

Bembenek SD, Keith  JM, Letavic MA, Apodaca R, Barbier AJ, Dvorak L, Aluisio L, Miller KL, 

Lovenberg TW, Carruthers NI. 2008. Lead  identification of acetylcholinesterase  inhibitors – 

histamine H3 receptor antagonists  from molecular modelling. Bioorg Med Chem. 16: 2968‐

2973. 

Berthiller F, Krska R, Domig KJ, Kneifel W, Juge N, Schuhmacher R, Adam G. 2011. Hydrolytic 

fate of deoxynivalenol‐3‐glucoside during digestion. Toxicol Lett. 206: 264‐267. 

Birman S. 1985. Determination of acetylcholinesterase activity by a new chemiluminescence 

assay with the natural substrate. Biochem. J. 225: 825‐828. 

Bohnen  NI,  Kaufer  DI,  Hendrickson  R,  Ivanco  LS,  Lopresti  BJ,  Koeppe  RA,  Meltzer  CC, 

Constantine G, Davis  JG, Mathis CA, Dekosky ST, Moore RY. 2005. Degree of  inhibition of 

cortical  acetylcholinesterase  activity  and  cognitive  effects  by  donepezil  treatment  in 

Alzheimer’s disease. J. Neurol., Neurosurg. Psychiatry. 76: 315–319. 

Bouayed J, Deusser H, Hoffmann L, Bohn T. 2012. Bioaccessible and dialysable polyphenols 

in selected apple varieties following  in vitro digestion vs. their native patterns. Food Chem. 

131: 1466‐1472. 

Bouayed  J,  Hoffmann  L,  Bohn  T.  2011.  Total  phenolics,  flavonoids,  anthocyanins  and 

antioxidant  activity  following  simulated  gastro‐intestinal  digestion  and  dialysis  of  apple 

varieties: Bioaccessibility and potential uptake. Food Chem. 128: 14‐21. 

Bourne  Y,  Grassi  J,  Bougis  PE,  Marchot  P.  1999.  Conformational  flexibility  of  the 

acetylcholinesterase tetramer suggested by X‐ray crystallography. J. Biol. Chem. 274: 30370–

30376. 

Bourne  Y,  Radić  Z,  Taylor  P, Marchot  P.  2010.  Conformational  remodeling  of  femtomolar 

inhibitor − acetylcholinesterase complexes in the crystalline state. J Am Chem Soc. 132: 18292‐

18300. 

Brand W,  Padilla  B,  van  Bladeren  PJ, Williamson G,  Rietjens  IM.  2010.  The  effect  of  co‐

administered  flavonoids  on  the  metabolism  of  hesperetin  and  the  disposition  of  its 

metabolites in Caco‐2 cell monolayers. Mol Nutr Food Res. 54: 851‐60. 

Brand W, Schutte ME, Williamson G, van Zanden JJ, Cnubben NH, Groten JP, van Bladeren PJ, 

Rietjens  IM. 2006. Flavonoid‐mediated  inhibition of  intestinal ABC  transporters may affect 

the  oral  bioavailability  of  drugs,  food‐borne  toxic  compounds  and  bioactive  ingredients. 

Biomed Pharmacother. 60: 508‐519.  

Brand W, van der Wel PA, Rein MJ, Barron D, Williamson G, van Bladeren PJ, Rietjens  IM. 

Metabolism and transport of the citrus flavonoid hesperetin in Caco‐2 cell monolayers. Drug 

Metab Dispos. 36: 1794‐1802.  

References 

137  

Cai Y,  Luo Q,  Sun M, Corke H. 2004. Antioxidant activity and phenolic  compounds of 112 

traditional Chinese medicinal plants associated with anticancer. Life Sci. 74: 2157‐2184. 

Cárdenas M, Mardel M,  Blank  VC,  Roguin  LP.  2006.  Antitumor  activity  of  some  natural 

flavonoids and synthetic derivatives on various human and murine cancer cell  lines. Bioorg 

Med Chem. 14: 2966‐2971. 

Cellek  S,  Thangiah  R,  Jarvie  EM,  Vivekanandan  S,  Lalude  O,  Sanger  GJ.  2008.  Synergy 

between 5‐HT4  receptor activation and acetylcholinesterse  inhibition  in human  colon and 

rat forestomach. Neurogastroenterol Motil. 20: 539‐545.  

Chattipakorn  S,  Pongpanparadorn  A,  Pratchayasakul W,  Pongchaidacha  A,  Ingkaninan  K, 

Chattipakorn  N.  2007.  Tabernaemontana  divaricata  extract  inhibits  neuronal 

acetylcholinesterase activity in rats. J. Ethnopharmacol. 110: 61–68. 

Choi JS, Piao YJ, Kang KW. 2011. Effects of quercetin on the bioavailability of doxorubicin in 

rats: role of CYP3A4 and P‐gp inhibition by quercetin. Arch Pharm Res. 34: 607‐13. 

Cilla  A, Gonzalez‐Sarrias  A,  Tomas‐Baeberan  F,  Espin  JC,  Barbera  R.  2009.    Availability  of 

polyphenols  in  fruit  beverages  subjected  to  in  vitro  gastrointestinal  digestion  and  their 

effects on proliferation, cell‐cycle and apoptosis  in human colon cancer Caco‐2 cells. Food 

Chem. 114: 813–820. 

Codd  LE.  1975.  Plectranthus  (Labiatae)  and  allied  genera  in  southern Africa. Bothalia.  11: 

371‐442. 

Coelho  M.  2004.  Eixo  Renina‐Angiotensina.  Polimorfismos  genéticos  e  interacções 

fenotípicas. Lisboa: Universidade de Lisboa. 

Coleta M,  Camposa MG,  Cotrim MD,  Lima MCT,  Cunha AP.  2008. Assessment  of  luteolin 

(3’,4’,5,7‐tetrahydroxyflavone) neuropharmacological activity, Behav. Brain Res. 189: 75–82. 

Curry S. 2009. Lessons from the crystallographic analysis of small molecule binding to human 

serum albumin, Drug Metab Pharmacok. 24: 342–357. 

da Silva EL, Piskula MK, Yamamoto N, Moon JH, Terao J. 1998. Quercetin metabolites inhibit 

copper ion‐induced lipid peroxidation in rat plasma. FEBS Lett. 430: 405‐408.  

Deby‐Dupont G, Deby C,  Lamy M. 1999. Neutrophil myeloperoxidase  revisited:  it’s  role  in 

health and disease. Intensivmed. 36: 500–513. 

Dickson D, Lee S, Mattiace L, Yen S, Brosnan C. 1993. Microglia and cytokines in neurological 

disease, with special reference to AIDS and Alzheimer’s disease. Glia. 7: 75‐83. 

Djeridane  A,  Yousfi M, Nadjemi  B,  Boutassouna D,  Stocker  P,  Vidal N.  2006.  Antioxidant 

activity  of  some Algerian medicinal  plants  extracts  containing  phenolic  compounds.  Food 

Chem. 97: 654–660. 

D'Souza  VM,  Shertzer  HG, Menon  AG,  Pauletti  GM.  2003.  High  glucose  concentration  in 

isotonic media alters Caco‐2 cell permeability. AAPS PharmSci. 5:, E24. 

References 

138  

Dumont M, Beal MF. 2011. Neuroprotective strategies  involving ROS  in Alzheimer disease. 

Free Radic Biol Med. 51: 1014‐1026.  

Dypbukt J, Bishop C, Brooks W, Thong B, Eriksson H,Kettle A. 2005. A sensitive and selective 

assay for chloramine production by mieloperoxidase. Free Radic Biol Med. 39: 1468‐1477. 

Eastman  J,  Wilson  EJ,  Cerveñansky  C,  Rosenberry  TL.  1995.  Fasciculin  2  binds  to  the 

peripheral  site on acetylcholinesterase and  inhibits  substrate hydrolysis by  slowing a  step 

inhibiting proton transfer during enzyme action. J Biol Chem. 270: 19694‐19701. 

Eliman GL, Courtney KD, Andres V.,Featherstone RM. 1961. A new and  rapid  colorimetric 

determination of acetylcholinesterase activity. Biochem. Pharmacol. 7: 88‐95 

El‐Kamali HH. 2009. Medicinal plants  in East and Central Africa: Challenges and constraints. 

Ethnobotanical Leaflets. 13: 364–369. 

Ellman GL. 1958. A colorimetric method for determining low concentrations of mercaptans. 

Arch Biochem Biophys. 74: 443‐450. 

Erlung  I.  2004.  Review  of  the  flavonoids  quercetin,  hesperetin,  and  naringenin.  Dietary 

sources, bioactivities, bioavailability, and epidemiology. Nutr. Res. 24: 851–874. 

Eyer  P,  Szinicz  L,  Thiermann  H,  Worek  F,  Zilker  T.  2007.  Testing  of  antidotes  of 

organophosphorus  compounds:  Experimental procedures  and  clinical  reality.  Toxicol. 233: 

108‐119. 

Falé PL, Borges C, Madeira PJA, Ascensão L, Araújo MEM, Florêncio MH, Serralheiro MLM. 

2009. Rosmarinic acid, scutellarein 4’‐methyl ether 7‐O‐glucuronide and  (16S)‐coleon E are 

the main compounds responsible for the antiacetylcholinesterase and antioxidant activity in 

herbal tea of Plectranthus barbatus (‘‘falso boldo’’), Food Chem. 114: 798– 805. 

Falé PLF, Madeira PJA, Florêncio MH, Ascensão L, Serralheiro MLM. Function of Plectranthus 

barbatus herbal tea as neuronal acetylcholinesterase inhibitor. Food Funct. 2: 130‐136. 

Fazzari  M,  Fukumoto  L,  Mazza  G,  Livrea  MA,  Tesoriere  L,  Marco  LD.  2008.  In  vitro 

bioavailability of phenolic  compounds  from  five  cultivars of  frozen  sweet  cherries  (Prunus 

avium L.). J Agric Food Chem. 56: 3561‐3568. 

Fecka  I,  Turek  S.  2007.  Determination  of  water‐soluble  polyphenolic  compounds  in 

commercial  herbal  teas  from  Lamiaceae:  peppermint,  melissa,  and  sage.  J.  Agric.  Food 

Chem. 55: 10908‐10917.  

Ferreira  A,  Proença  C,  Serralheiro MLM,  Araújo MEM.  2006.  The  in  vitro  screening  for 

acetylcholinesterase  inhibition and antioxidant activity of medicinal plants  from Portugal.  J 

Ethnopharm. 108: 31‐37. 

Galijatovic  A, Walle  UK, Walle  T.  2000.  Induction  of  UDPglucuronosyltransferase  by  the 

flavonoid chrysin and quercetin in Caco‐2. Pharm Res. 17: 21–26. 

References 

139  

Geerts H, Guillaumat PO, Grantham C, Bode W, Anciaux K, Sachak S. 2005. Brain  levels and 

acetylcholinesterase  inhibition with  galantamine  and  donepezil  in  rats, mice,  and  rabbits, 

Brain Res. 1033: 186–193. 

Gião MS, Gomes  S, Madureira AR,  Faria A,  Pestana D,  Calhau  C,  Pintado ME, Azevedo  I, 

Malcata  FX.  2011.  Effect  of  in  vitro  digestion  upon  the  antioxidant  capacity  of  aqueous 

extracts of Agrimonia eupatoria, Rubus idaeus, Salvia sp. and Satureja Montana. Food Chem. 

doi:10.1016/j.foodchem.2011.09.030. 

Gill RK, Saksena S, Alrefai WA, Sarwar Z, Goldstein JL, Carroll RE, Ramaswamy K, Dudeja PK. 

2005. Expression and membrane localization of MCT isoforms along the length of the human 

intestine. Am J Physiol Cell Physiol. 289: C846‐852.  

Gomes A, Fernandes E,  Lima  JFC, Mira  L, Corvo ML. 2008. Molecular mechanisms of anti‐

inflammatory activity mediated flavonoids. Curr. Med. Chem. 15: 1586–1605. 

Gorne‐Tschelnokow  U,  Naumann  D,  Weise  C,  Hucho  F.  1993.  Secondary  structure  and 

temperature  behaviour  of  acetylcholinesterase  Studies  by  Fourier‐transform  infrared 

spectroscopy. Eur J Biochem. 213: 1235‐1242. 

Gouwy M, Struyf S,Proost P, Damme JV. 2005. Synergy in cytokine and chemokine networks 

amplifies the inflammatory response. Cytokine Growth Factor Rev. 16: 561–580. 

Grayer RJ, Eckert MR, Veitch NC, Kite GC, Marin PD, Kokubun T, Simmonds MS, Paton AJ. 

2003. The chemotaxonomic significance of  two bioactive caffeic acid esters, nepetoidins A 

and B, in the Lamiaceae. Phytochemistry. 64: 519–528. 

Grayer, R. J., Veitch, N. C., Kite, G. C., Paton, A. J., & Garnock‐Jones, P. J. (2002). Scutellarin 

4’‐methyl  ether  glycosides  as  taxonomic markers  in  Teucridium  and  Tripora  (Lamiaceae, 

Ajugoideae). Phytochemistry, 60, 727–731. 

Guginski G,  Luiz  AP,  Silva MD, Massaro M, Martins DF,  Chaves  J, Mattos  RW,  Silveira D, 

Ferreira VM, Calixto JB, Santos AR. 2009. Mechanisms involved in the antinociception caused 

by ethanolic extract obtained  from  the  leaves of Melissa officinalis  (lemon balm)  in mice, 

Pharmacol., Biochem. Behav. 93: 10–16. 

Harel M,  Schalk  I,  Ehret‐Sabatier  L,  Bouet  F,  Goeldner M,  Hirth  C,  Axelsen  PH,  Silman  I, 

Sussman JL. 1993. Quaternary ligand binding to aromatic residues in the active‐site gorge of 

acetylcholinesterase. Proc Natl Acad Sci U S A. 90: 9031–9035. 

Harel M, Sonoda LK, Silman I, Sussman JL, Rosenberry TL. 2008. Crystal structure of thioflavin 

T  bound  to  the  peripheral  site  of  Torpedo  californica  acetylcholinesterase  reveals  how 

thioflavin T acts as a sensitive fluorescent reporter of ligand binding to the acylation site, J. 

Am. Chem. Soc. 130: 7856–7861. 

Haris  PI,  Chapman  D,  Harrison  RA,  Smith  KF,  Perkins  SJ.  1990.  Conformational  transition 

between native  and  reactive  center  cleaved  forms of  α1‐antitrypsin by  Fourier  transform 

infrared spectroscopy and small‐angle neutron scattering. Biochemistry. 29: 1377–1380. 

References 

140  

Haris PI, Lee DC, Chapman D. 1986. A Fourier transform infrared investigation of the structural 

differences between ribonuclease A and ribonuclease S. Biochim Biophys Acta. 874: 255‐265.  

Haris  PI,  Severcan  F.  1999.  FTIR  spectroscopic  characterization  of  protein  structure  in 

aqueous and non‐aqueous media. J Mol Catal B Enzym. 7: 207‐221 

Hartshorne  DJ,  Stracher  A.  1965.  Deuterium‐hydrogen  exchange  of  muscle  proteins, 

Biochemistry. 4: 1917‐1923.  

Hashimoto M,  Rockenstein  E,  Crews  L, Masliah  E.  2003.  Role  of  protein  aggregation  in 

mitochondrial dysfunction and neurodegeneration  in Alzheimer's and Parkinson's diseases. 

Neuromolecular Med. 4: 21‐36.  

He W, Li Y, Tang J, Luan F, Jin J, Hu Z. 2006. Comparison of the characterization on binding of 

alpinetin and cardamonin to lysozyme by spectroscopic methods. Int. J. Biol. Macromol. 39: 

165–173.  

Heinrich M, Teoh HL. 2004. Galanthamine from snowdrop – the development of a modern 

drug  against  Alzheimer’s  disease  from  local  Caucasian  knowledge.  J  Ethnopharmacol.  92: 

147–162. 

Hirota  CL,  McKay  DM.  2006.  Cholinergic  regulation  of  epithelial  ion  transport  in  the 

mammalian intestine. Br J Pharmacol. 149: 463‐479.  

Hollman  PC,  Katan  MB.  1997.  Absorption,  metabolism  and  health  effects  of  dietary 

flavonoids in man. Biomed Pharmacother. 51: 305–310. 

Holzer P, Maggi CA. 1994. Synergistic  role of muscarinic acetylcholine and  tachykinin NK‐2 

receptors in intestinal peristalsis. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 349: 194‐201. 

Hostettmann  K,  Borloz  A,  Urbain  A,  Marston  A.  2006.  Natural  product  inhibitors  of 

acetylcholinesterase. Curr Org Chem. 10: 825–847. 

Houghton PJ, Agbedahunsi JM, Adegbulugbe A. 2004. Choline esterase inhibitory properties 

of alkaloids from two Nigerian Crinum species. Phytochemistry, 65: 2893‐2896. 

Huebbe  P, Wagner  AE,  Boesch‐Saadatmandi  C,  Sellmer  F, Wolffram  S,  Rimbach G.  2010. 

Effect of dietary quercetin on brain quercetin  levels and the expression of antioxidant and 

Alzheimer’s disease relevant genes in mice. Pharmacol Res. 61: 242–246. 

Hvidt A, Wallevik K. 1972. Conformational changes in human serum albumin as revealed by 

hydrogen‐deuterium exchange studies.  J. Biol. Chem. 247: 1530‐1535.  

Ingkaninan K, Temkitthawon P, Chuenchon K, Yuyaem T, Thongnoi W. 2003. Screening  for 

acetylcholinesterase  inhibitory  activity  in  plants  used  in  Thai  traditional  rejuvenating  and 

neurotonic remedies. J. Ethnopharmacol. 89: 261–264.  

Iwaoka E, Oku H,  Iinuma M,  Ishiguro K. 2010. Allergy‐preventive effects of  the  flowers of 

Impatiens textori. Biol Pharm Bull. 33: 714‐716.  

References 

141  

Iyo M, Namba H, Fukushi K, Shinotoh H, Nagatsuka S, Suhara T, Sudo Y, Suzuki K, Irie T. 1997. 

Measurement  of  acetylcholinesterase  by  positron  emission  tomography  in  the  brains  of 

healthy controls and patients with Alzheimer’s disease. Lancet. 349: 1805–1809. 

Jaarsveld E. 2006. The southern African Plectranthus and the art of turning shade to glade. 

Fernwood Press. Simon’s Town, South Africa. 

Jackson M,  Haris  PI,  Chapman  D.  1991.  Fourier  transform  infrared  spectroscopic  studies  of 

calcium‐binding proteins. Biochemistry. 30: 9681‐9686.  

Jacobsen  CF,  Leonis  J,  Linderstrom‐Lang  K,  Otteren M.  1957.  The  pH‐stat  and  its  use  in 

biochemistry. Methods Biochem Anal. 4: 171‐210. 

Janicsák G, Máthé I, Miklóssy‐Vári V, Blunden G. 1999. Comparative studies of the rosmarinic 

and caffeic acid contents of Lamiaceae species. Biochem Syst Ecol. 27: 733‐738. 

Jarvie  E, Cellek  S,  Sanger G. 2008. Potentiation by  cholinesterase  inhibitors of  cholinergic 

activity in rat isolated stomach and colon. Pharmacol Res. 58: 297–301. 

Ji  H‐F,  Zhang  H‐Y.  2006.,  Theoretical  evaluation  of  flavonoids  as  multipotent  agents  to 

combat Alzheimer's disease. J Mol Struct THEOCHEM. 767: 3–9. 

Jiang WL, Chen XG, Qu GW, Yue XD, Zhu HB, Tian JW, Fu FH. 2009. Rosmarinic acid protects 

against experimental  sepsis by  inhibiting proinflammatory  factor  release and ameliorating 

hemodynamics. Shock. 32: 608‐13. 

Jin  J, Zhang X. 2008. Spectrophotometric  studies on  the  interaction between pazufloxacin 

mesilate and human serum albumin or lysozyme. J Luminescence. 128: 81–86. 

Johnson CD, Russell RL. 1975. A rapid, simple radiometric assay for cholinesterase, suitable 

for multiple determinations. Anal Biochem. 64: 229‐238. 

Justino GC, Santos MR, Canário S, Borges C, Florêncio MH, Mira L. 2004. Plasma quercetin 

metabolites: structure–antioxidant activity  relationships. Arch Biochem Biophys. 432: 109–

121. 

Kadir A, Darreh‐Shori T, Almkvist O, Wall A, Grut M, Strandberg B, Ringheim A, B Eriksson, 

Blomquist  G,  Langstrom  B,  Nordberg  A.  2008.  PET  imaging  of  the  in  vivo  brain 

acetylcholinesterase activity and nicotine binding  in galantaminetreated patients with AD. 

Neurobiol Aging. 29: 1204–1217. 

Kanatt SR, Chander R, Sharma A. 2007. Antioxidant potential of mint (Mentha spicata L.)  in 

radiation‐processed lamb meat. Food Chem. 100: 451–458. 

Keldenich J. 2009. Measurement and prediction of oral absorption. Chem Biodivers. 6: 2000‐

2013. 

Kern  SM,  Bennett  RN,  Needs  PW,  Mellon  FA,  Kroon  PA,  Garcia‐Conesa  M‐T.  2003. 

Characterization of metabolites of hydroxycinnamates in the in vitro model of human small 

intestinal epithelium Caco‐2 cells. J Agric Food Chem. 51: 7884–7891. 

References 

142  

Kerr ML,  Small  DH.  2005.  Cytoplasmic  domain  of  the  beta‐amyloid  protein  precursor  of 

Alzheimer's  disease:  function,  regulation  of  proteolysis,  and  implications  for  drug 

development. J Neurosci Res. 80: 151‐159.  

Khan MT, Orhan  I, Senol FS, Kartal M, Sener B, Dvorská M, Smejkal K, Slapetová T. 2009. 

Cholinesterase  inhibitory activities of some flavonoid derivatives and chosen xanthone and 

their molecular docking studies. Chem Biol Interact. 181: 383‐389.  

Kim  H,  Kim  H,  Jung  S.    2008.  Aqueous  solubility  enhancement  of  some  flavones  by 

complexation with cyclodextrins, Bull Korean Chem Soc. 29: 590–594. 

Klebanoff SJ. 2005. Myeloperoxidase: friend and foe. J Leukoc Biol. 77: 598‐625. 

Kobayashi S, Konishi Y. 2008. Transepithelial transport of flavanone  in  intestinal Caco‐2 cell 

monolayers. Biochem. Biophys. Res. Commun. 368: 23‐29.  

Kobayashi S, Tanabe S, Sugiyama M, Konishi Y. 2008. Transepithelial transport of hesperetin 

and hesperidin in intestinal Caco‐2 cell monolayers. Biochim Biophys Acta. 1778: 33‐41. 

Kobayashi  S,  Watanabe  J,  Fukushi  E,  Kawabata  J,  Nakajima  M,  Watanabe  M.  2003. 

Polyphenols  from  some  foodstuffs  as  inhibitors of ovalbumin permeation  through Caco‐2 

cell monolayers. Biosci. Biotechnol. Biochem. 67: 1250‐1257. 

Komes  D,  Belščak‐Cvitanović  A,  Horžić  D,  Rusak  G,  Likić  S,  Berendika M.  2011.  Phenolic 

composition and antioxidant properties of some traditionally used medicinal plants affected 

by the extraction time and hydrolysis. Phytochem. Anal. 22: 172‐180.  

Kong  H,  Wang  M,  Venema  K,  Maathuis  A,  van  der  Heijden  R,  van  der  Greef  J,  Xu  G, 

Hankemeier T. 2009. Bioconversion of red ginseng saponins  in the gastro‐intestinal tract  in 

vitro model  studied  by  high‐performance  liquid  chromatography–high  resolution  Fourier 

transform ion cylcotron resonance mass spectrometry. J Chromatogr A. 1216: 2195–2203. 

Konishi Y, Hitomi Y, Yoshioka E. 2004. Intestinal Absorption of p‐Coumaric and Gallic Acids in 

Rats after Oral Administration. J. Agric. Food Chem. 52: 2527‐2532 

Konishi Y, Kobayashi  S,  Shimizu M. 2003. Tea polyphenols  inhibit  the  transport of dietary 

phenolic acids mediated by the monocarboxylic acid transporter (MCT)  in  intestinal Caco‐2 

cell monolayers. J Agric Food Chem. 51: 7296‐7302. 

Konishi Y, Kobayashi S. 2004a. Microbial Metabolites of Ingested Caffeic Acid Are Absorbed 

by the Monocarboxylic Acid Transporter (MCT) in Intestinal Caco‐2 Cell Monolayers. J. Agric. 

Food Chem. 52: 6418‐6424 

Konishi Y, Kobayashi  S. 2004b. Transepithelial Transport of Chlorogenic Acid, Caffeic Acid, 

and Their Colonic Metabolites in Intestinal Caco‐2 Cell Monolayers. J. Agric. Food Chem. 52: 

2518‐2526. 

Konishi Y, Kobayashi S. 2005. Transepithelial transport of rosmarinic acid in intestinal Caco‐2 

monolayers. Biosci Biotechnol Biochem. 69: 583‐591. 

References 

143  

Konishi Y, Zhao Z, Shimizu M. 2006. Phenolic Acids Are Absorbed from the Rat Stomach with 

Different Absorption Rates. J. Agric. Food Chem. 54: 7539‐7543. 

Konishi  Y., Hitomi  Y,  Yoshida M,  Yoshioka  E.  2005.  Pharmacokinetic  Study  of  Caffeic  and 

Rosmarinic Acids in Rats after Oral Administration. J Agric Food Chem. 53: 4740–4746. 

Kreis  ME,  Kasparek  M,  Zittel  TT,  Becker  HD,  Jehle  EC.  2001.  Neostigmine  increases 

postoperative colonic motility in patients undergoing colorectal surgery.  Surgery. 130: 449‐

456. 

Kumaran A, Karunakaran RJ. 2007. Activity‐guided isolation and identification of free radical‐

scavenging  components  from an aqueous extract of Coleus aromaticus. Food Chem., 100: 

356–361. 

Kuo MY, Liao MF, Chen FL, Li YC, Yang ML, Lin RH, Kuan YH. 2011. Luteolin attenuates the 

pulmonary inflammatory response involves abilities of antioxidation and inhibition of MAPK 

and NFκB pathways  in mice with endotoxin‐induced acute  lung  injury. Food Chem Toxicol.  

49: 2660‐2666. 

Lafay S, Gil‐Izquierdo A. 2008. Bioavailability of phenolic acids. Phytochem Rev. 7: 301–311. 

Laible NJ, Germaine GR. 1985. Bactericidal activity of human lysozyme, muramidase‐inactive 

lysozyme,  and  cationic  polypeptides  against  Streptococcus  sanguis  and  Streptococcus 

faecalis: inhibition by chitin oligosaccharides. Infect Immun. 48: 720–728. 

Lakowicz  JR, Weber  G.  1973. Quenching  of  fluorescence  by  oxygen.  Probe  for  structural 

fluctuations in macromolecules. Biochemistry. 12: 4161‐4170. 

Lakowicz JR. Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer, New York, 3rd edn., 2006, ch. 

8, pp. 278‐292. 

Laurent C, Besancon P, Caporiccio B. 2007.  Flavonoids  from a  grape  seed extract  interact 

with digestive secretions and  intestinal cells as assessed  in an  in vitro digestion/Caco‐2 cell 

culture model. Food Chem. 100: 1704–1712. 

Lee HJ,  Jeong  YI,  Lee  TH,  Jung  ID,  Lee  JS,  Lee  CM,  Kim  JI,  Joo H,  Lee  JD,  Park  YM.  2007. 

Rosmarinic acid  inhibits  indoleamine 2,3‐dioxygenase expression  in murine dendritic  cells. 

Biochem Pharmacol. 73: 1412‐21. 

Lee J, Kim YS, Park D. 2007. Rosmarinic acid induces melanogenesis through protein kinase A 

activation signaling. Biochem Pharmacol. 74: 960–968. 

Li P, Wang GJ, Li J, Hao HP, Zheng CN. 2006.  Identification of tanshinone  IIA metabolites  in 

rat liver microsomes by liquid chromatography‐tandem mass spectrometry. J Chromatogr A. 

1104:366‐369.  

Li Q‐L, Li B‐G, Zhang Y, Gao X‐P, Li C‐Q, Zhang G‐L. 2008. The angiotensin‐converting enzyme 

inhibitors from Rbdosia coetsa. Phytomedicine. 15: 386–388. 

References 

144  

Li  Y,  He WY,  Liu  H,  Yao  X,  Hu  Z.  2007.  Daidzein  interaction with  human  serum  albumin 

studied using optical spectroscopy and molecular modeling methods, J Mol Struct. 831: 144–

150. 

Lin C‐S, Kuo C‐L, Wang  J‐P, Cheng  J‐S, Huang Z‐W, Chen C‐F. 2007. Growth  inhibitory and 

apoptosis  inducing effect of Perilla  frutescens extract on human hepatoma HepG2  cells.  J 

Ethnopharmacol. 112: 557–567. 

Liu  G,  Ruedi  P.  1996.  Phyllocladanes  (13b‐kauranes)  from  Plectranthus  ambiguus. 

Phytochemistry. 41: 1563–1568. 

Liu Y, Hu M. 2002. Absorption and metabolism of flavonoids in the caco‐2 cell culture model 

and a perused rat intestinal model. Drug Metab Dispos. 30: 370‐377.  

Lorenzi H, Matos FJA. 2002. Plantas medicinais no Brasil  ‐ nativas e exóticas, 2nd Edition. 

Instituto Plantarum de Estudos da Flora, Nova Odessa, Brasil. 

Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. 1951. Protein measurement with  the Folin 

phenol reagent, J. Biol. Chem. 193: 265–275. 

Lukhoba CW, Simmonds MSJ, Paton AJ. 2006. Plectranthus: A review of ethnobotanical uses. 

J Ethnopharmacol. 103: 1‐24.  

Makino T, Furuta Y, Wakushima H, Fujii H, Saito K, Kano Y. 2003. Anti‐allergic effect of Perilla 

frutescens and its active constituents. Phytother Res. 17: 240‐243. 

Manach  C,  Williamson  G,  Morand  C,  Scalbert  A,  Rémésy  C.  2005.  Bioavailability  and 

bioefficacy of polyphenols in humans. I. Review of 97 bioavailability studies. Am J Clin Nutr. 

81: 230S‐242S. 

Marais JPJ, Deavours B, Dixon RA, Ferreira D. 2006. The stereochemistry of flavonoids in The 

Science of Flavonoids, ed. Grotewold E, Springer, New York, pp 1‐46.  

Mata  AT,  Proença  C,  Ferreira  AR,  Serralheiro  MLM,  Nogueira  JMF,  Araújo  MEM.  2007. 

Antioxidant  and  antiacetylcholinesterase  activities  of  five  plants  used  as  Portuguese  food 

spices. Food Chem. 103: 778–786. 

McDougall  GJ,  Fyffe  S,  Dobson  P,  Stewart  D.  2005.  Anthocyanins  from  red  wine‐‐their 

stability under simulated gastrointestinal digestion. Phytochemistry. 66: 2540‐2548.  

McDougall GJ, Fyffe S, Dobson P, Stewart D. 2007.  Anthocyanins from red cabbage‐‐stability 

to simulated gastrointestinal digestion. Phytochemistry. 68: 1285‐94.  

McGleenon  BM,  Dynan  KB,  Passmore  AP.  1999.  Acetylcholinesterase  inhibitors  in 

Alzheimer’s disease. Br. J. Clin. Pharmacol. 48: 471–480. 

Mecocci  P,  Polidori MC.  2011.Antioxidant  clinical  trials  in mild  cognitive  impairment  and 

Alzheimer's disease. Biochim Biophys Acta. doi:10.1016/j.bbadis.2011.10.006.  

References 

145  

Meda L, Baron P, Scarlato G. 2001. Glial Activation in Alzheimer's disease: the role of Abeta 

and its associated proteins. Neurobilogy of Aging, 22: 885‐893. 

Meda  L,  Cassatella M,  Szendrei G, Otvos  L, Baron  P, Villalba M,  Ferrari D,  Rossi  F.  1995. 

Activation of microglial cells by β‐amyloid protein and interferron‐γ. Nature, 374: 647‐650. 

Meotti  FC,  Senthilmohan  R,  Harwood  DT,  Missau  FC,  Pizzolatti  MG,  Kettle  AJ.  2008. 

Myricitrin  as  a  substrate  and  inhibitor  of  myeloperoxidase:  implications  for  the 

pharmacological effects of flavonoids. Free Radic Biol Med. 44: 109‐20. 

Militello V, Casarino C, Emanuele A, Giostra A, Pullara F, Leone M. 2004. Aggregation kinetics 

of bovine serum albumin studied by FTIR spectroscopy and  light scattering. Biophys Chem. 

107: 175‐187 

Morand C, Crespy V, Manach C, Besson C, Demigné C, Rémésy C. 1998. Plasma metabolites 

of  quercetin  and  their  antioxidant  properties.  Am  J  Physiol  Regulatory  Integrative  Comp 

Physiol. 275: 212‐219. 

Mosmann, T. 1983. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: Application to 

proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods. 65: 55‐63. 

Mukjerjee P K, Kumar V, Mal M, Houghton PJ. 2007. Acetylcholinesterase  inhibitors  from 

plants. Phytomedicine. 14: 289–300. 

Nabekura T, Yamaki T, Hiroi T, Ueno K, Kitagawa S. 2010. Inhibition of anticancer drug efflux 

transporter P‐glycoprotein by rosemary phytochemicals. Pharmacol. Res. 61: 259‐263. 

Nakazawa T, Ohsawa K. 1998. Metabolism of rosmarinic acid  in rats. J. Nat. Prod. 61: 993–

996. 

Ng  SP,  Wong  KY,  Zhang  L,  Zuo  Z.  2005.  Evaluation  of  the  first‐pass  glucoronidation  of 

selected flavones in gut by Caco‐2 monolayer model. J Pharm Pharm Sci. 8: 1‐9. 

Ohnishi S, Takano K. 2004. Amyloid fibrils from the viewpoint of protein folding. Cell Mol Life 

Sci. 61: 511‐24.  

O'Leary KA, Day AJ, Needs PW, Mellon FA, O'Brien NM, Williamson G. 2003. Metabolism of 

quercetin‐7‐ and quercetin‐3‐glucuronides by an in vitro hepatic model: the role of human β‐

glucuronidase, sulfotransferase, catechol‐O‐methyltransferase and multi‐resistant protein 2 

(MRP2) in flavonoid metabolism. Biochem. Pharmacol. 65: 479–491. 

Orhan I, Aslant S, Kartal M, Sener B, Baser KHC. 2008. Inhibitory effect of Turkish Rosmarinus 

officinalis  L. on acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase enzymes.  Food Chem. 108: 

663–668. 

Orhan  I,  Sener  B,  Choudhary  M  I,  Khalid  A.  2004.  Acetylcholinesterase  and 

butyrylcholinesterase inhibitory activity of some Turkish medicinal plants. J Ethnopharmacol. 

91: 57–60. 

References 

146  

Osakabe N, Yasuda A, Natsume M, Yoshikawa T. 2004. Rosmarinic acid  inhibits epidermal 

inflammatory  responses: anticarcinogenic effect of Perilla  frutescens extract  in  the murine 

two‐stage skin model. Carcinogenesis. 25: 549‐557. 

Pádua BC, Silva LD, Rossoni Júnior JV, Humberto JL, Chaves MM, Silva ME, Pedrosa ML, Costa 

DC.  2010. Antioxidant  properties  of  Baccharis  trimera  in  the  neutrophils  of  Fisher  rats.  J 

Ethnopharmacol. 129: 381‐386. 

Parejo  I,  Caprai  E,  Bastida  J,  Viladomat  F,  Jauregui  O,  Codina  C.  2004.  Investigation  of 

Lepechinia  graveolens  for  its  antioxidant  activity  and  phenolic  composition.  J 

Ethnopharmacol. 94: 175–184. 

Pederson JA. 2000. Distribution and taxonomic implications of some phenolics in the family 

Lamiaceae determined by ESR spectroscopy. Biochem. Syst Ecol. 28: 229–253. 

Percival  SS,  Turner RE.  2007. Applications  of Herbs  to  Functional  Foods.  In: Handbook  of 

Nutraceuticals and Functional Foods, 2nd Ed. (Edited by R. E. C. Wildman), CRC Press, pp 269–

284. 

Pereira P, Tysca D, Oliveira P, Brum LFS, Picada JN, Ardenghi P. 2005. Neurobehavioral and 

genotoxic aspects of rosmarinic acid, Pharmacol. Res. 52: 199–203. 

Petersen M, Simmonds MSJ. 2003. Rosmarinic acid. Phytochemistry. 62: 121–125. 

Ponec RJ, Saunders MD, Kimmey MB. 1999. Neostigmine for the treatment of acute colonic 

pseudo‐obstruction. N Engl J Med. 341: 137‐141.   

Porfírio  S,  Falé  PL,  Madeira  PJA,  Florêncio  MH,  Ascensão  L,  Serralheiro  MLM.  2010. 

Antiacetylcholinesterase and antioxidant activities of Plectranthus barbatus tea, after in vitro 

gastrointestinal metabolism. Food Chem. 122: 179‐87. 

Probst RJ, Lim JM, Bird DN, Pole GL, Sato AK, Claybaugh JR. 2006. Gender differences in the 

blood volume of conscious Sprague‐Dawley rats. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 45: 49–52. 

Randall  D,  Burggren W,  French  K.  2000.  Eckert  Animal  Physiology,  Fourth  Edition. W.H. 

Freeman and Company. New York, USA. 

Rawel  HW,  Frey  SK,  Meidtner  K,  Kroll  J,  Schweigert  FJ.  2006.  Determining  the  binding 

affinities  of  phenolic  compounds  to  proteins  by  quenching  of  the  intrinsic  tryptophan 

fluorescence. Mol Nutr Food Res. 50:, 705–713. 

Regasini LO, Vellosa JC, Silva DH, Furlan M, de Oliveira OM, Khalil NM, Brunetti IL, Young MC, 

Barreiro  EJ,  Bolzani  VS.  2008.  Flavonols  from  Pterogyne  nitens  and  their  evaluation  as 

myeloperoxidase inhibitors. Phytochemistry. 69: 1739‐44. 

Rocchetti M, Besana A, Mostacciuolo G, Ferrari P, Micheletti R, Zaza A. 2003. Diverse toxicity 

associated  with  cardiac  Na+/K+  pump  inhibition:  evaluation  of  electrophysiological 

mechanisms. J. Pharmacol. Exp. Ther. 305: 765‐771. 

References 

147  

Rodney G, Swanson AL, Wheeler LM, Smith GN, Worrel CS. 1950. The effect of a series of 

flavonoids on hyaluronidase and some other related enzymes. J Biol Chem. 183: 739–747. 

Ronca  F, Palmieri  L, Panicucci P, Ronca G. 1998. Anti‐inflammatory activity of  chondroitin 

sulphate. Osteoarthritis Cartilage. 6: 14‐21. 

Ross  PD,  Subramanian  S.  1981.  Thermodynamics  of  protein  association  reactions:  forces 

contributing to stability, Biochemistry. 20: 3096‐3102.  

Salawu  FK,  Umar  JT,  Olokoba  AB.  2011.  Alzheimer's  disease:  A  review  of  recent 

developments. Ann Afr Med. 10: 73‐79. 

Sanson B, Colletier  JP, Xu Y, Lang PT,  Jiang H, Silman  I, Sussman  JL, Weik M. 2011. Backdoor 

opening  mechanism  in  acetylcholinesterase  based  on  X‐ray  crystallography  and  molecular 

dynamics simulations. Protein Sci. 20: 1114‐1118.  

Sasho  S, Obase H,  Ichikawa  S,  Kitazawa  T, Nonaka H,  Yoshizaki R,  Ishii A,  Shuto  K.  1995. 

Synthesis  of  2‐imidazolidinylidene  Propanedinitrile  Derivatives  as  Stimulators  of 

Gastrointestinal Motility – III. Bioorg Med Chem. 3: 279‐287.  

Scalbert A, Williamson G. 2000. Dietary intake and bioavailability of polyphenols. J Nutr. 130: 

2073S–2085S. 

Schultz C, Bossolani MP, Torres LM, Lima‐Landman MT, Lapa AJ, Souccar C. 2007. Inhibition 

of  the  gastric  H+,K+  ‐ATPase  by  plectrinone  A,  a  diterpenoid  isolated  from  Plectranthus 

barbatus Andrews. J Ethnopharmacol. 111: 1‐7. 

Schutte ME, Boersma MG, Verhallen DA, Groten  JP, Rietjens  IM. 2008. Effects of  flavonoid 

mixtures  on  the  transport  of  2‐amino‐1‐methyl‐6‐phenylimidazo[4,5‐b]pyridine  (PhIP) 

through  Caco‐2  monolayers:  an  in  vitro  and  kinetic  modeling  approach  to  predict  the 

combined effects on transporter inhibition. Food Chem Toxicol. 46: 557‐566.   

Sheng R, Lin X, Zhang J, Chol KS, Huang W, Yang B, He Q, Hu Y. 2009. Design, synthesis and 

evaluation of flavonoid derivatives as potent AChE  inhibitors. Bioorg Med Chem. 17: 6692–

6698.  

Shi R, Qiao S, Yu D, Shi X, Liu M, Jiang X, Wang Q, Zhang L. 2011. Simultaneous determination 

of  five  flavonoids  from  Scutellaria  barbata  extract  in  rat  plasma  by  LC‐MS/MS  and  its 

application to pharmacokinetic study.  J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 879: 

1625‐1632.  

Shimoi K, Okada H, Furugori M, Goda T, Takase S, Suzuki M, Hara Y, Yamamoto H, Kinae N. 

1998.  Intestinal absorption of  luteolin and  luteolin 7‐O‐beta‐glucoside  in rats and humans, 

FEBS Lett. 438: 220–224. 

Silman I, Sussman JL. 2008. Acetylcholinesterase: How is structure related to function? Chem 

Biol Interact. 175: 3‐10.  

References 

148  

Sinko G, Calić M, Bosak A, Kovarik Z. 2007. Limitations of the Ellman method: cholinesterase 

activity measurement in the presence of oximes. Anal Biochem. 370: 223‐227. 

Spencer JP, Chaudry F, Pannala AS, Srai SK, Debnam E, Rice‐Evans C. 2000. Decomposition of 

cocoa procyanindins in the gastric milieu. Biochem Biophys Res Commun. 27: 236–241. 

Spencer  JPE. 2003. Metabolism of  tea  flavonoids  in  the gastrointestinal  tract.  J Nutr. 133: 

3255S–3261S. 

Stuchbury G, Münch G. 2005. Alzheimer’s associated  inflammation, potential drug  targets 

and future therapies. J Neural Transm. 112: 429‐453. 

Tabart  J,  Franck  T,  Kevers  C,  Pincemail  J,  Serteyn  D,  Defraigne  J‐O,  Dommes  J.  2011. 

Antioxidant and anti‐inflammatory activities of Ribes nigrum extracts. Food Chem. In Press. 

doi:10.1016/j.foodchem.2011.09.076 

Tabet N. 2006. Acetylcholinesterase  inhibitors  for Alzheimer’s disease: anti‐inflammatories 

in acetylcholine clothing! Age Ageing. 35: 336–338. 

Tantipolphan  R,  Rades  T, McQuillan  AJ, Medlicott  NJ.  2007.  Adsorption  of  bovine  serum 

albumin  (BSA)  onto  lecithin  studied  by  attenuated  total  reflectance  Fourier  transform 

infrared (ATR‐FTIR) spectroscopy, Int. J. Pharm. 337: 40–47. 

Temple MD, Perrone GG, Dawes  IW. 2005. Complex cellular  responses  to  reactive oxygen 

species. Trends in Cell Biology, 15: 319‐326 

Tepe B, Daferera D, Sokmen A, Sokmen M, Polissiou M. 2005. Antimicrobial and antioxidant 

activities of essential oil and various extracts of Salvia tomentosa Miller  (Lamiaceae). Food 

Chem. 90: 333–340. 

Ticli FK, Hage LI, Cambraia RS, Pereira PS, Magro AJ, Fontes MR, Stábeli RG, Giglio JR, França 

SC, Soares AM, Sampaio SV. 2005. Rosmarinic acid, a new  snake venom phospholipase A2 

inhibitor  from  Cordia  verbenacea  (Boraginaceae):  Antiserum  action  potentiation  and 

molecular interaction. Toxicon. 46: 318–327. 

Trouillas  P,  Calliste  C‐A,  Allais  D‐P,  Simon  A,  Marfak  A,  Delage  C,  Duroux  J‐L.  2003. 

Antioxidant,  anti‐inflammatory  and  antiproliferative  properties  of  sixteen  water  plant 

extracts used in Limousin countryside as herbal teas. Food Chem. 80: 399–407. 

Tsuji A, Takanaga H, Tamai I, Terasaki T. 1994. Transcellular transport of benzoic acid across 

Caco‐2 cells by a pH‐dependent and carrier‐mediated transport mechanism. Pharm Res. 11: 

30‐37. 

Vaidyanathan  JB,  Walle  T.  2003.  Cellular  uptake  and  efflux  of  the  tea  flavonoid  

(‐)epicatechin‐3‐gallate  in the human  intestinal cell  line Caco‐2. J Pharmacol Exp Ther. 307: 

745‐52. 

Varshney A, Sen P, Ahmad E, Rehan M, Subbarao N, Khan RH. 2010. Ligand binding strategies 

of human serum albumin: How can the cargo be utilized? Chirality 22: 77–87. 

References 

149  

Viña  J,  Lloret A, Ortí R, Alonso D. 2004. Molecular bases of  the  treatment of Alzheimer’s 

disease with antioxidants: prevention of oxidative stress. Mol Aspects Med. 25:117‐123.  

Vinutha  B,  Prashanth  D,  Salma  K,  Sreeja  SL,  Pratiti  D,  Padmaja  R,  Radhika  S,  Amit  A, 

Venkateshwarlu  K,  Deepak  M.  2006.  Screening  of  selected  Indian  medicinal  plants  for 

acetylcholinesterase inhibitory activity. J Ethnopharmacol. 109: 359‐363. 

Walgren  RA, Walle  UK, Walle  T.  1998.  Transport  of  Quercetin  and  Its  Glucosides  across 

Human Intestinal Epithelial Caco‐2 Cells. Biochem Pharmacol. 55: 1721‐1727. 

Walle UK, Galijatovic A, Walle T. 1999. Transport of the flavonoid chrysin and its conjugated 

metabolites by the human intestinal cell line Caco‐2. Biochem Pharmacol. 58: 431‐438. 

Wang Q, Morris ME. 2007. Flavonoids modulate monocarboxylate  transporter‐1‐mediated 

transport of gamma‐hydroxybutyrate in vitro and in vivo. Drug Metab Dispos. 35: 201–208. 

Wang Y, Cao  J, Zeng SJ. 2005.  Involvement of P‐glycoprotein  in regulating cellular  levels of 

Ginkgo  flavonols:  quercetin,  kaempferol,  and  isorhamnetin.  J  Pharm  Pharmacol.  57:  751–

758. 

Weiss S, Klein R, Slivka A, Wei M. 1982. Chlorination of Taurine by Human Neutrophils. J Clin 

Invest. 70: 598‐607. 

Wong KK, Ngo  JC,  Liu  S,  Lin HQ, Hu C,  Shaw PC, Wan DC. 2010.  Interaction  study of  two 

diterpenes,  cryptotanshinone  and  dihydrotanshinone,  to  human  acetylcholinesterase  and 

butyrylcholinesterase  by molecular  docking  and  kinetic  analysis.  Chem  Biol  Interact.  187: 

335‐339.  

Wu Y, Zhou C, Song L, Li X, Shi S, Mo J, Chen H, Bai H, Wu X, Zhao J, Zhang R, Hao X, Sun H, 

Zhao  Y.  2006.  Effect  of  total  phenolics  from  Laggera  alata  on  acute  and  chronic 

inflammation models, J Ethnopharmacol 108: 243–250. 

Xiao  J,  Cao  H,  Chen  T,  Yang  F,  Liu  C,  Xu  X.  2011.  Molecular  property‐binding  affinity 

relationship of flavonoids for common rat plasma proteins in vitro. Biochimie 93: 134–140. 

Xiao  J,  Suzuki M,  Jiang  X,  Chen  X,  Yamamoto  K,  Ren  F,  Xu M.  2008.  Influence  of  B‐ring 

hydroxylation on  interactions of flavonols with bovine serum albumin, J. Agric. Food Chem. 

56: 2350–2356.  

Yamamoto Y, Takahashi Y, Kawano M, Iizuka M, Matsumoto T, Saeki S, Yamaguchi H. 1999. 

In vitro digestibility and fermentability of levan and its hypocholesterolemic effects in rats. J 

Nutr Biochem. 10: 13–18. 

Yang  Y,  Hua  Q,  Fan  Y,  Shen  H.  2008.  Study  on  the  binding  of  luteolin  to  bovine  serum 

albumin. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 69: 432–436. 

Yoshino K, Suzuki M, Saski K, Miyase T, Sano M. 1999. Formation of antioxidants  from  (‐)‐

epigallocatechin gallate  in mild alkaline fluids, such as authentic  intestinal  juice and mouse 

plasma. J Nutr Biochem. 10: 223–229. 

References 

150  

Yu  JQ,  Liao  ZX,  Cai  XQ,  Lei  JC,  Zou  GL.  2007.  Composition,  antimicrobial  activity  and 

cytotoxicity  of  essential  oils  from  Aristolochia mollissima.  Environ  Toxicol  Pharmacol.  23: 

162‐167. 

Yuan  J,  lv Z,  Liu Z, Hu Z, Zou G. 2007. Study on  interaction between apigenin and human 

serum albumin by spectroscopy and molecular modelling,  J Photochem Photobiol A Chem. 

191: 104–113. 

Zeraik ML, Serteyn D, Deby‐Dupont G, Wauters J‐N, Tits M, Yariwake JH, Angenot L, Franck T. 

2011.Evaluation of  the antioxidant activity of passion  fruit  (Passiflora edulis and Passiflora 

alata) extracts on stimulated neutrophils and myeloperoxidase activity assays. Food Chem. 

128: 259–265 

Zheng GZ, Bhatia P, Kolasa T, Patel M, El Kouhen OF, Chang R, Uchic ME, Miller L, Baker S, 

Lehto  SG,  Honore  P, Wetter  JM, Marsh  KC, Moreland  RB,  Brioni  JD,  Stewart  AO.  2006. 

Correlation  between  brain/plasma  ratios  and  efficacy  in  neuropathic  pain  models  of 

selective  metabotropic  glutamate  receptor  1  antagonists,  Bioorg.  Med.  Chem.  Lett.  16: 

4936–4940.