Flavonoidide ja makromolekulide koostoimed inimeste haigustes, keskendudes Alzheimerile, ateroskleroosile ja vähile

Jõua e-posti aadressile:tina.xiang@wecistanche.comRohkem informatsiooni

Abstraktne: Flavonoidid, polüfenoolide klass, mida tarbitakse iga päev meie toidus, on seotud oksüdatiivse stressiga (OS) seotud krooniliste haiguste, nagu südame-veresoonkonna haigused, neurodegeneratiivsed haigused, vähk japõletik. Flavonoidide seotust operatsioonisüsteemiga seotud krooniliste haigustega on traditsiooniliselt seostatud nende antioksüdantse toimega. Hiljutised uuringud näitavad siiski, et flavonoidide kasulikku mõju võib seostada nende vastasmõjuga raku makromolekulidega, mitte avaldada otsest antioksüdantset toimet. See ülevaade annab ülevaate hiljuti arenenud uuringutest flavonoidide ja lipoproteiinide, valkude, kromatiini, DNA ja rakusignaalmolekulide vahel, mis on seotud operatsioonisüsteemiga seotud krooniliste haigustega; see keskendub mehhanismidele, mille abil flavonoidid nõrgendavad eelnimetatud krooniliste haiguste arengut otsese ja kaudse mõju kaudu geeniekspressioonile ja raku funktsioonidele. Käesolevas ülevaates võetakse kokku kirjanduse ja meie hiljutiste uuringute andmed ning võrreldakse seejärel konkreetsete flavonoidide koostoimeid nende sihtmärkidega, keskendudesflavonoidstruktuuri ja tegevuse suhted. Lisaks on esitatud erinevad meetodid flavonoid-valgu ja flavonoid-DNA interaktsioonide hindamiseks. Meie eesmärk on valgustada flavonoidide toimet kehas lisaks nende väljakujunenud otsesele antioksüdantsele aktiivsusele ning anda ülevaade mehhanismidest, mille abil need igapäevaselt tarbitavad väikesed molekulid mõjutavad raku funktsioone.

Märksõnad:flavonoid; antioksüdant; oksüdatiivne stress; põletik; Alzheimer; ateroskleroos; vähk

1. Sissejuhatus

Flavonoididon polüfenoolide klass taimedes, mida meie toidus kasutatakse laialdaselt. Neil on üldine C6–C3–C6 struktuurne selgroog, milles kaks C6 ühikut (ring A ja ring B) on fenoolse iseloomuga. Flavonoidid võib jagada erinevatesse alarühmadesse, nagu flavoonid, flavonoolid, flavanoonid, flavanonoolid, flavan{4}oolid ja antotsüaniinid (joonis 1). Kui enamikus flavonoidides on tsükkel B kinnitatud tsükli C asendisse C2, siis mõnes, näiteks isoflavoonides ja isoflavaanides, on tsükkel B ühendatud positsioonis C3 [1].

Dieetflavonoididon looduslikud tooted, mis on taimeriigis laialt levinud. Paljud toidud ja joogid, nagu puuviljad, köögiviljad, kaunviljad, täisteratooted, šokolaad, vürtsid, tee ja vein, on rikkalikud flavonoidide allikad [1]. Aastakümnete jooksul on teadlased ja toidutootjad hakanud flavonoidide vastu üha enam huvi tundma nende antioksüdantsete omaduste, nende suure arvukuse tõttu meie toidus ja nende soovitatud rolli tõttu mitmesuguste operatsioonisüsteemiga seotud haiguste, nagu vähk, südame-veresoonkonna ja neurodegeneratiivsed haigused [2–5]. Hiljutine kirjandus annab üha rohkem tõendeid flavonoidide mõju kohta, mida vahendavad muud mehhanismid kui klassikaline antioksüdantne aktiivsus, mis on tingitud nende keemilisest omadusest annetada elektrone või kelaativaid siirdemetalle [6,7]. Nende põhiliste toimeviiside uurimine võib anda uusi teadmisi mehhanismidest, mille abil flavonoidid mõjutavad bioloogilisi funktsioone.

2. Flavonoidi bioloogiline aktiivsus

2.1. Flavonoidid kui antioksüdandid

Seoses nende antioksüdantse toimega,flavonoididArvatakse, et need hoiavad ära OS-iga seotud haigusi reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) otsese eemaldamise kaudu vesinikuaatomi annetamise, antioksüdantsete ensüümide aktiveerimise, metallide (nt raud ja vask) kelaatimise ja oksüdatiivse toime leevendamise kaudu. lämmastikoksiidi (NO) põhjustatud stress [1,8–11]. Antioksüdantne aktiivsus ei saa aga olla ainus selgitus flavonoidide in vivo rakulisele toimele, kuna antioksüdantne aktiivsus väljendub flavonoidide kontsentratsioonidel, mis on üle 10 µM, kuid nende kontsentratsioon vereringes ei ületa 2 µM [12]. Toiduga saadavad flavonoidid imenduvad soolestikust halvasti, metaboliseeruvad kiiresti või elimineeruvad kiiresti. Imendumise käigus konjugeeritakse flavonoidid peensooles ja hiljem maksas. See protsess hõlmab peamiselt metüülimist, sulfaatimist ja glükuroniseerimist. See on metaboolne detoksifitseerimisprotsess, mis on omane paljudele ksenobiootikumidele, mis piirab nende potentsiaalset toksilist toimet ja hõlbustab nende hüdrofiilsust suurendades nende sapi ja uriini kaudu väljutamist [13]. Hiljutised uuringud on näidanud, et flavonoidide bioloogilist mõju võivad vahendada erinevad mehhanismid, mida pole veel täielikult uuritud. Käesolev ülevaade keskendub flavonoidide toimeviisile nende interaktsiooni kaudu makromolekulidega, nagu lipoproteiinid, raku- ja seerumivalgud ning DNA ja RNA (joonis 2)

2.2. Flavonoidide koostoimed makromolekulidega

2.2.1. Flavonoidide ja valkude koostoimed

Valkude ja nukleiinhapete molekulaarne interaktsioon madala molekulmassiga ühenditega on põhihuvi valdkond [14]. Madalatel kontsentratsioonidel võivad molekulid, nagu ioonid, metaboliidid ja osmolüüdid, mõjutada valke, nagu ensüümid, retseptorid, antikehad ja transkriptsioonifaktorid [15]. Mõju võib olla struktuursel, funktsionaalsel või konformatsioonilisel tasemel [7]. Toidu flavonoidid on hea näide väikestest molekulidest, mis vahendavad rakulisi toimeid, mis on rakusiseste signaalikaskaadide kesksel kohal [16]. Flavonoidide ja näiteks hüdrolaaside, oksüdaaside ja kinaasidega koostoimel tekkivate flavonoid-ensüümi komplekside mõju ensüümi struktuurile ja aktiivsusele on laialdaselt uuritud. Uuringud on näidanud, et flavonoidid interakteeruvad selektiivselt proteiinkinaaside erinevate komponentidega ja muudavad nende fosforüülimise olekut, reguleerides seega mitut raku signaaliülekande rada [17]. Samamoodi on leitud, et flavonoidid toimivad tuumaretseptorite ligandidena, põhjustades nende proliferatsiooni või aktiveerumist ja moduleerides energia homöostaasi. Apigeniin ja kaempferool pärssisid otseselt interaktsiooni östrogeeniga seotud retseptori (ERR) ja selle koaktivaatori peroksisoomi proliferaatorite aktiveeritud retseptori koaktivaatori -1 (PGC-1) vahel. Seevastu luteoliin pärssis PGC-1 aktiivsust, soodustades PGC-1 lagunemist, mis põhjustas ERR-i aktiivsuse pärssimise HeLa rakkudes [7,18]. Flavonoidid, nagu glabridiin ja glabreen, võivad samuti interakteeruda ja moduleerida östrogeeniretseptorite endogeenset aktiivsust inimese endoteeli- ja silelihasrakkudes, seega võivad aeglustada ja isegi ennetada südame-veresoonkonna haigusi ning rinna- ja munasarjavähi teket menopausijärgses eas naistel. [19]. Lisaks on uuritud ka flavonoidide võimet interakteeruda seerumi albumiini ja teiste seerumi valkudega [20,21]. Pöörduvad või pöördumatud valgu ja flavonoidi interaktsioonid sõltuvad pH-st, temperatuurist ning valkude ja flavonoidide kontsentratsioonist [22]. Kuigi valgu-flavonoidi komplekside bioloogiline saatus in vivo on endiselt teadmata, leiti, et flavonoidid mõjutavad mitmesuguseid inimese haigusi, mis olid seotud OS-iga, nagu vähk ning südame-veresoonkonna ja neurodegeneratiivsed haigused [23–25].

Flavonoidide ja valgu interaktsioonide iseloomustamise meetodid

Toidu flavonoidide ja valkude, peamiselt seerumi ja toiduga seotud valkude, näiteks seerumi albumiinide ja -kaseiini, koostoimete iseloomustamiseks on tehtud mitmeid uuringuid [26–30]. Flavonoid-valgu interaktsioonid tekivad peamiselt mittekovalentse sideme kaudu, mis on tuletatud hüdrofoobsetest, van der Waalsi, vesiniksilla sidumisest ja ioonsetest interaktsioonidest, mis võivad muuta valkude konformatsioone ja ensüümide aktiivsust [31]. Mittevalentsed interaktsioonid flavonoidide ja valkude vahel on nõrgad ja pöörduvad. Uuringud on andnud teavet ka flavonoidide ja valkude vaheliste kovalentsete reaktsioonide kohta. Flavonoidid võivad pöördumatult seondudes kergesti oksüdeeruda ja kovalentselt reageerida valgu amino- ja tioolkülgahelatega [32]. Flavonoidide ja valkude mittekovalentsete interaktsioonide iseloomustamiseks on välja töötatud arvukalt meetodeid, enamasti spektroskoopilisi (tabel 1) [33–36].

UV-nähtavat spektroskoopiat kasutatakse flavonoidide ja valgu interaktsioonide ennustamiseks ja teabe saamiseks nende koostoimete olemuse kohta. Valkude neeldumine lainepikkusel 280 nm on seotud aromaatsete aminohapete trüptofaani, türosiini ja fenüülalaniiniga, mida võib flavonoididega koostoimel veelgi stimuleerida [37]. Ringdikroismi spektroskoopiat kasutatakse valkude konformatsiooniliste muutuste, heeliksi ja lehe muutuste kvantitatiivseks analüüsiks, mis on tingitud mittekovalentsest interaktsioonist väikeste molekulidega, näiteks flavonoididega [38]. Fourier' transformatsiooni infrapunaspektroskoopiat kasutatakse ka flavonoidide interaktsioonist tingitud muutuste määramiseks valkude sekundaarstruktuuris. See meetod võimaldab tõlgendada sekundaarset struktuuri amiidi I riba kuju järgi, mis asub umbes 1650–1660 cm [38].

Flavonoidide ja valkude vahelise seostumisinteraktsiooni termodünaamilisi omadusi saab uurida isotermilise tiitrimise kalorimeetria abil – meetodil, mis põhineb molekulaarse assotsiatsiooni käigus eralduva soojuse mõõtmisel [39]. Vitali jt. hindas seostumisinteraktsioone nelja flavonoidi (kaempferool, luteoliin, kvertsetiin ja resveratrool) ning inimese seerumi albumiini ja glutatiooni S-transferaasi Pi isovormi 1 vahel, kasutades Taylori dispersioonipinna plasmonresonantsi (SPR) – ülitundlikku, märgivaba tehnikat biomolekulide mittekovalentsed interaktsioonid, eriti valkude vahel ning valkude ja väikeste molekulide vahel [40].

Trüptofaani (Trp) fluorestsentsi kustutamise test on veel üks tundlik, selektiivne ja laialdaselt kasutatav meetod flavonoidide ja valkude vaheliste interaktsioonide määramiseks [21, 41, 42]. Valkude ergastamine lainepikkusel 280–290 nm indutseerib Trp olemasolu tõttu fluorestsentsi emissiooni vahemikus 340–350 nm. fluorestsentsi kustutamist selles vahemikus võib seostada flavonoidide seondumisega. Selle meetodi kasutamisel saab kustutamismehhanismi – staatilise (polüfenooli ja valgu kompleksi moodustumine) või dünaamilist (fluorofoori kokkupõrge kustutajaga) – määrata Sterni-Volmeri võrrandi abil ning arvutades välja Sterni-Volmeri konstandi ja kustutuskiiruse konstandi. . Staatiliseks kustutamiseks saab arvutada valgu molekulis seondumiskonstandi ja seondumiskohtade arvu ning seejärel iseloomustada termodünaamilisi omadusi. Lõpuks saab dokkimisarvutusi kasutada hinnatud ligandi sobivuse ennustamiseks valgu sees, kus kuju on sidumissaidiga komplementaarne. Arvutuslik modelleerimine täiendab eksperimentaalseid andmeid flavonoid-valgu sidumise kohta ja võimaldab ulatuslikku skriinimist erinevate valgu sihtmärkide jaoks, mis on valitud valguandmete pangas (PDB) saadaolevate struktuuride hulgast [43].

2.2.2. Flavonoidide koostoimed DNA ja kromatiiniga

Teaduskirjanduses on palju tõendeid selle kohta, et flavonoidid reguleerivad genoomi geeniekspressiooni ja kromosomaalsete muutuste kaudu [24,51], kuigi täpne toimemehhanism jääb ebaselgeks [48,52]. On näidatud, et flavonoidid, nagu kvertsetiin ja EGCG, tungivad läbi rakumembraanide ja akumuleeruvad inimese soole- ja maksarakkude tuuma [53,54]. Kvertsetiini struktuur võimaldab selle kõige hüdrofoobsema segmendi hüdrofoobset loodustüüpi interkalatsiooni DNA spiraali sisemusse [55]. Kvertsetiin interkaleerub DNA ja RNA dupleksidega ning seondub eelistatavalt inimese eesnäärmevähi rakkudes (DU 145) DNA tripleks- ja tetrapleks-DNA-ga [53]. Kuigi kaempferoolis ja luteoliinis on sama arv OH-rühmi, mis osalevad peamiselt vesiniku ülekandemehhanismis, on viimasel veidi suurem afiinsus DNA suhtes. Selle põhjuseks võib olla OH olemasolu positsioonis 30. Struktuuri ja aktiivsuse seoseid flavonoidide ja DNA interaktsioonides on tõepoolest laialdaselt tuvastatud. Arvatakse, et flavonoidide afiinsus DNA suhtes suureneb samas järjestuses nagu nende bioloogiline aktiivsus [44]. DNA töötlemisel EGCG või kvertsetiiniga täheldati inimese perifeersetes lümfotsüütides mitmesuguseid toimeid, sealhulgas DNA kahjustusi [56, 57]. Uuringud näitavad, et EGCG inhibeerib erinevate kromatiinivalkude, nagu cAMP-reaktsioonielemente siduva valgu, DNA polümeraasi, DNA metüültransferaasi ja DNA topoisomeraasi aktiivsust inimese kopsudes ja kolorektaalsetes adenoomirakkudes ning hiirte maksas, kopsudes ja neerudes [6,24 ]. Neid reaktsioone mõjutab tõenäoliselt EGCG seondumine DNA ja RNA-ga või valkudega, mis on seotud nukleiinhapetega erinevat tüüpi interaktsioonides. Kuigi flavonoidide, nagu resveratrooli, kvertsetiin, EGCG ja genisteiini koostoime DNA-ga on teada, ei ole flavonoidide sidumissaitide täpne asukoht DNA-s, interaktsiooni viis ja selle funktsioon genoomis täielikult teada. aru saanud.

Iseloomustamise meetodidFlavonoid– DNA interaktsioonid
Väikeste molekulide kovalentset seondumist DNA-ga täheldati esmakordselt 1980. aastate alguses [58]. Pärast [14C] kovalentset seondumist määrati kvertsetiin DNA-ga, väideti, et flavonoididel on vastuoluline biokeemiline toime (mutageenne toime ühelt poolt ja kantserogeenne toime teiselt poolt) [44]. Lisaks kovalentsele sidumisele võivad flavonoidid DNA-ga interkalatsiooni, soone sidumise ja karkassi sidumise teel suhelda. Flavonoidide ja DNA vaheliste mittekovalentsete interaktsioonide selgitamiseks on kasutatud mitmeid meetodeid, sealhulgas elektrokeemilisi ja SPR-tehnikaid, lineaarset dikroismi, absorptsiooni, fluorestsentsi ja tuumamagnetresonantsspektroskoopiat [44–46]. 10 aglükooni ja flavonoidglükosiidide seondumist DNA dupleksidega uuriti elektropihustusionisatsiooni massispektromeetria (ESI-MS) abil [47]. ESI-MS analüüs ja SPR näitasid, et täpselt kolm EGCG molekuli seostuvad polü(dT) 18-meeri üheahelaliste DNA oligomeeridega EGCG trihüdroksüfenüülrühma ühe hüdroksüülrühma kaudu. Seondumisel kaitses EGCG kaheahelalisi DNA oligomeere sulamise eest üheahelaliseks DNA-ks [59].

Tänapäeval kasutatakse arvutussimulatsiooni ja spektroskoopiat peamiselt flavonoidide ja DNA interaktsioonide biofüüsikalise teabe (nt interaktsioonirežiimi) uurimiseks [60]. Viimastel aastatel tehtud katsed on näidanud flavonoidide spetsiifilisi konsensuslikke DNA-sidumissaite. Näiteks kvertsetiin seondub dodekameeri dupleksjärjestusega CGCGAATTCGCG, mille sidumata struktuur lahendati palju aastaid tagasi (PDB ID: 1BNA) [61]. Praegu saab organismi täielikku genoomi paljastada järgmise põlvkonna sekveneerimistehnoloogiate (NGS) abil, nagu Illumina või Sanger massiliselt paralleelsed sekveneerimismasinad. Lisaks on spetsiaalseid protokolle järgides võimalik eraldada DNA spetsiifilistes piirkondades või spetsiifiliste funktsioonidega ja seejärel kasutada DNA järjestuse saamiseks NGS-i. Chem-seq (keemiline afiinsuse püüdmine koos massiliselt paralleelse DNA sekveneerimisega) on uus NGS-i rakendus, mida hiljuti kasutati väikeste molekulidega seotud DNA piirkondade ekstraheerimiseks ja sekveneerimiseks. See meetod võimaldab hõivata väikeste molekulidega seotud kromatiini piirkondi ilma eelneva teabeta, st erapooletu, mittespetsiifilise markeriga [49]. Viimased uuringud on juba näidanud võimet eraldada teadaolevaid ravimi-kromatiini koostoimeid, kasutades Chem-seqi [49,50]. Atrahimovitš jt. kasutas kvertsetiini ja raku DNA interaktsioonide iseloomustamiseks Chem-seq tehnikat ning demonstreeris selle järgnevat mõju allavoolu transkriptsioonile [48]. Tulemused näitavad, et kvertsetiin seondub monotsüütide kromatiiniga ja moduleerib rakutsüklis ja raku arengus osalevate geenide ekspressiooni [48]. Kasutades Chem-seq rakendust, saab selle olulisuse uurimiseks määrata flavonoidide koostoimeid DNA ja kromatiiniga. See võime võib olla meditsiini ja inimeste tervise jaoks äärmiselt oluline ning kasulik sobivate toitumissekkumiste ja vähiravi ravimite kavandamisel.

3. Flavonoidid nõrgendavad inimeste haigusi otsese interaktsiooni kaudu valkude, lipoproteiinide ja DNA-ga

3.1. Flavonoidide koostoime peamiste valkudega, mis on seotud põletikuga

Põletikiseloomustab immuunsüsteemi kaitsvat vastust, mis hõlmab erinevate põletikueelsete tsütokiinide ja kemokiinide tootmist, mis suurendavad interferooni, proteaaside, NO ja ROS-i tootmist [62]. Tsütokiinid indutseerivad ka tsüklooksügenaasi -2 (COX-2) ekspressiooni – ensüümi, mis katalüüsib prostaglandiinide (PG-de) tootmist, mis on põletiku peamised vahendajad [63]. Ksantiinoksüdaas (XO) on veel üks kriitiline ROS-i allikas, mis soodustab põletikku. Põletikulised seisundid põhjustavad XO taseme tõusu ja seega suurenenud ROS-i teket ja peroksünitriti moodustumist. Peroksünitrit on võimas reaktiivne lämmastikuliik (RNS), millega kaasneb OS, mis tekib NO ja superoksiidi radikaalide reaktsioonil [64].

Flavonoidide põletikuvastase toime selgitamiseks in vivo on välja pakutud mitmeid toimemehhanisme, nagu antioksüdantne toime ning põletikueelsete tsütokiinide tootmise ja geeniekspressiooni moduleerimine [11]. Huvitav on see, et flavonoidid mõjutavad põletikulist protsessi mitte ainult tsütokiinide ja teiste seotud põletikumarkerite ekspressiooni vähendamise kaudu, vaid ka interakteerudes valkudega, mis on seotudpõletik. On näidatud, et flavonoidid moduleerivad arahhidoonhapet (AA) metaboliseerivate ensüümide, nagu fosfolipaas A2 (PLA2), COX ja lipoksügenaas (LOX) ning NO-d tootva ensüümi lämmastikoksiidi süntaasi (NOS) aktiivsust. Nende ensüümide inhibeerimine flavonoidide poolt vähendab AA, PG, leukotrieeni ja NO tootmist, mis on olulised vahendajad.põletik. Seega on nende ensüümide flavonoidide inhibeerimine kindlasti üks olulisi rakulisi põletikuvastaseid mehhanisme [65].

Kvertsetiin oli esimene inimese neutrofiilidest leitud PLA2 flavonoidi inhibiitor. Näidati, et kvertsetiin inhibeerib selektiivselt II rühma sekretoorset PLA2 [66]. Samamoodi inhibeeris rutiin selektiivselt inimese PLA2-II sünoviaalvedelikus, samas kui see oli inimese PLA2-I nõrk pankrease mahla inhibiitor. Kui võrreldi erinevate flavonoidide võimet inhibeerida PLA2, näisid väikesed muutused struktuuris mõjutavat nii üldist PLA2 inhibeerimist kui ka II rühma selektiivsust. Leiti, et hüdroksüülrühmade asukoht on C-tsükli -2, 3-kaksiksideme üks oluline aspekt. B-tsükli 3' ja 4' positsioonides olevad hüdroksüülrühmad tundusid olevat olulised PLA2-II selektiivse inhibeerimise jaoks, samas kui 5-hüdroksüülrühm A-tsüklis, küllastumatus. , ja 4-oksü C-tsüklis näis olevat oluline flavonoidide üldise võime jaoks inhibeerida PLA2 aktiivsust [67]; PLA2 inhibeerimine sõltus väga palju hüdroksüülrühmade positsioonist tsüklites A, B ja C, samas kui A-tsükli positsioonides 5, 6 ja 7 olevad hüdroksüülrühmad eeldati olevat vajalikud PLA2-dega seondumiseks. Seega näitasid kvertsetiin, kaempferool ja galangiin PLA2 kõrget inhibeerivat aktiivsust, samas kui naringiin näitas madalamat inhibeerivat aktiivsust [68].

COX toodab PG-sid ja tromboksaane ning esineb vähemalt kahes erinevas isovormis, COX-1 ja COX-2. COX-1 on konstitutiivne ensüüm, mida leidub peaaegu igas rakutüübis. Kuigi COX-2 on indutseeritav ensüüm, mis ekspresseerub tugevaltpõletikseotud rakutüübid, sealhulgas makrofaagid ja nuumrakud [69]. Kuna COX-2 toodab PG-sid, on see tihedalt seotud nii ägedate kui ka krooniliste põletikuliste häiretega. On leitud, et mõned flavonoidid, nagu luteoliin, 3',4'-dihüdroksüflavon, galangiin ja moriin, katehhiin ja epikatehiin, inhibeerivad roti neeru medulla COX-i IC50 väärtusega 100–130 µM [70]. Inimese trombiiniga agregeeritud trombotsüütides selgus, et teatud flflavonoidid, nagu krüsiin ja apigeniin, on COX-i inhibiitorid IC50-ga 13 ja 18 µM, samas kui müritsetiin ja kvertsetiin kontsentratsioonis 10 µM inhibeerivad tugevalt LOX-i. Täpsemalt, C-2, 3-kaksiksideme ja glükosüülimise vähendamine vähendas flavonoidide inhibeerivat toimet [71]. In-silico analüüs näitas, et kvertsetiin võib osaliselt inhibeerida ensüümi COX-2, seondudes subühikuga A, millel on peroksidaasi aktiivsus ja mis toimib ROS-i allikana [72].

Üldiseltflavonoididvõib olla peamiselt seotudpõletikprotsessi ensüümide, mis moduleerivad põletikueelseid tsütokiine või väikeseid molekule, nagu ROS ja RNS, inhibeerimise ja reguleerimise kaudu.

3.2. Flavonoidide koostoimed Alzheimeri tõve (AD) peamiste valkudega

AD on laialt levinud neurodegeneratiivne haigus, mida iseloomustavad neurofibrillaarsed puntrad, seniilsed naastud ja sünaptiline kadu, mis lõpuks põhjustab neuronite surma [78, 79]. AD on dementsuse vorm, mida iseloomustab progresseeruv mälukaotus, keeleoskuse langus ja muud kognitiivsed häired ning see mõjutab kõige sagedamini eakaid [80]. AD etioloogia on ebaselge; Siiski võetakse haiguse patofüsioloogias arvesse mitmesuguseid tegureid, nagu amüloidvalgu (A) naastude teke, atsetüülkoliini madal tase, oksüdatiivne stress ja tau valgu ebanormaalsed translatsioonijärgsed modifikatsioonid [81,82]. Amüloidi prekursorvalgu järjestikune lõhustamine moodustab 39–43 aminohappest koosnevate A-peptiidide agregaadid, mis kleepuvad neuronite külge lahustumatute amüloidnaastudena. A genereeritakse amüloidi prekursorvalgust amüloidi prekursorvalku lõhustava ensüümi -1 (BACE-1, -sekretaas) ja -sekretaaside [83,84] abil. Seega eeldatakse, et BACE{15}} inhibeerimine mängib AD ennetamisel olulist rolli [85].

Neurotransmitter atsetüülkoliin mängib olulist rolli hipokampuse õppimis- ja mäluprotsessis. Atsetüülkoliini hüdrolüüsis osalevad kaks ensüümi, atsetüülkoliinesteraas (AChE) ja butürüülkoliinesteraas (BChE), alandades selle taset AD tekke ajal. Seetõttu on AChE ja BChE inhibeerimine väga soovitav strateegia AD raviks [86–88]. Kliiniliselt heakskiidetud ravimid takriin, donepesiil, galantamiin ja rivastigmiin parandasid lühiajalist mälu ja kognitiivset taset AChE inhibeerimise kaudu. Nende ravimite puudused ja nende järkjärgulised kõrvaltoimed, nagu perifeersed kõrvaltoimed, hepatotoksilisus ja seedetrakti häired, on julgustanud teadlasi välja töötama tõhusamaid AChE inhibiitoreid [89–91].
Flavonoidid on paljulubavad neuroprotektiivse potentsiaaliga looduslikud tooted, mis takistavad vanusega seotud neurodegeneratiivsete haiguste teket või aeglustavad nende progresseerumist. Mehhanism, mille abil flavonoidid takistavad või aeglustavad AD progresseerumist, võivad tuleneda otsesest koostoimest selle haigusega seotud peamiste ensüümidega [81, 85, 92–95]. Shimmyo et al. uuris flavonoolide ja flavoonide võimet inhibeerida BACE-d-1. Nad leidsid, et neli flavonooli: müritsetiin, kvertsetiin, kaempferool ja moriin ning üks flavoon: apigeniin inhibeerivad otseselt BACE{6}} ensüümi aktiivsust kontsentratsioonist sõltuval viisil, IC50 väärtustega 2,8, 5,4, 14,7, 21,7, ja vastavalt 38,5 uM [95]. Uuringud ealiste TASTPM transgeensete hiirtega (AD mudel) näitasid, et (-)-epikatehiini suukaudne manustamine vähendab A-patoloogiat kaudse, mittekatalüütilise BACE-1 inhibeerimise, mitte aga - või -sekretaasi aktiivsuse moduleerimise kaudu [96 ]. Leiti, et epigallokatehhiin-3-gallaat (EGCG) ja kurkumiin vähendavad A-vahendatud BACE-1 ülesreguleerimist neuronaalsetes kultuurides, mis huvitaval kombel suurendas amüloidi prekursorvalgu mittenamüloidogeenset töötlemist, suurendades -sekretaasi lõhustumist [95 ]. Pueyo jt. vaatas läbi kirjanduse AChE-d inhibeeriva toimega looduslike ja sünteetiliste flavonoidide kohta. Nad leidsid 128 sellist flflavonoidi: 41 flaflavooni, 21 flflavanooni, 35 flflavonooli, 25 isoflavooni ja kuus kalkoonit. Nende hulgas inhibeerisid kaheksa sünteetilist flavonoidi AChE-d IC50 < 100="" nm.="" kolm="" looduslikku="" flavonoidi,="" akaatsiin="" chrysanthemum="" indicum="" lilledest="" ning="" desmetüülanhüdrokaritiin="" ja="" kaempferool="" sophora="" flavescensi="" juurtest,="" inhibeerisid="" ache="" ic50="" väärtustega="" vastavalt="" 3,2,="" 6,7="" ja="" 3,3="" nm="" [97].="" orhan="" et="" al.="" skriiniti="" erinevaid="" flavonoidderivaate="" nende="" ache="" ja="" bche="" inhibeerimiseks.="" kontsentratsioonil="" 1="" mg/ml="" oli="" kvertsetiin="" kõige="" tõhusam="" ache="" suhtes="" 76,2-protsendilise="" inhibeerimisega="" ja="" genisteiin="" inhibeeris="" kõige="" rohkem="" (65,7="" protsenti)="" bche-d,="" järgnesid="" luteoliin-7-o-rutinosiid="" ja="" silibiniin="" (54,9).="" protsenti="" ja="" 51,4="" protsenti)="" [98,99].="" teises="" uuringus="" avaldas="" citrus="" junos="" märkimisväärselt="" inhibeerivat="" toimet="" ache-le="" in="" vitro="" ja="" in="" vivo="" ning="" toimeaineks="" tuvastati="" naringeniin,="" peamine="" flavanooni="" derivaat="" [100].="" lee="" et="" al.="" uuris="" tsitruseliste="" flavanoonide="" pärssivat="" toimet="" bace{61}},="" ache="" ja="" bche="" suhtes.="" kõigist="" uuritud="" flflavanoonidest="" inhibeeris="" hesperidiin="" kõige="" paremini="" bace-1,="" ache="" ja="" bche="" ic50="" väärtustega="" vastavalt="" 10,02,="" 22,80="" ja="" 48,09="" µm.="" kineetilised="" uuringud="" näitasid,="" et="" kõik="" flavanoonid="" olid="" bace{70}}="" ja="" koliinesteraasi="" mittekonkureerivad="" inhibiitorid="">

Tau-valkude hüperfosforüülimine koos järgneva akumuleerumisega neurofibrillaarsete puntratena on kognitiivsete düsfunktsioonide peamine põhjus ja üks varasemaid AD-markereid. On teada, et mitmed kinaasid, nagu GSK-3b ja CDK5/p25, aitavad kaasa tau-valkude fosforüülimisele ja on seotud AD patogeneesiga. Flavonoide, mis pärsivad mitme kinaasi aktiivsust, saab kasutada AD ennetamiseks. On näidatud, et ravi flavonoidmoriiniga vähendab tau hüperfosforüülimist in vitro ja in vivo transgeensete loomade (3xTg-AD hiired) hipokampuse neuronites [103]. Kvertsetiin inhibeeris PI3-kinaasi aktiivsust ja tsüanidiin 3-O-glükosiid pakkus samuti olulist kaitset kognitiivsete düsfunktsioonide eest, mis on põhjustatud A manustamisest loommudelites, mida vahendab GSK{{9} modulatsioon. }b/tau. [104,105].

Üldiselt võivad flavonoidid avaldada oma potentsiaalset neuroprotektiivset toimet, toimides AD-ga seotud peamiste valkudega. Flavonoid-valgu interaktsioonide parem mõistmine AD-s võib olla paljulubav strateegia uudsete neuroprotektiivsete ravimeetodite väljatöötamiseks neurodegeneratiivsete haiguste ennetamiseks ja raviks.

3.3. Flavonoidide koostoimed peamiste valkude ja lipoproteiinidega ateroskleroosi korral

Ateroskleroos on teine ​​haigus, mida flavonoidid on näidanud, et need nõrgendavad. Ateroskleroosi esimene samm on madala tihedusega lipoproteiini (LDL), peamise kolesterooli kandja, kogunemine arterite seina. Kõrge tihedusega lipoproteiinid (HDL) seevastu on peamine antiaterogeenne tegur veres, mis hoiab kogu keha kolesteroolitaset stabiilsena. HDL-proteoomis on tuvastatud üle 80 valgu, kusjuures apolipoproteiinid A1 ja A2 moodustavad vastavalt ligikaudu 65 protsenti ja 15 protsenti valgu massist. Teised valgud hõlmavad mitmesuguseid ensüüme, nagu paraoksonaas 1 (PON1). PON1 vastutab paljude HDL-i antiaterogeensete omaduste eest. Korrelatsioonid PON1, HDL ja ateroskleroosi vahel nii in vivo kui ka in vitro on hästi tõestatud [106, 107]. Lisaks kolesterooli väljavoolule on HDL-l ka teisi tugevaid bioloogilisi toimeid: antioksüdatiivne [108], põletikuvastane [109], anti-apoptootiline [110] ja veresooni laiendav [111]. Need tegevused ei sõltu tingimata HDL-i kogusest, kuid tõenäoliselt sõltuvad need selle kvaliteedist [112, 113]. Seoses südame-veresoonkonna tervisega oleme varem näidanud, et lagritsajuurest ekstraheeritud flavonoid-glabridiin toimib suurepärase antioksüdandina ning sellel on antioksüdantsed ja antiaterogeensed omadused. Glabridiin seondub rekombinantse PON1-ga (rePON1) ja kaitseb selle Cys284 oksüdatsiooni eest aterosklerootilise komponendi linoolhappe hüdroperoksiidi (LA-OOH) poolt. See glabridiini spetsiifiline võime on ainulaadne; aflavonoidkatehhiin ei näita mingit seondumisafiinsust rePON1 suhtes [21]. Täiendavalt uuriti seost flavonoidide struktuuri ja nende mõju vahel rePON1 aktiivsusele. Iseloomustati erinevatest keemilistest alamklassidest pärit 12 tüüpilise flavonoidi koostoimeid rePON1-ga [42]. Lisaks uuriti rePON1-flavonoidkomplekside potentsiaali vältida LDL-i oksüdatsiooni, mis on aterogeneesi võtmeprotsess. Katehiin, mis ei seondu rePON1-ga, kiirendas LDL oksüdatsiooni; seevastu näitas glabridiin suurt seondumisafiinsust rePON1 suhtes ja suurendas selle kaitsvat toimet LDL oksüdatsiooni vastu [42]. Lisaks oleme järjekindlalt täheldanud spetsiifiliste flavonoidide koostoimeid HDL-osakeste või sellega seotud valkude, apolipoproteiini A1 ja PON1-ga. Oleme näidanud, et kvertsetiin ja punikalagiin seonduvad HDL-osakesega ja suurendavad selle põletikuvastaseid omadusi [41], samas kui LDL-osakese või sellega seotud apolipoproteiini B100-ga seondumisel kutsus punikalagiin esile LDL-i sissevoolu makrofaagi J774A.1 rakkudesse, mis võib vähendada tsirkuleerivat LDL-i taset [114]. Üldiselt on leitud, et flflavonoidid ja polüfenoolid üldiselt pärsivad ateroskleroosi sümptomeid ja vähendavad selle arengut spetsiifiliste flflavonoidide interaktsioonide kaudu raku- ja seerumivalkude ja lipoproteiinidega.

3.4. Flavonoidid kui vähivastased ained interaktsioonis DNA ja kromatiiniga

Flavonoidide vähivastane toime võib tuleneda nende looduslike ühendite koostoimest biomolekulidega (DNA, RNA ja valk). Me mõistame, et toiduga saadavad flavonoidid võivad DNA-ga spetsiifiliselt või stohhastiliselt siduda ja muuta selle funktsiooni [115]. Ulatuslikud in vitro uuringud näitavad, et flavonoidid vähendavad tõhusalt rakkude proliferatsiooni, kutsuvad esile apoptoosi ja vähendavad metastaaside riski [24]. Näidati flavonoidide, sealhulgas luteoliini, epigallokatehhiingallaadi, kvertsetiini, apigeniini ja krüsiini kemopreventiivset toimet, keskendudes kaitsele erinevate kantserogeensete tegurite põhjustatud DNA kahjustuste eest. Need flavonoidid kaitsevad selektiivselt normaalseid rakke ja indutseerivad keemiaravi või kiiritusravi ajal inimese kopsude vähirakkudes ja kolorektaalsetes adenoomirakkudes rakusurma mehhanisme [24]. Leiti, et flavonoidid, nimelt kvertsetiin, müritsetiin, kaempferool, apigeniin ja luteoliin, mis on lipiidides lahustuvad ja nõrgalt happelised, võivad vabalt difundeeruda läbi rakumembraani ja akumuleeruda spetsiifiliselt K562 leukeemiliste rakkude sees [116]. Seetõttu

viitab sellele, et flavonoidid seovad tõenäolisemalt DNA-d või valke vähiraku tuumas ja katkestavad spetsiifiliselt vähi genoomi regulatsiooni. Lisaks on in-silico tulemused näidanud, et eelkõige kvertsetiin interakteerub hästi G-kvadrupleksi DNA-ga, mis on seotud telomeraasiga. Kvertsetiin toimib terapeutilise vähivastase ainena, reguleerides telomeraasi aktiivsust [117]. Võrreldes arvutuslikke ja eksperimentaalseid seondumisprofiile, kinnitas uudne uuring, et kvertsetiinil on uuritud flavonoididest kõige tugevam seondumisafiinsus DNA-ga. Lisaks näitas uuring, et flavonoidid võivad muuta DNA konformatsiooni ja pärssida DNA amplifikatsiooni, neil on muljetavaldav rakutsükli seiskumine ja nad võivad soodustada apoptoosi HepG2, MCF{6}} ja A549 vähirakkudes [60] .Prekliinilistes uuringutes kasutatavate efektiivsete terapeutiliste annuste saavutamiseks tuleb tähtsustada täiustatud ja sihipäraseid ravimite kohaletoimetamise tehnikaid, et saavutada maksimaalne efektiivsus minimaalsete kõrvalmõjudega. Nanotehnoloogial põhinevate ravimite manustamissüsteemide edusammud avavad paremad võimalused lahustuvuse suurendamiseks, biosaadavuse parandamiseks ja flavonoidide sihtimisvõime suurendamiseks [118]. Liposoomidel, polüetüleenglükooli liposoomidel, niklil, letsitiinil ja nanoribadel põhinevad nanoosakesed on sobivad molekulaarsed kandjad flavonoidravimite sihtkudedesse viimiseks. Teatati, et nanoosakesi kasutati edukalt kvertsetiini viimiseks tahketesse kasvajatesse in vitro ja in vivo kesknärvisüsteemi, kopsu-, käärsoole-, maksa- ja rinnavähi mudelitesse [119].
Seega toetavad arvukad uuringud flavonoidide potentsiaali looduslike tervisetoodetena vähi keemiaravis. Siiski on vaja rohkem uuringuid, et konfigureerida nende toimemehhanism, et parandada meie arusaamist epigeneetilistest protsessidest, mis võivad anda ratsionaalsema aluse konkreetsete toiduühendite kombineerimiseks kliinilises keskkonnas [24].

Dana Atrahimovitš 1,2, Dorit Avni 3 ja Soliman Khatib 1,2,*

1 Looduslike ühendite ja analüütilise keemia labor, MIGAL-Galilee uurimisinstituut, Kiryat Shmona 11016, Iisrael; Danaa@migal.org.il
2 Biotehnoloogia osakond, Tel-Hai kolledž, Ülem-Galilea 12210, Iisrael
3 Sfingolipiidide, bioaktiivsete metaboliitide ja immuunmodulatsiooni labor, MIGAL-Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Iisrael; dorita@migal.org.il* Kirjavahetus: solimankh@migal.org.il; Tel.: pluss 972-4-6953512; Faks: pluss 972-4-6944980

4. Järeldused

Autori kaastööd:DA (Dana Atrahimovich), kirjutab algse mustandi ettevalmistamine ja toimetamine, DA (Dorit Avni) kirjutab jaotise "Flavonoidide koostoimed põletikuga seotud võtmevalkudega" ja toimetab; SK juhendamine, kirjutamine-retsenseerimine ja toimetamine. Kõik autorid on käsikirja avaldatud versiooni läbi lugenud ja sellega nõustunud.
Rahastamine:See uuring ei saanud välist rahastamist.
Huvide konfliktid:Autorid ei kinnita huvide konflikti.

Dana Atrahimovitš 1,2, Dorit Avni 3 ja Soliman Khatib 1,2,*

Viited

1. Procházková, D.; Boušová, I.; Wilhelmová, N. Flflavonoidide antioksüdantsed ja prooksüdantsed omadused. Fitoteraapia 2011, 82, 513–523. [CrossRef]

2. Duthie, GG; Duthie, SJ; Kyle, JAM Taimsed polüfenoolid vähi ja südamehaiguste korral: mõju toitumisalaste antioksüdantidena. Nutr. Res. Rev. 2000, 13, 79–106. [CrossRef] [PubMed] 3. Ramos, S. Cancer chemoprevention and chemotherapy: Dietary polyphenols and signaling pathways. Mol. Nutr. Food Res. 2008, 52, 507–526. [CrossRef] [PubMed] 4. Jaeger, BN; Parylak, SL; Gage, FH Toidu flavonoidide toimemehhanismid neuronaalses funktsioonis ja neuropõletikes. Mol. Aspektid Med. 2018, 61, 50–62. [CrossRef] [PubMed] 5. Devi, S.; Kumar, V.; Singh, SK; Dubey, AK; Kim, JJ Flavonoidid: potentsiaalsed kandidaadid neurodegeneratiivsete häirete raviks. Biomedicines 2021, 9, 99. [CrossRef] 6. Williams, RJ; Spencer, JPE; Rice-Evans, C. Flavonoidid: antioksüdandid või signaalmolekulid? Vaba Radik. Biol. Med. 2004, 36, 838–849. [CrossRef] 7. Virgili, F.; Marino, M. Toitumismolekulide rakuliste signaalide reguleerimine: fütokemikaalide spetsiifiline roll antioksüdantse aktiivsuse kõrval. Vaba Radik. Biol. Med. 2008, 45, 1205–1216. [CrossRef] 8. Grotewold, E. The Science of Flavonoids; Springer: Columbus, OH, USA, 2006; ISBN 9780387288215. 9. Agati, G.; Brunetti, C.; Fini, A.; Gori, A.; Guidi, L.; Landi, M.; Sebastiani, F.; Tattini, M. Kas flavonoidid on taimedes tõhusad antioksüdandid? Kakskümmend aastat meie uurimist. Antioksüdandid 2020, 9, 1098. [CrossRef] 10. Liu, Y.; Weng, W.; Gao, R.; Liu, Y.; Monacelli, F. Uued arusaamad vananemise ja vananemisega seotud haiguste raku- ja molekulaarsetest mehhanismidest: taimne ravim kui potentsiaalne terapeutiline lähenemisviis. oksiid. Med. Kamber. Longev. 2019, 2019. [CrossRef] 11. Rolt, A.; Cox, LS Polüfenoolide vananemisvastase toime struktuurne alus: oksüdatiivse stressi leevendamine. BMC Chem. 2020, 14, 1.–13. [CrossRef] 12. Manach, C.; Scalbert, A.; Morand, C.; Rémésy, C.; Jiménez, L. Polüfenoolid: toiduallikad ja biosaadavus. Olen. J. Clin. Nutr. 2004, 79, 727–747. [CrossRef] 13. Thilakarathna, SH; Vasantha Rupasinghe, HP flavonoidide biosaadavus ja katsed biosaadavust suurendada. Toitained 2013, 5, 3367–3387. [CrossRef] [PubMed] 14. Haq, I. Ravimi-DNA interaktsioonide termodünaamika. Arch. Biochem. Biophys. 2002, 403, 1–15. [CrossRef] 15. Uversky, VN Sisemiselt korrastamata valgud ja nende keskkond: tugevate denaturantide, temperatuuri, pH, vastasioonide, membraanide, sidumispartnerite, osmolüütide ja makromolekulaarsete väljatõrjumise mõju. Protein J. 2009, 28, 305–325. [CrossRef] 16. Hou, D.-X.; Kumamoto, T. Flavonoidid proteiinkinaasi inhibiitoritena vähi kemopreventsiooniks: otsene sidumine ja molekulaarne modelleerimine. Antioksüd. Redokssignaal. 2010, 13, 691–719. [CrossRef] 17. Spencer, JPE Lisaks antioksüdantidele: flavonoidide rakulised ja molekulaarsed vastasmõjud ning kuidas need toetavad nende toimet ajus. Proc. Nutr. Soc. 2010, 69, 244–260. [CrossRef] [PubMed] 18. Huang, Z.; Fang, F.; Wang, J.; Wong, C.-W. Flavonoidide struktuurse aktiivsuse seos östrogeeniga seotud gammaretseptoritega. FEBS Lett. 2010, 584, 22–26. [CrossRef] [PubMed] 19. Somjen, D.; Knoll, E.; Vaya, J.; Stern, N.; Tamir, S. Lagritsajuure koostisosade östrogeenitaoline aktiivsus: glabridiin ja glabreen, veresoonte kudedes in vitro ja in vivo. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2004, 91, 147–155. [CrossRef] 20. Jin, X.-L.; Wei, X.; Qi, F.-M.; Yu, S.-S.; Zhou, B.; Bai, S. Veise seerumi albumiiniga seonduvate hüdroksükaneelhappe derivaatide iseloomustus. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 3424–3431. [CrossRef] 21. Atrahimovitš, D.; Vaya, J.; Tavori, H.; Khatib, S. Glabridin kaitseb paraoksonaasi 1 linoolhappe hüdroperoksiidi inhibeerimise eest spetsiifilise interaktsiooni kaudu: fluorestsentsi kustutamise uuring. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 3679–3685. [CrossRef] 22. Luck, G.; Liao, H.; Murray, NJ; Grimmer, HR; Warminski, EE; Williamson, parlamendiliige; Lilley, TH; Haslam, E. Polüfenoolid, kokkutõmbumine ja proliinirikkad valgud. Phytochemistry 1994, 37, 357–371. [CrossRef] 23. Ciumărnean, L.; Milaciu, MV; Runcan, O.; Vesa, SC; Răchisan, AL; Negrean, V.; Perné, MG; Donca, VI; Alexescu, TG; Para, I.; et al. Flavonoidide mõju südame-veresoonkonna haigustele. Molecules 2020, 25, 4320. [CrossRef] [PubMed] 24. Cijo, V.; Dellaire, G.; Rupasinghe, HPV ScienceDirect Taimsed flavonoidid vähi kemopreventsioonis: roll genoomi stabiilsuses. J. Nutr. Biochem. 2017, 45, 1–14. [CrossRef] 25. Maher, P. Flavonoidide potentsiaal neurodegeneratiivsete haiguste raviks. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 3056. [CrossRef] [PubMed] 26. Gecibesler, IH; Aydin, M. Taimsete flavonoidide plasmavalkudega seondumine inimese seerumi albumiiniga ja nende proliferatsioonivastane toime. An. Acad. Rinnahoidjad. Cienc. 2020, 92, 1–16. [CrossRef] 27. Lin, CZ; Hu, M.; Wu, AZ; Zhu, CC Inimese seerumi albumiiniga seonduva nelja sarnase struktuuriga flavonoidi erinevuste uurimine. J. Pharm. Anal. 2014, 4, 392–398. [CrossRef] 28. Mondal, P.; Bose, A. Spektroskoopiline ülevaade kvertsetiinist ja selle Cu(II) kompleksi interaktsioonist seerumi albumiinidega. BioImpacts 2019, 9, 115–121. [CrossRef] 29. Geng, R.; Ma, L.; Liu, L.; Xie, Y. Veise seerumi albumiini ja flavonoidi interaktsiooni mõju toidu flavonoidide antioksüdantsele aktiivsusele: uued tõendid elektrokeemilisest kvantifitseerimisest. Molecules 2019, 24, 70. [CrossRef] [PubMed] 30. Ma, CM; Zhao, XH Kujutab vadakuvalkude mittekovalentset interaktsiooni galangiini või genisteiiniga, kasutades multispektroskoopilisi meetodeid ja molekulaarset dokkimist. Foods 2019, 8, 360. [CrossRef] 31. Tang, F.; Xie, Y.; Cao, H.; Yang, H.; Chen, X.; Xiao, J. Veise loote seerum mõjutab resveratrooli analoogide stabiilsust ja bioaktiivsust: polüfenool-valgu interaktsiooni lähenemisviis. Food Chem. 2017, 219, 321–328. [CrossRef]