Interakcije flavonoida-makromolekula u ljudskim bolestima s fokusom na Alchajmera, aterosklerozu i rak

Doseg e-pošte:tina.xiang@wecistanche.comZa više informacija

sažetak: Flavonoidi, klasa polifenola, koji se svakodnevno konzumiraju u našoj ishrani, povezani su sa smanjenim rizikom od kroničnih bolesti povezanih s oksidativnim stresom (OS), kao što su kardiovaskularne bolesti, neurodegenerativne bolesti, rak iupala. Učešće flavonoida u hroničnim bolestima povezanim sa OS tradicionalno se pripisuje njihovoj antioksidativnoj aktivnosti. Međutim, dokazi iz nedavnih studija pokazuju da se koristan uticaj flavonoida može pripisati njihovoj interakciji sa ćelijskim makromolekulama, a ne direktnom antioksidativnom efektu. Ovaj pregled pruža pregled nedavnog razvoja istraživanja o interakcijama između flavonoida i lipoproteina, proteina, hromatina, DNK i molekula koji signaliziraju ćelije koji su uključeni u hronične bolesti povezane sa OS; fokusira se na mehanizme kojima flavonoidi ublažuju razvoj gore navedenih kroničnih bolesti direktnim i indirektnim djelovanjem na ekspresiju gena i ćelijske funkcije. Trenutni pregled sažima podatke iz literature i našeg nedavnog istraživanja, a zatim uspoređuje interakcije specifičnih flavonoida sa njihovim ciljnim grupama, fokusirajući se naflavonoidaodnosi strukture i aktivnosti. Pored toga, predstavljene su različite metode evaluacije interakcija flavonoid–protein i flavonoid–DNK. Naš cilj je da rasvijetlimo djelovanje flavonoida u tijelu, mimo njihove dobro utvrđene, direktne antioksidativne aktivnosti, i da pružimo uvid u mehanizme pomoću kojih ovi mali molekuli, svakodnevno konzumirani, utiču na ćelijske funkcije.

Ključne riječi:flavonoid; antioksidans; oksidativni stres; upala; Alzheimer; ateroskleroza; rak

1. Uvod

Flavonoidisu klasa polifenola u biljkama koji se naširoko konzumiraju u našoj ishrani. Imaju opštu strukturnu okosnicu C6–C3–C6, u kojoj su dvije C6 jedinice (prsten A i prsten B) fenolne prirode. Flavonoidi se mogu podijeliti u različite podgrupe, kao što su flavoni, flavonoli, flavanoni, flavanonoli, flavan{4}}oli i antocijanini (slika 1). Dok je u većini flavonoida prsten B vezan na C2 poziciji prstena C, u nekima, kao što su izoflavoni i izoflavani, prsten B je vezan na poziciji C3 [1].

Dijetetskiflavonoidisu prirodni proizvodi koji su široko rasprostranjeni u biljnom carstvu. Mnoge namirnice i pića, kao što su voće, povrće, mahunarke, integralne žitarice, čokolada, začini, čaj i vino, bogati su izvori flavonoida [1]. Tokom decenija, istraživači i proizvođači hrane postali su sve zainteresovaniji za flavonoide, zbog njihovih antioksidativnih svojstava, njihovog velikog obilja u našoj ishrani i njihove predložene uloge u prevenciji različitih bolesti koje su povezane sa OS, kao što su rak, kardiovaskularne i neurodegenerativne bolesti [2–5]. Novija literatura pruža sve više dokaza o efektima flavonoida koji su posredovani mehanizmima drugačijim od klasične antioksidativne aktivnosti potaknute njihovim hemijskim svojstvom doniranja elektrona ili keliranja prelaznih metala [6,7]. Istraživanje njihovih osnovnih načina djelovanja moglo bi pružiti novi uvid u mehanizme pomoću kojih flavonoidi utječu na biološke funkcije.

2. Biološke aktivnosti flavonoida

2.1. Flavonoidi kao antioksidansi

S obzirom na njihovo antioksidativno djelovanje,flavonoidiza koje se vjeruje da sprječavaju bolesti koje su povezane s OS putem direktnog uklanjanja reaktivnih vrsta kisika (ROS) putem doniranja atoma vodika, aktivacije antioksidativnih enzima, aktivnosti heliranja metala (kao što su željezo i bakar) i ublažavanja oksidativnog djelovanja. stres uzrokovan dušičnim oksidom (NO) [1,8–11]. Antioksidativna aktivnost, međutim, ne može biti jedino objašnjenje za in vivo ćelijske efekte flavonoida', jer je antioksidativna aktivnost izražena pri koncentracijama flavonoida iznad 10 µM, ali njihova koncentracija u cirkulaciji ne prelazi 2 µM [12]. Dijetalni flavonoidi se slabo apsorbiraju iz crijeva, visoko se metaboliziraju ili brzo eliminiraju. Tokom apsorpcije, flavonoidi se konjugiraju u tankom crijevu i kasnije u jetri. Ovaj proces uglavnom uključuje metilaciju, sulfaciju i glukuronidaciju. Ovo je proces metaboličke detoksikacije koji je zajednički mnogim ksenobioticima koji ograničava njihove potencijalne toksične efekte i olakšava njihovu bilijarnu i urinarnu eliminaciju povećanjem njihove hidrofilnosti [13]. Nedavne studije sugeriraju da biološki efekti flavonoida mogu biti posredovani različitim mehanizmima koji još uvijek nisu u potpunosti istraženi. Ovaj pregled se fokusira na način djelovanja flavonoida kroz njihovu interakciju s makromolekulama, kao što su lipoproteini, ćelijski i serumski proteini, te DNK i RNK (Slika 2)

2.2. Interakcije flavonoida sa makromolekulama

2.2.1. Flavonoidno-proteinske interakcije

Molekularne interakcije proteina i nukleinskih kiselina sa jedinjenjima male molekulske težine su područje od fundamentalnog interesa [14]. Pri niskim koncentracijama, molekuli, kao što su joni, metaboliti i osmoliti, mogu utjecati na proteine, kao što su enzimi, receptori, antitijela i faktori transkripcije [15]. Učinak može biti na strukturnom, funkcionalnom ili konformacijskom nivou [7]. Dijetalni flavonoidi su dobar primjer malih molekula koji posreduju u ćelijskim efektima, koji su centralni za intracelularne signalne kaskade [16]. Učinci flavonoid-enzimskih kompleksa nastalih interakcijom flavonoida sa, na primjer, hidrolazama, oksidazama i kinazama, na strukturu i aktivnost enzima su široko istraženi. Istraživanja su pokazala da flavonoidi selektivno stupaju u interakciju s različitim komponentama protein kinaza i mijenjaju njihovo fosforilacijsko stanje, regulišući na taj način višestruke signalne puteve stanica [17]. Slično, otkriveno je da flavonoidi djeluju kao ligandi za nuklearne receptore, uzrokujući njihovu proliferaciju ili aktivaciju i modulirajući energetsku homeostazu. Apigenin i kaempferol direktno su potisnuli interakciju između receptora povezanog s estrogenom (ERR) i njegovog koaktivatora peroksizomskog proliferatora aktiviranog koaktivatora receptora-1 (PGC-1). Nasuprot tome, luteolin je potisnuo aktivnost PGC-1 promovišući degradaciju PGC-1, što je dovelo do potisne aktivnosti ERR u HeLa ćelijama [7,18]. Flavonoidi, kao što su glabridin i glabrene, također mogu stupiti u interakciju i modulirati endogene aktivnosti estrogenskih receptora u ljudskim endotelnim i glatkim mišićnim stanicama, na taj način mogu usporiti, pa čak i spriječiti kardiovaskularne bolesti i razvoj raka dojke i jajnika kod žena u postmenopauzi. [19]. Pored toga, istražena je i sposobnost flavonoida da interaguju sa serumskim albuminom i drugim serumskim proteinima [20,21]. Reverzibilne ili ireverzibilne interakcije protein-flavonoid ovise o pH, temperaturi i koncentraciji proteina i flavonoida [22]. Iako je biološka sudbina proteinsko-flavonoidnih kompleksa in vivo još uvijek nepoznata, otkriveno je da flavonoidi utiču na različite ljudske bolesti koje su povezane s OS, kao što su rak, te kardiovaskularne i neurodegenerativne bolesti [23-25].

Metode za karakterizaciju interakcija flavonoida i proteina

Provedeno je nekoliko studija kako bi se okarakterisale interakcije između prehrambenih flavonoida i proteina, uglavnom serumskih i proteina povezanih s hranom, na primjer, serumskih albumina i -kazeina [26–30]. Interakcije flavonoida i proteina uglavnom se javljaju nekovalentnim vezama koje su izvedene iz hidrofobnih, van der Waalsovih, veza vodoničnog mosta i jonskih interakcija, koje mogu promijeniti konformacije proteina i aktivnosti enzima [31]. Nekovalentne interakcije između flavonoida i proteina su slabe i reverzibilne. Studije su također pružile informacije o kovalentnim reakcijama između flavonoida i proteina. Flavonoidi mogu lako oksidirati i kovalentno reagirati s amino i tiol bočnim lancima proteina ireverzibilnim vezivanjem [32]. Razvijene su brojne metode, uglavnom spektroskopske, za karakterizaciju nekovalentnih interakcija između flavonoida i proteina (Tablica 1) [33–36].

UV-vidljiva spektroskopija se koristi za predviđanje interakcija flavonoida i proteina i pružanje informacija o prirodi tih interakcija. Apsorpcija proteina na 280 nm povezana je s aromatičnim aminokiselinama triptofanom, tirozinom i fenilalaninom, koji se mogu dalje stimulirati interakcijom sa flavonoidima [37]. Spektroskopija kružnog dihroizma koristi se za kvantitativnu analizu konformacijskih promjena, -helix i -sheet promjena, u proteinima zbog nekovalentnih interakcija s malim molekulima, kao što su flavonoidi [38]. Infracrvena spektroskopija Fourier transformacije se također koristi za određivanje promjena u sekundarnoj strukturi proteina kao rezultat interakcija flavonoida. Ova metoda omogućava tumačenje sekundarne strukture iz oblika amidne I trake, koja se nalazi oko 1650-1660 cm [38]

Termodinamička svojstva interakcije vezivanja između flavonoida i proteina mogu se proučavati korištenjem izotermalne titracione kalorimetrije, metode koja se temelji na mjerenju topline koja je nastala tokom molekularne asocijacije [39]. Vitali i dr. procijenio interakcije vezivanja između četiri flavonoida (kempferola, luteolina, kvercetina i resveratrola) i humanog serumskog albumina i glutation S-transferaze Pi izoforme 1 koristeći Taylorovu površinsku plazmonsku rezonancu (SPR) – vrlo osjetljivu tehniku ​​bez oznaka za proučavanje nekovalentne interakcije biomolekula, posebno između proteina, te između proteina i malih molekula [40].

Test gašenja triptofana (Trp)-fluorescencije je još jedna osjetljiva, selektivna i široko korištena metoda za određivanje interakcija između flavonoida i proteina [21,41,42]. Ekscitacija proteina na 280-290 nm izaziva emisiju fluorescencije u opsegu od 340-350 nm zbog prisustva Trp. Gašenje fluorescencije u ovom opsegu može se pripisati vezivanju flavonoida. Dok se koristi ova metoda, mehanizam gašenja - statički (formiranje kompleksa između polifenola i proteina) ili dinamički (sudar fluorofora sa gasiteljem) - može se odrediti korištenjem Stern-Volmerove jednadžbe i izračunavanjem Stern-Volmerove konstante i konstante brzine gašenja . Za statičko gašenje može se izračunati konstanta vezivanja i broj vezivnih mjesta u proteinskom molekulu, a zatim se mogu okarakterizirati termodinamička svojstva. Konačno, proračuni spajanja mogu se koristiti za predviđanje uklapanja procijenjenog liganda unutar proteina, gdje je oblik komplementaran mjestu vezivanja. Računarsko modeliranje dopunjuje eksperimentalne podatke o vezivanju flavonoida i proteina i omogućava široki skrining za različite proteinske ciljeve odabrane iz struktura koje su dostupne u Protein Data Bank (PDB) [43].

2.2.2. Interakcije flavonoida sa DNK i hromatinom

U naučnoj literaturi postoji mnogo dokaza o regulaciji genoma flavonoidima putem ekspresije gena i hromozomskih promjena [24,51], iako precizan mehanizam djelovanja ostaje nejasan [48,52]. Pokazalo se da flavonoidi, kao što su kvercetin i EGCG, prodiru u ćelijske membrane i akumuliraju se u jezgru ljudskih crijevnih i jetrenih stanica [53,54]. Struktura kvercetina dozvoljava hidrofobnu interkalaciju njegovog najhidrofobnijeg segmenta u unutrašnjost spirale DNK [55]. Kvercetin se interkalira sa DNK i RNK dupleksima i prvenstveno se vezuje za tripleks i tetrapleks DNK u ljudskim ćelijama raka prostate (DU 145) [53]. Iako je isti broj OH grupa, koje su uglavnom uključene u mehanizam prijenosa vodonika, prisutan u kempferolu i luteolinu, potonji pokazuje nešto veći afinitet prema DNK. To bi moglo biti zbog prisustva OH na njegovoj 30 poziciji. Odnosi strukture i aktivnosti u interakcijama flavonoida i DNK su zaista široko otkriveni. Predlaže se da se afinitet flavonoida prema DNK povećava duž iste sekvence koju pokazuje njihova biološka aktivnost [44]. Nakon tretmana DNK sa EGCG ili kvercetinom, uočeni su različiti efekti, uključujući oštećenje DNK, u humanim perifernim limfocitima [56,57]. Istraživanja pokazuju da EGCG inhibira aktivnosti različitih proteina hromatina, kao što je protein koji veže elemente odgovora cAMP, DNK polimeraza, DNK metiltransferaza i DNK topoizomeraza u ljudskim plućima i ćelijama kolorektalnog adenoma i u jetri, plućima i bubrezima miševa [6,24 ]. Na ove reakcije vjerovatno utiče EGCG vezivanje za DNK i RNK, ili za proteine ​​koji su vezani za nukleinske kiseline u različitim vrstama interakcija. Dok su interakcije flavonoida, kao što su resveratrol, kvercetin, EGCG i genistein, s DNK, poznate, precizna lokacija mjesta vezanja flavonoida na DNK, način interakcije i njegova funkcija u genomu nisu u potpunosti razumeo.

Metode za karakterizacijuFlavonoid–DNK interakcije
Kovalentno vezivanje malih molekula za DNK prvi put je uočeno početkom 1980-ih [58]. Nakon kovalentnog vezivanja [14C], kvercetina za DNK, tvrdilo se da flavonoidi imaju konfliktne biohemijske aktivnosti (mutageni efekat s jedne strane i antikancerogeno dejstvo s druge) [44]. Pored kovalentnog vezivanja, flavonoidi mogu stupiti u interakciju sa DNK interkalacijom, žljeb-vezivanjem i vezivanjem za kičmu. Nekoliko metoda je korišteno za razjašnjavanje nekovalentnih interakcija između flavonoida i DNK, uključujući elektrohemijske i SPR tehnike, linearni dikroizam, apsorpcionu, fluorescentnu i spektroskopiju nuklearne magnetne rezonance [44–46]. Vezivanje 10 aglikona i flavonoidnih glikozida sa DNK dupleksima je ispitivano korišćenjem elektrosprej jonizacione masene spektrometrije (ESI-MS) [47]. ESI-MS analiza i SPR su pokazali da se tačno tri molekula EGCG vezuju za poli(dT) 18 mer jednolančane DNK oligomere preko jedne hidroksilne grupe trihidroksifenil grupe u EGCG. Nakon vezivanja, EGCG je zaštitio dvolančane DNK oligomere od topljenja do jednolančane DNK [59].

Danas se kompjuterska simulacija i spektroskopija uglavnom koriste za istraživanje biofizičkih informacija (npr. način interakcije) o interakcijama između flavonoida i DNK [60]. Eksperimenti koji su izvedeni poslednjih godina sugerisali su specifična konsenzus DNK-vezujuća mesta za flavonoide. Kvercetin se, na primjer, vezuje za dodekamernu dupleksnu sekvencu CGCGAATTCGCG, čija je nevezana struktura riješena prije mnogo godina (PDB ID: 1BNA) [61]. Trenutno se kompletan genom organizma može otkriti korištenjem tehnologije sekvenciranja sljedeće generacije (NGS), kao što su Illumina ili Sanger mašine za masovno paralelno sekvenciranje. Štaviše, prateći specijalizovane protokole, moguće je ekstrahovati DNK u određenim regionima ili sa specifičnim funkcijama, a zatim koristiti NGS za dobijanje DNK sekvence. Chem-seq (hvatanje hemijskog afiniteta u kombinaciji sa masovno paralelnim sekvenciranjem DNK) je nova NGS aplikacija, koja se nedavno koristila za ekstrakciju i sekvenciranje DNK regiona koji su bili vezani za male molekule. Ova metoda omogućava hvatanje regiona hromatina vezanih za male molekule bez prethodnih informacija, tj. sa nepristrasnim, nespecifičnim markerom [49]. Najnovije studije su već ilustrovale sposobnost izolacije poznatih interakcija lijek-hromatin pomoću Chem-seq-a [49,50]. Atrahimovich et al. koristio je Chem-seq tehniku ​​za karakterizaciju interakcija između kvercetina i ćelijske DNK i pokazao njegov naknadni učinak na transkripciju nizvodno [48]. Rezultati pokazuju da se kvercetin vezuje za hromatin monocita i modulira ekspresiju gena koji su uključeni u ćelijski ciklus i razvoj ćelije [48]. Koristeći Chem-seq aplikaciju, interakcije flavonoida sa DNK i hromatinom mogu se odrediti kako bi se proučio njihov značaj. Ova sposobnost bi mogla biti izuzetno važna za medicinu i ljudsko zdravlje, te korisna za dizajn odgovarajućih dijetetskih intervencija i lijekova za liječenje raka.

3. Flavonoidi ublažavaju ljudske bolesti direktnim interakcijama s proteinima, lipoproteinima i DNK

3.1. Interakcije flavonoida s ključnim proteinima uključenim u upalu

Upalakarakteriše zaštitni odgovor imunog sistema, uključujući proizvodnju različitih proinflamatornih citokina i hemokina, koji pojačavaju proizvodnju interferona, proteaza, NO i ROS [62]. Citokini također indukuju ekspresiju ciklooksigenaze-2 (COX-2), enzima koji katalizuje proizvodnju prostaglandina (PG), koji su ključni posrednici upale [63]. Ksantin oksidaza (XO) je još jedan kritičan izvor ROS koji doprinosi upali. Upalna stanja dovode do povećanja nivoa XO i, na taj način, do povećanog stvaranja ROS i stvaranja peroksinitrita. Peroksinitrit je moćna reaktivna dušična vrsta (RNS) u pratnji OS, koja nastaje reakcijom NO i superoksidnih radikala [64].

Predloženo je nekoliko mehanizama djelovanja koji objašnjavaju protuupalno djelovanje flavonoida in vivo, kao što je antioksidativna aktivnost i modulacija proizvodnje proinflamatornih citokina i ekspresije gena [11]. Zanimljivo je da flavonoidi utiču na upalni proces ne samo smanjenjem ekspresije citokina i drugih srodnih inflamatornih markera, već i interakcijom sa proteinima koji su povezani saupala. Pokazalo se da flavonoidi moduliraju aktivnost enzima koji metaboliziraju arahidonsku kiselinu (AA), kao što su fosfolipaza A2 (PLA2), COX i lipoksigenaza (LOX), i enzim azot oksid sintaza (NOS) koji proizvodi NO. Inhibicija ovih enzima flavonoidima smanjuje proizvodnju AA, PG, leukotriena i NO, koji su ključni posredniciupala. Dakle, flavonoidna inhibicija ovih enzima je definitivno jedan od važnih ćelijskih mehanizama anti-inflamacije [65].

Kvercetin je bio prvi otkriveni flavonoidni inhibitor PLA2, iz ljudskih neutrofila. Pokazalo se da kvercetin selektivno inhibira sekretorni PLA2 grupe II [66]. Isto tako, rutin je selektivno inhibirao humani PLA2-II iz sinovijalne tečnosti, dok je bio slab inhibitor humanog PLA2-I iz soka pankreasa. Kada su različiti flavonoidi upoređeni u pogledu njihove sposobnosti da inhibiraju PLA2, činilo se da male promjene u strukturi utiču i na ukupnu inhibiciju PLA2 i na selektivnost grupe II. Utvrđeno je da je položaj hidroksilnih grupa jedan važan aspekt C-prstena-2, 3-dvostruke veze. Činilo se da su hidroksilne grupe na pozicijama 3' i 4' na B-prstenu važne za selektivnu inhibiciju PLA2-II, dok je 5-hidroksilna grupa na A-prstenu, nezasićenost , i činilo se da je 4-oksi na C-prstenu važan za ukupnu sposobnost flavonoida da inhibiraju PLA2 aktivnost [67]; inhibicija PLA2 je u velikoj meri zavisila od položaja hidroksilnih grupa na prstenovima A, B i C, dok se pretpostavljalo da su hidroksilne grupe na pozicijama 5, 6 i 7 na A-prstenu neophodne za vezivanje za PLA2. Tako su kvercetin, kempferol i galangin pokazali visoku inhibitornu aktivnost na PLA2, dok je naringin pokazao nižu inhibitornu aktivnost [68].

COX proizvodi PG i tromboksane i postoji u najmanje dvije različite izoforme, COX-1 i COX-2. COX-1 je konstitutivni enzim koji je prisutan u skoro svakom tipu ćelije. Dok je COX-2 inducibilni enzim koji je visoko eksprimiran uupala-srodni tipovi ćelija, uključujući makrofage i mastocite [69]. Budući da proizvodi PG, COX-2 je usko povezan sa akutnim i hroničnim vrstama upalnih poremećaja. Utvrđeno je da neki flavonoidi, kao što su luteolin, 3',4'-dihidroksiflavon, galangin i morin, katehin i epikatehin, inhibiraju COX bubrežne srži pacova sa IC50 od 100-130 µM [70]. U ljudskim trombinom agregiranim trombocitima, otkriveno je da su određeni flflavonoidi, kao što su krizin i apigenin, COX inhibitori sa IC50 od 13 i 18 µM, dok miricetin i kvercetin pri 10 µM ispoljavaju snažnu inhibiciju LOX. Konkretno, smanjenje C-2, 3-dvostruke veze i glikozilacija smanjili su inhibitorne aktivnosti flavonoida [71]. In-silico analiza je pokazala da kvercetin može djelomično inhibirati COX{19}} enzim vezivanjem za podjedinicu A, koja ima aktivnost peroksidaze i služi kao izvor ROS [72].

općenito,flavonoidimogu biti uglavnom uključeni uupalaproces putem inhibicije i regulacije enzima koji moduliraju proinflamatorne citokine ili male molekule, kao što su ROS i RNS.

3.2. Interakcije flavonoida s ključnim proteinima kod Alchajmerove bolesti (AD)

AD je široko rasprostranjena neurodegenerativna bolest, koju karakteriziraju neurofibrilarne zamršenosti, senilni plakovi i sinaptički gubitak, što na kraju dovodi do smrti neurona [78,79]. AD je oblik demencije koji se karakterizira progresivnim gubitkom pamćenja, opadanjem jezičnih vještina i drugim kognitivnim oštećenjima, a najčešće pogađa starije osobe [80]. Etiologija AD je nejasna; međutim, u patofiziologiji bolesti se razmatraju različiti faktori, kao što je formiranje plakova amiloidnog proteina (A), nizak nivo acetilholina, oksidativni stres i abnormalne posttranslacione modifikacije tau proteina [81,82]. Sekvencijalno cijepanje amiloidnog prekursora proteina formira agregate A peptida od 39-43 aminokiseline, koji se lijepe za neurone kao netopivi amiloidni plakovi. A se generiše iz proteina prekursora amiloida pomoću enzima koji cijepa protein prekursora amiloida -1 (BACE-1, -sekretaza) i -sekretazama [83,84]. Stoga se pretpostavlja da inhibicija BACE-1 igra važnu ulogu u prevenciji AD [85].

Neurotransmiter acetilkolin igra važnu ulogu u procesu učenja i pamćenja u hipokampusu. Dva enzima, acetilholinesteraza (AChE) i butirilholinesteraza (BChE) su uključeni u hidrolizu acetilholina, snižavajući njegov nivo tokom razvoja AD. Stoga je inhibicija AChE i BChE veoma poželjna strategija za liječenje AD [86–88]. Klinički odobreni lijekovi takrin, donepezil, galantamin i rivastigmin poboljšali su kratkoročno pamćenje i kognitivne razine putem inhibicije AChE. Nedostaci ovih lijekova i njihove postepene nuspojave, kao što su periferne nuspojave, hepatotoksičnost i poremećaji gastrointestinalnog trakta, ohrabrili su istraživače da razviju efikasnije AChE inhibitore [89–91].
Flavonoidi su obećavajući prirodni proizvodi sa neuroprotektivnim potencijalom, koji ili sprečavaju nastanak ili usporavaju napredovanje neurodegenerativnih bolesti povezanih sa starenjem. Mehanizam kojim flavonoidi sprečavaju ili usporavaju napredovanje AD može biti kroz direktnu interakciju sa ključnim enzimima koji su uključeni u ovu bolest [81,85,92–95]. Shimmyo et al. ispitao potencijal flavonola i flavona da inhibiraju BACE-1. Otkrili su da četiri flavonola: miricetin, kvercetin, kempferol i morin, i jedan flavon: apigenin, direktno inhibiraju aktivnost BACE-1 enzima na način ovisan o koncentraciji, sa vrijednostima IC50 od 2,8, 5,4, 14,7, 21,7, i 38,5 µM, respektivno [95]. Studije na ostarjelim TASTPM transgenim miševima (model AD) pokazale su da oralna primjena (-)-epikatehina smanjuje patologiju A kroz indirektnu, nekalitičku inhibiciju BACE-1, a ne kroz modulaciju ili - ili -sekretazne aktivnosti [96 ]. Utvrđeno je da epigalokatehin-3-galat (EGCG) i kurkumin smanjuju A-posredovanu regulaciju BACE-1 u neuronskim kulturama, što je, zanimljivo, povećalo neamiloidogeni proces prekursorskog proteina amiloida pojačavajući cijepanje -sekretaze [95 ]. Pueyo et al. pregledao literaturu o prirodnim i sintetičkim flavonoidima sa AChE-inhibitornom aktivnošću. Pronašli su 128 takvih flflavonoida: 41 flflavona, 21 fflavanona, 35 flflavonola, 25 izoflavona i šest halkona. Među njima, osam sintetičkih flavonoida inhibira AChE sa IC50 < 100="" nm.="" tri="" prirodna="" flavonoida,="" akacijan="" iz="" cvjetova="" chrysanthemum="" indicum,="" te="" desmetilanhidroikaritin="" i="" kempferol="" iz="" korijena="" sophora="" flavescens,="" inhibirali="" su="" ache,="" sa="" vrijednostima="" ic50="" od="" 3,2,="" 6,7="" i="" 3,3="" nm,="" respektivno="" [97].="" orhan="" i="" dr.="" testirali="" različite="" derivate="" flavonoida="" na="" njihovu="" inhibiciju="" ache="" i="" bche.="" u="" koncentraciji="" od="" 1="" mg/ml,="" kvercetin="" je="" bio="" najefikasniji="" prema="" ache,="" sa="" 76,2="" posto="" inhibicije,="" a="" genistein="" je="" pokazao="" najveću="" inhibiciju="" (65,7="" posto)="" bche,="" a="" slijede="" luteolin-7-o-rutinozid="" i="" silibinin="" (54,9).="" posto="" i="" 51,4="" posto,="" respektivno)="" [98,99].="" u="" drugoj="" studiji,="" citrus="" junos="" je="" imao="" značajan="" inhibitorni="" efekat="" na="" ache="" in="" vitro="" i="" in="" vivo,="" a="" aktivno="" jedinjenje="" je="" identifikovano="" kao="" naringenin,="" glavni="" derivat="" flavanona="" [100].="" lee="" et="" al.="" ispitali="" inhibitorni="" efekat="" citrusnih="" flavanona="" na="" bace-1,="" ache="" i="" bche.="" među="" svim="" ispitivanim="" flavanonima,="" hesperidin="" je="" pokazao="" najbolju="" inhibiciju="" bace-1,="" ache="" i="" bche,="" sa="" ic50="" vrijednostima="" od="" 10,02,="" 22,80="" i="" 48,09="" µm,="" respektivno.="" kinetičke="" studije="" su="" otkrile="" da="" su="" svi="" flavanoni="" nekompetitivni="" inhibitori="" bace-1="" i="" holinesteraze="">

Hiperfosforilacija tau proteina s naknadnom akumulacijom u obliku neurofibrilarnih spletova glavni je doprinos kognitivnim disfunkcijama i jedan od najranijih markera AD. Poznato je da nekoliko kinaza, kao što su GSK-3b i CDK5/p25, doprinose fosforilaciji tau proteina i uključene su u patogenezu AD. Flavonoidi koji inhibiraju aktivnosti nekoliko kinaza mogu se koristiti u prevenciji AD. Pokazalo se da terapija flavonoidom morinom smanjuje hiperfosforilaciju tau in vitro i in vivo u neuronima hipokampusa transgenih životinja (3xTg-AD miševi) [103]. Kvercetin je inhibirao aktivnost PI3-kinaze, a cijanidin 3-O-glukozid također pruža značajnu zaštitu od kognitivnih disfunkcija uzrokovanih primjenom A na životinjskim modelima, posredovanih modulacijom GSK{{9} }b/tau. [104,105].

Sve u svemu, flavonoidi mogu ispoljiti svoje potencijalno neuroprotektivno djelovanje interakcijom s ključnim proteinima koji su uključeni u AD. Bolje razumijevanje interakcija flavonoid-protein u AD može biti obećavajuća strategija za razvoj novih neuroprotektivnih terapija za prevenciju i liječenje neurodegenerativnih bolesti.

3.3. Interakcije flavonoida s ključnim proteinima i lipoproteinima u aterosklerozi

Ateroskleroza je još jedna bolest za koju se pokazalo da flavonoidi ublažavaju. Prvi korak u aterosklerozi je nakupljanje lipoproteina niske gustine (LDL), glavnog nosača holesterola, u arterijskom zidu. S druge strane, lipoproteini visoke gustine (HDL) su glavni antiaterogeni faktor u krvi, koji održava nivo holesterola u celom telu u stabilnom stanju. Preko 80 proteina je identifikovano u HDL proteomu, pri čemu apolipoproteini A1 i A2 čine približno 65 procenata i 15 procenata mase proteina, respektivno. Ostali proteini uključuju razne enzime, kao što je paraoksonaza 1 (PON1). PON1 je odgovoran za mnoga antiaterogena svojstva HDL-a. Korelacije između PON1, HDL-a i ateroskleroze, i in vivo i in vitro, dobro su utvrđene [106,107]. Osim efluksa kolesterola, HDL ima i druge moćne biološke aktivnosti: antioksidativno [108], protuupalno [109], anti-apoptotičko [110] i vazodilatatorno [111]. Ove aktivnosti ne zavise nužno od količine HDL-a, ali vjerovatno zavise od njegovog kvaliteta [112,113]. Što se tiče kardiovaskularnog zdravlja, ranije smo pokazali da flavonoid glabridin, ekstrahiran iz korijena sladića, djeluje kao odličan antioksidans i pokazuje aditivna antioksidativna i antiaterogena svojstva. Glabridin se vezuje za rekombinantni PON1 (rePON1) i štiti njegov Cys284 od oksidacije aterosklerotskom komponentom hidroperoksidom linolne kiseline (LA-OOH). Ovaj specifični kapacitet glabridina je jedinstven; theflavonoidakatehin ne pokazuje nikakav afinitet vezivanja za rePON1 [21]. Dodatno je istražena povezanost između strukture flavonoida i njihovog učinka na aktivnost rePON1. Karakterizirane su interakcije 12 reprezentativnih flavonoida iz različitih hemijskih podklasa sa rePON1 [42]. Osim toga, ispitan je potencijal rePON1–flavonoidnih kompleksa da spriječe oksidaciju LDL-a, ključnog procesa u aterogenezi. Katehin, koji se ne vezuje za rePON1, ubrzava oksidaciju LDL-a; nasuprot tome, glabridin je pokazao visok afinitet vezivanja za rePON1 i pojačao svoj zaštitni efekat protiv LDL oksidacije [42]. Štaviše, dosljedno smo uočavali interakcije specifičnih flavonoida sa HDL česticom ili vezanim proteinima, apolipoproteinom A1 i PON1. Pokazali smo da se kvercetin i punikalagin vežu za HDL česticu i povećavaju njena protuupalna svojstva [41], dok je, nakon vezivanja za LDL česticu ili za njen vezani apolipoprotein B100, punicalagin inducirao priliv LDL-a u ćelije makrofaga J774A.1, može smanjiti cirkulirajući LDL nivo [114]. Sve u svemu, utvrđeno je da fllflavonoidi i polifenoli općenito inhibiraju simptome ateroskleroze i smanjuju njen razvoj kroz specifične interakcije fllavonoida sa ćelijskim i serumskim proteinima i lipoproteinima.

3.4. Flavonoidi kao antikancerogena sredstva putem interakcije sa DNK i hromatinom

Antikancerogena aktivnost flavonoida može biti rezultat interakcije ovih prirodnih spojeva sa biomolekulama (DNK, RNK i proteini). Svjesni smo da dijetalni flavonoidi mogu vezati DNK specifično ili stohastički i promijeniti njenu funkciju [115]. Opsežne in-vitro studije ukazuju na to da flavonoidi efikasno smanjuju ćelijsku proliferaciju, indukuju apoptozu i smanjuju rizik od metastaza [24]. Hemo-preventivni efekti flavonoida, uključujući luteolin, epigalokatehin galat, kvercetin, apigenin i krizin, prikazani su s fokusom na zaštitu od oštećenja DNK uzrokovana različitim kancerogenim faktorima. Ti flavonoidi selektivno štite normalne ćelije i indukuju mehanizme ćelijske smrti u ćelijama raka u ljudskim plućima i ćelijama kolorektalnog adenoma tokom hemoterapije ili radioterapije [24]. Utvrđeno je da flavonoidi, odnosno kvercetin, miricetin, kempferol, apigenin i luteolin, koji su topivi u lipidima i slabo kiseli, mogu slobodno difundirati kroz ćelijsku membranu i specifično se akumulirati unutar K562 leukemijskih ćelija [116]. stoga,

implicira se da je veća vjerovatnoća da će flavonoidi vezati DNK ili proteine ​​u jezgru ćelije raka i specifično prekinuti regulaciju genoma raka. Osim toga, in-silico rezultati su pokazali da kvercetin, posebno, dobro stupa u interakciju sa G-kvadrupleks DNK, koja je povezana s telomerazom. Kvercetin djeluje kao terapeutski agens protiv raka putem regulacije aktivnosti telomeraze [117]. Uspoređujući računske i eksperimentalne profile vezivanja, nova studija je potvrdila da kvercetin ima najjači afinitet vezivanja za DNK među proučavanim flavonoidima. Nadalje, studija je otkrila da flavonoidi mogu promijeniti konformaciju DNK i inhibirati amplifikaciju DNK, pokazuju impresivnu indukciju zaustavljanja ćelijskog ciklusa i mogu promovirati apoptozu u ćelijama raka HepG2, MCF-7 i A549 [60] .Da bi se postigle efikasne terapeutske doze koje se koriste u pretkliničkim studijama, važnost se mora posvetiti poboljšanim i ciljanim tehnikama davanja lijekova, kako bi se postigla maksimalna efikasnost uz minimalne nuspojave. Napredak u sistemima za isporuku lijekova zasnovanih na nanotehnologiji otvara bolje mogućnosti za povećanje rastvorljivosti, poboljšanje bioraspoloživosti i poboljšanje ciljanih sposobnosti flavonoida [118]. Nanočestice na bazi liposoma, poli-etilen glikol liposomi, na bazi nikla, na bazi lecitina i nanoribbon su pogodni molekularni nosači za isporuku flavonoidnih lijekova u ciljna tkiva. Prijavljeno je da su nanočestice uspješno korištene za isporuku kvercetina u čvrste tumore in vitro i in vivo modela karcinoma centralnog nervnog sistema, pluća, debelog crijeva, jetre i dojke [119].
Stoga brojne studije podržavaju potencijal flavonoida kao prirodnih zdravstvenih proizvoda u kemoprevenciji raka. Međutim, potrebno je više studija kako bi se konfigurirao njihov mehanizam djelovanja kako bi se poboljšalo naše razumijevanje epigenetskih procesa koji mogu pružiti racionalniju osnovu za kombiniranje specifičnih prehrambenih spojeva u kliničkom okruženju [24].

Dana Atrahimovich 1,2, Dorit Avni 3 i Soliman Khatib 1,2,*

1 Lab za prirodne spojeve i analitičku hemiju, MIGAL–Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Izrael; Danaa@migal.org.il
2 Odsjek za biotehnologiju, Tel-Hai College, Gornja Galileja 12210, Izrael
3 Laboratorija sfingolipida, bioaktivnih metabolita i imunomodulacije, MIGAL—Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Izrael; dorita@migal.org.il* Prepiska: solimankh@migal.org.il; Tel.: plus 972-4-6953512; Faks: plus 972-4-6944980

4. Zaključak

Doprinosi autora:DA (Dana Atrahimovich), pisanje—prva priprema i uređivanje originalnog nacrta, DA (Dorit Avni) pisanje odjeljka 'Interakcije flavonoida s ključnim proteinima uključenim u upalu' i uređivanje; SK nadzor, pisanje—pregled i uređivanje. Svi autori su pročitali i pristali na objavljenu verziju rukopisa.
Finansiranje:Ovo istraživanje nije dobilo vanjsko finansiranje.
Sukobi interesa:Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Dana Atrahimovich 1,2, Dorit Avni 3 i Soliman Khatib 1,2,*

Reference

1. Procházková, D.; Boušová, I.; Wilhelmová, N. Antioksidativna i prooksidativna svojstva fllavonoida. Fitoterapia 2011, 82, 513–523. [CrossRef]

2. Duthie, GG; Duthie, SJ; Kyle, JAM Biljni polifenoli u raku i srčanim bolestima: implikacije kao nutritivni antioksidansi. Nutr. Res. Rev. 2000, 13, 79–106. [CrossRef] [PubMed] 3. Ramos, S. Hemoprevencija i kemoterapija raka: Polifenoli u ishrani i signalni putevi. Mol. Nutr. Food Res. 2008, 52, 507–526. [CrossRef] [PubMed] 4. Jaeger, BN; Parylak, SL; Gage, FH Mehanizmi dijetalnog djelovanja flavonoida u neuronskoj funkciji i neuroinflamaciji. Mol. Aspects Med. 2018, 61, 50–62. [CrossRef] [PubMed] 5. Devi, S.; Kumar, V.; Singh, SK; Dubey, AK; Kim, JJ Flavonoidi: Potencijalni kandidati za liječenje neurodegenerativnih poremećaja. Biomedicines 2021, 9, 99. [CrossRef] 6. Williams, RJ; Spencer, JPE; Rice-Evans, C. Flavonoidi: antioksidansi ili signalni molekuli? Slobodni Radic. Biol. Med. 2004, 36, 838–849. [CrossRef] 7. Virgili, F.; Marino, M. Regulacija ćelijskih signala iz nutritivnih molekula: Specifična uloga fitokemikalija, izvan antioksidativne aktivnosti. Slobodni Radic. Biol. Med. 2008, 45, 1205–1216. [CrossRef] 8. Grotewold, E. The Science of Flavonoids; Springer: Columbus, OH, SAD, 2006; ISBN 9780387288215. 9. Agati, G.; Brunetti, C.; Fini, A.; Gori, A.; Guidi, L.; Landi, M.; Sebastiani, F.; Tattini, M. Da li su flavonoidi efikasni antioksidansi u biljkama? Dvadeset godina naše istrage. Antioxidants 2020, 9, 1098. [CrossRef] 10. Liu, Y.; Weng, W.; Gao, R.; Liu, Y.; Monacelli, F. Novi uvidi za ćelijske i molekularne mehanizme starenja i bolesti povezanih sa starenjem: Biljna medicina kao potencijalni terapijski pristup. Oksid. Med. Cell. Longev. 2019, 2019. [CrossRef] 11. Rolt, A.; Cox, LS Strukturne osnove efekata polifenola protiv starenja: Ublažavanje oksidativnog stresa. BMC Chem. 2020, 14, 1–13. [CrossRef] 12. Manach, C.; Scalbert, A.; Morand, C.; Rémésy, C.; Jiménez, L. Polifenoli: izvori hrane i bioraspoloživost. Am. J. Clin. Nutr. 2004, 79, 727–747. [CrossRef] 13. Thilakarathna, SH; Vasantha Rupasinghe, Bioraspoloživost HP flavonoida i pokušaji poboljšanja bioraspoloživosti. Nutrients 2013, 5, 3367–3387. [CrossRef] [PubMed] 14. Haq, I. Termodinamika interakcija lijek-DNK. Arch. Biochem. Biophys. 2002, 403, 1–15. [CrossRef] 15. Uversky, VN Intrinzično poremećeni proteini i njihova okolina: Efekti jakih denaturansa, temperature, pH, kontrajona, membrana, partnera za vezivanje, osmolita i makromolekularne gužve. Protein J. 2009, 28, 305–325. [CrossRef] 16. Hou, D.-X.; Kumamoto, T. Flavonoidi kao inhibitori protein kinaze za hemoprevenciju raka: Direktno vezivanje i molekularno modeliranje. Antioksid. Redox Signal. 2010, 13, 691–719. [CrossRef] 17. Spencer, JPE Izvan antioksidansa: ćelijske i molekularne interakcije flavonoida i kako oni podupiru svoje djelovanje na mozak. Proc. Nutr. Soc. 2010, 69, 244–260. [CrossRef] [PubMed] 18. Huang, Z.; Fang, F.; Wang, J.; Wong, C.-W. Odnos strukturne aktivnosti flavonoida sa receptorom gama vezanim za estrogen. FEBS Lett. 2010, 584, 22–26. [CrossRef] [PubMed] 19. Somjen, D.; Knoll, E.; Vaya, J.; Stern, N.; Tamir, S. Estrogenska aktivnost sastojaka korijena sladića: Glabridin i glabren, u vaskularnim tkivima in vitro i in vivo. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2004, 91, 147–155. [CrossRef] 20. Jin, X.-L.; Wei, X.; Qi, F.-M.; Yu, S.-S.; Zhou, B.; Bai, S. Karakterizacija derivata hidroksicimetne kiseline koji se vezuju za albumin goveđeg seruma. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 3424–3431. [CrossRef] 21. Atrahimovich, D.; Vaya, J.; Tavori, H.; Khatib, S. Glabridin štiti paraoksonazu 1 od inhibicije hidroperoksida linolne kiseline putem specifične interakcije: studija gašenja fluorescencije. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 3679–3685. [CrossRef] 22. Luck, G.; Liao, H.; Murray, NJ; Grimmer, HR; Warminski, EE; Williamson, MP; Lilley, TH; Haslam, E. Polifenoli, oporost i proteini bogati prolinom. Phytochemistry 1994, 37, 357–371. [CrossRef] 23. Ciumărnean, L.; Milaciu, MV; Runcan, O.; Vesa, SC; Răchisan, AL; Negrean, V.; Perné, MG; Donca, VI; Alexescu, TG; Para, I.; et al. Utjecaj flavonoida na kardiovaskularne bolesti. Molecules 2020, 25, 4320. [CrossRef] [PubMed] 24. Cijo, V.; Dellaire, G.; Rupasinghe, HPV ScienceDirect Biljni flavonoidi u hemoprevenciji raka: Uloga u stabilnosti genoma. J. Nutr. Biochem. 2017, 45, 1–14. [CrossRef] 25. Maher, P. Potencijal flavonoida u liječenju neurodegenerativnih bolesti. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 3056. [CrossRef] [PubMed] 26. Gecibesler, IH; Aydin, M. Vezivanje biljnih flavonoida na proteine ​​plazme za humani serum albumin i njihova antiproliferativna aktivnost. An. Akad. Grudnjaci. Cienc. 2020, 92, 1–16. [CrossRef] 27. Lin, CZ; Hu, M.; Wu, AZ; Zhu, CC Istraživanje o razlikama četiri flavonoida sa sličnom strukturom koji se vezuju za albumin u ljudskom serumu. J. Pharm. Anal. 2014, 4, 392–398. [CrossRef] 28. Mondal, P.; Bose, A. Spektroskopski pregled kvercetina i njegove interakcije Cu(II) kompleksa sa serumskim albuminima. BioImpacts 2019, 9, 115–121. [CrossRef] 29. Geng, R.; Ma, L.; Liu, L.; Xie, Y. Utjecaj interakcije albumin-flavonoida u serumu goveda na antioksidativnu aktivnost dijetalnih flavonoida: Novi dokazi iz elektrohemijske kvantifikacije. Molecules 2019, 24, 70. [CrossRef] [PubMed] 30. Ma, CM; Zhao, XH Prikaz nekovalentne interakcije proteina sirutke sa galanginom ili genisteinom koristeći multispektroskopske tehnike i molekularno spajanje. Foods 2019, 8, 360. [CrossRef] 31. Tang, F.; Xie, Y.; Cao, H.; Yang, H.; Chen, X.; Xiao, J. Fetalni goveđi serum utječe na stabilnost i bioaktivnost analoga resveratrola: pristup interakciji polifenola i proteina. Food Chem. 2017, 219, 321–328. [CrossRef]