Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
PROANTHOCYANIDINY A JEJICH ANTIOXIDAČNÍ AKTIVITA
VÍT KOLEČKÁŘa,c, ZUZANA ŘEHÁKOVÁa, ELIŠKA BROJEROVÁa, KAMIL KUČAc, DANIEL JUNc, KATEŘINA MACÁKOVÁa,b, LUBOMÍR OPLETALa,b, PAVEL DRAŠARd, LUDĚK JAHODÁŘa, JAKUB CHLEBEKa,b a LUCIE CAHLÍKOVÁa,b
účinky. Velkému zájmu se těší látky fenolové povahy, zejména polyfenoly, které byly a jsou široce zkoumány z důvodu potenciálního použití v prevenci a terapii zejména tzv. civilizačních chorob. Polyfenoly typu flavonoidů a látek z nich odvozených jsou rozsáhlou skupinou sloučenin1 (započítáme-li do této skupiny další sloučeniny, jako jsou fenolové kyseliny, kumariny aj., překročí v současnosti tento počet 10 000 sloučenin). Za posledních zhruba 100 let bylo publikováno více než 60 000 prací na téma flavonoidních látek, v případě proanthocyanidinů je počet prací přibližně desetinový. Flavonoidy jsou však všeobecně známou a významnou skupinou (rutin, hesperidin) s mnoha prakticky využitelnými účinky2, avšak doposud opomíjenou skupinou polyfenolů, neméně důležitou, jsou některé typy tříslovin (zejména třísloviny kondenzované). Polyfenolům byla věnována řada rozsáhlých přehledových prací (např.3), protože jsou běžně přijímány v potravě; např. u červeně a modře zbarvených brambor mohou hrát přítomné anthocyany a další fenolové sloučeniny zajímavou roli přirozených antioxidantů v lidské stravě4. Studiu na obsah anthocyanů jsou také podrobeny nové a dosud nepříliš známé druhy ovocných dřevin, jako např. Lonicera coerulea L. (Loniceraceae)5. Rovněž je důležité hodnocení antioxidační aktivity ovocných a zeleninových šťáv, jehož výsledky jsou do velké míry ukazatelem obsahu příznivě působících polyfenolů6. Přítomnost polyfenolických látek v pochutinách, jako je čokoláda7 a čaj8, je známa, stejně tak jako příznivé účinky na fyziologické procesy v lidském organismu. Polyfenoly jsou však také přítomny i v široce používaných produktech, jako je např. pivo (jejich obsah je pro organoleptické vlastnosti chmelových přípravků bezesporu důležitý)9. Ukázalo se, že výrazný vliv na aktivitu antioxidantů mají vnější faktory10. Při technologických procesech, jako je např. pyrolýza dřevní hmoty, při které dochází k výrazným změnám v obsahu a složení polyfenolových sloučenin, hrají vliv nejen podmínky procesu, ale i složení suroviny11. Samotný výraz „polyfenol“ je však velmi vágní a někdy matoucí, pouze naznačuje, že v molekule sloučenin je vyšší počet (220) fenolových hydroxylů, nehovoří však zároveň o povaze základního skeletu. Proto by měl být tento výraz používán k označení široké skupiny látek, které se vyskytují v určité rostlinné surovině (flavonoidy, třísloviny, fenolové kyseliny, některé lignany). V roce 1957 definoval Bate-Smith12 třísloviny jako ve vodě rozpustné fenolové sloučeniny s relativní molekulovou hmotností od 500–3000. Mezi jejich charakteristické
a
Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, b skupina ADINACO, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové, cCentrum pokročilých studií, Fakulta vojenského zdravotnictví, Univerzita obrany, Třebešská 1575, 500 01 Hradec Králové, d Ústav chemie přírodních látek, Fakulta potravinářské a biochemické technologie, Vysoká škola chemicko-technologická, Technická 5, 166 28 Praha 6
[email protected] Došlo 13.12.11, přijato 20.1.12. Rukopis byl zařazen k tisku v rámci placené služby urychleného publikování. Klíčová slova: flavonoid, procyanidin, třísloviny, antioxidanty, rostlinné látky
Obsah 1. 2. 3. 4.
Úvod Struktura, typy a výskyt proanthocyanidinů* Absorbce a metabolismus proanthocyanidinů Antioxidační působení 4.1. Zhášení radikálů 4.2. Chelatace přechodných kovů 4.3. Inhibice enzymů 4.4. Peroxidace lipidů 5. Další biologické účinky 6. Závěr
1. Úvod Rostlinné metabolity – především sekundární – jsou velmi širokou skupinou látek, vykazující různé biologické
* Autoři použili při psaní některých odborných výrazů formy, které vznikly po konzultaci s Ústavem pro jazyk český AV ČR (a které pracovní skupina v publikační oblasti používá) a to zejména u termínů, které jsou v odborné veřejnosti diskutovány [proanthocyanidiny (místo proantokyanidiny), fenolový (místo fenolický, i když je tento výraz běžně používán]. 113
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
zcela běžně se v přírodě vyskytují pouze dva: (+)-katechin (gallo-) a ()-epikatechin (gallo-) (obr. 2). U kondenzovaných tříslovin existuje velká strukturní rozmanitost, která je způsobena různým počtem a polohou hydroxylových skupin, stereochemií na centrech chirality, nebo typem a polohou mezimolekulových vazeb. Uváděny jsou různé Omethylace, C-, O-glykosylace a O-galloylace. Podle pozic hydroxylů na flavanech jsou proanthocyanidiny děleny na: procyanidiny (3,5,7,3’,4’-OH), prodelfinidiny (3,5,7,3’,4’,5’-OH), propelargonidiny (3,5,7,4’-OH), profisetinidiny (3,7,3’,4’-OH), prorobinetinidiny (3,7,3’,4’,5’-OH), proguibourtinidiny (3,7,4’-OH), proterakacinidiny (3,7,8,4’-OH), promelakacinidiny (3,7,8, 3’,4’-OH). Pro procyanidiny skupiny B (dimery) a C (trimery) je charakteristické C-C přemostění obvykle mezi C-4 horního flavanolu a C-6 nebo C-8 dolní jednotky. Procyanidiny skupiny A obsahují kromě této vazby navíc etherový můstek mezi C-2 horní jednotky a C-7 a/nebo C-5 dolní jednotky (obr. 3). Připojením dalších flavanů vznikají polymery zahrnující až padesát monomerů. Časté jsou zejména polyepikatechiny a kopolymery procyanidinů a prodelfinidinů 13,14. Proanthocyanidiny byly izolovány z mnoha druhů rostlin a jsou často součástí lidské stravy. Jejich nejrozsáhlejší skupinu tvoří procyanidiny skupiny B. Procyanidin B-1 se nachází např. v grepu, čiroku, brusinkách, B-2 v jablcích, třešních, B-3 v jahodách, chmelu a B-4 v malinách a ostružinách15. Známými zdroji proanthocyanidinů jsou červené víno, zelený čaj, kakao nebo čokoláda16 (obr. 2, obr. 3).
vlastnosti se řadí schopnost vytvářet nerozpustné komplexy s proteiny, polysacharidy, nukleovými kyselinami, nebo alkaloidy. Kromě této obecné vlastnosti vykazují třísloviny řadu dalších biologických aktivit, které často souvisí s jejich antioxidační aktivitou. Třísloviny se dělí podle struktury a biogenetického původu na „hydrolyzovatelné“ (estery kyseliny gallové s glukosou), ellagitaniny (estery kyselin gallové a ellagové s glukosou) a „kondenzované“ (proanthocyanidiny – flavanolové kondenzáty). Další skupinu tvoří ještě tzv. třísloviny „složené“. Naše sdělení se zabývá tříslovinami kondenzovanými, protože jsou v přírodě hojně zastoupeny a jsou významnou součástí lidské stravy.
2. Struktura, typy a výskyt proanthocyanidinů Mezi tzv. „flavonoidy“, které zahrnují především velkou část flavonů a flavany, z jejichž hydroxyderivátů vznikají kondenzované třísloviny, je poměrně velký rozdíl (obr. 1). Flavony jsou zpravidla žlutavé až žluté, bez chuti až nahořklé, zatímco katechiny – základní stavební jednotky proanthocyanidinů – jsou narůžovělé se sladko-trpkou chutí. Kondenzované třísloviny jsou oligomerní nebo polymerní sloučeniny vycházející z flavan-3-olů (katechinů). Při zahřátí jejich ethanolových roztoků se rozkládají na anthocyanidiny, a proto bývají také nazývány proanthocyanidiny (nebo procyanidiny). Základní strukturní jednotkou těchto kondenzátů jsou deriváty flavan-3-olu (+)katechin a ()-epikatechin (obr. 2). Flavan-3-ol obsahuje dvě centra chirality (C-2, C-3), a proto mohou existovat 4 základní pentahydroxyflavanové isomery (3,3’,4’,5,7-pentahydroxyflavany): (+)-katechin (1) 2R, 3S (trans) ()-epikatechin (2) 2R, 3R (cis) ()-katechin (ent-katechin) (3) 2S, 3R (trans) (+)-epikatechin (ent-epikatechin) (4) 2S, 3S (cis) Podobným způsobem existují gallokatechin a epigallokatechiny (3,3’,4’,5,5’7-hexahydroflavan); zejména ()-epigallokatechin (EGC) a ()-epigallokatechin-3-galát (EGCG) jsou hlavními obsahovými složkami polyfenolového komplexu zeleného čaje. Ačkoliv biosyntéza těchto látek v rostlinách umožňuje vznik všech čtyř isomerů,
R 1 2 HO
R OH
OH
OH
OH O
3
OH
4
OH
HO
OH OH
O
OH
R
R
OH
OH OH 5
OH O
HO
OH O O OH
OH
HO
flavony
flavany
OH
Obr. 2. Nejčastější strukturní jednotky kondenzovaných tříslovin: (+)-katechin (1); ()-epikatechin (2); (+)-gallokatechin (3); ()-epigallokatechin (4); ()-epigallokatechin-gallát (5)
Obr. 1. Základní struktura flavonů a flavanů
114
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
Obr. 3. Příklady oligomerních procyanidinů: procyanidin B-1 (6, epikatechin-(4β→8)-katechin); procyanidin B-2 (7, epikatechin(4β→8)-epikatechin); procyanidin B-3 (8, katechin-(4α→8)-katechin); procyanidin B-4 (9, katechin-(4α→8)-epikatechin); procyanidin A-1 (10, epikatechin-(4β→8,2β→7)-katechin; procyanidin A-2 (11, epikatechin-(4β→8,2β→7)-epikatechin; procyanidin C-1 (12, epikatechin -(4β→8)-epikatechin-(4β→8)-epikatechin); procyanidin C-2 (13, epikatechin-(4α→8)-katechin-(4α→8)-katechin)
3. Absorbce a metabolismus proanthocyanidinů
trávicího ústrojí a stávat se tak biologicky málo dostupnými. V současnosti sice existují studie, které potvrzují, že jsou více vstřebatelné, než se myslelo, stále však v jejich biologické dostupnosti zůstává hodně otazníků17. Obecně pro proanthocyanidiny platí, že jejich absorbce klesá s rostoucím stupněm polymerizace. V poku-
Dlouhou dobu se předpokládalo, že se proanthocyanidiny nevstřebávají v důsledku své velké molekulové hmotnosti a také schopnosti vytvářet nerozpustné komplexy se složkami potravy, případně „tříslit“ proteiny tkání 115
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
sech in vitro bylo zjištěno, že proanthocyanidiny do velikosti trimerů procházejí přes střevní sliznici bez většího omezení. S další polymerizací se prostupnost snižuje a transport hexamerů prakticky neprobíhal18. Biologická dostupnost těchto látek však není prostou funkcí počtu fenolových hydroxyskupin, ale zahrnuje celou skupinu faktorů, jak bylo prokázáno u flavan-3-olů z čaje a kakaa, jako je stav trávicího ústrojí, vazba na matrici tráveniny, množství podaných látek, úroveň exprese trávicích enzymů u dotyčného jedince a forma, v níž se tyto látky nacházejí19. U potkana bylo např. zjištěno, že proanthocyanidinové dimery A1, A2 a B2 jsou absorbovány z tenkého střeva, aniž by došlo ke konjugaci nebo methylaci20. Studie, která se zabývala stabilitou proanthocyanidinů v kyselém žaludečním prostředí, uvedla, že vysokomolekulární sloučeniny jsou degradovány na vstřebatelné monomery a dimery21. Naproti tomu jiná studie uvádí, že vyšší proanthocyanidiny nejsou v žaludečním prostředí rozkládány a vstřebávají se jen monomery a dimery22. Tento rozpor se může vysvětlit např. povahou podaného proanthocyanidinu, resp. profilu podané směsi těchto látek, kdy některé proanthocyanidiny mohou být degradovatelnější než jiné. Podle jedné studie je ()-epikatechin hlavní biologicky dostupnou látkou po podání a metabolizaci proanthocyanidinů B-2 a B-5, zatímco jiná studie uvedla, že proanthocyanidin B-2 je absorbován i vyloučen nezměněný a metabolizován je pouze částečně23,24. Je zřejmé, že po podání proanthocyanidinů velmi záleží na kvantitativním složení směsi a modelu, na kterém je biotransformace studována; dosud však není k dispozici dostatečné množství studií pro metaanalýzu. Důležitý vliv má také střevní mikroflora. Je známo, že část neabsorbovaných tříslovin je rozložena střevními mikroorganismy za vzniku různých fenolických produktů, které se mohou vstřebat a podílet na různých farmakologických účincích25. Význam mají také nevstřebané vysokomolekulární třísloviny a komplexy tříslovina-protein, které si uchovávají antioxidační aktivitu a mohou tak přispívat k ochraně zažívacího traktu26. Dimerní procyanidiny jsou v lidském střevě metabolizovány na 2-(3,4-dihydrofenyl)octovou kyselinu a 5-(3,4-dihydroxyfenyl)-γ-valerolakton jako hlavní metabolity27. Tímto způsobem dochází i ke štěpení a metabolizaci proanthocyanidinů o vyšší molekulové hmotnosti, které jsou konjugovány s potravní vlákninou28. Širší pohled na metabolismus a mikrobiální transformaci flavan-3-olů z potravního řetězce a biologické aktivity jejich metabolitů podává přehledová studie Monagasové a spol.29. U proanthocyanidinů ze semen vinné révy (Vitis vinifera L., Vitaceae), které jsou používány ke snížení hladin cholesterolu, bylo zjištěno, že tyto látky snižují hladiny cholesterolu zvýšením exkrece žlučových kyselin v důsledku regulace CYP7A1 (cit.30). Je pravděpodobné, že tímto způsobem se budou chovat i proanthocyanidiny z jiných vegetabilních zdrojů a modifikací některých isoenzymů této cytochromové rodiny mohou ovlivnit metabolismus exogenně podávaných látek (léčiv); dosud však na toto téma není reprezentativní počet sdělení.
4. Antioxidační působení Antioxidanty jsou definovány jako látky, které při působení v nízkých koncentracích významně inhibují nebo zpomalují oxidační destrukci ostatních látek (resp. tkání). V posledních letech jsou antioxidačně účinné látky podrobeny velkému zájmu z důvodu jejich léčebného využití. Je to dáno spojováním vývoje řady lidských nemocí s oxidačním stresem. Volné radikály (resp. RNOS-reaktivní dusíkaté a kyslíkaté částice) hrají důležitou úlohu např. v patogenezi stárnutí, různých kardiovaskulárních chorob, diabetes mellitus 2. typu nebo zhoubného bujení31. Mezi základní mechanismy antioxidačního působení tříslovin se řadí zhášení volných radikálů, chelatace přechodných kovů a schopnost inhibovat prooxidační enzymy. 4.1. Zhášení radikálů Základem radikály zhášecího působení polyfenolů, tedy i kondenzovaných tříslovin, je schopnost antioxidantu poskytnout elektron radikálu za současného vytvoření stabilnější, méně reaktivní radikálové struktury. Mezi nejčastější a nejjednodušší antioxidační testy patří metody využívající zhášení DPPH [1,1-difenyl-2-(2,4,6-trinitrofenyl)hydrazyl] nebo ABTS+ [2,2-azinobis(3-ethyl2,3-dihydrobenzothiazol-6-sulfonát)] radikálu32. Bylo zjištěno, že mnoho kondenzovaných tříslovin působí jak proti DPPH33, tak proti ABTS+ radikálu31,32. Obecně pro proanthocyanidiny platí, že zhášecí aktivita roste s počtem hydroxylů, obzvláště jsou-li v o-uspořádání, a s navázáním kyseliny gallové. Dále je ovlivněna také velikostí molekuly, když roste od monomerů k trimerům, pak ale opět klesá33,34. Porovnání antioxidačních aktivit ve skupině B-typu procyanidinů nepřineslo jednoznačné výsledky. Např. jedna studie dokládá vyšší aktivitu procyanidinu B-2 než procyanidinů B-3 a B-5 proti DPPH radikálu, zatímco jiná studie neprokázala rozdíl ve zhášení ABTS+ radikálu mezi šesti různými B-procyanidiny34. Také aktivita procyanidinů B-1 a B-3 proti superoxidovému radikálu byla téměř stejná35. Tyto odlišnosti nejsou překvapivé, protože jedna sloučenina může působit různě proti různým radikálům. Kromě dvou výše zmíněných, experimentálně používaných radikálů, bylo prokázáno zhášení dalších radikálů, např. superoxidového33, hydroxylového36, peroxylu nebo NO (oxidu dusnatého)37. Třísloviny vykazují velký antioxidační potenciál díky vyšší molekulové hmotnosti a současně vysokému stupni hydroxylace aromatických kruhů. Při porovnání antioxidačních schopností různých typů polyfenolů na základě zhášení ABTS+ radikálu, kyseliny chlorné a FRAP testu pro hodnocení redukční síly antioxidantů vyplynulo, že z hodnocených sloučenin jsou nejúčinnější dimerní procyanidiny. Následovaly flavanol, flavonol, hydroxyskořicové kyseliny a jednoduché fenolové kyseliny38. Bylo také zjištěno, že na rozdíl od jiných fenolových antioxidantů by proanthocyanidiny nemusely vykazovat 116
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát EGCG
EGCG chinon OH
OH OH
O
HO
O O
HO
oxidace
OH
O
O
OH
O
O OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH EGCG dimer
OH HO
+ EGCG
OH O
HO
O HO
OH
O OH OH
HO OH O
HO
O
OH OH
O OH
OH OH
Obr. 4. Polyfenolová reakce epigallokatechin-gallátu (EGCG)
prooxidační aktivitu. Vlastnost významných antioxidantů, monomerních flavon(ol)ů, působit jako prooxidanty již byla prokázána. Kvercetin a jiné flavon(ol)y totiž při zhášecích reakcích vytváří o-chinonové struktury, které mohou v dalších redoxních reakcích působit jako prooxidanty. Naproti tomu studie, která využívala techniky elektronové spinové rezonance (ESR), používané pro studium volných radikálů, a která se zabývala mechanismem antioxidačního působení kondenzovaných tříslovin, prokázala opak. Proanthocyanidinové o-chinony, vzniklé po reakci s radikálem, podléhají následným nukleofilním adičním reakcím, při kterých vznikají z původních molekul složitější struktury, které si uchovávají vysoký počet hydroxylových skupin a tím i svou antioxidační aktivitu (obr. 4). Proanthocyanidiny jsou tak z tohoto hlediska lepšími antioxidanty než monomerní flavon(ol)y39. Monomerní a oligomerní procyanidiny jsou jedny z hlavních účinných látek extraktů z kůry borovice přímořské (Pinus pinaster Aiton subsp. atlantica D. del Villar, Pinaceae). Tato borovice pochází z jižních oblastí Francie a v mnohých zemích je používána jako surovina pro kardioprotektivní přípravek (Pycnogenol®), který vyvolává např. vasorelaxační působení, inhibici angiotensin konvertujícího enzymu (ACE), nebo zlepšení permeability kapilár. Komplexní výtažek vykazuje více biologických aktivit než izolované složky, z čehož vyplývá, že obsahové látky působí synergicky. Oligomerní procyanidiny se podílí na jeho vysoké radikály zhášecí aktivitě. K celkové antio-
xidační ochraně přispívá také schopnost regenerace askorbylového radikálu a ochrany endogenního vitaminu E a glutathionu (GSH) před oxidačním poškozením40. Procyanidinové oligomery epikatechinové série mají kromě scavengerové aktivity schopnost inhibovat aktivitu DNA polymerasy41. Jejich perorální podávání (např. s vitaminem C) má preventivní účinky vůči poškození pokožky ultrafialovým zářením; chrání člověka před vývojem erytému a depozicí melaninu42. Proanthocyanidiny semen révy chrání buňky lidského očního epitelu před oxidačním stresem cestou snížení aktivity NF-κB (skupina transkripčních faktorů, které se váží na promotory RNA polymerasy II a ovlivňují expresi genů důležitých pro imunitu, zánět, buněčný růst a buněčnou smrt a další významné procesy) a proteinové exprese MAPK (mitogen activated protein kinase). Proanthocyanidiny snižují hladinu H2O2 v buňkách s indukovanou apoptózou a snižují také úroveň tvorby ROS43 (reaktivní kyslíkaté částice). Procyanidinové oligomery epikatechinové série mají kromě scavengerové aktivity schopnost inhibovat aktivitu DNA polymerasy41. 4.2. Chelatace přechodných kovů Přechodné kovy, např. železo nebo měď, mají v organismu řadu funkcí. Důležitou fyziologickou roli mají např. jako kofaktory antioxidačních enzymů. Obvykle jsou navázány na proteiny, např. ferritin nebo cerulo117
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
sem cestou snížení aktivity NF-κB a proteinové exprese MAPK. Proanthocyanidiny snižují hladinu H2O2 v buňkách s indukovanou apoptózou a snižují také úroveň tvorby ROS (cit.43).
plazmin. Vyskytují-li se ale volně, mohou katalyzovat radikálové reakce. Jedná se např. o známou Fentonovu reakci: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH +HO• Existuje řada studií, které prokázaly chelatační působení polyfenolů, zejména flavonoidů44. Stejným mechanismem mohou působit také čajové katechiny45. Další studie potvrdila, že chelatace železa a inhibice Fentonovy reakce se podílí na vysoké antioxidační aktivitě procyanidinů z listů vinné révy (Vitis vinifera L., Vitaceae; přípravek Leucoselect®)46. Schopnost chelatovat kovy byla prokázána také studií, která se zabývala stabilitou komplexů proanthocyanidinů s hlinitými ionty. Tato studie potvrdila, že pro chelatační aktivitu je důležitá přítomnost fenolových skupin, obzvláště v o-poloze B-kruhu. Stabilita komplexů také rostla se zvyšujícím se stupněm polymerace47. Nedávná studie zabývající se možným pozitivním vlivem oligomerních proanthocyanidinů na neurotoxicitu u krys vyvolanou olovem poskytla nejednoznačné výsledky. Proanthocyanidiny sice vykazovaly antioxidační a chelatační aktivitu in vitro, nicméně nedocházelo k snížení toxicity in vivo a dokonce docházelo ke kumulaci Pb2+ v některých orgánech48.
4.4. Peroxidace lipidů Peroxidace lipidů patří mezi závažné patologické pochody. Tento proces se podílí například na oxidační přeměně LDL (lipoproteiny s nízkou hustotou) a následné tvorbě aterosklerotických lézí53. Bylo zjištěno, že proanthocyanidiny mohou chránit LDL před oxidací. Je to např. uváděno u hlavních obsahových látek kakaových zrn, antioxidačně účinných katechinů a jejich oligomerů. Jejich schopnost zabraňovat oxidaci LDL klesala v tomto pořadí: cinnamtannin A-2 ~ procyanidin C-1 > procyanidin B-2 > (+)-katechin > ()-epikatechin. Míra jejich antioxidačního účinku byla tedy podmíněna velikostí molekuly a počtem hydroxylových skupin54. Obecně se dá říci, že látky, které zabraňují lipidové peroxidaci působí mechanismem zhášení iniciačních radikálů (hydroxyl), nebo již vzniklých oxidačních produktů (peroxyl, alkoxyl). Uplatňovat se může i chelatace iontů přechodných kovů. Mezi kondenzované třísloviny, které inhibují lipidovou peroxidaci, patří např. trimerní cinnamtannin B-1 (obr. 5). Tato sloučenina byla izolována spolu s dalšími pěti proanthocyanidiny např. z brusinky (Rhodococcum vitis-idaea L., Vaccinaceae); přípravek Avrorin®) a podrobena studii, která hodnotila inhibici lipidové peroxidace. Z celé skupiny proanthocyanidinů byl cinnamtannin B-1 vyhodnocen jako nejúčinnější35. Zábranu peroxidace lipidů vykázaly na zdravých dobrovolnících proanthocyanidiny z exokarpu plodů acai (Euterpe oleracea Mart., Arecaceae), jejíž plody jsou významnou potravinou v Jižní Americe55.
4.3. Inhibice enzymů Mezi způsoby antioxidačního působení se řadí také inhibice prooxidačních enzymů. Třísloviny mohou snižovat tvorbu NO inhibicí synthas oxidu dusnatého (NOS). Proti mozkové NOS působily např. oligomerní proanthocyanidiny izolované z chmele (Humulus lupulus L., Cannabaceae). Tato studie testovala chmelové monomerní katechiny až oktamerní procyanidiny. Nejúčinnější byl procyanidin B-2, zatímco procyanidin B-3, a katechiny enzym neinhibovaly49. Několik studií se zabývalo také působením taninů na lipoxygenasy (LOX), které mohou poškozovat lipidy membrán. Bylo zjištěno, že vysokou inhibiční aktivitu mají např. taniny izolované z mořské hnědé řasy Eisenia bicyclis (Kjellman) Setchell (Lessoniaceae) tzv. florotaniny. Působily dokonce silněji než známý inhibitor LOX epigallokatechin-gallát 50 (obr. 4). Vliv polymerace na inhibici 5-LOX byl ukázán u procyanidinů kakaa (Theobroma cacao L., Sterculiaceae). Kromě ()-epikatechinu byly aktivní dimery, méně pak trimery až pentamery. Vyšší procyanidiny už byly téměř neaktivní51. Výsledky studií s Pycnogenolem® prokázaly inhibici prooxidačních enzymů křenové peroxidasy, LOX, i NOS a xanthinoxidasy. Inhibice těchto enzymů je pravděpodobně nespecifická a je dána vysokou afinitou polyfenolů k proteinům40,52. Nekompetitivní inhibice enzymů byla popsána také u jiných rostlinných extraktů. Např. procyanidiny vinné révy inhibovaly xanthinoxidasu, proteolytické enzymy elastasu a kolagenasu a také B-glukuronidasu a hyaluronidasu46. Proanthocyanidiny semen révy chrání buňky lidského očního epitelu před oxidačním stre-
Obr. 5. Cinnamtannin B-1, trimerní proanthocyanidin brusinek (Rhodococcum vitis-idaea L.)
118
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
Řada polyfenolových látek má schopnost zasáhnout do mechanismu antioxidace komplexním způsobem. Patří mezi ně polyfenoly a flavan-3-oly zeleného čaje, které mají silnou antioxidační aktivitu56. Tento fakt je velmi významný z hlediska ochrany živočišných tkání využitím vhodných stravovacích návyků.
tvorbu prozánětlivých cytokinů (TNF-; tumor nekrotizující faktor a IL-1; interleukin 1)64 a mohly by se tak příznivě uplatnit jako doplňkový prostředek při ovlivňování této choroby. Extrakt ze semen vinné révy má výrazné antinociceptivní účinky (myš); nebylo však prokázáno, že by ovlivňoval opioidergní systém65. Bylo také zjištěno, že procyanidiny B1 a B2 disponují protizánětlivou aktivitou in vitro a mohou fungovat jako inhibitory exprese prozánětlivých genů na základě ovlivnění transkripčních procesů66. Kardioprotektivní působení proanthocyanidinů nastává v důsledku jejich antioxidačních vlastností, schopnosti vasorelaxace, inhibice agregace trombocytů a ochraně proti ischemicko-reperfuzním poškozením67,68. Proanthocyanidiny z potravy a nápojů mohou účinně chránit funkčnost vaskulárního endotelu, protože tlumí produkci endotelinu-1 a brání tak rozvoji aterosklerózy69. Těmto účinkům, které jsou spojeny nejen s antioxidačním, ale také např. protizánětlivým působením, byly věnovány různé přehledové studie70. Proanthocyanidiny mohou také inhibovat systém renin-angiotensin-aldosteron působením na ACE, nebo antagonismem na angiotensinovém receptoru. Inhibice ACE oligomerními proanthocyanidiny je úzce spojena s jejich strukturou a zvyšovala se s počtem podjednotek a mírou jejich hydroxylace, které podmiňují schopnost adsorbce na povrch proteinu. K nejaktivnějším inhibitorům patřily tetramery a hexamery71. Proanthocyanidiny působí preventivně proti vývoji inzulinové rezistence, metabolickému syndromu a mohou příznivě ovlivnit průběh diabetes mellitus 2. typu72. U některých proanthocyanidinů z ovoce (a také anthocyanů) byla zjištěna schopnost inhibovat aktivitu monoaminoxidas A a B (cit.73). Do jaké míry se mohou tyto látky reálně uplatnit v inhibici aktivity těchto enzymů a ovlivňovat tak etiologii deprese, strachu a neurodegenerativní onemocnění, není prozatím známo. Řadou studií bylo prokázáno, že kondenzované třísloviny z různých rostlinných zdrojů inhibují aktivitu steroidní 5-reduktasy, která hraje významnou roli v benigní hyperplazii prostaty74. Používání těchto proanthocyanidinů (které mají většinou protizánětlivé účinky) jako doplňkového prostředku k běžné terapii může velmi výrazně zlepšit stav pacienta.
5. Další biologické účinky Proanthocyanidiny mají řadu dalších biologických účinků prakticky využitelných, protože jsou tyto látky přítomny v běžných pochutinách a také v různém ovoci. Kondenzované třísloviny jsou známé také díky svým protinádorovým vlastnostem. Mechanismus tohoto působení však není stále uspokojivě vysvětlen. Uplatňovat se může už zmíněná antioxidační aktivita. Třísloviny mohou potlačit oxidační stres, který je významný v patogenezi zhoubného bujení a ovlivňuje apoptózu buněk. Tato indukce apoptózy a antitumorová aktivita oligomerních proanthocyanidinů byla prokázána např. u buněčné linie SNU-C4 kolorektálního karcinomu57. Proanthocyanidiny z kůry Pinus caribea Morelet (Pinaceae) získané vodnou extrakcí mají silnou inhibiční aktivitu na linie neoplastických buněk HL-60, BGC-823 (lidský adenokarcinom žaludku) a BEL-7402 (lidský hepatocelulární karcinom), nejsou však účinné na buňky A549 (lidský plicní karcinom). Použije-li se však k extrakci ethanol, pak je proanthocyanidinová frakce účinná58 jen na buňky HL-60 a BGC-823. Procyanidiny z plodů Chaenomeles japonica (Thunb.) Lindl. ex Spach indukují apoptózu v liniích Caco-2 (lidský karcinom tračníku) zásahem do polymerace DNA59. Při sledování vlivu polohy esterifikace proanthocyanidinu B2 na androgen dependentní buňky karcinomu lidské prostaty LNCaP se ukázalo, že esterifikace galoylem v poloze C-3’ je z hlediska tlumení růstu nádorových buněk účinnější než galoyl-diester v poloze C-3 (cit.60). Třísloviny jsou považovány za látky nemutagenní, naopak u některých byla uvedena antimutagenní aktivita. Ta byla popsána např. u inhibice pyridinem indukované mutagenity u proanthocyanidinů kakaa61. Mezi významné vlastnosti proanthocyanidinů se řadí i jejich protizánětlivý účinek. Mechanismus tohoto působení ale také není úplně objasněn. Je to dáno komplexní povahou zánětlivých procesů a tím i mnoha možnostmi jejich ovlivnění. Řada prací, které se zabývaly protizánětlivým účinkem tříslovin, se zaměřila na jejich antioxidační aktivitu a ovlivnění NF-κB, který je důležitým regulátorem genové exprese a podporuje transkripci mnoha zánětlivých mediátorů. Z kondenzovaných tříslovin byla inhibice NFκB a snížení produkce NO prokázány např. u dimerních procyanidinů, zatímco trimerní procyanidin C-2 působil opačně. Tento výsledek ukazuje také na důležitost vlivu struktury a polymerace na aktivitu uvedených sloučenin62. Komerčně využívaná směs proanthocyanidinů a jejich monomerních jednotek – Pycnogenol® – působí také protizánětlivě63. U experimentálního zánětu slinivky, sledovaného na potkanu se ukázalo, že proanthocyanidiny tlumí
6. Závěr Kondenzované třísloviny (proanthocyanidiny) jako přírodní polyfenolové sloučeniny obsažené v mnoha potravinách (např. ovoce, čaj, čokoláda) přinášejí po konzumaci těchto potravin a pochutin velmi příznivý zdravotní efekt. Jsou ve většině případů účinnými antioxidanty (zasahují do metabolismu různých reaktivních forem kyslíku a dusíku) a mohou tak působit preventivně (a do jisté míry i terapeuticky) při ovlivňování zánětlivých procesů, vzniku a vývoji zhoubného bujení, poškození kardiovaskulárního systému a jiných civilizačních chorob.
119
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
Práce vznikla za podpory grantu Univerzity Karlovy č. 17/2012/UNCE.
28. Saura-Calixto F., Perez-Jimenez J., Tourino S., Serrano J., Fuguet E., Torres J. L., Goni I.: Mol. Nutr. Food Res. 54, 939 (2010). 29. Monagas M., Urpi-Sarda M., Sanchez-Patan F., Llorach R., Garrido I., Gomez-Cordovez C., AndreasLacueva C., Bartolome B.: Food Funct. 1, 233 (2010). 30. Jiao R., Zhang Z., Yu H., Huang Y., Che Z. Y.: J. Nutr. Biochem. 21, 1134 (2010). 31. Storz P.: Front. Biosci. 10, 1881 (2005). 32. Miller N. J., Rice-Evans C. A.: Redox Rep. 2, 161 (1996). 33. Cai Y. Z., Sun M., Xing J., Luo Q., Corke H.: Life Sci. 78, 2872 (2006). 34. Plumb G. W., De Pascual-Teresa S., Santos-Buelga C., Cheynier V., Williamson G.: Free Radical Res. 29, 351 (1998). 35. Ho K. Y., Huang J. S., Tsai C. C., Lin T. C., Hsu Y. F., Lin C. C.: J. Pharm. Pharmacol. 51, 1075 (1999). 36. Bors W., Michel C.: Free Radical Biol. Med. 27, 1413 (1999). 37. Goncalves C., Dinis, T., Batista M. T.: Phytochemistry 66, 89 (2005). 38. Soobratteea M. A., Neergheen V. S., LuximonRamma A., Aruoma O. I., Bahorun T.: Mutat. Res., Fundam. Mol. Mech. Mutagen. 579, 200 (2005). 39. Bors W., Michel C., Stettmaier K.: Arch. Biochem. Biophys. 374, 347 (2000). 40. Packer L., Rimbach G., Virgili F.: Free Radical Biol. Med. 27, 704 (1999). 41. Saito A., Mizushina Y., Tanaka A., Nakajima N.: Tetrahedron 65, 7422 (2009). 42. Nakano T.: PCT Int. Appl., WO 2009020192 (2009). 43. Jia Z., Song Z., Zhao Y., Wang X., Liu P.: Mol. Vision 2011, 210. 44. Moran J. F., Klucas R. V., Grayer R. J., Abian J., Becana, M.: Free Radical Biol. Med. 22, 861 (1997). 45. Grinberg L. N., Newmark H., Kitrossky N., Rahamim E., Chevion M., Rachmilewitz E. A.: Biochem. Pharmacol. 54, 973 (1997). 46. Maffei-Facino R., Carini M., Aldini G., Bombardelli E., Morazzoni P., Morelli R.: Arzneimittelforsch. 44, 592 (1994). 47. Yoneda S., Nakatsubo F.: J. Wood Chem. Technol. 18, 193 (1998). 48. Zhang J., Wang X. F., Lu Z. B., Liu N. Q., Zhao B. L.: Free Radical Biol. Med. 37, 1037 (2004). 49. Stevens J. F., Miranda C. L., Wolthers K. R., Schimerlik M., Deinzer M. L., Buhler D. R.: J. Agric. Food Chem. 50, 3435 (2002). 50. Shibata T., Nagayama K., Tanaka R., Yamaguchi K., Nakamura T.: J. Appl. Phycol. 15, 61 (2003). 51. Schewe T, Kuhn H., Sies H.: J. Nutr. 132, 1825 (2002). 52. Moini H., Guo Q., Packer L.: J. Agric. Food Chem. 48, 5630 (2000). 53. Witztum J. L.: Lancet 344, 793 (1994). 54. Osakabe N., Yasuda A., Natsume M., Takizawa T., Terao J., Kondo K.: Exp. Biol. Med. 227, 51 (2002).
LITERATURA 1. Bravo L.: Nutr. Rev. 56, 317 (1998). 2. Youdim K. A., Shukitt-Hale B., Joseph J. A.: Free Radical Biol. Med. 37, 1683 (2004). 3. Quideau S., Deffieux D., Douat-Casassus C., Pouysege L.: Angew. Chem. 50, 586 (2011). 4. Lachman J., Hamouz K., Orsák M.: Chem. Listy 99, 474 (2005). 5. Palíková I., Valentová K., Rohel J., Kaprálová S., Šimánek V., Ulrichová J.: Chem. Listy 104, 378 (2010). 6. Holasová M., Fiedlerová V.: Chem. Listy 105, 766 (2011). 7. Čopíková J.: Chem. Listy 95, 610 (2001). 8. Hara Y.: Green Tea. Health Benefits and Applications. Marcel Dekker, New York-Basel 2001. 9. Nádaský P., Šmogrovičová D.: Chem. Listy 104, 838 (2010). 10. Réblová Z.: Chem. Listy 105, 667 (2011). 11. Zámostný P., Kurc L.: Chem. Listy 105, 458 (2011). 12. Bate-Smith E. C., Swain T., v knize: Comparative Biochemistry (Mason H. S., Florkin A. M., ed.), sv. 3, str. 764. Academic Press, New York 1957. 13. Ferreira D., Slade D.: Nat. Prod. Rep. 19, 517 (2002). 14. De Bruyne T., Hermans N., Apers S., Berghe D. V., Vlietinck A. J.: Curr. Med. Chem. 11, 1345 (2004). 15. Xie D. Y., Dixon R. A.: Phytochemistry 66, 2127 (2005). 16. Scalbert A., Williamson G.: J. Nutr. 130, 2073 (2000). 17. Ross J. A., Kasum Ch. M.: Annu. Rev. Nutr. 22, 19 (2002). 18. Deprez S., Mila I., Huneau J. F., Tome D., Scalbert A.: Antioxid. Redox. Sign. 3, 957 (2001). 19. Neilson A. P., Ferruzi M. G.: Annu. Rev. Food Sci. Technol. 2011, 125. 20. Appeldoorn M. M., Vincken J. P., Gruppen H., Hollman P. C. H.: J. Nutr. 139, 1469 (2009). 21. Spencer J. P. E., Chaudry F., Pannala A. S., Srai S. K., Debnam E., Rice-Evans C.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 272, 236 (2000). 22. Rios L. Y., Bennett R. N., Lazarus S. A., Remesy C., Scalbert A., Williamson G.: Am. J. Clin. Nutr. 76, 1106 (2002). 23. Spencer J. P. E., Schroeter H., Shenoy B., Srai S. K. S., Debnam E. S., Rice-Evans C.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 285, 588 (2001). 24. Baba S., Osakabe N., Natsume M., Terao J.: Free Radical Biol. Med. 33, 142 (2002). 25. Deprez S., Brezillon C., Rabot S., Philippe C., Mila I., Lapierre C., Scalbert A.: J. Nutr. 130, 2733 (2000). 26. Riedl K. M., Hagerman A. E.: J. Agric. Food Chem. 49, 4917 (2001). 27. Appeldoorn M. M., Vincken J. L., Aura A. M., Hollman P. C. H., Gruppen H.: J. Agric. Food Chem. 57, 1084 (2009). 120
Chem. Listy 106, 113121 (2012)
Referát
73. Dreiseitel A., Korte G., Schreier P., Oehme A., Locher S., Domani M., Hajak G., Sand P. G.: Pharmacol. Res. 59, 306 (2009). 74. Liu J., Ando R., Shimizu K., Hashida K., Makino R., Ohara S., Kondo R.: J. Wood Sci. 54, 66 (2008).
55. Schauss A. G., Jensen G. S., Wu X.: Acta Hort. 2009, 97. 56. Molan A. L., De S., Meagher L.: Int. J. Food Sci. Nutr. 60, 497 (2009). 57. Kim Y. J., Park H. J., Yoon S. H., Kim M. J., Leem K. H., Chung J. H., Kim H. K.: World J. Gastroenterol. 11, 4674 (2005). 58. Zhang Z., Du X., Wang F.: Nat. Prod. Res. 23, 696 (2009). 59. Gorlach S., Wagner W., Podsedek A., Szewczyk K., Kozielkiewicz M., Dastych J.: Nutr. Cancer 63, 1348 (2011). 60. Chou S. Ch., Kaur M., Thompson J. A., Agarwal R., Agarwal Ch.: Pharm. Res. 27, 619 (2010). 61. Smith S. H., Tate P. L., Huang G., Magee J. B., Meepagala K. M., Wedge D. E., Larcom L. L.: J. Med. Food 7, 450 (2004). 62. Park Y. C., Rimbach G., Saliou C., Valacchi G., Packer L.: FEBS Lett. 465, 93 (2000). 63. D´Andrea G.: Fitoterapia 81, 724 (2010). 64. Akyuz C., Sehirli A. O., Topaloglu U., Ogunc A V., Cetinel S., Sener G.: Gastroenterol. Res. 2, 20 (2009). 65. Uchida S., Hirai K., Hatanaka J., Hanato J., Umegaki K., Yamada S.: Biol. Pharm. Bull. 31, 240 (2008). 66. Jung M., Triebel S., Anke T., Richling E., Erkel G.: Mol. Nutr. Food Res. 53, 1263 (2009). 67. Mekhfi H., El Haouari M., Bnouham M., Aziz M., Ziyyat A., Legssyer A.: Phytother. Res. 20, 135 (2006). 68. Makdessi S. A., Sweidan H., Jacob R.: Arzneimittelforsch. 56, 317 (2006). 69. Caton P. W., Pothecary M. R., Lees D. M., Khan N. Q., Wood E. G., Shoji T., Kanda R., Rull G., Corder R.: J. Agric. Food Chem. 58, 4008 (2010). 70. Aron P., Kennedy J. A.: Mol. Nutr. Food Res. 52, 79 (2008). 71. Ottaviani J. I., Actis-Goretta L., Villordo J. J., Fraga C. G.: Biochimie 88, 359 (2006). 72. Hanhineva K., Torronen R., Bondia-Pons I., Pekkinen J., Kolehmainen M., Mykkanen H., Poutanen K.: Int. J. Mol. Sci. 2010, 1365.
V. Kolečkářa,c, Z. Řehákováa, E. Brojerováa, K. Kučac, D. Junc, K. Macákováa,b, L. Opletala,b, P. Drašard, L. Jahodářa, J. Chlebeka,b, and L. Cahlíkováa,b (a Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, b ADINACO Research Group, Faculty of Pharmacy, Charles University in Prague, Hradec Králové, c Center of Advanced Studies, Faculty of Military Health Sciences, University of Defence, Hradec Králové, d Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague): Proanthocyanidins and Their Antioxidation Activity This review summarizes the current knowledge of condensed tannins (proanthocyanidins), their chemical structure, classification and biological effects. These compounds are widely distributed in higher plants and are an important part of the human diet. Recent interest in these substances has been stimulated by their potential health benefits, which are believed to arise mainly from their antioxidant activity. The mechanisms of their antioxidation action, like free radical scavenging activity, chelation of transition metals and inhibition of prooxidative enzymes and lipid peroxidation are discussed. Health prevention properties like anticarcinogenic, cardiovascular system preventing and antiinflammatory effects of proanthocyanidins are also presented. Their health benefit is promising, but additional research on the mechanism of action and metabolic fate after consumption of proanthocyanidins is required.
121
