Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών-μακρομορίων σε ανθρώπινες ασθένειες με έμφαση στο Αλτσχάιμερ, την αθηροσκλήρωση και τον καρκίνο

Επικοινωνήστε με το email:tina.xiang@wecistanche.comΓια περισσότερες πληροφορίες

Αφηρημένη: Τα φλαβονοειδή, μια κατηγορία πολυφαινολών, που καταναλώνονται καθημερινά στη διατροφή μας, σχετίζονται με μειωμένο κίνδυνο για χρόνιες ασθένειες που σχετίζονται με το οξειδωτικό στρες (OS), όπως καρδιαγγειακές παθήσεις, νευροεκφυλιστικές ασθένειες, καρκίνο καιφλεγμονή. Η εμπλοκή των φλαβονοειδών με χρόνιες ασθένειες που σχετίζονται με το OS αποδίδεται παραδοσιακά στην αντιοξειδωτική τους δράση. Ωστόσο, στοιχεία από πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι η ευεργετική επίδραση των φλαβονοειδών μπορεί να αποδοθεί στην αλληλεπίδρασή τους με τα κυτταρικά μακρομόρια, αντί να ασκούν άμεση αντιοξειδωτική δράση. Αυτή η ανασκόπηση παρέχει μια επισκόπηση της πρόσφατης εξελισσόμενης έρευνας σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φλαβονοειδών και των λιποπρωτεϊνών, των πρωτεϊνών, της χρωματίνης, του DNA και των μορίων κυτταρικής σηματοδότησης που εμπλέκονται στις χρόνιες ασθένειες που σχετίζονται με το OS. εστιάζει στους μηχανισμούς με τους οποίους τα φλαβονοειδή εξασθενούν την ανάπτυξη των προαναφερθέντων χρόνιων ασθενειών μέσω των άμεσων και έμμεσων επιδράσεων στη γονιδιακή έκφραση και τις κυτταρικές λειτουργίες. Η τρέχουσα ανασκόπηση συνοψίζει δεδομένα από τη βιβλιογραφία και από την πρόσφατη έρευνά μας και στη συνέχεια συγκρίνει τις αλληλεπιδράσεις συγκεκριμένων φλαβονοειδών με τους στόχους τους, εστιάζοντας σεφλαβονοειδέςσχέσεις δομής-δραστηριότητας. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι διάφορες μέθοδοι αξιολόγησης των αλληλεπιδράσεων φλαβονοειδών-πρωτεΐνης και φλαβονοειδών-DNA. Στόχος μας είναι να ρίξουμε φως στη δράση των φλαβονοειδών στον οργανισμό, πέρα ​​από την καθιερωμένη, άμεση αντιοξειδωτική τους δράση, και να παρέχουμε πληροφορίες για τους μηχανισμούς με τους οποίους αυτά τα μικρά μόρια, που καταναλώνονται καθημερινά, επηρεάζουν τις κυτταρικές λειτουργίες.

Λέξεις-κλειδιά:φλαβονοειδές; αντιοξειδωτικό; οξειδωτικό στρες? φλεγμονή; Αλτσχάιμερ; αθηροσκλήρωση? Καρκίνος

1. Εισαγωγή

Φλαβονοειδήείναι μια κατηγορία πολυφαινολών στα φυτά που καταναλώνονται ευρέως στη διατροφή μας. Έχουν μια γενική δομική ραχοκοκαλιά C6–C3–C6, στην οποία οι δύο μονάδες C6 (Δακτύλιος Α και Δακτύλιος Β) είναι φαινολικής φύσης. Τα φλαβονοειδή μπορούν να χωριστούν σε διαφορετικές υποομάδες, όπως φλαβόνες, φλαβονόλες, φλαβανόνες, φλαβονόλες, φλαβανό-3-όλες και ανθοκυανίνες (Εικόνα 1). Ενώ στα περισσότερα φλαβονοειδή, ο δακτύλιος Β συνδέεται στη θέση C2 του δακτυλίου C, σε ορισμένα, όπως οι ισοφλαβόνες και οι ισοφλαβάνες, ο δακτύλιος Β συνδέεται στη θέση C3 [1].

Διαίτηςφλαβονοειδήείναι φυσικά προϊόντα που είναι ευρέως διαδεδομένα στο φυτικό βασίλειο. Πολλά τρόφιμα και ποτά, όπως τα φρούτα, τα λαχανικά, τα όσπρια, τα δημητριακά ολικής αλέσεως, η σοκολάτα, τα μπαχαρικά, το τσάι και το κρασί, είναι πλούσιες πηγές φλαβονοειδών [1]. Με τις δεκαετίες, οι ερευνητές και οι κατασκευαστές τροφίμων έχουν αρχίσει να ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για τα φλαβονοειδή, λόγω των αντιοξειδωτικών τους ιδιοτήτων, της μεγάλης αφθονίας τους στη διατροφή μας και του προτεινόμενου ρόλου τους στην πρόληψη διαφόρων ασθενειών που σχετίζονται με το OS, όπως ο καρκίνος, τα καρδιαγγειακά και νευροεκφυλιστικές ασθένειες [2-5]. Η πρόσφατη βιβλιογραφία παρέχει αυξανόμενες ενδείξεις για τις επιδράσεις των φλαβονοειδών που προκαλούνται από μηχανισμούς διαφορετικούς από την κλασική αντιοξειδωτική δράση που καθοδηγείται από τη χημική τους ιδιότητα να δωρίζουν ένα ηλεκτρόνιο ή να σχηματίζουν χηλικά μέταλλα μετάπτωσης [6,7]. Η διερεύνηση των θεμελιωδών τρόπων δράσης τους θα μπορούσε να προσφέρει νέες γνώσεις για τους μηχανισμούς με τους οποίους τα φλαβονοειδή επηρεάζουν τις βιολογικές λειτουργίες.

2. Βιολογικές Δραστηριότητες Φλαβονοειδών

2.1. Τα φλαβονοειδή ως αντιοξειδωτικά

Όσον αφορά την αντιοξειδωτική τους δράση,φλαβονοειδήπιστεύεται ότι προλαμβάνουν ασθένειες που σχετίζονται με το OS μέσω της άμεσης απομάκρυνσης των αντιδρώντων ειδών οξυγόνου (ROS) μέσω της δωρεάς ατόμου υδρογόνου, της ενεργοποίησης αντιοξειδωτικών ενζύμων, της χηλικοποιητικής δραστηριότητας μετάλλων (όπως ο σίδηρος και ο χαλκός) και η ανακούφιση της οξειδωτικής στρες που προκαλείται από το μονοξείδιο του αζώτου (NO) [1,8-11]. Η αντιοξειδωτική δράση, ωστόσο, δεν μπορεί να είναι η μόνη εξήγηση για τις in vivo κυτταρικές επιδράσεις των φλαβονοειδών», καθώς η αντιοξειδωτική δράση εκφράζεται σε συγκεντρώσεις φλαβονοειδών που είναι πάνω από 10 μΜ, αλλά η συγκέντρωσή τους στην κυκλοφορία δεν υπερβαίνει τα 2 μΜ [12]. Τα διατροφικά φλαβονοειδή απορροφώνται ελάχιστα από το έντερο, μεταβολίζονται σε μεγάλο βαθμό ή αποβάλλονται γρήγορα. Κατά τη διάρκεια της απορρόφησης, τα φλαβονοειδή συζεύγνυνται στο λεπτό έντερο και αργότερα στο ήπαρ. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει κυρίως μεθυλίωση, θείωση και γλυκουρονίωση. Αυτή είναι μια διαδικασία μεταβολικής αποτοξίνωσης που είναι κοινή σε πολλά ξενοβιοτικά που περιορίζει τις πιθανές τοξικές επιδράσεις τους και διευκολύνει την αποβολή τους από τη χολή και τα ούρα αυξάνοντας την υδροφιλικότητά τους [13]. Πρόσφατες μελέτες έχουν προτείνει ότι οι βιολογικές επιδράσεις των φλαβονοειδών μπορεί να διαμεσολαβούνται από διαφορετικούς μηχανισμούς που δεν έχουν ακόμη διερευνηθεί πλήρως. Η παρούσα ανασκόπηση εστιάζει στον τρόπο δράσης των φλαβονοειδών μέσω της αλληλεπίδρασής τους με μακρομόρια, όπως λιποπρωτεΐνες, πρωτεΐνες κυττάρων και ορού και DNA και RNA (Εικόνα 2)

2.2. Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών με μακρομόρια

2.2.1. Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών-πρωτεϊνών

Οι μοριακές αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων με ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους είναι μια περιοχή θεμελιώδους ενδιαφέροντος [14]. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, μόρια, όπως ιόντα, μεταβολίτες και οσμολίτες, μπορεί να επηρεάσουν πρωτεΐνες, όπως ένζυμα, υποδοχείς, αντισώματα και παράγοντες μεταγραφής [15]. Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι σε δομικό, λειτουργικό ή διαμορφωτικό επίπεδο [7]. Τα διατροφικά φλαβονοειδή είναι ένα καλό παράδειγμα μικρών μορίων που μεσολαβούν στα κυτταρικά αποτελέσματα, τα οποία είναι κεντρικά στους καταρράκτες ενδοκυτταρικής σηματοδότησης [16]. Οι επιδράσεις των συμπλοκών φλαβονοειδών-ενζύμων που σχηματίζονται από την αλληλεπίδραση των φλαβονοειδών με, για παράδειγμα, υδρολάσες, οξειδάσες και κινάσες, στη δομή και τη δραστηριότητα του ενζύμου έχουν διερευνηθεί ευρέως. Οι έρευνες έχουν προτείνει ότι τα φλαβονοειδή αλληλεπιδρούν επιλεκτικά με διαφορετικά συστατικά πρωτεϊνικών κινασών και μεταβάλλουν την κατάσταση φωσφορυλίωσης τους, ρυθμίζοντας έτσι πολλαπλές οδούς σηματοδότησης κυττάρων [17]. Ομοίως, τα φλαβονοειδή έχουν βρεθεί ότι δρουν ως συνδέτες για τους πυρηνικούς υποδοχείς, προκαλώντας τον πολλαπλασιασμό ή την ενεργοποίησή τους και ρυθμίζοντας την ενεργειακή ομοιόσταση. Η απιγενίνη και η καμπφερόλη κατέστειλαν άμεσα την αλληλεπίδραση μεταξύ του υποδοχέα που σχετίζεται με οιστρογόνα (ERR ) και του συνενεργοποιητή του πολλαπλασιαστή υπεροξισώματος του ενεργοποιημένου συνενεργοποιητή υποδοχέα-1 (PGC-1 ). Αντίθετα, η λουτεολίνη κατέστειλε τη δραστηριότητα PGC-1 προάγοντας την υποβάθμιση της PGC-1 , οδηγώντας σε κατασταλμένη δραστηριότητα ERR στα κύτταρα HeLa [7,18]. Τα φλαβονοειδή, όπως η glabridin και η glabrene, μπορούν επίσης να αλληλεπιδράσουν και να ρυθμίσουν τις ενδογενείς δραστηριότητες των υποδοχέων οιστρογόνων στα ανθρώπινα ενδοθηλιακά και λεία μυϊκά κύτταρα, με αποτέλεσμα να επιβραδύνουν ή ακόμη και να προλαμβάνουν καρδιαγγειακές παθήσεις και την ανάπτυξη καρκίνου του μαστού και των ωοθηκών σε μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες [19]. Επιπλέον, η ικανότητα των φλαβονοειδών να αλληλεπιδρούν με τη λευκωματίνη του ορού και άλλες πρωτεΐνες ορού έχει επίσης διερευνηθεί [20,21]. Οι αναστρέψιμες ή μη αναστρέψιμες αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-φλαβονοειδών εξαρτώνται από το pH, τη θερμοκρασία και τις συγκεντρώσεις πρωτεϊνών και φλαβονοειδών [22]. Αν και η βιολογική μοίρα των συμπλεγμάτων πρωτεΐνης-φλαβονοειδών in vivo είναι ακόμα άγνωστη, τα φλαβονοειδή βρέθηκε να επηρεάζουν διάφορες ανθρώπινες ασθένειες που σχετίζονται με το OS, όπως ο καρκίνος και οι καρδιαγγειακές και νευροεκφυλιστικές ασθένειες [23-25].

Μέθοδοι για τον χαρακτηρισμό των αλληλεπιδράσεων φλαβονοειδών-πρωτεϊνών

Έχουν διεξαχθεί αρκετές μελέτες για τον χαρακτηρισμό των αλληλεπιδράσεων μεταξύ διαιτητικών φλαβονοειδών και πρωτεϊνών, κυρίως ορού και πρωτεϊνών που σχετίζονται με τα τρόφιμα, για παράδειγμα, λευκωματίνες ορού και -καζεΐνη [26-30]. Οι αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών-πρωτεϊνών συμβαίνουν κυρίως με μη ομοιοπολικούς δεσμούς που προέρχονται από υδρόφοβες, van der Waals, δέσμευση γέφυρας υδρογόνου και ιοντικές αλληλεπιδράσεις, οι οποίες μπορούν να αλλάξουν τις πρωτεϊνικές διαμορφώσεις και τις ενζυμικές δραστηριότητες [31]. Οι μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ φλαβονοειδών και πρωτεϊνών είναι αδύναμες και αναστρέψιμες. Μελέτες έχουν επίσης δώσει πληροφορίες για τις ομοιοπολικές αντιδράσεις μεταξύ φλαβονοειδών και πρωτεϊνών. Τα φλαβονοειδή μπορούν εύκολα να οξειδωθούν και να αντιδράσουν ομοιοπολικά με τις πλευρικές αλυσίδες αμινο και θειόλης μιας πρωτεΐνης με μη αναστρέψιμη δέσμευση [32]. Πολυάριθμες μέθοδοι, κυρίως φασματοσκοπικές, έχουν αναπτυχθεί για τον χαρακτηρισμό των μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ φλαβονοειδών και πρωτεϊνών (Πίνακας 1) [33-36].

Η φασματοσκοπία ορατής υπεριώδους ακτινοβολίας χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη των αλληλεπιδράσεων φλαβονοειδών-πρωτεϊνών και για την παροχή πληροφοριών σχετικά με τη φύση αυτών των αλληλεπιδράσεων. Η απορρόφηση πρωτεΐνης στα 280 nm σχετίζεται με τα αρωματικά αμινοξέα τρυπτοφάνη, τυροσίνη και φαινυλαλανίνη, τα οποία μπορεί να διεγερθούν περαιτέρω κατά την αλληλεπίδραση με τα φλαβονοειδή [37]. Η φασματοσκοπία κυκλικού διχρωμισμού χρησιμοποιείται για ποσοτική ανάλυση των αλλαγών διαμόρφωσης, των αλλαγών της έλικας και του φύλλου, σε πρωτεΐνες λόγω μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων με μικρά μόρια, όπως τα φλαβονοειδή [38]. Η φασματοσκοπία υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier χρησιμοποιείται επίσης για τον προσδιορισμό των αλλαγών στη δευτεροταγή δομή των πρωτεϊνών ως αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεων των φλαβονοειδών. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την ερμηνεία της δευτερεύουσας δομής από το σχήμα της ταινίας αμιδίου Ι, που βρίσκεται περίπου 1650–1660 cm [38]

Οι θερμοδυναμικές ιδιότητες της αλληλεπίδρασης δέσμευσης μεταξύ φλαβονοειδών και πρωτεϊνών μπορούν να μελετηθούν χρησιμοποιώντας θερμιδομετρία ισοθερμικής τιτλοδότησης, μια μέθοδο που βασίζεται στη μέτρηση της θερμότητας που αναπτύχθηκε κατά τη μοριακή σύνδεση [39]. Οι Vitali et al. αξιολόγησε τις αλληλεπιδράσεις δέσμευσης μεταξύ τεσσάρων φλαβονοειδών (καεμπφερόλη, λουτεολίνη, κερσετίνη και ρεσβερατρόλη) και της ανθρώπινης λευκωματίνης ορού και της ισομορφής 1 της S-τρανσφεράσης γλουταθειόνης Pi χρησιμοποιώντας συντονισμό πλασμονίου επιφανειακής διασποράς Taylor (SPR) - μια εξαιρετικά ευαίσθητη τεχνική για τη μελέτη της μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις βιομορίων, ειδικά μεταξύ πρωτεϊνών και μεταξύ πρωτεϊνών και μικρών μορίων [40].

Η δοκιμασία απόσβεσης φθορισμού τρυπτοφάνης (Trp) είναι μια άλλη ευαίσθητη, εκλεκτική και ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος για τον προσδιορισμό των αλληλεπιδράσεων μεταξύ φλαβονοειδών και πρωτεϊνών [21,41,42]. Η διέγερση πρωτεϊνών στα 280-290 nm επάγει την εκπομπή φθορισμού στην περιοχή των 340-350 nm λόγω της παρουσίας Trp. Η απόσβεση φθορισμού σε αυτό το εύρος μπορεί να αποδοθεί στη δέσμευση φλαβονοειδών. Κατά τη χρήση αυτής της μεθόδου, ο μηχανισμός σβέσης - στατικός (σχηματισμός συμπλόκου μεταξύ πολυφαινόλης και πρωτεΐνης) ή δυναμικός (σύγκρουση του φθοροφόρου με τον αποσβεστήρα) - μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση Stern-Volmer και υπολογίζοντας τη σταθερά Stern-Volmer και τη σταθερά του ρυθμού σβέσης . Για τη στατική απόσβεση, η σταθερά δέσμευσης και ο αριθμός των θέσεων δέσμευσης στο μόριο πρωτεΐνης μπορούν να υπολογιστούν και στη συνέχεια να χαρακτηριστούν οι θερμοδυναμικές ιδιότητες. Τέλος, οι υπολογισμοί σύνδεσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη της προσαρμογής του αξιολογούμενου συνδετήρα εντός της πρωτεΐνης, όπου το σχήμα είναι συμπληρωματικό προς τη θέση δέσμευσης. Η υπολογιστική μοντελοποίηση συμπληρώνει τα πειραματικά δεδομένα για τη δέσμευση φλαβονοειδών-πρωτεϊνών και επιτρέπει τον έλεγχο μεγάλης κλίμακας για διαφορετικούς πρωτεϊνικούς στόχους που επιλέγονται από τις δομές που είναι διαθέσιμες στην Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνών (PDB) [43].

2.2.2. Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών με DNA και χρωματίνη

Υπάρχουν πολλά στοιχεία στην επιστημονική βιβλιογραφία για τη ρύθμιση του γονιδιώματος από τα φλαβονοειδή μέσω της γονιδιακής έκφρασης και των χρωμοσωμικών αλλοιώσεων [24,51], αν και ο ακριβής μηχανισμός δράσης παραμένει ασαφής [48,52]. Τα φλαβονοειδή, όπως η κερσετίνη και το EGCG, έχει αποδειχθεί ότι διεισδύουν στις κυτταρικές μεμβράνες και συσσωρεύονται στον πυρήνα των ανθρώπινων εντερικών και ηπατικών κυττάρων [53,54]. Η δομή της κερκετίνης επιτρέπει την υδρόφοβη παρεμβολή του πιο υδρόφοβου τμήματός της στο εσωτερικό της έλικας του DNA [55]. Η κερκετίνη παρεμβάλλεται με διπλά DNA και RNA και δεσμεύεται κατά προτίμηση με τριπλό και τετραπλάξ DNA σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα προστάτη (DU 145) [53]. Αν και ο ίδιος αριθμός ομάδων ΟΗ, οι οποίες εμπλέκονται κυρίως στον μηχανισμό μεταφοράς υδρογόνου, υπάρχουν στην καμπφερόλη και τη λουτεολίνη, η τελευταία εμφανίζει ελαφρώς υψηλότερη συγγένεια με το DNA. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην παρουσία ΟΗ στη θέση 30. Οι σχέσεις δομής-δραστικότητας στις αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών-DNA έχουν πράγματι ανιχνευθεί ευρέως. Προτείνεται ότι η συγγένεια των φλαβονοειδών για το DNA αυξάνεται κατά μήκος της ίδιας αλληλουχίας με αυτή που παρουσιάζεται από τη βιολογική τους δράση [44]. Κατά τη θεραπεία με DNA με EGCG ή κερκετίνη, παρατηρήθηκαν διάφορες επιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της βλάβης του DNA, σε ανθρώπινα περιφερειακά λεμφοκύτταρα [56,57]. Μελέτες δείχνουν ότι το EGCG αναστέλλει τις δραστηριότητες διαφόρων πρωτεϊνών χρωματίνης, όπως η πρωτεΐνη που δεσμεύει το στοιχείο απόκρισης cAMP, η DNA πολυμεράση, η DNA μεθυλοτρανσφεράση και η DNA τοποϊσομεράση στους ανθρώπινους πνεύμονες και τα κύτταρα αδενώματος παχέος εντέρου και σε ήπαρ, πνεύμονες και νεφρούς ποντικών [6,24 ]. Αυτές οι αντιδράσεις πιθανότατα επηρεάζονται από τη δέσμευση του EGCG με το DNA και το RNA ή με τις πρωτεΐνες που συνδέονται με νουκλεϊκά οξέα σε διάφορους τύπους αλληλεπίδρασης. Ενώ είναι γνωστές οι αλληλεπιδράσεις των φλαβονοειδών, όπως η ρεσβερατρόλη, η κερσετίνη, το EGCG και η γενιστεΐνη, με το DNA, η ακριβής θέση των θέσεων δέσμευσης φλαβονοειδών στο DNA, ο τρόπος αλληλεπίδρασης και η λειτουργία του στο γονιδίωμα δεν είναι πλήρως κατανοητό.

Μέθοδοι χαρακτηρισμούΦλαβονοειδές– Αλληλεπιδράσεις DNA
Η ομοιοπολική σύνδεση μικρών μορίων με το DNA παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 1980 [58]. Μετά τον προσδιορισμό της ομοιοπολικής δέσμευσης του [14C], η κερκετίνη με το DNA, υποστηρίχθηκε ότι τα φλαβονοειδή έχουν αντικρουόμενες βιοχημικές δραστηριότητες (μεταλλαξιογόνο δράση από τη μια πλευρά και αντικαρκινογόνο δράση από την άλλη) [44]. Εκτός από την ομοιοπολική δέσμευση, τα φλαβονοειδή μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το DNA μέσω παρεμβολής, δέσμευσης αυλακώσεων και δέσμευσης κορμού. Έχουν χρησιμοποιηθεί αρκετές μέθοδοι για την αποσαφήνιση των μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ φλαβονοειδών και DNA, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτροχημικών τεχνικών και τεχνικών SPR, γραμμικού διχρωμισμού, απορρόφησης, φθορισμού και φασματοσκοπιών πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού [44-46]. Η σύνδεση 10 αγλυκονών και φλαβονοειδών γλυκοσιδών με διπλά DNA διερευνήθηκε χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας ιονισμού ηλεκτροψεκασμού (ESI-MS) [47]. Η ανάλυση ESI-MS και το SPR έδειξαν ότι ακριβώς τρία μόρια EGCG συνδέονται με μονόκλωνα ολιγομερή DNA πολυ(dT) 18 mer μέσω μιας υδροξυλικής ομάδας της τριυδροξυφαινυλικής ομάδας στο EGCG. Κατά τη δέσμευση, το EGCG προστάτευσε τα δίκλωνα ολιγομερή DNA από την τήξη σε μονόκλωνο DNA [59].

Σήμερα, η υπολογιστική προσομοίωση και η φασματοσκοπία υιοθετούνται κυρίως για τη διερεύνηση βιοφυσικών πληροφοριών (π.χ. τρόπο αλληλεπίδρασης) σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φλαβονοειδών και DNA [60]. Πειράματα που πραγματοποιήθηκαν τα τελευταία χρόνια έχουν προτείνει συγκεκριμένες συναινετικές θέσεις δέσμευσης DNA για φλαβονοειδή. Η κερσετίνη, για παράδειγμα, συνδέεται με τη διπλή αλληλουχία δωδεκαμερών CGCGAATTCGCG, η μη δεσμευμένη δομή της οποίας επιλύθηκε πριν από πολλά χρόνια (PDB ID: 1BNA) [61]. Επί του παρόντος, το πλήρες γονιδίωμα ενός οργανισμού μπορεί να αποκαλυφθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογίες προσδιορισμού αλληλουχίας επόμενης γενιάς (NGS), όπως μηχανές μαζικής παράλληλης αλληλούχισης Illumina ή Sanger. Επιπλέον, ακολουθώντας εξειδικευμένα πρωτόκολλα, είναι δυνατή η εξαγωγή του DNA σε συγκεκριμένες περιοχές ή με συγκεκριμένες λειτουργίες και στη συνέχεια η χρήση NGS για τη λήψη της αλληλουχίας DNA. Το Chem-seq (σύλληψη χημικής συγγένειας σε συνδυασμό με μαζικά παράλληλη αλληλουχία DNA) είναι μια νέα εφαρμογή NGS, η οποία χρησιμοποιήθηκε πρόσφατα για την εξαγωγή και την αλληλουχία περιοχών DNA που ήταν συνδεδεμένες με μικρά μόρια. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη σύλληψη περιοχών χρωματίνης που συνδέονται με μικρά μόρια χωρίς προηγούμενη πληροφόρηση, δηλαδή με έναν αμερόληπτο, μη ειδικό δείκτη [49]. Οι πιο πρόσφατες μελέτες έχουν ήδη δείξει την ικανότητα απομόνωσης γνωστών αλληλεπιδράσεων φαρμάκου-χρωματίνης χρησιμοποιώντας το Chem-seq [49,50]. Οι Atrahimovich et al. χρησιμοποίησε την τεχνική Chem-seq για να χαρακτηρίσει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της κερκετίνης και του κυτταρικού DNA και απέδειξε την επακόλουθη επίδρασή της στην κατάντη μεταγραφή [48]. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η κερκετίνη συνδέεται με τη χρωματίνη των μονοκυττάρων και ρυθμίζει την έκφραση των γονιδίων που εμπλέκονται στον κυτταρικό κύκλο και την κυτταρική ανάπτυξη [48]. Χρησιμοποιώντας την εφαρμογή Chem-seq, οι αλληλεπιδράσεις των φλαβονοειδών με το DNA και τη χρωματίνη μπορούν να προσδιοριστούν για τη μελέτη της σημασίας του. Αυτή η ικανότητα θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά σημαντική για την ιατρική και την ανθρώπινη υγεία και ωφέλιμη για το σχεδιασμό κατάλληλων διατροφικών παρεμβάσεων και φαρμάκων για τη θεραπεία του καρκίνου.

3. Τα φλαβονοειδή εξασθενούν τις ανθρώπινες ασθένειες μέσω άμεσων αλληλεπιδράσεων με πρωτεΐνες, λιποπρωτεΐνες και DNA

3.1. Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών με βασικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη φλεγμονή

Φλεγμονήχαρακτηρίζει την προστατευτική απόκριση του ανοσοποιητικού συστήματος, που περιλαμβάνει την παραγωγή διαφόρων προφλεγμονωδών κυτοκινών και χημειοκινών, οι οποίες ενισχύουν την παραγωγή ιντερφερόνης, πρωτεασών, ΝΟ και ROS [62]. Οι κυτοκίνες επάγουν επίσης την έκφραση της κυκλοοξυγενάσης-2 (COX-2), ενός ενζύμου που καταλύει την παραγωγή προσταγλανδινών (PGs), οι οποίες είναι βασικοί μεσολαβητές της φλεγμονής [63]. Η οξειδάση της ξανθίνης (XO) είναι μια άλλη κρίσιμη πηγή ROS που συμβάλλει στη φλεγμονή. Οι φλεγμονώδεις καταστάσεις οδηγούν σε αυξημένα επίπεδα XO και, ως εκ τούτου, σε αυξημένη παραγωγή ROS και σχηματισμό υπεροξυνιτρώδους. Το υπεροξυνιτρικό είναι ένα ισχυρό αντιδραστικό είδος αζώτου (RNS) που συνοδεύεται από OS, το οποίο παράγεται από την αντίδραση του ΝΟ και των ριζών υπεροξειδίου [64].

Αρκετοί μηχανισμοί δράσης έχουν προταθεί για να εξηγήσουν την αντιφλεγμονώδη δράση των φλαβονοειδών in vivo, όπως η αντιοξειδωτική δράση και η ρύθμιση της παραγωγής προφλεγμονωδών κυτοκινών και η γονιδιακή έκφραση [11]. Είναι ενδιαφέρον ότι τα φλαβονοειδή επηρεάζουν τη φλεγμονώδη διαδικασία όχι μόνο μειώνοντας την έκφραση των κυτοκινών και άλλων σχετικών φλεγμονωδών δεικτών αλλά και αλληλεπιδρώντας με πρωτεΐνες που σχετίζονται μεφλεγμονή. Τα φλαβονοειδή έχει αποδειχθεί ότι ρυθμίζουν τη δραστηριότητα των ενζύμων που μεταβολίζουν το αραχιδονικό οξύ (ΑΑ), όπως η φωσφολιπάση Α2 (PLA2), η COX και η λιποξυγενάση (LOX) και το ένζυμο συνθάση του μονοξειδίου του αζώτου που παράγει ΝΟ (NOS). Η αναστολή αυτών των ενζύμων από τα φλαβονοειδή μειώνει την παραγωγή AA, PG, λευκοτριενίου και ΝΟ, τα οποία είναι σημαντικοί μεσολαβητέςφλεγμονή. Έτσι, η αναστολή των φλαβονοειδών αυτών των ενζύμων είναι σίγουρα ένας από τους σημαντικούς κυτταρικούς μηχανισμούς κατά της φλεγμονής [65].

Η κερσετίνη ήταν ο πρώτος αναστολέας φλαβονοειδών που ανακαλύφθηκε του PLA2, από ανθρώπινα ουδετερόφιλα. Η κερσετίνη αποδείχθηκε ότι αναστέλλει επιλεκτικά το εκκριτικό PLA2 της ομάδας II [66]. Ομοίως, η ρουτίνη ανέστειλε επιλεκτικά το ανθρώπινο PLA2-II από το αρθρικό υγρό, ενώ ήταν ένας ασθενής αναστολέας του ανθρώπινου PLA2-Ι από τον παγκρεατικό χυμό. Όταν διαφορετικά φλαβονοειδή συγκρίθηκαν ως προς την ικανότητά τους να αναστέλλουν το PLA2, μικρές αλλαγές στη δομή φάνηκε να επηρεάζουν τόσο τη συνολική αναστολή του PLA2 όσο και την εκλεκτικότητα της ομάδας II. Η θέση των ομάδων υδροξυλίου βρέθηκε να είναι μια σημαντική πτυχή του δακτυλίου C-2, 3-διπλού δεσμού. Οι ομάδες υδροξυλίου στις θέσεις 3' και 4' στον δακτύλιο Β φάνηκαν να είναι σημαντικές για την επιλεκτική αναστολή του PLA2-II, ενώ η ομάδα 5-υδροξυλίου στον δακτύλιο Α, ο ακόρεστος , και το 4-οξυ στον δακτύλιο C φαινόταν να είναι σημαντικό για τη συνολική ικανότητα των φλαβονοειδών να αναστέλλουν τη δραστηριότητα του PLA2 [67]. η αναστολή του PLA2 εξαρτιόταν σε μεγάλο βαθμό από τη θέση των ομάδων υδροξυλίου στους δακτυλίους Α, Β και C, ενώ οι υδροξυλομάδες στις θέσεις 5, 6 και 7 στον Α-δακτύλιο θεωρήθηκαν απαραίτητες για τη σύνδεση με τα PLA2. Έτσι, η κερσετίνη, η καμπφερόλη και η γαλαγγίνη έδειξαν υψηλή ανασταλτική δράση στο PLA2, ενώ η ναριγγίνη έδειξε χαμηλότερη ανασταλτική δράση [68].

Το COX παράγει PGs και θρομβοξάνες και υπάρχει σε τουλάχιστον δύο διαφορετικές ισομορφές, COX-1 και COX-2. Το COX-1 είναι ένα συστατικό ένζυμο που υπάρχει σχεδόν σε κάθε κυτταρικό τύπο. Ενώ, το COX-2 είναι ένα επαγώγιμο ένζυμο που εκφράζεται σε μεγάλο βαθμό στοφλεγμονή-σχετιζόμενοι κυτταρικοί τύποι, συμπεριλαμβανομένων των μακροφάγων και των μαστοκυττάρων [69]. Επειδή παράγει PGs, η COX-2 συνδέεται στενά με οξείς καθώς και χρόνιους τύπους φλεγμονωδών διαταραχών. Ορισμένα φλαβονοειδή, όπως η λουτεολίνη, η 3',4'-διυροξυφλφλαβόνη, η γαλανγκίνη και η μορίνη, η κατεχίνη και η επικατεχίνη, έχει βρεθεί ότι αναστέλλουν τον νεφρικό μυελό του αρουραίου COX με IC50 100-130 μM [70]. Σε αιμοπετάλια συσσωματωμένα με ανθρώπινη θρομβίνη, ορισμένα φφλλαβονοειδή, όπως η χρυσίνη και η απιγενίνη, αποκαλύφθηκε ότι είναι αναστολείς COX με IC50 13 και 18 μΜ, ενώ η μυρικετίνη και η κερσετίνη στα 10 μΜ ασκούν ισχυρή αναστολή της LOX. Συγκεκριμένα, η μείωση του C-2, του 3-διπλού δεσμού και της γλυκοζυλίωσης μείωσαν τις ανασταλτικές δραστηριότητες των φλαβονοειδών [71]. Η ανάλυση in-silico έδειξε ότι η κερσετίνη θα μπορούσε εν μέρει να αναστείλει το ένζυμο COX-2 δεσμεύοντας στην υπομονάδα Α, η οποία έχει δραστηριότητα υπεροξειδάσης και χρησιμεύει ως πηγή ROS [72].

Γενικά,φλαβονοειδήμπορεί να εμπλέκεται κυρίως στηνφλεγμονήδιαδικασία μέσω αναστολής και ρύθμισης ενζύμων που ρυθμίζουν τις προφλεγμονώδεις κυτοκίνες ή μικρά μόρια, όπως το ROS και το RNS.

3.2. Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών με βασικές πρωτεΐνες στη νόσο του Alzheimer (AD)

Η ΝΑ είναι μια ευρέως διαδεδομένη νευροεκφυλιστική νόσος, η οποία χαρακτηρίζεται από νευροϊνιδιακά μπερδέματα, γεροντικές πλάκες και απώλεια συναπτικών συνδέσμων, που τελικά καταλήγουν σε νευρωνικό θάνατο [78,79]. Η ΝΑ είναι μια μορφή άνοιας, η οποία χαρακτηρίζεται από προοδευτική απώλεια μνήμης, μείωση των γλωσσικών δεξιοτήτων και άλλες γνωστικές διαταραχές και επηρεάζει συχνότερα τους ηλικιωμένους [80]. Η αιτιολογία του AD είναι ασαφής. Ωστόσο, μια ποικιλία παραγόντων λαμβάνονται υπόψη στην παθοφυσιολογία της νόσου, όπως ο σχηματισμός πλακών αμυλοειδούς πρωτεΐνης (Α), χαμηλά επίπεδα ακετυλοχολίνης, οξειδωτικό στρες και μη φυσιολογικές μεταμεταφραστικές τροποποιήσεις της πρωτεΐνης tau [81,82]. Η διαδοχική διάσπαση της πρόδρομης πρωτεΐνης του αμυλοειδούς σχηματίζει συσσωματώματα πεπτιδίων Α 39-43 αμινοξέων, τα οποία προσκολλώνται στους νευρώνες ως αδιάλυτες αμυλοειδείς πλάκες. Το Α παράγεται από την πρόδρομη πρωτεΐνη αμυλοειδούς από το ένζυμο διάσπασης της πρόδρομης πρωτεΐνης αμυλοειδούς θέσης-1 (BACE-1, -σεκρετάση) και -σεκρετάσες [83,84]. Έτσι, η αναστολή του BACE-1 θεωρείται ότι παίζει σημαντικό ρόλο στην πρόληψη της AD [85].

Ο νευροδιαβιβαστής ακετυλοχολίνη παίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία της μάθησης και της μνήμης στον ιππόκαμπο. Δύο ένζυμα, η ακετυλοχολινεστεράση (AChE) και η βουτυρυλοχολινεστεράση (BChE) εμπλέκονται στην υδρόλυση της ακετυλοχολίνης, μειώνοντας το επίπεδό της κατά την ανάπτυξη της AD. Επομένως, η αναστολή της AChE και της BChE είναι μια ιδιαίτερα επιθυμητή στρατηγική για τη θεραπεία της AD [86-88]. Τα κλινικά εγκεκριμένα φάρμακα τακρίνη, δονεπεζίλ, γκαλανταμίνη και ριβαστιγμίνη βελτίωσαν τη βραχυπρόθεσμη μνήμη και τα γνωστικά επίπεδα μέσω της αναστολής της AChE. Τα μειονεκτήματα αυτών των φαρμάκων και οι σταδιακές παρενέργειές τους, όπως περιφερικές παρενέργειες, ηπατοτοξικότητα και διαταραχές του γαστρεντερικού σωλήνα, έχουν ενθαρρύνει τους ερευνητές να αναπτύξουν πιο αποτελεσματικούς αναστολείς της AChE [89-91].
Τα φλαβονοειδή είναι πολλά υποσχόμενα φυσικά προϊόντα με νευροπροστατευτική δυνατότητα, τα οποία είτε εμποδίζουν την εμφάνιση είτε επιβραδύνουν την εξέλιξη των νευροεκφυλιστικών ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία. Ο μηχανισμός με τον οποίο τα φλαβονοειδή αποτρέπουν ή επιβραδύνουν την εξέλιξη της AD μπορεί να είναι μέσω άμεσης αλληλεπίδρασης με βασικά ένζυμα που εμπλέκονται σε αυτή τη νόσο [81,85,92-95]. Shimmyo et al. εξέτασε τη δυνατότητα των φλαβονολών και των φλαβονών να αναστέλλουν το BACE-1. Βρήκαν ότι τέσσερις φλαβονόλες: μυρικετίνη, κερσετίνη, καμπφερόλη και μορίν, και μία φλαβόνη: απιγενίνη, αναστέλλουν άμεσα τη δραστηριότητα του ενζύμου BACE-1 με τρόπο εξαρτώμενο από τη συγκέντρωση, με τιμές IC50 2,8, 5,4, 14,7, 21,7, και 38,5 μΜ, αντίστοιχα [95]. Μελέτες σε ηλικιωμένα διαγονιδιακά ποντίκια TASTPM (ένα μοντέλο AD) έδειξαν ότι η από του στόματος χορήγηση (-)-επικατεχίνης μειώνει την παθολογία A μέσω έμμεσης, μη καταλυτικής αναστολής του BACE{22}} και όχι μέσω της ρύθμισης της δραστηριότητας είτε - είτε - σεκρετάσης [96 ]. Η επιγαλλοκατεχίνη-3-γαλλική (EGCG) και η κουρκουμίνη βρέθηκαν να μειώνουν την προκαλούμενη από A-BACE{28}} ανοδική ρύθμιση σε καλλιέργειες νευρώνων, η οποία, ενδιαφέροντα, αύξησε τη μη αμυλοειδογόνο επεξεργασία της πρόδρομης πρωτεΐνης του αμυλοειδούς ενισχύοντας τη διάσπαση της εκκριτάσης [95 ]. Οι Pueyo et al. ανασκόπησε τη βιβλιογραφία για φυσικά και συνθετικά φλαβονοειδή με ανασταλτική δράση της AChE. Βρήκαν 128 τέτοια φφλλαβονοειδή: 41 φφλλαβόνες, 21 φφλλαβανόνες, 35 φφλφλαβονόλες, 25 ισοφφλαβόνες και έξι χαλκόνες. Μεταξύ αυτών, οκτώ συνθετικά φλαβονοειδή ανέστειλαν την AChE με IC50 < 100="" nm.="" τρία="" φυσικά="" φλαβονοειδή,="" η="" ακακίνη="" από="" τα="" άνθη="" chrysanthemum="" indicum="" και="" η="" δεσμεθυλανυδροϊκαριτίνη="" και="" η="" καμπφερόλη="" από="" τις="" ρίζες="" sophora="" flavescens,="" ανέστειλαν="" την="" ache,="" με="" τιμές="" ic50="" 3,2,="" 6,7="" και="" 3,3="" nm,="" αντίστοιχα="" [97].="" orhan="" et="" al.="" εξέτασαν="" διάφορα="" παράγωγα="" φλαβονοειδών="" για="" την="" αναστολή="" των="" ache="" και="" bche.="" σε="" συγκέντρωση="" 1="" mg/ml,="" η="" κερσετίνη="" ήταν="" η="" πιο="" αποτελεσματική="" έναντι="" της="" ache,="" με="" 76,2="" τοις="" εκατό="" αναστολή,="" και="" η="" γενιστεΐνη="" έδειξε="" την="" υψηλότερη="" αναστολή="" (65,7="" τοις="" εκατό)="" της="" bche,="" ακολουθούμενη="" από="" τη="" λουτεολίνη-7-ο-ρουτινοσίδη="" και="" τη="" σιλιβινίνη="" (54,9="" τοις="" εκατό="" και="" 51,4="" τοις="" εκατό,="" αντίστοιχα)="" [98,99].="" σε="" μια="" άλλη="" μελέτη,="" το="" citrus="" junos="" είχε="" σημαντική="" ανασταλτική="" επίδραση="" στην="" ache="" in="" vitro="" και="" in="" vivo="" και="" η="" δραστική="" ένωση="" ταυτοποιήθηκε="" ως="" ναρινγενίνη,="" ένα="" κύριο="" παράγωγο="" φλαβανόνης="" [100].="" οι="" lee="" et="" al.="" εξέτασε="" την="" ανασταλτική="" επίδραση="" των="" φλαβανονών="" εσπεριδοειδών="" σε="" bace-1,="" ache="" και="" bche.="" μεταξύ="" όλων="" των="" φφλλαβανονών="" που="" εξετάστηκαν,="" η="" εσπεριδίνη="" έδειξε="" την="" καλύτερη="" αναστολή="" των="" bace-1,="" ache="" και="" bche,="" με="" τιμές="" ic50="" 10,02,="" 22,80="" και="" 48,09="" μμ,="" αντίστοιχα.="" οι="" κινητικές="" μελέτες="" αποκάλυψαν="" ότι="" όλες="" οι="" φλαβανόνες="" ήταν="" μη="" ανταγωνιστικοί="" αναστολείς="" του="" bace-1="" και="" της="" χολινεστεράσης="">

Η υπερφωσφορυλίωση των πρωτεϊνών tau με επακόλουθη συσσώρευση ως νευροϊνιδιακά μπερδέματα είναι ένας σημαντικός παράγοντας που συμβάλλει στις γνωστικές δυσλειτουργίες και ένας από τους πρώτους δείκτες AD. Αρκετές κινάσες, όπως η GSK-3b και η CDK5/p25, είναι γνωστό ότι συμβάλλουν στη φωσφορυλίωση των πρωτεϊνών tau και εμπλέκονται στην παθογένεση της AD. Τα φλαβονοειδή που αναστέλλουν τις δραστηριότητες πολλών κινασών μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην πρόληψη της AD. Η θεραπεία με το φλαβονοειδές morin έχει αποδειχθεί ότι μειώνει την υπερφωσφορυλίωση tau in vitro και in vivo στους νευρώνες του ιππόκαμπου διαγονιδιακών ζώων (ποντίκια 3xTg-AD) [103]. Η κερκετίνη ανέστειλε τη δραστηριότητα της PI3-κινάσης και η κυανιδίνη 3-Ο-γλυκοσίδη παρείχε επίσης σημαντική προστασία έναντι γνωστικών δυσλειτουργιών που προκαλούνται από τη χορήγηση Α σε ζωικά μοντέλα, με τη μεσολάβηση της διαμόρφωσης της GSK{{9} }b/tau. [104.105].

Συνολικά, τα φλαβονοειδή μπορεί να ασκούν τις πιθανές νευροπροστατευτικές τους δράσεις αλληλεπιδρώντας με βασικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην AD. Η καλύτερη κατανόηση των αλληλεπιδράσεων φλαβονοειδών-πρωτεΐνης στη ΝΑ θα μπορούσε να είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την ανάπτυξη νέων νευροπροστατευτικών θεραπειών για την πρόληψη και τη θεραπεία νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

3.3. Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών με βασικές πρωτεΐνες και λιποπρωτεΐνες στην αθηροσκλήρωση

Η αθηροσκλήρωση είναι μια άλλη ασθένεια που έχει αποδειχθεί ότι εξασθενούν τα φλαβονοειδή. Το πρώτο βήμα στην αθηροσκλήρωση είναι η συσσώρευση λιποπρωτεΐνης χαμηλής πυκνότητας (LDL), του κύριου φορέα χοληστερόλης, στο αρτηριακό τοίχωμα. Οι λιποπρωτεΐνες υψηλής πυκνότητας (HDL), από την άλλη πλευρά, είναι ένας σημαντικός αντιαθηρογόνος παράγοντας στο αίμα, ο οποίος διατηρεί το επίπεδο της χοληστερόλης σε ολόκληρο το σώμα σε σταθερή κατάσταση. Πάνω από 80 πρωτεΐνες έχουν εντοπιστεί στο πρωτεϊνικό HDL, με τις απολιποπρωτεΐνες Α1 και Α2 να αντιπροσωπεύουν περίπου το 65 τοις εκατό και το 15 τοις εκατό της μάζας πρωτεΐνης, αντίστοιχα. Οι άλλες πρωτεΐνες περιλαμβάνουν μια ποικιλία ενζύμων, όπως η παραοξονάση 1 (PON1). Το PON1 είναι υπεύθυνο για πολλές από τις αντι-αθηρογόνες ιδιότητες της HDL. Οι συσχετίσεις μεταξύ PON1, HDL και αθηροσκλήρωσης, τόσο in vivo όσο και in vitro, έχουν αποδειχθεί καλά [106,107]. Εκτός από την εκροή χοληστερόλης, η HDL έχει και άλλες ισχυρές βιολογικές δράσεις: αντιοξειδωτική [108], αντιφλεγμονώδη [109], αντιαποπτωτική [110] και αγγειοδιασταλτική [111]. Αυτές οι δραστηριότητες δεν εξαρτώνται απαραίτητα από την ποσότητα της HDL, αλλά πιθανώς εξαρτώνται από την ποιότητά της [112,113]. Όσον αφορά την καρδιαγγειακή υγεία, έχουμε δείξει προηγουμένως ότι το φλαβονοειδές glabridin, που εξάγεται από τη ρίζα γλυκόριζας, δρα ως εξαιρετικό αντιοξειδωτικό και επιδεικνύει πρόσθετες αντιοξειδωτικές και αντιαθηρογόνες ιδιότητες. Η γλαβριδίνη συνδέεται με το ανασυνδυασμένο PON1 (rePON1) και προστατεύει το Cys284 του από την οξείδωση από το αθηρωματικό συστατικό υδροϋπεροξείδιο του λινολεϊκού οξέος (LA-OOH). Αυτή η ειδική ικανότητα της γλαβριδίνης είναι μοναδική. οφλαβονοειδέςΗ κατεχίνη δεν παρουσιάζει καμία δεσμευτική συγγένεια με το rePON1 [21]. Η συσχέτιση μεταξύ της δομής των φλαβονοειδών και των επιπτώσεών τους στη δραστηριότητα του rePON1 διερευνήθηκε περαιτέρω. Χαρακτηρίστηκαν οι αλληλεπιδράσεις 12 αντιπροσωπευτικών φλαβονοειδών από διαφορετικές χημικές υποκατηγορίες με το rePON1 [42]. Επιπλέον, εξετάστηκε η δυνατότητα των συμπλεγμάτων rePON1-φλαβονοειδών να αποτρέψουν την οξείδωση της LDL, μια βασική διαδικασία στην αθηρογένεση. Η κατεχίνη, η οποία δεν δεσμεύεται με το rePON1, επιτάχυνε την οξείδωση της LDL. Αντίθετα, η γλαβριδίνη επέδειξε υψηλή δεσμευτική συγγένεια με το rePON1 και ενίσχυσε την προστατευτική της δράση έναντι της οξείδωσης της LDL [42]. Επιπλέον, έχουμε σταθερά παρατηρήσει αλληλεπιδράσεις συγκεκριμένων φλαβονοειδών με το σωματίδιο HDL ή τις δεσμευμένες πρωτεΐνες του, την απολιποπρωτεΐνη Α1 και PON1. Έχουμε δείξει ότι η κερσετίνη και η πουνικαλαγίνη συνδέονται με το σωματίδιο HDL και αυξάνουν τις αντιφλεγμονώδεις ιδιότητές του [41], ενώ, κατά τη σύνδεση με το σωματίδιο LDL ή με τη δεσμευμένη απολιποπρωτεΐνη Β100, η ​​πουνικαλαγίνη προκάλεσε εισροή LDL στα κύτταρα μακροφάγου J774A.1, τα οποία μπορεί να μειώσει τα επίπεδα της LDL στην κυκλοφορία [114]. Συνολικά, τα φφλφλαβονοειδή και οι πολυφαινόλες γενικά, έχει βρεθεί ότι αναστέλλουν τα συμπτώματα της αθηροσκλήρωσης και μειώνουν την ανάπτυξή της μέσω ειδικών αλληλεπιδράσεων φφλλαβονοειδών με πρωτεΐνες και λιποπρωτεΐνες κυττάρων και ορού.

3.4. Τα φλαβονοειδή ως αντικαρκινικοί παράγοντες μέσω της αλληλεπίδρασης με το DNA και τη χρωματίνη

Οι αντικαρκινικές δραστηριότητες των φλαβονοειδών μπορεί να είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης αυτών των φυσικών ενώσεων με βιομόρια (DNA, RNA και πρωτεΐνη). Αναγνωρίζουμε ότι τα διατροφικά φλαβονοειδή μπορούν να δεσμεύσουν το DNA ειδικά ή στοχαστικά και να αλλάξουν τη λειτουργία του [115]. Εκτεταμένες in-vitro μελέτες υποδεικνύουν ότι τα φλαβονοειδή μειώνουν αποτελεσματικά τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, προκαλούν απόπτωση και μειώνουν τον κίνδυνο μετάστασης [24]. Οι χημειοπροληπτικές επιδράσεις των φλαβονοειδών, συμπεριλαμβανομένης της λουτεολίνης, της γαλλικής επιγαλλοκατεχίνης, της κερκετίνης, της απιγενίνης και της χρυσίνης, φάνηκαν με έμφαση στην προστασία έναντι της βλάβης του DNA που προκαλείται από διάφορους καρκινογόνους παράγοντες. Αυτά τα φλαβονοειδή προστατεύουν επιλεκτικά τα φυσιολογικά κύτταρα και επάγουν μηχανισμούς κυτταρικού θανάτου στα καρκινικά κύτταρα στους ανθρώπινους πνεύμονες και στα κύτταρα του αδενώματος του παχέος εντέρου κατά τη διάρκεια της χημειοθεραπείας ή της ακτινοθεραπείας [24]. Διαπιστώθηκε ότι τα φλαβονοειδή, συγκεκριμένα η κερκετίνη, η μυρισετίνη, η καμπφερόλη, η απιγενίνη και η λουτεολίνη, τα οποία είναι λιποδιαλυτά και ασθενώς όξινα, μπορούν ελεύθερα να διαχέονται στην κυτταρική μεμβράνη και να συσσωρεύονται συγκεκριμένα μέσα στα λευχαιμικά κύτταρα K562 [116]. Επομένως,

Υπονοείται ότι τα φλαβονοειδή είναι πιο πιθανό να δεσμεύσουν το DNA ή τις πρωτεΐνες στον πυρήνα των καρκινικών κυττάρων και να διακόψουν συγκεκριμένα τη ρύθμιση του γονιδιώματος του καρκίνου. Επιπλέον, τα αποτελέσματα in-silico έδειξαν ότι η κερσετίνη, ειδικότερα, αλληλεπιδρά καλά με το G-quadruplex DNA, το οποίο σχετίζεται με την τελομεράση. Η κερκετίνη δρα ως θεραπευτικός αντικαρκινικός παράγοντας μέσω της ρύθμισης της δραστηριότητας της τελομεράσης [117]. Συγκρίνοντας υπολογιστικά και πειραματικά προφίλ δέσμευσης, μια νέα μελέτη επιβεβαίωσε ότι η κερσετίνη έχει την ισχυρότερη συγγένεια σύνδεσης με το DNA μεταξύ των φλαβονοειδών που μελετήθηκαν. Επιπλέον, η μελέτη αποκάλυψε ότι τα φλαβονοειδή μπορούν να αλλάξουν τη διαμόρφωση του DNA και να αναστείλουν την ενίσχυση του DNA, παρουσιάζουν εντυπωσιακή επαγωγή διακοπής του κυτταρικού κύκλου και μπορεί να προάγουν την απόπτωση στα καρκινικά κύτταρα HepG2, MCF-7 και Α549 [60] .Για να επιτευχθούν οι αποτελεσματικές θεραπευτικές δόσεις που χρησιμοποιούνται σε προκλινικές μελέτες, πρέπει να δοθεί σημασία σε βελτιωμένες και στοχευμένες τεχνικές χορήγησης φαρμάκων, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μέγιστη αποτελεσματικότητα με ελάχιστες ανεπιθύμητες παρενέργειες. Οι εξελίξεις στα συστήματα χορήγησης φαρμάκων που βασίζονται στη νανοτεχνολογία ανοίγουν καλύτερες ευκαιρίες για αύξηση της διαλυτότητας, βελτίωση της βιοδιαθεσιμότητας και ενίσχυση των δυνατοτήτων στόχευσης των φλαβονοειδών [118]. Τα νανοσωματίδια που βασίζονται σε λιποσώματα, λιποσώματα πολυαιθυλενογλυκόλης, με βάση το νικέλιο, με βάση τη λεκιθίνη και τη νανοκορδέλα είναι κατάλληλοι μοριακοί φορείς για τη χορήγηση φλαβονοειδών φαρμάκων στους ιστούς στόχους. Αναφέρθηκε ότι τα νανοσωματίδια χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία για τη μεταφορά κερκετίνης σε συμπαγείς όγκους in vitro και in vivo μοντέλα καρκίνων του κεντρικού νευρικού συστήματος, των πνευμόνων, του παχέος εντέρου, του ήπατος και του μαστού [119].
Έτσι, πολυάριθμες μελέτες υποστηρίζουν τη δυνατότητα των φλαβονοειδών ως φυσικών προϊόντων υγείας στη χημειοπρόληψη του καρκίνου. Ωστόσο, απαιτούνται περισσότερες μελέτες προκειμένου να διαμορφωθεί ο μηχανισμός δράσης τους για να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για τις επιγενετικές διεργασίες που μπορεί να παρέχουν μια πιο ορθολογική βάση για το συνδυασμό συγκεκριμένων διαιτητικών ενώσεων σε κλινικό περιβάλλον [24].

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

1 Lab of Natural Compounds and Analytical Chemistry, MIGAL–Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Ισραήλ. Danaa@migal.org.il
2 Τμήμα βιοτεχνολογίας, Tel-Hai College, Upper Galilee 12210, Ισραήλ
3 Lab of Sphingolipids, Bioactive Metabolites, and Immune Modulation, MIGAL-Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Ισραήλ. dorita@migal.org.il* Αλληλογραφία: solimankh@migal.org.il; Τηλ.: συν 972-4-6953512; Φαξ: συν 972-4-6944980

4. Συμπεράσματα

Συνεισφορές συγγραφέα:DA (Dana Atrahimovich), συγγραφή — προετοιμασία και επεξεργασία πρωτότυπου σχεδίου, DA (Dorit Avni) συγγραφή της ενότητας «Αλληλεπιδράσεις φλαβονοειδών με βασικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη φλεγμονή» και επιμέλεια. Επίβλεψη SK, συγγραφή — κριτική και επεξεργασία. Όλοι οι συγγραφείς έχουν διαβάσει και έχουν συμφωνήσει με τη δημοσιευμένη έκδοση του χειρογράφου.
Χρηματοδότηση:Αυτή η έρευνα δεν έλαβε εξωτερική χρηματοδότηση.
Σύγκρουση συμφερόντων:Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι δεν υπάρχει σύγκρουση συμφερόντων.

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

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Procházková, D.; Boušová, I.; Wilhelmová, N. Αντιοξειδωτικές και προοξειδωτικές ιδιότητες των φφλλαβονοειδών. Fitoterapia 2011, 82, 513–523. [CrossRef]

2. Duthie, GG; Duthie, SJ; Kyle, JAM Πολυφαινόλες φυτών στον καρκίνο και τις καρδιακές παθήσεις: Επιπτώσεις ως διατροφικά αντιοξειδωτικά. Nutr. Res. Rev. 2000, 13, 79–106. [CrossRef] [PubMed] 3. Ramos, S. Χημειοπρόληψη και χημειοθεραπεία καρκίνου: Διαιτητικές πολυφαινόλες και μονοπάτια σηματοδότησης. ΜοΙ. Nutr. Food Res. 2008, 52, 507–526. [CrossRef] [PubMed] 4. Jaeger, BN; Parylak, SL; Gage, FH Μηχανισμοί διαιτητικής δράσης φλαβονοειδών σε νευρωνική λειτουργία και νευροφλεγμονή. ΜοΙ. Aspects Med. 2018, 61, 50–62. [CrossRef] [PubMed] 5. Devi, S.; Kumar, V.; Singh, SK; Dubey, AK; Kim, JJ Φλαβονοειδή: Πιθανοί υποψήφιοι για τη θεραπεία νευροεκφυλιστικών διαταραχών. Biomedicines 2021, 9, 99. [CrossRef] 6. Williams, RJ; Spencer, JPE; Rice-Evans, C. Φλαβονοειδή: Αντιοξειδωτικά ή μόρια σηματοδότησης; Free Radic. Biol. Med. 2004, 36, 838-849. [CrossRef] 7. Virgili, F.; Marino, M. Ρύθμιση κυτταρικών σημάτων από θρεπτικά μόρια: Ένας ειδικός ρόλος για τα φυτοχημικά, πέρα ​​από την αντιοξειδωτική δράση. Free Radic. Biol. Med. 2008, 45, 1205–1216. [CrossRef] 8. Grotewold, E. The Science of Flavonoids; Springer: Columbus, OH, USA, 2006; ISBN 9780387288215. 9. Αγάτη, Γ.; Brunetti, C.; Fini, Α.; Gori, Α.; Guidi, L.; Landi, Μ.; Sebastiani, F.; Tattini, M. Είναι τα φλαβονοειδή αποτελεσματικά αντιοξειδωτικά στα φυτά; Είκοσι χρόνια έρευνάς μας. Antioxidants 2020, 9, 1098. [CrossRef] 10. Liu, Y.; Weng, W.; Gao, R.; Liu, Υ.; Monacelli, F. New Insights for Cellular and Molecular Mechanisms of Aging and Aging-related Diseases: Herbal Medicine as Potential Therapeutic Approach. Οξείδιο. Med. Κύτταρο. Λόνγκεφ. 2019, 2019. [CrossRef] 11. Rolt, A.; Cox, LS Δομική βάση των αντιγηραντικών επιδράσεων των πολυφαινολικών: Μετριασμός του οξειδωτικού στρες. BMC Chem. 2020, 14, 1–13. [CrossRef] 12. Manach, C.; Scalbert, Α.; Morand, C.; Rémésy, C.; Jiménez, L. Πολυφαινόλες: πηγές τροφίμων και βιοδιαθεσιμότητα. Είμαι. J. Clin. Nutr. 2004, 79, 727-747. [CrossRef] 13. Thilakarathna, SH; Vasantha Rupasinghe, Βιοδιαθεσιμότητα φλαβονοειδών HP, και προσπάθειες για βελτίωση της βιοδιαθεσιμότητας. Nutrients 2013, 5, 3367–3387. [CrossRef] [PubMed] 14. Haq, Ι. Θερμοδυναμική των αλληλεπιδράσεων φαρμάκου-DNA. Αψίδα. Biochem. Biophys. 2002, 403, 1–15. [CrossRef] 15. Uversky, VN Εγγενώς διαταραγμένες πρωτεΐνες και το περιβάλλον τους: Επιδράσεις ισχυρών μετουσιωτικών, θερμοκρασία, pH, αντίθετα ιόντα, μεμβράνες, εταίροι δέσμευσης, οσμολίτες και μακρομοριακός συνωστισμός. Protein J. 2009, 28, 305-325. [CrossRef] 16. Hou, D.-X.; Kumamoto, Τ. Φλαβονοειδή ως αναστολείς πρωτεϊνικής κινάσης για χημειοπρόληψη του καρκίνου: Άμεση σύνδεση και μοριακή μοντελοποίηση. Αντιοξειδωτικό. Σήμα οξειδοαναγωγής. 2010, 13, 691-719. [CrossRef] 17. Spencer, JPE Beyond antioxidants: Οι κυτταρικές και μοριακές αλληλεπιδράσεις των φλαβονοειδών και πώς αυτές υποστηρίζουν τις δράσεις τους στον εγκέφαλο. Proc. Nutr. Soc. 2010, 69, 244–260. [CrossRef] [PubMed] 18. Huang, Ζ.; Fang, F.; Wang, J.; Wong, C.-W. Σχέση δομικής δραστηριότητας φλαβονοειδών με υποδοχέα γάμμα που σχετίζεται με οιστρογόνα. FEBS Lett. 2010, 584, 22–26. [CrossRef] [PubMed] 19. Somjen, D.; Knoll, Ε.; Vaya, J.; Stern, Ν.; Tamir, S. Οιστρογονοειδής δραστηριότητα συστατικών της ρίζας γλυκόριζας: Γλαβριδίνη και glabrene, σε αγγειακούς ιστούς in vitro και in vivo. J. Steroid Biochem. ΜοΙ. Biol. 2004, 91, 147–155. [CrossRef] 20. Jin, X.-L.; Wei, Χ.; Qi, F.-M.; Yu, S.-S.; Zhou, Β.; Bai, S. Χαρακτηρισμός παραγώγων υδροξυκινναμωμικού οξέος που συνδέονται με αλβουμίνη ορού βοοειδών. Οργ. Biomol. Chem. 2012, 10, 3424–3431. [CrossRef] 21. Atrahimovich, D.; Vaya, J.; Tavori, Η.; Το Khatib, S. Glabridin προστατεύει την παραοξονάση 1 από την αναστολή του υδροϋπεροξειδίου του λινολεϊκού οξέος μέσω ειδικής αλληλεπίδρασης: Μια μελέτη σβέσης φθορισμού. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 3679–3685. [CrossRef] 22. Luck, G.; Liao, Η.; Murray, NJ; Grimmer, HR; Warminski, ΕΕ; Williamson, βουλευτής; Lilley, TH; Haslam, Ε. Πολυφαινόλες, στυπτικότητα και πρωτεΐνες πλούσιες σε προλίνη. Phytochemistry 1994, 37, 357-371. [CrossRef] 23. Ciumărnean, L.; Milaciu, MV; Runcan, Ο.; Vesa, SC; Răchisan, AL; Negrean, V.; Perné, MG; Donca, VI; Alexescu, TG; Παρά, Ι.; et al. Οι επιδράσεις των φλαβονοειδών σε καρδιαγγειακά νοσήματα. Molecules 2020, 25, 4320. [CrossRef] [PubMed] 24. Cijo, V.; Dellaire, G.; Rupasinghe, HPV ScienceDirect Φυτικά φλαβονοειδή στη χημειοπρόληψη του καρκίνου: Ρόλος στη σταθερότητα του γονιδιώματος. J. Nutr. Biochem. 2017, 45, 1–14. [CrossRef] 25. Maher, P. The δυναμικό των φλαβονοειδών για τη θεραπεία νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Int. J. ΜοΙ. Sci. 2019, 20, 3056. [CrossRef] [PubMed] 26. Gecibesler, IH; Aydin, M. Σύνδεση βοτάνων-φλαβονοειδών με πρωτεΐνες πλάσματος σε αλβουμίνη ανθρώπινου ορού και οι αντι-πολλαπλασιαστικές τους δραστηριότητες. Ενα. Ακαδ. Σουτιέν. Cienc. 2020, 92, 1–16. [CrossRef] 27. Lin, CZ; Hu, Μ.; Wu, AZ; Zhu, CC Διερεύνηση σχετικά με τις διαφορές τεσσάρων φλαβονοειδών με παρόμοια δομή που συνδέονται με την ανθρώπινη λευκωματίνη ορού. J. Pharm. Πρωκτικός. 2014, 4, 392–398. [CrossRef] 28. Mondal, P.; Bose, A. Φασματοσκοπική επισκόπηση της κερκετίνης και της αλληλεπίδρασης του συμπλέγματος Cu(II) με τις λευκωματίνες ορού. BioImpacts 2019, 9, 115–121. [CrossRef] 29. Geng, R.; Ma, L.; Liu, L.; Xie, Y. Επίδραση της αλληλεπίδρασης αλβουμίνης-φλαβονοειδούς ορού βοοειδών στην αντιοξειδωτική δράση των διαιτητικών φλαβονοειδών: Νέα στοιχεία από την ηλεκτροχημική ποσοτικοποίηση. Molecules 2019, 24, 70. [CrossRef] [PubMed] 30. Ma, CM; Zhao, XH Απεικονίζει τη μη ομοιοπολική αλληλεπίδραση πρωτεϊνών ορού γάλακτος με γαλαγγίνη ή γενιστεΐνη χρησιμοποιώντας τις πολυφασματοσκοπικές τεχνικές και τη μοριακή σύνδεση. Foods 2019, 8, 360. [CrossRef] 31. Tang, F.; Xie, Υ.; Cao, Η.; Yang, Η.; Chen, Χ.; Xiao, J. Ο εμβρυϊκός βόειος ορός επηρεάζει τη σταθερότητα και τη βιοδραστικότητα των αναλόγων της ρεσβερατρόλης: Μια προσέγγιση αλληλεπίδρασης πολυφαινόλης-πρωτεΐνης. Food Chem. 2017, 219, 321–328. [CrossRef]