A szabad gyököktől a táplálkozás tudományáig

Ö S S Z EFOGLA LÓ R EFER Á TU M OK

A szabad gyököktől a táplálkozás tudományáig BLÁZOVICS ANNA DR. Semmelweis Egyetem, Általános Orvostudományi Kar, II. Belgyógyászati Klinika, Budapest

A szabadgyök-kutatás évtizedei alatt egyre közelebb kerültünk ahhoz a felismeréshez, hogy a szervezet szabad gyök–antioxidáns egyensúlyát alapvetően a genetikai háttér és a környezet határozza meg. A Janus-arcú oxigén-szabadgyökök a szignáltranszdukciós utak szekunder hírvivői és egyben a sejtek citotoxikus ágensei is. A szignáltranszdukciós fehérjék mérsékelt oxidációs hatásokra és fémionokra történő aktivációja még nem eléggé ismert. A szignáltranszdukció aktivátorai és inhibitorai közötti molekuláris mechanizmusok finoman kontrolláltak. A sejtek antioxidáns–prooxidáns egyensúlya visszavezethető a szabad szulfhidrilcsoportok és a diszulfidhidak koncentrációviszonyára. Az esszenciális és toxikus fémionok, valamint a szelén egyaránt szerepet játszanak a redoxhomeosztázisban. Az egészséges szövetek bővelkednek antioxidánsokban, ezáltal biztosítják a szervezet szabad gyökökkel szembeni védelmét. A táplálékkal felvett antioxidáns vegyületek, mint például az A-, C-, E-vitaminok, polifenolok, antocianinok, flavonoidok, izotiocianátok és más bioaktív molekulák eredeti molekulaformájukban és derivátumaikban is képesek befolyásolni a redoxifolyamatokat. Napjaink molekuláris biológai kutatásainak eredményeképpen egyre több, táplálékkal felvehető vegyületről, illetve azok metabolitjairól bizonyosodik be, hogy génszinten is kifejtik hatásukat. Kulcsszavak: redox-homeosztázis, jelátvitel, bioaktív molekulák

From free radicals to science of nutrition During the decades of free radical research, we came ever closer to the knowledge that the free radical–antioxidant balance of the organs is modified fundamentally by the genetic background and surroundings. Janus-face oxygen free radicals are the secunder messengers of signal transduction routes and simultaneously they are cytotoxic agents of cells. The activation of signal transduction proteins by moderate oxidation effects and metal ions is not fairly known yet. The molecular mechanism between activators and inhibitors of signal transduction is controlled in a fine way. The balance of antioxidant–prooxidant levels of the cells can go back to the concentration relation of sulfhydril groups and disulfid bridges. Essential and toxic metal ions and selen can play an important role in the redox homeostasis. Healthy tissues have many antioxidants, hereby they ensure the protection of the organs against free radicals. Alimentary antioxidants such as vitamin A, C and E, polyphenols, anthocyanins, flavonoids, isothiocyanates and other bioactive molecules in their natural molecular stucture and derivates are able to influence the redox reactions. In our days more and more molecules from foods, or their metabolites are verified to act on genes based on the results of molecular biological research. Keywords: redox homeostasis, signal transduction, bioactive molecules

(Beérkezett: 2008. november 6.; elfogadva: 2008. november 24.)

A jubileumi, 150. évfolyamba a szerkesztőség felkérésére írt tanulmány.

Rövidítések

c-Jun N-terminális kinázok; MAPK = mitogénaktivált proteinkinázok; MEKK = mitogénaktivált proteinkináz-kináz; NADPH = nikotinamidadenin-dinukleotid-foszfát redukált formája; NER = nukleotidkivágó javítás; NF-кB = nukleáris faktor; NIK = NF-кB-indukáló kináz; NO = nitrogén-oxid; O-.2 = szinglet oxigén; O-2 = szuperoxid-anion; .OH = hidroxilgyök; PG = prosztaglandin; PGE2 = prosztaglandinszármazék; PGH2 = prosztaglandinszármazék; PGG2 = prosztaglandinszármazék; PKC = proteinkináz C; PPAR-γ = peroxiszómaproliferátor-aktivált receptor-γ; p53 = tumorszuppresszor gén; PXR/RXR = receptorcsalád; Ref-1 = redoxfaktor-1; RNS = ribonukleinsav; TGF-βRE = transzformáló növekedési faktor-β-válaszelem; TNF-α = tumornekrózisfaktor-α; 5HPETE = 5-hidroperoxi-eikozatetraénsav; 8-oxodG = 8-oxo-2’dezoxiguanozin

AP-1 = aktivátor protein-1; ATF = aktiváló transzkripciós faktor; BCL2 = antiapoptotikus fehérje; COX = ciklooxigenáz; Creb = transzkripciós faktor; CTGF = a CCN növekedésifaktor-család tagja; CYP (2EI,1AI/2, 3AI/2, 2EI, 2BI/2, 2CI) = citokróm P450 izoenzimek; DNS = dezoxiribonukleinsav; EDRF = (endothelium-derived relaxing factor) endotheliumeredetű relaxálófaktor; EGR = „early growth response” géntermék, transzkripciós faktor; ERK1/2 = szignálregulált kináz 1/2; ESR = elektronspin-rezonancia; Fos- és Jun-fehérjék = aktivátor protein-1komponensek; GSH = redukált glutation; GSHPx = glutationperoxidáz; HHT = 17 szénatomos karbonsav; H2O2 = hidrogén-peroxid; IKK = IкB-kináz; IL- (1;6) = interleukinek (1;6); JNK/SAPK =

DOI: 10.1556/OH.2009.28528

ÖSSZEFOGLALÓ REFERÁTUMOK

53

2009

■

150. évfolyam, 2. szám

■

53–63.


1980 között jelentek meg. A kezdetben hihetetlennek tűnő megállapítás, hogy a NO-szabadgyök az élő szervezetben is keletkezik, már elképesztő távlatokat nyitott meg a további kutatásokhoz. Ezt bizonyítja az a tény, hogy a NO 1992-ben az „év molekulája” lett. A kutatásokért Furchgott, Ignarro és Murad 1998-ban Nobel-díjat kapott, azonban Moncada nevét is meg kell említeni, aki 1980–1989 között részt vett a kutatásokban [6]. A nitrogén-oxidok biológiai jelentőségének felderítése még napjainkban is fő kutatási terület. Az évek során egyre több kutatóintézet kapcsolódott be a szabadgyök-kutatásokba. Számos in vitro és in vivo tanulmány készült el a szabad gyökök szerepének igazolására a lipidperoxidációs folyamatok megismerésén keresztül a DNS károsodásán át a különböző betegségek kialakulását és progresszióját illetően. Különösen nagy jelentősége volt annak a felismerésnek is, hogy a szabad gyökök és az antioxidánsok egyensúlya meghatározó a szöveti működés szempontjából, mivel az oxidatív stressz és az antioxidáns védekezőmechanizmus egyaránt alapvető szerepet játszik az életfolyamatokban. Ezek a kutatások szintén Szent-Györgyi felfedezéseivel kezdődtek, aki szerint a metil-glioxál és a glutation-SH antagonizmusa az élet hajtóereje. Szerinte a sejtosztódás nem képzelhető el az SH-csoport reakciói és annak redoxipotenciálja nélkül. A metil-glioxál szerepét az élő szervezetben azzal magyarázta, hogy az a fehérjéktől elektronokat von el, így ezeket a molekulákat félvezetőkké alakítja, „gyökösíti”, élőkké teszi. A metilglioxál a fehérje akceptor szennyeződése, amely az -NH2és -SH-csoportokhoz képes kötődni. A metil-glioxál fékezi a sejtosztódást [7]. Ezeket az eredményeket igazolta Slater munkacsoportja is, amikor a DNS- és RNS-szintézist tanulmányozták [8]. Slater és Szent-Györgyi egymást erősítő és rivalizáló kutatók voltak. A szervezet főbb szabadgyök-termelői az arachidonsavkaszkádon kívül a respiratory burst, a mitokondriális légzési lánc, a mikroszóma kevert funkciójú oxidáz enzimrendszere, a peroxiszómák [9]. Suh 1999-ben számolt be a gp91phox homológról, amely a colon epithelsejtjeiben lokalizált szuperoxid-aniont termelő transzmembrán enzimkomplex. A NOX-izoformok expressziója megnő különböző tumorokban. Szerepe lehet gyulladásos bélbetegségekben is, ezért jelenleg is intenzív kutatásokat folytatnak e területen. Ma több kutatóintézet foglalkozik a szervezetben keletkező újabb szabadgyök-források feltérképezésével. Az elmúlt évtizedben az NADPH-oxidáz enzimnek több homológját azonosították. Ezek az oxidázok a különböző szervekben változatos eloszlást mutatnak. Funkcióikról és szabályozásukról még viszonylag keveset tudunk. A Nox családjának eddig hét tagját írták le: Nox-1, Nox-2, Nox-3, Nox-4, Nox-5, Duox-1, Duox-2 enzimek. A Nox/Duox fehérjék hidrogén-peroxidot termelnek [10, 11]. Az utóbbi évek kutatásai egyértelműen igazolták, hogy a kontroll alól felszabaduló oxigén-szabadgyökök koncentrációtól függően hozzájárulnak a sejtek életfunkciói-

Szabad gyökös kutatások mérföldkövei A szabad gyökök élettani, kórélettani szerepének felismerése hosszú és szerteágazó kutatások eredménye. Olyan jelentős felismerések előzték meg, mint például a Nobel-díjas Szent-Györgyi Albert megállapításai az élő állapot paramágneses tulajdonságáról vagy Coman rákos szövetekben végzett tanulmányai a sejteket összetartó laza erők és a kismértékű elektrontelítetlenség közötti kapcsolatok feltárásáról [1, 2]. Pohl és munkatársai harminc évvel később igazolták, hogy az élő szövetek ESRszignáljáért főképpen a sejtalkotó részek fehérjéinek szabadgyök-jellege felelős [3]. Később a szuperoxid-dizmutáz felfedezésével és funkciójának tisztázásával új irányból közelítettek a biológiai rendszerekben végbemenő szabadgyök-reakciók megértéséhez. McCord és Fridovich első közleményei 1968 és 1976 között jelentek meg [4]. A hetvenes évek nagy eredményeihez tartozott a prosztaglandinok izolálása, majd szintézise, amely újabb lendületet adott azoknak a kutatásoknak, amelyek már a szabad gyökök funkciójának megismerését biztosították. Az alapkutatások Vane, Samuelsson, Bergstöm nevéhez fűződtek, akiket 1982ben Nobel-díjjal jutalmaztak. A konstitutív és indukálható ciklooxigenáz enzimek aktivitására beinduló arachidonsav-kaszkádban keletkező, rövid életidejű oxidált zsírsavak (eikozanoidok) mellett szabad gyökök is keletkeznek. A dioxigenálás és a ciklizáció szabad gyökös mechanizmusú. Később az is bizonyítást nyert, hogy a COX enzimek aktiválása NO-molekula hatására következik be, viszont a PGG2 és PGH2 képződését kísérő ROS felszaporodása gátolja működésüket. A biciklusos endoperoxidokból malondialdehid és 17 szénatomos karbonsav, a HHT képződik. A PGE2 és PGF2-α főbb metabolitjai kimutathatók az oxidatív károsodásokban. Az arachidonsavból lipoxigenázok hatására hidroperoxisavak, majd epoxisavak keletkeznek a lipoxigenáz úton. A leukotriének kiinduló vegyülete az 5-HPETE. A leukotriének képződését is szabad gyökök megjelenése iniciálja. Szabad gyökök hatására fokozódik a foszfolipáz-A2 aktivitása is [5]. Az arachidonsav-kaszkád működése függ a táplálékkal felvett zsírsavak minőségétől, a többszörösen telítetlen linolsav, linolénsav és arachidonsav koncentrációjától. Tulajdonképpen az a megfigyelés keltette fel a kutatók fokozott érdeklődését az N=3 zsírsavak élettani hatásának tanulmányozására és az arachidonsav-kaszkád működésének és jelentőségének megismerésére, hogy a főleg halat fogyasztó eszkimók között ritkán fordul elő szív- és érrendszeri megbetegedés. Az első közlemények a hetvenes években láttak napvilágot. A NO-molekula élettani hatásainak felismerésében az EDRF, az úgynevezett endothelium-derived relaxing factor utáni nyomozás vezetett, ami felvetette a létjogosultságát egy endogén vasodilatator rendszer létezésének, és vezetett a nitrogén-monoxid-szintáz (NOszintáz) felfedezéséhez. Az első publikációk 1978 és 2009 ■ 150. évfolyam, 2. szám

54

ORVOSI HETILAP


nak szétzilálásához. Egyre nagyobb hangsúlyt kapnak azok a kutatások is, amelyek az apoptózis folyamatában vizsgálják a szabad gyökök és fémionok jelentőségét, illetve az antiapoptotikus lépések gátlását célozzák meg kis molekulák segítségével [12]. Schulze-Osthoff és munkatársai 1997-ben írták le, hogy az NF-κB és AP-1 olyan proteinek, amelyek működését a reaktívoxigén-intermedierek a patológiás folyamatok során szabályozhatják. Azóta megállapítást nyert, hogy az oxidatív stressz pleiotrop modulátornak tekinthető, mert számos extracelluláris és intracelluláris folyamatot vált ki, így részt vesz a ligand-receptor kölcsönhatásokban, szekunder messengerként hat számos szignáltranszdukciós molekulára a kemotaktikus citokinek és a sejtfelszíni adhéziós fehérjék aktiválásakor. Ma már bizonyított, hogy a sejtciklus szabályozása függ az intracelluláris redoxiállapottól, mert a meghatározó lépések érzékenyen reagálnak az oxidatív stresszre és az antioxidánsokra egyaránt. A DNSszintézis, a szelektív génkifejeződés, az enzimaktiválások és a sejtproliferáció szabályozása egyaránt érintett a redoxi-szignálreakciókban [13]. A korai antioxidánskutatások a gumiiparban (gumiabroncsgyártás) és az élelmiszer-tartósító iparban kezdődtek. Az évek alatt számos természetes és mesterséges vegyületről bizonyították be szabadgyök-fogó képességét, antioxidáns tulajdonságát. Az orvosbiokémiai kutatások közül említést érdemel, hogy a németek már 1931-től olyan kísérleteket végeztek, amelyek a radioaktivitás káros hatásainak kivédésére szolgáló élelmiszerek kiválasztására irányultak. A kutatások az 1950-es években felerősödtek, mert az Egyesült Államok kormánya kiterjedt nukleáris kísérletekbe fogott. A németek a káposztaféléket találták alkalmasnak arra, hogy egy esetleges nukleáris katasztrófát túl lehessen élni. Az azóta eltelt időszakban számtalan kutatási eredmény erősítette meg, hogy a káposztafélék, a kel, a karalábé, a brokkoli és a fekete retek hatóanyagai antioxidáns tulajdonságuk miatt kiválóak a vastagbél tumoros megbetegedéseinek kivédésében [13, 14]. Az 1970-es évek második felében már a hazai orvostudomány is felfedezte az antioxidánsokat. Érdekes, hogy az Akadémiai Kiadó gondozásában megjelent Elődi-féle „Biokémia” 1981-ben egy mondat erejéig megemlíti az E-vitamin, illetve a tokoferolok antioxidáns hatását, ennél többet azonban még sokáig nem tudunk meg e fontos vitaminunkról [15]. Az antioxidánskutatás úgy folytatódott, hogy minden scavenger vagy antioxidánsnak vélt molekulát mindenféle in vitro és in vivo tesztben kipróbáltak. Hamar ismertté vált azonban, hogy a „jó antioxidánsok” az élő szervezet számára mérgek, vagyis minél erősebb egy antioxidáns, annál biztosabb, hogy toxikus hatású. E megállapítás sokkoló volt. Humán vizsgálatokban tesztelve az antioxidáns tulajdonságú vitaminokat különböző eredmények születtek, amelyek semmiképpen sem illettek bele azokba az elképzelésekbe, hogy az antioxidánsok képesek lennének megORVOSI HETILAP

oldani számos súlyos betegség gyógyíthatóságát. Ilyen kudarcot jelentett a Science-ben közzétett, negatív eredménnyel végződő tanulmány is. A Science 1996-os 271. számában arról számolt be, hogy egy reprezentatív vizsgálatban, amelybe 18 314 fokozottan veszélyeztetett személyt vontak be, a rákprevenció tekintetében negatív eredményt kaptak, mert a β-karotinnal kezelt betegek tüdőrák-megbetegedése 28%-kal nőtt, és a halálozások 17%-kal emelkedtek a placebocsoporthoz viszonyítva. Ez a negatív eredmény egy korábban végzett kutatás (CARET study) eredményeihez hasonlított [16]. A csalódottság azonban hamarosan oldódott, mert az A-vitaminról, majd a C-vitaminról és néhány éve már az E-vitaminról is kiderült, hogy hatásukat génszinten is kifejtik, mert közvetve antioxidáns karakterük révén, illetve közvetlenül hatnak a jelátviteli utakra, a génszabályozásra és a fehérjeszintézisre. E területen meg kell említeni Petkovich, Lunec és Azzi nevét [17, 18, 19]. Növényi eredetű élelmiszereink megszámlálhatatlan bioaktív vegyülete antioxidáns tulajdonságú, ezek közül már többnek bizonyították molekuláris biológiai szintű hatásait. Vannak olyan természetes molekulák, illetve derivátumaik, amelyek képesek befolyásolni a mitogénaktivált proteinkináz (MAPK) szignálmolekulákat is, amelyek az apoptózist kezdeményező gének indukciójához vezetnek [13].

A redox-homeosztázis sejtszintű alapjai Az elmúlt 10-15 évben a molekuláris biológiai kutatások eredményeképpen igazolást nyert, hogy a sejtciklus szabályozása függ az intracelluláris redoxiállapottól. A redoxiszabályozott transzkripciós faktorok közül az NF-κB és az AP-1 a legismertebb és a leginkább kutatott fehérje. Az NF-κB heterodimer transzkripciós faktor, amely körülbelül 150 gén transzkripcióját befolyásolja, részt vesz a gyulladásos folyamatokban, az immunválaszban, a stresszhatásokban és az apoptózisban. Az NF-κB sejtmagba történő transzlokációja bonyolult reakciósorozat eredménye, amelyben NIK-, MEKK-, IKK-kinázok vesznek részt. Az NF-κB a citoszolban IκB-gátló fehérjéhez kapcsoltan inaktív állapotban van mindaddig, amíg a sejt redoxiállapota nem változik meg. Az IκB lehasításában a foszforilációt az IκB-kináz végzi. Az IκB ubikvitinációját és a proteaszóma degradációját követően a szabaddá váló szekvencia révén az NF-κB a sejtmagba transzlokálódik és megkezdi a megfelelő gének átírását [20]. Fontos szerepe van az ubikvitin-proteaszóma (proteázkomplex) rendszernek, amely a sejt saját lebontásra ítélt fehérjéit eltakarítja. A kiválasztott fehérjékhez ubikvitinmolekulák kapcsolódnak. Az ubikvitináció után ismeri fel a proteaszóma a bontani kívánt fehérjét. Ez a proteázrendszer maga is szabályozószerepet tölt be, mert a lebontott fehérjemolekulák rövid életidejű, hatékony degradátumok. Az ubikvitin-proteaszóma rendszer működése több szempontból is fontos, mert a DNS-állo55

2009 ■ 150. évfolyam, 2. szám


mány javításáért, a sejtciklus szabályozásáért, a károsodott fehérjék lebontásáért, a transzkripcióért, a sejtdifferenciálódásért stb. felelős [20]. Az apoptotikus folyamatokban is kimutathatók szabad gyökös reakciók, vagy másképpen fogalmazva: kis szabadgyök-koncentráció apoptózist, nagy szabadgyök-koncentráció nekrózist eredményez [13]. A gyulladásos folyamatokban a legfontosabb immunoreaktív citokin az IL-1, az IL-6 és a TNF-α. Mindhárom citokin képződését az NF-κB transzkripciós faktor szabályozza. Az NF-κB antigének, vírusok, baktériumok, peroxidázok, gyulladásos limfokinek és szabad gyökök hatására indukálódik. Az NF-κB p65 alegységét teszik felelőssé a krónikus gyulladások fenntartásáért. A TNF-α pleiotrop hatású redoxszenzitív citokin. Jelenléte fokozza a szabad gyökök termelését, aminek következtében az NF-κB újabb TNF-α molekulák szintézisét kezdeményezi, és így circulus vitiosus alakul ki [21]. Számos tudományos felismerés igazolja tehát a szabad gyökök közvetlen vagy közvetett hatását a szignáltranszdukcióra. A szervezet redox-homeosztázisát bonyolult, érzékeny rendszer biztosítja, amelyben külső és belső tényezők egyaránt szerepet kapnak. A szervezet működésének feltétele a szabad gyök–antioxidáns egyensúly, amely nélkülözhetetlen a sejtproliferáció és az apoptotikus sejtpusztulás szigorú kontrolljához [22, 23]. Az elsődleges védekezés az oxigénatmoszférával szemben az alacsony szöveti oxigéntenzió, ami körülbelül 26 Hgmm. Az intracelluláris redoxiállapot legfontosabb elemei a ciszteintartalmú fehérjék. A szervezet redoxhomeosztázisának fenntartásában a legfontosabb a glutation oxidált/redukált alakjának aránya. Az oxidált glutation az NADPH koenzim által a glutationreduktáz enzim segítségével alakul át redukált formává, és így képes a glutation-peroxidáz enzim segítségével oxidált molekulák regenerálására. A redukáló ekvivalensek pótlását a pentóz-foszfát kör biztosítja. A szeléniumdependens glutationrendszer a citoszolban és a mitokondriumokban található [9]. A glutation képes redukálni a glutaredoxint is. A hőstabil tioredoxin fehérje szulfhidrilcsoportjai szintén részt vesznek a redox-homeosztázis fenntartásában. A szulfhidrilcsoportok redukciójához – a glutationhoz hasonlóan – NADPH-kofaktor szükséges. A redukciót a flavoprotein tioredoxin-reduktáz végzi. A tioredoxin és a glutaredoxin, valamint más fehérjetiolok az NADPH hidrogénjének felhasználásával a ribonukleotid-difoszfát-reduktáz enzim segítségével Mg2+-ionok jelenlétében a ribonukleotidokat dezoxiribonukleotidokká redukálják. A redukált tioredoxin a redoxfaktor 1-et (Ref-1) is képes redukálni, amely az NF-κB, AP-1, ATF, Creb EGR transzkripciós faktorok redukálását végzi, ezáltal befolyásolja DNS-hez történő kötődésüket. A GSH közvetlenül is részt vesz az oxigénszabadgyökök közömbösítésében. A tioredoxin a fehérjék szulfhidrilcsoportjainak redukálását végzi, ezáltal befolyásolja a fehérjék térszerkezetének változásait, a receptorhelyek kialakulását és a transzkripciós faktorok 2009 ■ 150. évfolyam, 2. szám

aktiválását. A protein-diszulfid-izomeráz (PDI) a proteinek térszerkezetének kialakításában vesz részt. Ez az enzim képes a dehidroaszkorbinsavat is visszaredukálni aktív formájába [22]. A γ-glutamil-transzpeptidáz kulcsenzim az intracelluláris redukált glutation homeosztázisában és a sejten belüli redoxiállapot fenntartásában. A glutation γ-glutamil-transzpeptidáz által történő extracelluláris hasítása reaktívoxigén-termékek képződéséhez vezet, amit a képződő ciszteinil-glicin koncentrációja befolyásol. A γ-glutamil-transzpeptidáz-reakcióban képződő H2O2 részt vesz az NF-κB aktiválásában [24]. A γ-glutamil-cisztein-szintetáz katalizálja a glutation szintézisének „rate limiting” lépését. Ez az enzim katalitikus és regulátor alegységekből épül fel, amelyeket speciális gének kódolnak. Prooxidánsok hatására az AP1 és NF-κB faktorok is részt vesznek a katalitikus alegység szabályozásában. A γ-glutamil-cisztein-szintetáz szintézisének szabályozása és az antioxidáns védelmi rendszer más komponenseinek transzkripciós kontrollja átfedő [25]. Szabad gyökök hatására az extracelluláris szignálregulált kinázok (ERK1/2), a c-Jun N-terminális kinázok (JNK/SAPK) és a p38 mitogénaktivált proteinkinázok (MAPK) gyorsan aktiválódnak [23]. Tehát a szabad gyökök fontos szerepet játszanak az apoptózis indukciójában.

Fémionok a redox-homeosztázisban és a szignáltranszdukció Annak ellenére, hogy rengeteg közlemény jelenik meg a fémionok élettani és kórélettani szerepéről, még mindig keveset tudunk a szervezetünkbe jutó esszenciális és toxikus fémionok kölcsönhatásairól, szerepükről a redoxhomeosztázisban és a szignáltranszdukcióban a különböző betegségekben, holott a fémionok közötti szinergizmus és antagonizmus megváltozhat a betegségek és a kezelések kapcsán. A szervezet számára toxikus, a ritka földfémekhez tartozó elektrofil tulajdonságú fémionok, mint például a Cd és a Hg, nagy affinitással kötődnek a fehérjék nukleofil szabad SH-csoportjaihoz, míg az átmeneti tulajdonságú Pb inkább a -NH2-, =NH-, aril-OH- és =O- csoportokat részesíti előnyben. A Pb ionos kölcsönhatás révén kötődik például csatornaproteinekhez is. Hidroxiapatitba épülve a csontokban halmozódik fel. E nehézfémionok a sejtek homeosztázisát gátolják, azok pusztulását eredményezik. A környezetszennyezés, környezeti katasztrófák következtében a táplálékláncon keresztül jutnak be az emberi szervezetbe. Az egészséges szervezetben az esszenciális átmeneti fémionok koncentrációja szigorúan szabályozott, míg a toxikus fémionok metabolizmusa a szervezetben gyengén szabályozott, és kiürülésük lassú. A máj jelentős szerepet játszik a nehézfémionok detoxikálásában. A nehézfémek akkumulációja nagy koncentrációban gátolja az 56

ORVOSI HETILAP


enzimaktivitásokat, befolyásolja az akutfázis-proteinek szintézisét és a génexpressziót. A nehézfémionok, mint például a Ni és a Cr, növelik a TNF-α, az IL-1 és az IL-6 szintjét, aktiválják a proteinkináz C-t. A Zn, Cu, Cd, Mn és Ni modulálni képes a tumorszuppresszor p53-at, ezáltal befolyásolja az apoptózist. Az IL-6 szabályozza a metallothionein expresszióját és a Zn akkumulációját. A DNS-javító rendszer érzékeny a Ni- és Cr-ionokra, következésképpen megnő a tumorképződés rizikója. A Cr és a Ni kiszorítja a Zn-et a DNS repair enzimek „Zn-ujjából”. A Zn és a Cu hiánya következtében nő a szérum koleszterin- és trigliceridszintje. A Ni kiüríti a glutationraktárakat, a Cr viszont oxidációs számot vált a szervezetben. A d-mező-elemek növelik a lipidperoxidációt [13, 26]. A Fe és a Zn létfontosságú nyomelemeink a Pb-hoz hasonló reakcióba lépnek átmeneti tulajdonságú nukleofil csoportokkal és a fehérjék szabad SH-csoportjaival is. A Zn több mint 300 enzim alkotórésze, és így szerepet játszik a szénhidrát-, lipid-, fehérje- és nukleinsav-anyagcserében. A Fe többek között az oxigenázok, oxidázok, peroxidázok, kataláz, hidrolázok, szignálmolekulákat szintetizáló enzimek komponense. Mindkét elem befolyásolja a szervezet redox-homeosztázisát. A vastoxicitás a Fe(II)-höz kapcsolható, mert a Fenton-reakcióban OH-szabadgyök képződik, amely NO-dal peroxinitrilt képez. A Zn és a Cu szintje szoros kapcsolatban van a hematológiai paraméterekkel is. A Cd, Pb és Hg akkumulációja többek között a máj zsíros elfajulását is okozza. Aktiválódik az immunrendszer, és felerősödnek a szabad gyökös folyamatok. A toxikus fémionok megváltoztatják az epe viszkozitását és redoxiállapotát is. A toxikus d-mező-elemek a májban halmozódnak fel és az epével ürülnek alimentáris eredetű hyperlipidaemiában patkányokban. Az antioxidáns enzimek működését aktiváló d-mező-elemek, a Zn–Mn és a Zn–Cu között szoros pozitív korreláció van egészséges normolipidaemiás patkányok májában. A Ni és a Cr között viszont negatív korreláció igazolható. Hyperlipidaemiás állatokban további szoros pozitív korreláció jelentkezik a Cu–Fe és a Cu–Cr között. A Fe-, Zn-, Cu- és Mn-tartalom nem szignifikáns csökkenése és a Ni- és Cr-koncentrációk növekedése detektálható zsírmájban „short term” kísérletben. Szignifikánsan megnő a Fe- és a Ni-, és nem szignifikánsan a Zn-koncentráció az epében. Következésképpen a zsírdús diéta a toxikus fémionok akkumulációja miatt is rákrizikót jelent [27, 28]. A szelén (Se) élettani megítélése 1817-ben történt felfedezése óta jelentősen változott. A XX. század közepéig mérgező, illetve rákkeltő voltát ismerték. Létfontossága az élő szervezet számára 1957-ben nyert bizonyítást, amikor patkányok májnekrózisát sikerült Se-vel megelőzni. A Se a vékonybélből szívódik fel, és legnagyobb része (mintegy 50%-a) a májban és a vesékben raktározódik, de kimutatható a szívben, a tüdőben, a lépben, a combizomban, a csontban és a zsírszövetben is. Kiürülése a bélsárral (körülbelül 30%), vizelettel (megközelítőORVOSI HETILAP

leg 15%), tejjel és illó formában a tüdőkön át történik. A Se a glutation-peroxidáz enzim (GSH-Px) alkotórésze. Ebből adódik, hogy hiányában a szabad gyökök elleni, antioxidánsvédelmi rendszer sérül. A Se-hiány klaszszikus példája emberben a Keshan-kór. Se-hiányos állatokban ismertek szaporodási zavarok, a máj, az agy, az erek sérülése, táplálkozási myopathiák és az úgynevezett VESD-szindróma (vitamin E selenium deficiency) alakulhat ki. A Se-mérgezés tünetei a dózistól függnek. Kis mennyiségű Se-t (5-40 mg/kg) tartalmazó takarmány hetekig, hónapokig tartó etetésekor baromfiaknál a tojások keltethetősége romlik, és hasvízkór, valamint ödéma figyelhető meg. Akut toxikózisnál nehezített légzés, ataxia, rendellenes testtartás, levertség, hasmenés alakul ki. A WHO ajánlása szerint a Se embernek javasolható adagja 20-70 μg/nap, de a 200 μg/nap mennyiséget nem haladhatja meg. A takarmányok általában 0,10,3 mg/kg szárazanyag Se-t tartalmaznak. Toxikus tünetek 5 mg/kg szárazanyag-Se-tartalomnál figyelhetők meg [29, 30]. A jelátviteli utak fontos elemei az S és a P mellett a nyomelemek, amelyek esszenciális szerepet játszanak a szignálmechanizmusok szabályozásában, és a transzkripciós faktorok működésén keresztül a gének kifejeződését befolyásolják. Az utóbbi években azt is feltételezik, hogy a fémek kulcsfontosságúak az NF-κB és az AP-1, illetve az NF-κB degradátumok esetében is. Az NF-κB DNS-hez történő kapcsolódása a DNS-kötő doménben található p50 alegység „apo62”cisztein redoxiállapotának függvénye. Ez a kapcsolat különböző nehézfémionok, mint például az As, Cd, Co, Cr, Ni és Pb hatására károsodhat. Az NF-κB-mediált transzkripciós folyamatokban különösen fontossá válnak a V, Cu és más nyomelemek, különösen az allergiás, krónikus gyulladásos, degeneratív vagy tumoros folyamatokban [31]. A sejten belüli redoxiviszonyok kialakításában a szulfhidrilcsoportokban gazdag metallotioneinek fontos szabályozószerepet töltenek be az esszenciális és toxikus fémionok megkötésével. A fémionok, szabad gyökök, illetve prooxidánsok, valamint a citokinek és hormonok által kiváltott overexpressziójuk növeli a sejtek és szövetek oxidatív stresszel szembeni védelmét [32]. A szabad gyökök és fémionok sejten, illetve sejtmagon belüli jelenléte a szignáltranszdukció során feltehetően egy ősi, evolúciós stresszadaptációs mechanizmus szerves része [31]. Belátható tehát, hogy a szabad gyök-antioxidáns egyensúly, vagyis a redox-homeosztázis vizsgálata kiemelten fontos a betegségek patogenezisének megismerése és a terápiás hatékonyság szempontjából.

Táplálkozási faktorok sejtszintű reakciói Az „antioxidáns” fogalomhoz hosszú időn át csak a szabad gyökökkel szembeni védelem fűződött. Jelentőségük nem kétséges az oxidatív stresszel összefüggő állapotok terápiájában. 57



A karotinoidok in vitro elsőrendű antioxidánsok. Védenek az oxigén-szabadgyökökkel szemben, közömbösítik a peroxidgyököket. A β-karotin antioxidáns/prooxidáns viselkedése erősen függ az oxigén tenziójától. Mindezek a tulajdonságok teszik lehetővé részvételét a redox-homeosztázis fenntartásában [33]. A Janus-arcú antioxidánsok azonban a fehérjefoszforiláció és a transzkripciós faktorok gátlásával megakadályozhatják a sejtproliferációt. A transzkripciós faktorok aktivációjának gátlásával károsíthatják az oxidatív stresszel szembeni adaptációs mechanizmusokat. Az átmeneti fémionok redukálásával felerősíthetik az oxidatív stresszt. Gátolhatják a szabad gyökök által kezdeményezett apoptózist, és fokozhatják a nekrotikus folyamatokat is. A legismertebb vitaminok, mint például az A-, C- és E-vitamin, hatásukat génszinten is kifejtik, mert közvetve antioxidáns karakterük révén, illetve közvetlenül hatnak a jelátviteli utakra, a génszabályozásra és a fehérjeszintézisre [18, 19].

Györgyi szerint a C-vitamin szükséges a fehérjék aktív elektronállapotának fenntartásához. Az aszkorbinsav pro- és antioxidáns tulajdonsága függ koncentrációjától és a fémionok jelenlététől. A C-vitamin lánctörő antioxidáns. A C-vitamin az E-vitamin koantioxidánsa. Oxidációs terméke a dehidroaszkorbát. Feltételezik, hogy az aszkorbinsav megakadályozza a fehérjék glikációját, ezáltal csökkenti a következményes komplikációk kialakulását diabetes mellitusban. Az aszkorbát oxidált formája önmaga képes glikálni a fehérjéket, de a reakció mechanizmusáról és az aszkorbilált fehérjék szerepéről ma még keveset tudunk. A C-vitamin nagyobb dózisa (500 mg/ ttkg) patkányokban már 4 napos kezelés alatt indukálta a CYP2EI izoenzimet, ami szuperoxid-anion-képződést eredményezett [37]. A C-vitamin genotoxicitását a xantinoxidáz működését fokozó hatás eredményeként képződő szuperoxid-anionnak tulajdonítják [38]. A Cvitamin alkoholistákban fokozza a mikroszomális enzimindukciót, ami szabad gyökök képződéséhez vezet. A C-vitamin regenerációját illetően egyesek úgy vélik, hogy a dehidroaszkorbinsav enzim mediálta folyamatban nyeri vissza aktív állapotát. A tradicionális nézet szerint a glutation direkt kémiai redukcióban biztosítja fiziológiásan az aszkorbinsav regenerálódását [39]. Az utóbbi évek molekuláris biológiai kutatásainak eredményei alapján a C-vitamin úgynevezett „redoxúton” szabályozza a 8-oxodG javítását. Az aszkorbinsav direkt DNS-oxidáló hatása függ in vivo koncentrációjától. A DNS-károsodást követően új javító enzimek de novo szintézise indul el, amely a Fos- és Jun-fehérjék komplexének kialakulásával hozható kapcsolatba. Az aszkorbinsav szerepe az AP-1-aktiválásban prooxidáns hatásának köszönhető. Az AP-1 a DNS oxidatív károsodását követően így részt vehet egy generalizált adaptív vagy stresszválaszban. Az aszkorbinsav továbbá mint redukálóágens erősíti a Ref-1 által szabályozott AP-1 DNShez történő kötődését. Feltételezik, hogy a 8-oxodG 25%-át a „long patch” javítómechanizmus távolítja el. A NER szerepe ebben nem szignifikáns, bár a különböző körülmények hatására aktiválódó NER alternatív út lehet a javításban. A C-vitamin és az E-vitamin génszintű hatásaiban sok hasonló vonás fedezhető fel [18].

A-vitamin Az A-vitamin a látás, a hámképződés, a növekedés, a szaporodás, az immunfolyamatok, a csontanyagcsere és a nyálkahártyák fiziológiás működéséért felelős. Fontos a szív- és érrendszeri betegségek kezelésében, valamint a rák megelőzésében, bőrbetegségek gyógyításában, de túlzott fogyasztása a nyálkahártyák és a bőr kiszáradását, elszarusodását okozza, sőt súlyos idegrendszeri és endokrin tünetek jelentkeznek [16]. A nagy koncentrációban A-vitamint, illetve β-karotint tartalmazó növények túlzott fogyasztása Crohn-betegségben és colitis ulcerosában a betegség fellángolását idézheti elő [34]. Epidemiológiai vizsgálatok az antioxidáns tulajdonságú likopin tumorgátló hatását is igazolták [35]. Az A-vitamin túladagolása alkoholistákban a CYP2EI fokozottabb indukciója miatt fokozza a vitamin toxicitását, cholestasis és krónikus májbetegség tünetei jelentkeznek. A β-karotin 250-500 mg/kg dózisban a CYP1AI/2, CYP3AI/2, CYP2EI, CYP2BI/2, CYP2CI1 enzimeket indukálja a májban, a tüdőben, a bélben és a vesében, ami a szabad gyökök túlprodukcióját eredményezi [36]. E sokoldalú hatás oka az, hogy az A-vitamin és az aktív retinoidmetabolitok mint liganddependens transzkripciós faktorok vesznek részt a génszabályozásban [17]. A retinoidok hatásmechanizmusának kutatásában döntő jelentőségű volt a magretinsav-receptor, majd a retinolkötő fehérje felfedezése, valamint az intracelluláris transzportmechanizmus és a celluláris felvétel szabályozásának megismerése, továbbá a magreceptorok és válaszelemek génszakaszainak klónozása [33].

E-vitamin A természetben 4 tokoferol- és 4 tokotrienolmolekula rendelkezik E-vitamin-hatással. Ezek közül a leghatásosabb a d-α-tokoferol. Az E-vitamin mai tudásunk szerint univerzális antioxidáns, meggátolja a lipidperoxidációt. Az E-vitamin szinglet oxigénmolekulákkal, hidroxil-, alkoxil- és peroxilgyökökkel képes reakcióba lépni, miközben belőle kevésbé reaktív tokoferoxil rezonanciastabil gyök keletkezik. A tokoferoxilgyököt az aszkorbinsav és a GSH regenerálja a vizes fázis felől. Az aszkorbinsav regenerálását pedig az úgynevezett flavonoid típusú vegyületek végzik [5].

C-vitamin Szent-Györgyi Albert felfedezése óta a C-vitamin töretlen karriert futott be, bár a vitamin anyagcserében játszott szerepe még ma sem teljesen tisztázott. Szent2009 ■ 150. évfolyam, 2. szám

58

ORVOSI HETILAP


Az E-vitamin a szív- és érrendszeri megbetegedések megelőzésében játszik elsődleges szerepet. Az E-vitamin azonban nagy dózisokban (200-600 U/nap) újszülöttekben szövettanilag igazolt hepatotoxicitást okozott [40]. Epidemiológiai vizsgálatok azt mutatták, hogy az antioxidánsok kombinált alkalmazása tumoros betegeknél és cerebrovascularis betegségekben kedvezőbb, mint monoterápiájuk [41]. Ennek az az egyszerű magyarázata, hogy az inaktív formába kerülő vagy prooxidánssá váló antioxidánsok redoxipotenciáljuknak megfelelően egymást regenerálni képesek, illetve az egyes antioxidánsok különböző gyököket közömbösítenek. Az E-vitamin hatásmechanizmusában döntő a kromángyűrű protondonor-aktivitása. Az E-vitamin posztranszlációs szintnél gátolja a proteinkináz C-t, az 5-lipoxigenázt és a foszfolipáz-A2-t, aktiválja a proteinfoszfatáz-2A-t és a diacilglicerolkinázt. Újabb kutatások szerint az E-vitamin más antioxidánshoz nem hasonlítható módon vesz részt számos gén szabályozásában [42]. Ezeket a géneket öt nagy csoportba lehet sorolni. Az egyes csoportba az α-tokoferol-transzferprotein (α-TTP) és a citokróm P450 (CYP3A) gének tartoznak. A második csoportba a CD36, az SR-B1 és az SR-AI/II gének sorolhatók, amelyek kapcsolatban állnak a lipidfelvétellel és az arteriosclerosissal. A harmadik csoport tagjai a tropomiozin, a kollagén (C-1), az MMP-1, az MMP-19 és a kötőszövet növekedési faktor (CTGF) gének, amelyek az extracelluláris fehérjék expressziójának szabályozásában vesznek rész. A negyedik csoport az E-szelektin, az ICAM-1, az integrinek, a glikoprotein-IIb, -II-2, -IL-4 és -IL-β szintéziséért felelős géneket tartalmazza. Ezek a gének állnak kapcsolatban a gyulladásos folyamatokkal, a sejtadhézióval és a thrombocytaaggregációval. Az ötödik csoport génjei kódolják azokat a fehérjéket, amelyek a sejtszignálfunkciókért és a sejt életfolyamatainak szabályozásáért felelősek. Idetartonak a PPAR-γ, a ciklin-D1, a ciklin-E, a Bcl2-L1, a p27 és a CD95 (Apo-1/Fas ligand) génjei. A p27, Bcl2, α-TTP, CYP3A, tropomiozin, II-2, PPAR-γ és CTGF upregulációját feltehetően egy vagy több tokoferol okozhatja. Számos mechanizmus támasztja alá a tokoferolfüggő génszabályozást. Néhány esetben a PKC-nek is szerepe van, mert az α-tokoferol gátolja az aktivitását. Részt vesz több transzkripciós faktor szabályozásában, mint például a NF-кB és az AP-1 esetében. Más esetekben PXR/RXR direkt hatással lehet számolni. Az antioxidáns válaszelem (ARE) és a transzformáló növekedési faktor-β-válaszelem TGFβRE megjelenése dokumentálható. A tokoferolhatás mediátorainak heterogenitása egy receptor vagy koreceptor létét sugallja, amely képes kapcsolatot teremteni a tokoferol és a transzkripciós faktorok között a szenzitív gének promoter szekvenciáinak specifikus régiója irányában [19]. Még számos kérdés tisztázatlan az α-tokoferol közvetlen és közvetett hatásainak kapcsán. Csak 2003-ban írták le az α-tokoferol transzferprotein-szerkezetét, bár a kuORVOSI HETILAP

tatások e területen régóta intenzíven folytak. A közelmúlt kutatási eredménye számos újszerű tokoferolkötő fehérje klónozása is. A receptorhoz történő kötődés azonban tisztázásra vár nemcsak az α-tokoferol, hanem a tokoferil-szukcinát és tokotrienol-foszfátok esetében is. A PKC-aktivitás gátlása az E-vitamin hatására kimutatható volt monocytákban, makrofágokban, neutrofilekben, fibroblastokban és mesangialis sejtekben. A PKC-gátlás különböző módon jut érvényre a különböző sejtekben: thrombocytaaggregáció-gátlásban, a NO- és O–2-képződés gátlásában, a simaizomsejtproliferáció gyengülésében. Az adhéziós molekulák expressziója és a gyulladásos citokinek képződése szintén kapcsolódik az E-vitamin hatásához. Az oxidált LDL scavengerreceptor SR-A és CD-36 transzkripciós szintnél downregulált, tehát az E-vitamin a CD-36 scavengerreceptor működésének alulszabályozásán keresztül is hat [19, 42]. A γ-tokoferol a ciklinek downregulálásával képes gátolni a humán prosztata-, colorectalis adenocarcinomaés osteosarcoma-sejtek sejtciklusának progresszióját és a sejtproliferációt [43]. Emlőssejtekben kimutatható az α-tokoferil-foszfát, amelynek prekurzora az α-tokoferol. Ez a vegyület a májban és a zsírszövetben halmozódik fel. Az α-tokoferilfoszfát körülbelül 150 pg/g koncentrációban található meg a májban. Elképzelés szerint a ma ismert 7 alcsoportba tartozó 587 proteinkináz közül a tirozinkináz katalizálhatja az átalakítást. A foszfatáz esetében a tirozinfoszfát-foszfatáz jöhet szóba. Nem ismert még a foszfatáz inhibitora sem [19].

Polifenolok A közvetlen szabadgyök-befogásban és a lipidperoxidáció megakadályozásában fontos szerepet kapnak a magasabb rendű növények gyakorlatilag minden részében előforduló polifenolok és ezen belül a flavonoidok. A „polifenol” mindazon molekulák gyűjtőneve, amelyek több fenolos hidroxilcsoportot tartalmaznak. Ilyen vegyületek a hidrolizálható cserzőanyagok (galluszsavszármazékok), a kondenzált cserzőanyagok (proantocianidinek), flavonoidok, kumarinok, lignánok, ligninek és más kis molekulák, mint például a katechinek vagy a pirogallol. A cserzőanyagok fehérjékhez, bázikus molekulákhoz kötődnek, vagy nehézfémekkel reagálva csapadékot képeznek. E vegyületek egyik jelentős csoportja a humán élettani szempontból is fontos flavonoidok. A flavonoidokhoz sorolhatók a difenil-propán-vázas oxigéntartalmú heterociklusos és a velük szerkezeti izomér nyílt láncú vegyületek. A flavonoidok és izoflavonoidok nagy szerkezeti változatosságot mutatnak, és ma már körülbelül 6000 képviselőjük molekulaszerkezete ismert. A különbözőség az oxidációfok és a szubsztitúció következménye. A flavonoidok a fenolos hidroxilcsoportok számában és helyzetében mutatnak nagy variabilitást. A flavonoidok antioxidáns hatása a molekula funk59



baktériumok hatására jelentős változásokon mehetnek keresztül. Az intenzív anyagcsere következtében fenolsavak keletkeznek, amelyek felszívódásuk után továbbalakulnak kettős kötések telítése, dekarboxiláció vagy demetiláció révén. A vastagbélben a bakteriális β-glükozidáz hatására szabaddá váló aglikonok a felszívódást követően konjugálódnak, metilálódnak vagy glükuronidálódnak. A flavonoidok metabolizálódásának legfőbb helye a máj, a bél, de a vese szerepe sem kizárt. Állatkísérletekben irodalmi adatok szerint a rutin felszívódási vizsgálatok során sem a rutint, sem aglikonját, a kvercetint nem tudták kimutatni a vérből és a vizeletből, viszont azonosították a 3,4-dihidroxitoluol, 3-hidroxifenilecetsav, 3,4-dihidroxifenilecetsav és 3-metoxi-4-fenilecetsav metabolitokat. Humán tanulmányokban, ileostomizált betegekben a flavonoidok részleges abszorpcióját tapasztalták [46, 47]. Már számos polifenolról bebizonyították, hogy részt vesz a celluláris antioxidáns hálózatban. A molekuláris mechanizmusok felderítése napjaink új kutatási iránya. Értékes adatok jelentek meg a Pinus maritimából nyert többkomponensű piknogenol (katechin, epikatechin, taxifolin, koffein, ferulasav, procianidin/proantocianidin és más fenolsavak) NF-кB- és AP-1-aktivitást gátló hatásáról TNF-fel stimulált endothelsejteken [50]. A flavonoidok a mátrix-metalloproteinázok hatásos inhibitorai. Azt is megállapították, hogy a glikoziláció fokozza a gátlóhatást, míg a PKC-gátlás esetében az aglikonok gátlóhatása jelentősebb [51]. Tudományos vizsgálatok igazolják, hogy a táplálkozási antioxidánsok együttes alkalmazása kedvezőbb hatást eredményez, mint ha külön-külön történne ezeknek az anyagoknak a bevitele. A karotinoidok a koenzim-Q és a flavonoidok között szinergizmust írtak le. A C-vitamint a flavonoidok regenerálják, de ismert a flavonoidok és az E-vitamin egymást erősítő hatása is [5, 50]. A flavonoidok és a vitaminok szinergista kölcsönhatása immunstimuláns és antikarcinogén. A lignánok (minor ballasztanyagok) antioxidáns tulajdonsága is bizonyítást nyert. A lignánok és az E-vitamin között szinergizmust is igazoltak [52].

ciós csoportjainak elhelyezkedésétől függ, de ezek a szubsztitúciós helyek felelősek a gyakori toxicitásért is, ezért feltételezhető, hogy a reakciókban a redoxiátmenetek is szerepet játszanak [44]. Az első hazai élettani kutatások Rusznyák és SzentGyörgyi nevéhez fűződnek, akik a flavonoidok vitaminjellegét feltételezték [45]. Később azonban a „P-vitamin” (permeabilitást csökkentő vitamin) vitamintulajdonságát nem igazolták. Kiderült, hogy a P-vitaminnak elnevezett anyag a heszperetin és eriodiktiol glikozidjainak keveréke volt. A flavonoidok élettani fontosságát igazolja, hogy több képviselőjük gyógyszerformában is rendelkezésre áll. A vizsgált növények csaknem 75%-ában megtalálható a kvercetin és a kempferol, míg 10%-ukban a miricetin is kimutatható. A legelterjedtebb glikozid a rutin, amely a növények 50%-ában van jelen. Az élelmiszerekben leggyakrabban előforduló vegyületek a kvercetin, rutin, robinin. A glikozidok az intestinalis baktériumflóra segítségével hidrolizálnak és válnak biológiailag aktív aglikonokká [46]. A hormonhatású izoflavonoidok és azok glikozidjai a hüvelyesekben találhatók meg számottevő mennyiségben. Epidemiológiai felmérések szerint az öt leggyakrabban előforduló flavonoid napi bevitele a 25 mg-tól az 1 g-ig terjed [47]. A flavonoidok elektrondonor antioxidánsok. A láncmegszakító elektrondonor antioxidánsok a telítetlen lipidekkel (LH) versenyeznek a lipidperoxid-gyökökért (LOO.), és így gátolják az L-gyök képződését, ezáltal lassítják a propagációt. A lipidperoxidációt gátló antioxidánsok láncmegszakító, fémkomplexképző és 1O2közömbösítő hatásúak. Az antioxidánsok kémiai reakcióik során maguk is szabad gyökké válnak, reakciósebességük azonban nagyságrendekkel eltér a radikális gyökökétől. Relatív stabil gyökök. A fenolszármazékok kiváló komplexképző tulajdonsága hozzájárul az oxidatív stressz csökkentéséhez. A kelátképző antioxidánsok esetében a fémionok hidroperoxid-bontó, szabadgyökgeneráló képessége nem jut érvényre [48]. E vegyületek közül számos biológiailag releváns pH-n autooxidálódik, és kémiai reakcióikban toxikusak az állati és humán sejtekre in vitro. A flavonoid típusú kvercetin nagy koncentrációban in vitro kísérletekben DNS-mutációkat okoz annak ellenére, hogy epidemiológiai tanulmányok tanúsága szerint az e vegyületet tartalmazó élelmiszerek tartós fogyasztása az érelmeszesedés és az infarktus megelőzésében jelentős. A kutatók ezért a különböző fenolos vegyületek széles körű vizsgálatát végzik annak felderítésére, hogy maguk az alapvegyületek vagy azok metabolitjai felelősek-e az eltérő hatásokért [49]. Az antioxidáns flavonoid-glikozidok rosszul szívódnak fel a béltraktusból, míg az aglikonok közvetlenül is felszívódhatnak. A változatlan szerkezetű flavonoidoknak kevesebb mint 1%-a éri el a keringést. A növényi kivonatok per os alkalmazásakor a flavonoid-glikozidok a terminális ileumban és a colonban kolonizálódott bél2009 ■ 150. évfolyam, 2. szám

Következtetés A korai kutatásokat nem számítva, az 1970-es évektől egyre nagyobb érdeklődés mutatkozik az élő szervezetekben lejátszódó szabadgyök-típusú reakciók és a velük szembeni antioxidánsvédekezés megismerésére. Ma a szabad gyök/antioxidáns kutatása ismét virágkorát éli, mert a molekuláris biokémikusok is szükségszerűen felfedezték maguknak a szabad gyököket, és világossá vált számos, a táplálékkal felvett antioxidáns génszintű hatása is. Ma már bizonyított, hogy a biológiai folyamatokban keletkező szabad gyökök koncentrációja és a velük szembeni többszintű antioxidánsvédelem aktivitása változó, alapvetően a genetikai adottságok és a környezeti hatások határozzák meg. A szervezet szabadgyök-koncentrá60

ORVOSI HETILAP


ket ronthatja jelentősen, hanem károsíthatja az egészséget is. Különösen figyelni kell arra, hogy a gyógyteák huzamos ideig történő alkalmazása nem egészséges, még akkor sem, ha a fogyasztás napi egy csésze. A kiegyensúlyozott táplálkozás fedezi a szervezet normális működéséhez szükséges vegyületeket úgy, hogy a bevitt antioxidánsok (vitaminok, növényi hatóanyagok) a szervezet endogén antioxidáns rendszerével együtt biztosítják az egyensúlyt a pro- és antioxidáns hatások között, vagyis megakadályozzák a patológiás szabadgyök-reakciók megjelenését. Az egészséges szervezet tehát nem igényli táplálékkiegészítő készítmények fogyasztását, mert a többletantioxidáns- és -elembevitel megzavarja a redox-homeosztázist. Szignifikáns arányváltozások következhetnek be az egymásra épülő antioxidáns védelmi mechanizmus elemei között, és a szervezet számára fontos enzimatikus antioxidáns védelem visszaszorul, sőt kompenzatórikus szabadgyök-termelés indul be [13]. A betegségekben szenvedők esetében viszont pótolni kell a hiányosságokat a bioaktív molekulák és fémionok optimális bevitelével. Ehhez azonban elengedhetetlen annak megállapítása, hogy mire van szüksége a beteg szervezetnek. A vitaminhiányos és vashiányos állapotokon kívül például Leigh-szindrómában a koenzim-Q10 pótlása szükséges [55]. Porphyria cutanea tardában az E-vitaminos kiegészítő terápia segíthet a bőrtünetek mérséklésében [56]. Gastrointestinalis tumorok primer és szekunder prevenciójában a flavonoidokban, antocianidinekben és lignánokban gazdag étrend javasolható [57]. Ha mindezeket a hatóanyagokat sűrítmények formájában fogyasztják a betegek, akkor nagyon fontos a rendszeres orvosi ellenőrzés a súlyos mellékhatások elkerülése érdekében [53]. Néhány példa, amely óvatosságra int: a céklasűrítmény nagy vastartalma miatt nem javasolt alkoholistáknak, porphyriásoknak és porphyria cutanea tarda betegségben szenvedőknek, míg vas- és folsavhiányos anaemiában kedvező hatású lehet [58]. Óvatosság szükséges viszont tumoros betegek esetében is a nagy folsavtartalom miatt! Kedvező hatás, hogy a nagy betainkoncentráció fokozza a biológiai metilezést, és mérsékelni képes a homociszteinszintet. A feketeretek-koncentrátumok is csak mérsékelten fogyaszthatók, mert hossszan tartó kúrák növelik a szérumhúgysav- és epesav-koncentrációt [14, 54]. A káposztafélék mértéktelen fogyasztása a jódhiányos területeken fokozza a golyva kialakulását [14]. A sokkomponensű készítmények esetében még inkább lényeges az egyénre vonatkozó megfelelő kalkulációt elvégezni a napi dózisok helyes megállapításakor. Megfontolást igényel az antioxidáns betegségnek számító Gilbert-szindrómás betegek táplálékkiegészítő készítményekkel történő roborálása is, tekintettel az optimális szabadgyök-szint megtartására [59]. Mindezen ismeret birtokában beláthatjuk, hogy nagy a felelősségünk a biológiailag aktív molekulákat tartalmazó készítmények és funkcionális élelmiszerek kifej-

ciója nemcsak napszakos, hanem évszakos ingadozást is mutat, amit többek között a környezet sugárterhelése, szennyeződése, hőmérsékletének változása, a táplálkozás minősége és mennyisége befolyásol. Az életkor előrehaladtával a szervezet anyagcseréje megváltozik. E folyamatokkal párhuzamosan csökken az antioxidáns védelmi mechanizmus intenzitása is [53]. Mindezek után sokakban felmerül a kérdés – hallva azokat a híreket, hogy különböző eredetű antioxidánskészítmények az életet veszélyeztető állapotokat idéztek elő –, vajon a bioaktív hatóanyagokban gazdag készítmények fogyasztása javíthatja-e az egészségi állapotot [54]. A kérdést nem lehet egyszerűen megválaszolni, mert sok esetben nem tudható, hogy valójában milyen drogokat, illetve hatóanyagokat tartalmaz a gyakran fantázianévvel ellátott készítmény. Milyen filozófia szerint lett összeválogatva a többkomponensű termék? Sokszor az sem derül ki, hogy honnan származik és milyen tisztaságú. Saját kutatási eredményeink alapján elmondhatjuk, hogy a gyógyteák és egyéb táplálékkiegészítő készítmények fogyasztása rendkívüli körültekintést igényel, mert a drogok hatóanyag-tartalma eltérhet már két különböző időben gyártott készítmény esetében is. Nem mindegy például, hogy milyen volt a napsugaras órák száma a növények fejlődése alatt, a begyűjtést megelőzően, mert a polifenolok, illetve a cserzőanyagok szintézise függ az UV-sugárzás erősségétől, de függ a növényvédő szerek alkalmazásától is. A növényvédő szerek ugyanis visszaszoríthatják a drogok fenolos vegyületeinek szintézisét. (Arról már nem is beszélve, hogy e nemkívánatos szerek maradványai is bekerülnek a szervezetbe.) A gyártók és forgalmazók akarva-akaratlan gyakran megtévesztik a fogyasztókat. Például a forgalom növelése érdekében olyan állítások kerülnek a készítmények ismertetőibe, amelyek nem állják meg a helyüket. Ismert olyan durva csalás is, amely az élvezeti érték növelése érdekében történik. Ilyen például a koffein utólagos hozzáadása. Sajnos nem bízhatunk meg minden esetben a készítmények tisztaságában sem, mert például nem ismert a fémion-szennyeződés mértéke, amely eredhet a készítményben található növényi drogokból a talajminőség és a művelés miatt, illetve egyéb, a feldolgozás során történő szennyeződés következtében. Mivel a polifenolok felszívódását nagymértékben befolyásolja a bélbaktériumok jelenléte, további problémát jelent annak megítélése, hogy a készítmény polifenoljai metabolizálódnak-e, vagy kicsapják-e a fehérjéket. A polifenolok (tanninok) jelentősen csökkenthetik a bélbaktériumok számát, de közvetlenül kicsaphatják a bélmucosa fehérjéit is. Hatásuk jelentős mértékben függ a fémion-szennyeződéstől. Teák készítése esetében is fontos az előírások betartása, mert a teafiltert vagy teadrogokat órákon át áztatva a bioaktív anyagok kioldódása nemcsak az élvezeti értéORVOSI HETILAP

61


Ö S S Z EFOGLA LÓ R EFER Á TU M OK [23] Ramachandiran, S., Huang, Q., Dong, J. és mtsai: Mitogen activated protein kinases contribute to reactive oxygen species-induced cell death in renal proximal tubule epithelial cells. Chem. Res. Toxicol., 2002, 15, 1635–1642. [24] Accaoui, M. J., Enoiu, M., Mergny, M. és mtsai: Gamma-glutamyltranspeptidase-dependent glutathione catabolism results in activation of NF-кB. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, 276, 1062–1067. [25] Wild, A. C., Mulcahy, R. T.: Regulation of gamma-glutamylcysteine synthetase subunit gene expression: Insights into transcriptional control of antioxidant defenses. Free Rad. Res., 2000, 32, 281–301. [26] Czauderna, M., Rochalska, M.: Interaction between Se and Cr and distribution of Zn, Rb, Co, and Fe in mice given chromate ions and selenium compounds. J. Radioanal. Nucl. Chem., 1989, 134, 383–392. [27] Blázovics, A.: Accumulation of toxic elements in liver and bile in hyperlipidemy. Trace Elem. Electrolyt., 2003, 20, 10–16. [28] Blázovics, A., Szentmihályi, K., Vinkler P. és mtsai: Zn overdose may cause disturbance in the iron metabolism. Trace Elem. Electr., 2004, 21, 240–247. [29] Selenium. National Research Council. Mineral Tolerance of Domestic Animals. Szerk.: Washington D. C., National Academy of Sciences. 1980, 392–420. [30] Fekete S.: Állatorvosi általános takarmányozástan. Budapest, 1995, 122–123. [31] Kudrin, A. V.: Trace elements in regulation of NF-кB activity. J. Trace Elem. Med. Biol., 2000, 14, 129–142. [32] Mulder, T. P., van der Sluys Veer, A., Verspaget, H. W. és mtsai: Effect of oral zink supplementation on metallothionein and superoxide dismutase concentrations in patients with inflammatory bowel disease. J. Gastroenterol. Hepatol., 1994, 9, 472–477. [33] Blázovics A., Fehér J.: Sikerek és kudarcok a retinoid terápiában. Gyógyszereink, 1996, 46, 124–129. [34] Tragnone, A., Valpiani, D., Miglio, F. és mtsai: Dietary habits as risk factors for inflammatory bowel disease. Eur. J. Gastroenterol. Hepatol., 1995, 7, 47–51. [35] Perkins-Veazie, P., Collins, J. K., Willey E. és mtsai: Watermelon: A rich source of the antioxidant lycopene. XXVI. International Horticultural Congress and Exhibition, 2002, S09-0183, 366. [36] Paolini, M., Antelli, A., Pozetti L. és mtsai: Induction of cytochrome P450 enzymes and over generation of oxygen redicals in beta-carotene supplemented rats. Carcinogenesis, 2001, 22, 1483–1495. [37] Paolini, M., Pozetti, L., Pedulli G. F.: The nature of prooxidant activity of vitamin C. Life Sci., 1999, 64, 273–278. [38] Herbert, V.: Does mega-C do more good than harm, or more harm than good? Nutr. Today, 1993, 28, 28–32. [39] May, J. M., Qu, Z. C., Whitesell, R. R. és mtsai: Ascorbate recycling in human erythrocytes: Role of GSH in reducing dehydroascorbate. Free Rad. Biol. Med., 1996, 20, 543–551. [40] Witting, L. A.: Vitamin E and lipid antioxidants in free radical initiated reactions. In: Free Rad. Biol., Szerk.: Pryor A. New York Acad. Press, USA, 1980, 295–319. [41] Potter, J. D.: Cancer prevention: Epidemiology and experiment. Cancer Lett., 1997, 114, 7–9. [42] Zingg, J. M., Azzi, A.: Non-antioxidant activities of vitamin E. Curr. Med.Chem., 2004, 11, 1113–1133. [43] Gysin, R., Azzi, A., Visarius, T.: Gamma-tokoferol inhibits human cancer cycle progression and cell proliferation by downregulation of cyclins. FASEB J., 2002, 16, 1952–1954. [44] Breinholt, V.: Desirable vs. harmful levels of intake of flavonoids and phenolic acids. In: Natural antioxidants and anticarcinogens in nutrition, health and disease. Szerk.: Kumpulainen, J. T., Salonen, J. T. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK, 1999, 93–105. [45] Rusznyák, S., Szent-Györgyi, A.: Vitamin nature of flavones. Nature, 1936, 138, 798.

lesztésében és terápiás célú alkalmazásában. Tudatosítanunk kell, hogy a médiából áramló felelőtlen marketingszellemiség miatt ajánlott „hatóanyagbombák” súlyos vagy végzetes egészségkárosodást okozhatnak.

Irodalom [1] Nagy, I. Z.: Semiconduction of proteins as an attribute of the living state: the ideas of Albert Szent-Györgyi revisited in light of the recent knowledge regarding oxygen free radicals. Exp. Gerontol., 1995, 30, 327–335. [2] Szent-Györgyi A.: Az élő anyag állapota. Gyorsuló idő. Magvető Kiadó, Budapest, 1983. [3] Pohl, H. A., Gascoyne, P. R., Szent-Györgyi A.: Electron spin resonance absorption of tissue constituents. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1977, 74, 1558–1560. [4] McCord, J. M., Fridovich, I.: Superoxide dismutase: an enzymic function for erythrocuprein (hemocuprein). J. Biol. Chem., 1969, 244, 6049–6055. [5] Blázovics A., Fehér J.: Az oxidatív stressz és a máj. In: Hepatológia. Szerk.: Fehér J., Lengyel G. Medicina, 2001, 50–88. [6] Ignarro, I. J.: Biosynthesis and metabolism of endothelium-derived nitric oxide. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 1990, 30, 535–560. [7] Szent-Györgyi, A.: The living state and cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1977, 74, 2844–2847. [8] Cheeseman, K. H., Collins, M., Maddix S. és mtsai: Lipid peroxidation in generating rat liver. FEBS Lett., 1986, 15, 191–196. [9] Fehér, J., Csomós, G., Vereckei, A.: Free radical reactions in medicine. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1987. [10] Suh, Y. A. H., Arnold, R. S., Lassegue B. és mtsai: Cell transformation by the superoxide-generating oxidase Mox1. Nature, 1999, 401, 79–82. [11] Bedard, K., Krause, K. H.: The NOX family of ROS-generating NADPH oxidases: physiology and pathophysiology. Physiol. Rev., 2007, 87, 245–313. [12] Schulze-Osthoff, K., Ferrari, D., Riehemann, K. és mtsa: Regulation of NF-кB activation by MAP kinase cascades. Immunbiology, 1997, 198, 35–49. [13] Blázovics, A.: Redox homeostasis, bioactive agents and transduction therapy. Curr. Signal Transduct. Ther. Bentham Sci. Publ., 2007, 2, 226–239. [14] Lugasi, A., Blázovics, A., Lebovics, V. K. és mtsai: Beneficial health effect of black radish and in vivo experimental conditions. In: Phytochemistry and Pharmacology. Szerk.: Singh, E., Govil, J. N., Singh, V. K. SCI TECH Publishing LLC, Texas, USA, 2002, 2, 365–375. [15] Elődi P. (szerk.): Biokémia. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1981. [16] Peterson, K.: „Natural” cancer prevention trial halted. Science, 1996, 271, 441. [17] Petkovich, M.: Regulation of gene expression by vitamin A: The role of nuclear retinoic acid receptors. Ann. Rev. Nutr., 1992, 12, 443–471. [18] Lunec, J., Holloway, K. A., Cooke, M. S. és mtsai: Urinary 8-oxo2’-deoxyguanosine: Redox regulation of DNA repair in vivo. Free Rad. Biol. Med., 2002, 33, 875–885. [19] Azzi, A., Gysin, R., Kempná P. és mtsai: Regulation of gene expression by alpha tocopherol. Biol. Chem., 2004, 385, 585– 591. [20] Kopper L., Fésűs L. (szerk.): Apoptosis. Medicina, Budapest, 2002. [21] Head, K. A., Jurenka, J. S.: Inflammatory bowel disease, Part I. Ulcerativ colitis – pathophysiology and conventional and alternative treatment options. Alternat. Med. Rev, 2003, 8, 247–383, [22] Powis, G., Gasdanska, J. R., Baker, A.: Redox signalling and the control of cell growth and death. Adv. Pharmacol., 1997, 38, 329–358.


62

ORVOSI HETILAP

Ö S S Z EFOGLA LÓ R EFER Á TU M OK [55] Michael, V. M., Lili, M., Peter, H. és mtsai: Systematic evaluation of muscle coenzyme Q10 content in children with mitochondrial respiratory chain enzyme deficiencies. Mitochondria Research Society Published by Elsevier B. V., 2008, 8, 170–180. [56] Székely, E., Vereckei, A., Almási, A. és mtsai: Effects of vitamin E administration on the hemorheological status and redox homeostasis of patients with porphyria cutanea tarda treated with phlebotomy. Clin. Hemorheol. Microcirc., 2007, 36, 13–23. [57] Dörnyei, O., Kovács, Á., Székely, E. és mtsai: Antioxidánsok fogyasztására vonatkozó felmérések gyulladásos bélbetegségekben. Orv. Hetil., 2006, 147, 29–37. [58] Blázovics, A., Kovács, Á., Lugasi A.: The effect of short and long term antioxidant treatments on redox homeostasis in experimental and clinical studies. In: Nutritional Research Advances. Szerk.: Sarah V. Watkins, Nova Science Publisher, USA, 2007, 4, 1–34. [59] Hagymási, K., Blázovics, A., Lengyel, G. és mtsai: Further evidence of altered redox status of hyperbilirubinemic patients: role of bilirubin in Gilbert syndrome. Acta Biol. Szegediensis, 2003, 47, 131–134.

[46] Hollman, P. C. H.: Bioavailability of flavonoids. Eur. J. Clin. Nutr., 1997, 51, S66–S69. [47] Lugasi A.: Az élelmiszer eredetű flavonoidok potenciális egészségvédő hatása. Orv. Hetil., 2000, 141, 1751–1761. [48] Frankel, E. N.: Review. Recent advances in lipid oxidation. J. Sci. Food Agric., 1991, 54, 495–511. [49] György I., Blázovics A., Fehér J. és mtsa: Reactions of inorganic free radicals with liver protecting drugs. Radiat. Phys. Chem., 1990, 36, 165–167. [50] Packer, L., Rimbach, G., Virgili, F.: Antioxidant activity and biologic properties of a procyanidin-rich extract from pine (Pinus maritima) bark, pycnogenol. Free Rad. Biol. Med., 1999, 27, 704–724. [51] Ende, C., Gebhardt, R.: Inhibition of matrix metalloproteinase-2 and -9 activities by selected flavonoids. Planta Med., 2004, 70, 1006–1008. [52] Yamashita, K., Nohara, Y., Katayama, K. és mtsa: Sesame seed lignans and γ-tocopherol act synergistically to produce vitamin E activity in rats. J. Nutr., 1992, 122, 2440–2446. [53] Blázovics, A., Sárdi, É, Szentmihályi, K. és mtsai: Metal accumulation in the liver caused by consumption of beta vulgaris var. rubra. Acta Biol. Hung., 2006, 57, 415–22 8. [54] Gartner, E., Marschall, P. S., Filandrinos, D. és mtsa: Complications resulting from the use of Chinese herbal medications containing undeclared presciption drugs. Arthritis Rheum., 1993, 38, 614–617.

(Blázovics Anna dr., Budapest, Szentkirályi u. 46., 1088 e-mail: [email protected])

Tisztelt Olvasónk! Köszönjük, hogy figyelemmel kíséri az Orvosi Hetilapban megjelenő közleményeket. Reméljük, hogy továbbra is olvasóink, előfizetőink táborában tudhatjuk. A 2009. évi előfizetési díj egy évre: 22 900 Ft, fél évre: 14 520 Ft, negyed évre: 9 160 Ft. Nyugdíjas és ifjúsági (35 év alatti) kedvezmények: A 2009. évi előfizetési díj egy évre: 16 030 Ft, fél évre: 10 140 Ft, negyed évre: 6 395 Ft. Egyes lapszámok ára: 760 Ft

Az egyes lapszámok megvásárolhatók a Mediprint Orvosi Könyvesboltban. 1053 Budapest, Múzeum krt. 17. • Telefon: 317-4948 Az Orvosi Hetilap az alábbi elérhetőségeken rendelhető meg: Akadémiai Kiadó Zrt. 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 19/d Telefon: (06-1) 464-8240, kapcsolattartó: Gulyás Andrea E-mail: [email protected]

ORVOSI HETILAP

63


A szabad gyököktől a táplálkozás tudományáig

Recommend Documents