Форсколи́н (7β-ацетокси-8,13-эпокси-1α,6β,9α-тригидроксилабд-14-ен-11-он), природное химическое соединение, трициклический лабдановый дитерпеноид, C₂₂H₃₄O₇, t_пл 230–232 °C.

Нахождение в природе

Основным источником форсколина является колеус форсколии (Coleus forskohlii), произрастающий в Индии. Наличие форсколина в экстракте является особенностью колеуса форсколии, в то время как в других растениях этого рода, например Coleus amboinicus, Coleus blumei, Coleus canisus, Coleus malabaricus, Coleus parviflorus и Coleus Spicatus и других таксономически родственных, например шпороцветники (Plectranthus), он отсутствует.

Экстракт корня колеуса форсколии, наряду с форсколином, содержит несколько родственных дитерпеноидов: 6-ацетил-7-деацетилфорсколин (колеонол Б), а также 7-деацетилфорсколин, 9-деоксифорсколин, 1,9-дидеоксифорсколин и 1,9-дидеокси-7-деацетилфорсколин. Содержание форсколина может колебаться от 0,013 % до 0,728 % от сухого веса корня (Molecular and chemotypic variability of forskolin... 2017).

Биосинтез и генная инженерия

Как и для большинства дитерпеноидов, биосинтез форсколина начинается с циклизации геранилгеранил пирофосфата. Было достоверно установлено, что образование трициклического скелета форсколина происходит в 2 стадии: на первом этапе под действием копал-8-ол дифосфат гидратазы (CfTPS2) образуется копал-8-ол дифосфат, который при воздействии CfTPS3 cтереоспецифично циклизуется в (13R)-манноил оксид. Дальнейший биосинтез требует последовательных окислений и осуществляется с участием набора цитохром P450 зависимых монооксигеназ (CYP) и одной ацетилтрансферазы. Всего в биосинтезе форсколина задействовано 5 моноксигеназ: CfCYP76AH8, CfCYP76AH11, CfCYP76AH15, CfCYP76AH16, CfCYP76AH17, однако ключевыми являются три: CfCYP76AH15 (окисление положения 11, вероятное окисление положения 1), CfCYP76AH11 (окисление положений 6,7, вероятное окисление 1) и CfCYP76AH16 (окисление положения 9), а также ацетилтрансфераза CfACT1-8, что было показано с помощью успешной непродолжительной (транзиентной) экспрессии в клетках растения Nicotiana benthamiana рода табак (Total biosynthesis of the cyclic AMP booster forskolin... 2017).

Схема биосинтеза форсколина.Схема биосинтеза форсколина.Ввиду относительно низкого содержания форсколина и наличия всего одного природного источника активно ведутся попытки создания новых источников этого соединения методами генной инженерии. Успехи последних лет в изучении биосинтеза форсколина (2016–2023) позволили экспрессировать нужные гены и создать микробные клеточные фабрики на основе пекарских дрожжей с титром форсколина свыше 79 мг/л (Total biosynthesis ... 2017; Construction and optimization of Saccharomyces cerevisiae... 2022).

Биологическая активность и применение

Основная биологическая активность форсколина связана с тем, что он является аллостерическим активатором аденилатциклаз – ферментов, катализирующих превращение аденозин 5’-трифосфата (АТФ) в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). цАМФ, в свою очередь, является важнейшим вторичным посредником, регулирующим многие биологические процессы в клетке, в частности активность протеинкиназ. Поэтому форсколин активно используется в клеточной биологии в качестве инструмента, позволяющего эффективно повысить концентрацию цАМФ в клетке (International union of basic and clinical pharmacology... 2017).

Существует 10 изоформ аденилатциклаз, отличающихся различной локализацией, распределением в тканях и физиологическими функциями. AC10, или растворимая аденилатциклаза sAC, присутствует почти в каждой клетке и не активируется форсколином (её активатором выступает гидрокарбонат анион HCO^3–). Остальные 9 изоформ представляют собой мембраносвязанные белки, участвующие в передаче сигнала рецепторами, сопряжёнными с G-белком, и способны производить цАМФ после связывания с Gαs субъединицей G-белка. Форсколин аллостерически взаимодействует с форсколин-связывающим сайтом субъединицы, изменяет конформацию белка, что приводит к значительному увеличению продукции цАМФ.

Основные проблемы использования форсколина в медицинских целях связаны с особенностями изоформ аденилатциклаз, а также возможностью неселективного взаимодействия форсколина с другими ферментами. Так, аденилатциклазы AC1 и AC8 в основном экспрессируются нервными клетками и связаны с когнитивными процессами и восприятием боли, в то время как AC5, AC6 и AC9 локализуются в сердце и связаны с соответствующими заболеваниями. Помимо указанных функций, мутации аденилатциклаз доказанно связаны с различными заболеваниями, например, мутации AC3 приводят к ожирению и диабету 2-го типа. Природный форсколин не отличается высокой изоформ-селективностью и способен к активации практически всех мембраносвязанных аденилатциклаз. (Structural basis of adenylyl cyclase 9 activation... 2022).

Экстракт корня форсколии используется в аюрведической медицине.

Ведётся разработка лекарственных препаратов на основе химических производных форсколина, обладающих улучшенными свойствами. В Японии зарегистрирован NKH477 (6-(3-диметиламинопропионил)форсколина гидрохлорид), двукратно более активный к аденилатциклазе 5-го типа, который может применяться при сердечной недостаточности (International union of basic and clinical pharmacology... 2017).

Химический синтез

Ввиду большого интереса к биологической активности форсколина и его производных, а также его достаточно сложной структуре разработано несколько подходов к полному синтезу форсколина.

Синтез форсколина, произведённый в 1988 г. группой Э. Дж. Кори, – один из классических полных синтезов в органической химии. Данный синтез активно использует реакцию Дильса – Альдера (внутримолекулярное [4+2]-циклоприсоединение алкинов, циклоприсоединение синглетного кислорода), а также 1,4-присоединение органокупратов. В 2017 и 2019 гг. опубликованы современные подходы к синтезу форсколина группами Якуба Швенды (Чешская Республика) и Сергея Пронина (США) (A concise synthesis of forskolin... 2017; A radical-polar crossover annulation to access terpenoid motifs... 2019).