Plants are an important source to identify clinically useful and safe natural products that can support the immune system and alleviate or prevent bacterial, viral and even tumor diseases. Lysozyme is one of the most important factors of innate immunity and a unique enzybiotic in that it exerts not only antibacterial activity, but also antiviral, anti-inflammatory, anticancer and immunomodulatory activities. As bacteria become progressively more resistant to exogenously applied antibiotics, herbal medicines that affect innate immunity components, such as lysozyme, may offer new therapeutic approaches. There is only little data in the literature concerning the influence of medicinal plants and natural products on the production and release of lysozyme activity in human cells. The principal purpose of the present work was to investigate medicinal plants and natural products as potential resources for identifying immune-modulatory agents through affecting lysozyme activity levels secreted form the human cells, including several herbal extracts and its isolated phytochemicals, saponins, essential oils, flavonoids and propolis. We have investigated several methods to determine lysozyme activity of human cells. This work represents a new fluorescence- based assay, which has been proved to be highly sensitive method for detecting lysozyme activity at low levels e.g. in cell culture systems. The classical turbidimetric microplate assay has been illustrated to provide an inexpensive method with less sensitivity in comparison with the fluorometric assay. Contrary to methods such as ELISA, in which lysozyme is detected only as a protein, the sensitive fluorometric method used in our experiments can measure directly the activity of lysozyme. Because the level of active lysozyme may be more relevant for elucidating the biological properties and the defensive role of this protein, the fluorometric assay would provide more meaningful results for assessing the biological activity of the tested substances than that provided by the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Furthermore, we have identified human monocytic and epithelial cell systems suitable for lysozyme-regulation studies that can produce and release detectable amounts of lysozyme activity in cell cultures. By utilizing these cell systems we could find several herbal, bacterial and synthetic products as stimulators or inhibitors of lysozyme activity levels in human cells. Demonstrated ability of several herbal extracts and phytochemicals to enhance the release and/or production of lysozyme activity in monocytes and epithelial cells has presented a novel mechanism of action that contributes to explaining important biological characteristics of these natural products, including antibacterial, antiviral, anti-tumor, anti-ulcer, anti-inflammatory and immune-stimulating properties. This work has presented for the first time novel immune- stimulatory activity of tomatine, aconitine and other natural products through the stimulation of the secretion of lysozyme, the important defense molecule of the innate immune system, which is able to control the growth of susceptible bacteria and to modulate host immunity against infections and depressions of immune responses.
Pflanzen sind eine wichtige Quelle, um klinisch nützliche und sichere Naturprodukte zu identifizieren, die das Immunsystem unterstützen und bakterielle, virale und Tumor Erkrankungen abwehren oder lindern können. Lysozym ist einer der wichtigsten Faktoren der angeborenen Immunität und ein Enzym-basierendes Antibiotikum, das auch antivirale, antiinflammatorische, antitumorale und immunmodulatorische Wirkung aufweist. Da Bakterien zunehmend resistent gegen exogen applizierte Antibiotika geworden sind, können pflanzliche Arzneimittel, die wichtige Komponenten der angeborenen Immunität wie Lysozym beeinflussen, neue therapeutische Ansätze bieten. Es gibt nur sehr wenige Daten in der Literatur über den Einfluss von Heilpflanzen und Naturstoffen auf die Produktion und Freisetzung von Lysozym-Aktivität in humanen Zellen. Der Hauptzweck der vorliegenden Arbeit war es, Heilpflanzen und Naturstoffe als potenzielle Ressourcen für die Identifizierung immunmodulatorischer Substanzen durch Beeinflussung der Lysozym-Aktivität in humanen Zellen zu untersuchen, darunter mehrere Drogenextrakte und seine isolierte Pflanzenstoffe, Saponine, ätherische Öle, Flavonoide und Propolis. Wir haben verschiedene Methoden untersucht, um den Lysozymgehalt humaner Zellen zu bestimmen. Diese Arbeit stellt einen neuen Fluoreszenz-Assay vor, der sich als hochempfindliche Methode zur Bestimmung von Lysozym-Aktivität in niedrigen Konzentrationen z.B. in den Zellkultur-Systemen erwies. Der klassische turbidimetrische Mikrotiterplatten-Assay wurde als kostengünstige Methode mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich zu dem fluorimetrischen Assay verwendet. Im Gegensatz zu Methoden, wie ELISA-Verfahren, in denen Lysozym nur als Protein nachgewiesen wird, kann die in unseren Untersuchungen verwendete sensitive fluorimetrische Bestimmungsmethode die Lysozym-Aktivität direkt messen. Da für die antibakteriellen und immunmodulierenden Eigenschaften des Lysozyms seine enzymatische Aktivität entscheidend ist, bietet die fluorimetrische Bestimmungsmethode eine sicherere Basis zur Beurteilung der biologischen Aktivität der eingesetzten Stoffen im Vergleich zum ELISA-Technik. Darüber hinaus wurden für Lysozymregulationsstudien geeignete Zelllinien humaner Monozyten und Epithelzellen identifiziert, die nachweisbare Mengen von Lysozym-Aktivität in Zellkulturen produzieren und freisetzen konnten. Durch die Nutzung dieser Zellsysteme konnten mehrere pflanzliche, bakterielle und synthetische Produkte als Stimulatoren oder Inhibitoren von Lysozym Aktivität in menschlichen Zellen getestet werden. Die nachgewiesene Fähigkeit von mehreren Drogenextrakten und Naturstoffen, die Freisetzung und/oder Produktion von Lysozym-Aktivität in Monozyten und Epithelzellen zu steigern, zeigte einen neuartigen Wirkmechanismus, der wichtige biologische Eigenschaften wie antibakterielle, antivirale, anti- inflammatorische, antitumorale, anti-Ulcus und immunstimulierende Eigenschaften der eingesetzten Stoffe erklären kann. Diese Arbeit konnte zum ersten Mal eine neuartige immunstimulierende Wirkung von Tomatin, Aconitin und vielen anderen Naturprodukten durch Stimulation der Lysozymaktivität vorstellen.
