Взаимодействие флавоноидов и макромолекул при заболеваниях человека с акцентом на болезнь Альцгеймера, атеросклероз и рак

Достичь электронной почты:tina.xiang@wecistanche.comЧтобы получить больше информации

Абстрактный: Флавоноиды, класс полифенолов, ежедневно потребляемые в нашем рационе, связаны со сниженным риском хронических заболеваний, связанных с окислительным стрессом (ОС), таких как сердечно-сосудистые заболевания, нейродегенеративные заболевания, рак ивоспаление. Участие флавоноидов в хронических заболеваниях, связанных с ОС, традиционно связывают с их антиоксидантной активностью. Однако данные недавних исследований указывают на то, что благотворное влияние флавоноидов может быть связано с их взаимодействием с клеточными макромолекулами, а не с прямым антиоксидантным эффектом. В этом обзоре представлен обзор недавних развивающихся исследований взаимодействия между флавоноидами и липопротеинами, белками, хроматином, ДНК и клеточными сигнальными молекулами, которые участвуют в хронических заболеваниях, связанных с ОС; основное внимание уделяется механизмам, с помощью которых флавоноиды ослабляют развитие вышеупомянутых хронических заболеваний посредством прямого и косвенного воздействия на экспрессию генов и клеточные функции. В текущем обзоре обобщаются данные из литературы и наших недавних исследований, а затем сравнивается взаимодействие конкретных флавоноидов с их мишенями, уделяя особое вниманиефлавоноидструктурно-деятельностные отношения. Кроме того, представлены различные методы оценки взаимодействия флавоноидов с белками и флавоноидов с ДНК. Наша цель — пролить свет на действие флавоноидов в организме, помимо их хорошо зарекомендовавшей себя прямой антиоксидантной активности, и дать представление о механизмах, с помощью которых эти небольшие молекулы, потребляемые ежедневно, влияют на клеточные функции.

Ключевые слова:флавоноид; антиоксидант; окислительный стресс; воспаление; болезнь Альцгеймера; атеросклероз; рак

1. Введение

Флавоноидыпредставляют собой класс полифенолов в растениях, которые широко потребляются в нашем рационе. Они имеют общую структурную основу C6–C3–C6, в которой две единицы C6 (кольцо A и кольцо B) имеют фенольную природу. Флавоноиды можно разделить на различные подгруппы, такие как флавоны, флавонолы, флаваноны, флавонолы, флаван-3-олы и антоцианы (рис. 1). В то время как у большинства флавоноидов кольцо В присоединено в положении С2 к кольцу С, в некоторых, таких как изофлавоны и изофлаваны, кольцо В соединено в положении С3 [1].

Диетическийфлавоноидынатуральные продукты, широко распространенные в растительном мире. Многие продукты и напитки, такие как фрукты, овощи, бобовые, цельнозерновые продукты, шоколад, специи, чай и вино, являются богатыми источниками флавоноидов [1]. На протяжении десятилетий исследователи и производители пищевых продуктов проявляют все больший интерес к флавоноидам из-за их антиоксидантных свойств, их большого количества в нашем рационе и предполагаемой роли в профилактике различных заболеваний, связанных с ОС, таких как рак, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания [2–5]. В недавней литературе появляется все больше свидетельств того, что эффекты флавоноидов опосредуются механизмами, отличными от классической антиоксидантной активности, обусловленной их химическим свойством отдавать электрон или хелатировать переходные металлы [6,7]. Изучение их основных способов действия может дать новое представление о механизмах, с помощью которых флавоноиды влияют на биологические функции.

2. Биологическая активность флавоноидов

2.1. Флавоноиды как антиоксиданты

Что касается их антиоксидантной активности,флавоноидыСчитается, что они предотвращают заболевания, связанные с OS, за счет прямого удаления активных форм кислорода (АФК) за счет передачи атома водорода, активации антиоксидантных ферментов, хелатирующей активности металлов (таких как железо и медь) и облегчения окислительных процессов. стресс, вызванный оксидом азота (NO) [1,8–11]. Однако антиоксидантная активность не может быть единственным объяснением клеточных эффектов флавоноидов in vivo, так как антиоксидантная активность проявляется при концентрациях флавоноидов выше 10 мкМ, а их концентрация в кровотоке не превышает 2 мкМ [12]. Пищевые флавоноиды плохо всасываются из кишечника, активно метаболизируются или быстро выводятся. В процессе всасывания флавоноиды конъюгируются в тонком кишечнике, а затем в печени. Этот процесс в основном включает метилирование, сульфатирование и глюкуронирование. Это процесс метаболической детоксикации, характерный для многих ксенобиотиков, который ограничивает их потенциальные токсические эффекты и облегчает их выведение с желчью и мочой за счет повышения их гидрофильности [13]. Недавние исследования показали, что биологические эффекты флавоноидов могут быть опосредованы различными механизмами, которые еще полностью не изучены. В настоящем обзоре основное внимание уделяется способу действия флавоноидов посредством их взаимодействия с макромолекулами, такими как липопротеины, клеточные и сывороточные белки, а также ДНК и РНК (рис. 2).

2.2. Взаимодействие флавоноидов с макромолекулами

2.2.1. Взаимодействие флавоноидов с белками

Молекулярные взаимодействия белков и нуклеиновых кислот с низкомолекулярными соединениями представляют собой область фундаментального интереса [14]. В низких концентрациях молекулы, такие как ионы, метаболиты и осмолиты, могут воздействовать на белки, такие как ферменты, рецепторы, антитела и факторы транскрипции [15]. Эффект может быть на структурном, функциональном или конформационном уровнях [7]. Пищевые флавоноиды являются хорошим примером малых молекул, которые опосредуют клеточные эффекты, занимающие центральное место во внутриклеточных сигнальных каскадах [16]. Широко исследовано влияние флавоноид-ферментных комплексов, образующихся при взаимодействии флавоноидов, например, с гидролазами, оксидазами и киназами, на структуру и активность ферментов. Исследования показали, что флавоноиды избирательно взаимодействуют с различными компонентами протеинкиназ и изменяют состояние их фосфорилирования, тем самым регулируя множественные клеточные сигнальные пути [17]. Точно так же было обнаружено, что флавоноиды действуют как лиганды для ядерных рецепторов, вызывая их пролиферацию или активацию и модулируя энергетический гомеостаз. Апигенин и кемпферол непосредственно подавляли взаимодействие между рецептором, связанным с эстрогеном (ERR), и его коактиватором, активируемым пролифератором пероксисом, рецептором-коактиватором-1 (PGC-1). Напротив, лютеолин подавлял активность PGC-1, способствуя деградации PGC-1, что приводило к подавлению активности ERR в клетках HeLa [7,18]. Флавоноиды, такие как глабридин и глабрен, также могут взаимодействовать и модулировать эндогенную активность рецепторов эстрогена в эндотелиальных и гладкомышечных клетках человека, тем самым замедляя и даже предотвращая сердечно-сосудистые заболевания и развитие рака груди и яичников у женщин в постменопаузе. [19]. Кроме того, была исследована способность флавоноидов взаимодействовать с сывороточным альбумином и другими сывороточными белками [20,21]. Обратимые или необратимые белок-флавоноидные взаимодействия зависят от рН, температуры и концентрации белков и флавоноидов [22]. Хотя биологическая судьба белково-флавоноидных комплексов in vivo до сих пор неизвестна, было обнаружено, что флавоноиды влияют на различные заболевания человека, связанные с ОС, такие как рак, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания [23-25].

Методы характеристики взаимодействия флавоноидов с белками.

Было проведено несколько исследований, чтобы охарактеризовать взаимодействия между диетическими флавоноидами и белками, в основном сывороткой и белками, связанными с пищей, например, сывороточными альбуминами и -казеином [26-30]. Взаимодействия флавоноидов с белком в основном происходят за счет нековалентной связи, которая возникает в результате гидрофобных, ван-дер-ваальсовых, водородных мостиков и ионных взаимодействий, которые могут изменять конформацию белка и активность ферментов [31]. Нековалентные взаимодействия между флавоноидами и белками слабые и обратимые. Исследования также предоставили информацию о ковалентных реакциях между флавоноидами и белками. Флавоноиды могут легко окисляться и ковалентно реагировать с амино- и тиоловыми боковыми цепями белка путем необратимого связывания [32]. Для характеристики нековалентных взаимодействий между флавоноидами и белками были разработаны многочисленные методы, в основном спектроскопические (табл. 1) [33–36].

УФ-видимая спектроскопия используется для предсказания взаимодействий флавоноидов и белков и получения информации о характере этих взаимодействий. Поглощение белка при 280 нм связано с ароматическими аминокислотами триптофаном, тирозином и фенилаланином, которые могут дополнительно стимулироваться при взаимодействии с флавоноидами [37]. Спектроскопия кругового дихроизма используется для количественного анализа конформационных изменений, изменений -спиралей и -листов в белках вследствие нековалентных взаимодействий с небольшими молекулами, такими как флавоноиды [38]. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье также используется для определения изменений вторичной структуры белков в результате взаимодействия флавоноидов. Этот метод позволяет интерпретировать вторичную структуру по форме полосы амида I, расположенной в районе 1650–1660 см–1 [38].

Термодинамические свойства связывающего взаимодействия между флавоноидами и белками можно изучить с помощью изотермической титрационной калориметрии, метода, основанного на измерении тепла, выделяющегося при молекулярной ассоциации [39]. Виталий и др. оценили связывающие взаимодействия между четырьмя флавоноидами (кемпферол, лютеолин, кверцетин и ресвератрол) и сывороточным альбумином человека и изоформой 1 глутатион-S-трансферазы Pi с использованием дисперсионного поверхностного плазмонного резонанса Тейлора (SPR) — высокочувствительного метода без меток для изучения нековалентные взаимодействия биомолекул, особенно между белками, а также между белками и малыми молекулами [40].

Анализ тушения флуоресценции триптофаном (Trp) является еще одним чувствительным, селективным и широко используемым методом определения взаимодействия между флавоноидами и белками [21,41,42]. Возбуждение белков при 280–290 нм вызывает испускание флуоресценции в диапазоне 340–350 нм из-за присутствия Trp. тушение флуоресценции в этом диапазоне можно объяснить связыванием флавоноидов. При использовании этого метода механизм тушения — статический (образование комплекса между полифенолом и белком) или динамический (столкновение флуорофора с тушителем) — может быть определен с помощью уравнения Штерна–Фольмера и расчета константы Штерна–Фольмера и константы скорости тушения. . Для статического тушения можно рассчитать константу связывания и количество сайтов связывания в молекуле белка, а затем охарактеризовать термодинамические свойства. Наконец, расчеты стыковки можно использовать для прогнозирования соответствия оцениваемого лиганда белку, где форма комплементарна сайту связывания. Компьютерное моделирование дополняет экспериментальные данные по связыванию флавоноидов с белком и позволяет проводить крупномасштабный скрининг различных белковых мишеней, выбранных из структур, доступных в банке данных белков (PDB) [43].

2.2.2. Взаимодействие флавоноидов с ДНК и хроматином

В научной литературе имеется множество свидетельств регуляции генома флавоноидами посредством генной экспрессии и хромосомных изменений [24,51], хотя точный механизм действия остается неясным [48,52]. Было показано, что флавоноиды, такие как кверцетин и EGCG, проникают через клеточные мембраны и накапливаются в ядрах клеток кишечника и печени человека [53,54]. Структура кверцетина допускает гидрофобную интеркаляцию его наиболее гидрофобного сегмента внутрь спирали ДНК [55]. Кверцетин взаимодействует с дуплексами ДНК и РНК и предпочтительно связывается с триплексной и тетраплексной ДНК в клетках рака предстательной железы человека (DU 145) [53]. Хотя в кемпфероле и лютеолине присутствует одинаковое количество ОН-групп, которые в основном участвуют в механизме переноса водорода, последний проявляет несколько большее сродство к ДНК. Это может быть связано с присутствием ОН в 30-м положении. Взаимосвязь структура-активность во взаимодействиях флавоноидов и ДНК действительно была широко обнаружена. Предполагается, что сродство флавоноидов к ДНК увеличивается в той же последовательности, что и их биологическая активность [44]. При обработке ДНК EGCG или кверцетином были отмечены различные эффекты, включая повреждение ДНК, в периферических лимфоцитах человека [56,57]. Исследования показывают, что EGCG ингибирует активность различных белков хроматина, таких как белок, связывающий элемент ответа цАМФ, ДНК-полимеразу, ДНК-метилтрансферазу и ДНК-топоизомеразу в клетках легких и колоректальной аденомы человека, а также в печени, легких и почках мышей [6,24]. ]. На эти реакции, вероятно, влияет связывание EGCG с ДНК и РНК или с белками, которые присоединяются к нуклеиновым кислотам в различных типах взаимодействия. В то время как взаимодействия флавоноидов, таких как ресвератрол, кверцетин, EGCG и генистеин, с ДНК известны, точное расположение сайтов связывания флавоноидов на ДНК, способ взаимодействия и его функция в геноме полностью не изучены. понял.

Методы характеристикифлавоноид–Взаимодействия ДНК
Ковалентное связывание малых молекул с ДНК впервые было обнаружено в начале 1980-х годов [58]. После того, как было определено ковалентное связывание [14С], кверцетина с ДНК, утверждалось, что флавоноиды обладают противоречивой биохимической активностью (мутагенное действие, с одной стороны, и антиканцерогенное действие, с другой) [44]. В дополнение к ковалентному связыванию флавоноиды могут взаимодействовать с ДНК путем интеркаляции, связывания в бороздках и связывания со скелетом. Для выяснения нековалентных взаимодействий между флавоноидами и ДНК было использовано несколько методов, включая электрохимические методы и методы ППР, линейный дихроизм, абсорбцию, флуоресценцию и спектроскопию ядерного магнитного резонанса [44–46]. Связывание 10 агликонов и флавоноидных гликозидов с ДНК-дуплексами исследовали с помощью масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением (ESI-MS) [47]. Анализ ESI-MS и SPR показали, что ровно три молекулы EGCG связываются с поли(dT) 18-мерными одноцепочечными олигомерами ДНК через одну гидроксильную группу тригидроксифенильной группы в EGCG. При связывании EGCG защищал олигомеры двухцепочечной ДНК от плавления до одноцепочечной ДНК [59].

Сегодня вычислительное моделирование и спектроскопия в основном используются для изучения биофизической информации (например, о режиме взаимодействия) о взаимодействиях между флавоноидами и ДНК [60]. Эксперименты, проведенные в последние годы, позволили предположить, что флавоноиды обладают специфическими консенсусными участками связывания ДНК. Кверцетин, например, связывается с последовательностью дуплекса додекамера CGCGAATTCGCG, несвязанная структура которой была решена много лет назад (ID PDB: 1BNA) [61]. В настоящее время полный геном организма можно выявить с помощью технологий секвенирования следующего поколения (NGS), таких как машины для массового параллельного секвенирования Illumina или Sanger. Более того, следуя специальным протоколам, можно выделить ДНК в определенных областях или с определенными функциями, а затем использовать NGS для получения последовательности ДНК. Chem-seq (химический аффинный захват в сочетании с массовым параллельным секвенированием ДНК) — это новое приложение NGS, которое недавно использовалось для выделения и секвенирования участков ДНК, связанных с небольшими молекулами. Этот метод позволяет захватывать области хроматина, связанные с малыми молекулами, без предварительной информации, т.е. с беспристрастным, неспецифическим маркером [49]. Последние исследования уже продемонстрировали возможность выделения известных взаимодействий лекарство-хроматин с использованием Chem-seq [49,50]. Атрахимович и др. использовали технику Chem-seq для характеристики взаимодействий между кверцетином и клеточной ДНК и продемонстрировали его последующее влияние на транскрипцию ниже по течению [48]. Результаты показывают, что кверцетин связывается с хроматином моноцитов и модулирует экспрессию генов, участвующих в клеточном цикле и развитии клеток [48]. Используя приложение Chem-seq, можно определить взаимодействие флавоноидов с ДНК и хроматином для изучения его значения. Эта способность может быть чрезвычайно важна для медицины и здоровья человека, а также полезна для разработки соответствующих диетических вмешательств и лекарств для лечения рака.

3. Флавоноиды ослабляют болезни человека посредством прямого взаимодействия с белками, липопротеинами и ДНК.

3.1. Взаимодействие флавоноидов с ключевыми белками, участвующими в воспалении

Воспалениехарактеризует защитный ответ иммунной системы, включающий продукцию различных провоспалительных цитокинов и хемокинов, усиливающих продукцию интерферона-, протеаз, NO и АФК [62]. Цитокины также индуцируют экспрессию циклооксигеназы -2 (ЦОГ-2), фермента, который катализирует выработку простагландинов (ПГ), которые являются ключевыми медиаторами воспаления [63]. Ксантиноксидаза (XO) является еще одним важным источником ROS, который способствует воспалению. Воспалительные состояния приводят к повышению уровня КСО и, таким образом, к увеличению образования АФК и образования пероксинитритов. Пероксинитрит представляет собой мощную реакционноспособную форму азота (РЧА), сопровождающуюся ОС, которая образуется в результате реакции NO и супероксидных радикалов [64].

Для объяснения противовоспалительной активности флавоноидов in vivo было предложено несколько механизмов действия, таких как антиоксидантная активность и модуляция продукции провоспалительных цитокинов и экспрессии генов [11]. Интересно, что флавоноиды влияют на воспалительный процесс не только за счет снижения экспрессии цитокинов и других родственных воспалительных маркеров, но и за счет взаимодействия с белками, родственнымивоспаление. Было показано, что флавоноиды модулируют активность ферментов, метаболизирующих арахидоновую кислоту (АА), таких как фосфолипаза А2 (PLA2), ЦОГ и липоксигеназа (LOX), а также NO-продуцирующий фермент синтазы оксида азота (NOS). Ингибирование этих ферментов флавоноидами снижает выработку АК, ФГ, лейкотриенов и NO, которые являются важными медиаторами метаболизма.воспаление. Таким образом, ингибирование флавоноидами этих ферментов определенно является одним из важных клеточных механизмов противовоспалительного действия [65].

Кверцетин был первым обнаруженным флавоноидным ингибитором PLA2 из нейтрофилов человека. Было показано, что кверцетин избирательно ингибирует секреторную PLA2 группы II [66]. Аналогичным образом, рутин селективно ингибировал PLA2-II человека из синовиальной жидкости, в то время как он был слабым ингибитором PLA2-I человека из панкреатического сока. Когда различные флавоноиды сравнивали по их способности ингибировать PLA2, оказалось, что небольшие изменения в структуре влияют как на общее ингибирование PLA2, так и на селективность группы II. Было обнаружено, что положение гидроксильных групп является одним из важных аспектов двойной связи C-кольца -2, 3-. Гидроксильные группы в положениях 3' и 4' кольца В, по-видимому, важны для селективного ингибирования PLA2-II, тогда как гидроксильная группа 5- на кольце А, ненасыщенность , а 4-окси на С-кольце, по-видимому, важны для общей способности флавоноидов ингибировать активность PLA2 [67]; ингибирование PLA2 очень сильно зависело от положения гидроксильных групп в кольцах A, B и C, в то время как предполагалось, что гидроксильные группы в положениях 5, 6 и 7 кольца A необходимы для связывания с PLA2. Так, кверцетин, кемпферол и галангин проявляли высокую ингибирующую активность в отношении PLA2, тогда как нарингин проявлял более низкую ингибирующую активность [68].

ЦОГ продуцирует ПГ и тромбоксаны и существует как минимум в двух различных изоформах: ЦОГ-1 и ЦОГ-2. ЦОГ-1 представляет собой конститутивный фермент, который присутствует почти во всех типах клеток. В то время как ЦОГ-2 является индуцируемым ферментом, который высоко экспрессируется ввоспалениеродственные типы клеток, включая макрофаги и тучные клетки [69]. Поскольку ЦОГ -2 продуцирует ПГ, она тесно связана как с острыми, так и с хроническими типами воспалительных заболеваний. Было обнаружено, что некоторые флавоноиды, такие как лютеолин, 3',4'-дигироксифлавон, галангин и морин, катехин и эпикатехин, ингибируют ЦОГ мозгового вещества почек крыс с IC50 100–130 мкМ [70]. Было обнаружено, что в агрегированных тромбином тромбоцитах человека некоторые флавоноиды, такие как хризин и апигенин, являются ингибиторами ЦОГ с IC50 13 и 18 мкМ, в то время как мирицетин и кверцетин в концентрации 10 мкМ оказывают сильное ингибирование LOX. В частности, восстановление С-2, 3-двойной связи и гликозилирование уменьшало ингибирующую активность флавоноидов [71]. Анализ in-silico показал, что кверцетин может частично ингибировать фермент ЦОГ-2, связываясь с субъединицей А, которая обладает пероксидазной активностью и служит источником АФК [72].

В общем,флавоноидыможет в основном участвовать ввоспалениепроцесс посредством ингибирования и регуляции ферментов, которые модулируют провоспалительные цитокины или малые молекулы, такие как ROS и RNS.

3.2. Взаимодействие флавоноидов с ключевыми белками при болезни Альцгеймера (БА)

AD является широко распространенным нейродегенеративным заболеванием, которое характеризуется нейрофибриллярными клубками, сенильными бляшками и потерей синапсов, что в конечном итоге приводит к гибели нейронов [78,79]. БА представляет собой форму деменции, характеризующуюся прогрессирующей потерей памяти, снижением языковых навыков и другими когнитивными нарушениями, и чаще всего поражает пожилых людей [80]. Этиология AD неясна; однако в патофизиологии заболевания учитываются различные факторы, такие как образование бляшек амилоидного белка (А), низкий уровень ацетилхолина, окислительный стресс и аномальные посттрансляционные модификации тау-белка [81,82]. При последовательном расщеплении белка-предшественника амилоида образуются агрегаты А-пептидов из 39–43 аминокислот, которые прилипают к нейронам в виде нерастворимых амилоидных бляшек. A образуется из белка-предшественника амилоида с помощью фермента расщепления белка-предшественника амилоида -1 (BACE-1, -secretase) и -secretases [83,84]. Таким образом, предполагается, что ингибирование BACE-1 играет важную роль в профилактике БА [85].

Нейротрансмиттер ацетилхолин играет важную роль в процессах обучения и памяти в гиппокампе. Два фермента, ацетилхолинэстераза (АХЭ) и бутирилхолинэстераза (БХЭ), участвуют в гидролизе ацетилхолина, снижая его уровень при развитии БА. Следовательно, ингибирование АХЭ и БХЭ является весьма желательной стратегией лечения БА [86-88]. Клинически одобренные препараты такрин, донепезил, галантамин и ривастигмин улучшали кратковременную память и когнитивные уровни за счет ингибирования АХЭ. Недостатки этих препаратов и их постепенные побочные эффекты, такие как периферические побочные эффекты, гепатотоксичность и расстройства желудочно-кишечного тракта, побудили исследователей разработать более эффективные ингибиторы АХЭ [89–91].
Флавоноиды — многообещающие натуральные продукты с нейропротекторным потенциалом, которые либо предотвращают возникновение, либо замедляют прогрессирование возрастных нейродегенеративных заболеваний. Механизм, с помощью которого флавоноиды предотвращают или замедляют прогрессирование БА, может заключаться в прямом взаимодействии с ключевыми ферментами, участвующими в этом заболевании [81,85,92–95]. Шиммио и др. исследовали способность флавонолов и флавонов ингибировать BACE-1. Они обнаружили, что четыре флавонола: мирицетин, кверцетин, кемпферол и морин, и один флавон: апигенин, напрямую ингибируют активность фермента BACE-1 в зависимости от концентрации со значениями IC50 2,8, 5,4, 14,7, 21,7, и 38,5 мкМ соответственно [95]. Исследования на старых трансгенных мышах TASTPM (модель БА) показали, что пероральное введение (-)-эпикатехина уменьшает патологию А за счет непрямого, некаталитического ингибирования ВАСЕ-1, а не за счет модуляции активности либо -, либо -секретазы [96]. ]. Было обнаружено, что эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG) и куркумин снижают A-опосредованную активацию BACE-1 в культурах нейронов, что, что интересно, увеличивает неамилоидогенный процессинг белка-предшественника амилоида за счет усиления расщепления -секретазы [95]. ]. Пуэйо и др. проанализировали литературу по природным и синтетическим флавоноидам с ингибирующей АХЭ активностью. Они обнаружили 128 таких флавоноидов: 41 флавонон, 21 флаванон, 35 флавонолов, 25 изофлавонов и шесть халконов. Среди них восемь синтетических флавоноидов ингибировали АХЭ с IC50 < 100="" нм.="" три="" природных="" флавоноида,="" акациин="" из="" цветков="" chrysanthemum="" indicum="" и="" десметилангидроикаритин="" и="" кемпферол="" из="" корней="" sophora="" flavescens,="" ингибировали="" ахэ="" со="" значениями="" ic50="" 3,2,="" 6,7="" и="" 3,3="" нм="" соответственно="" [97].="" орхан="" и="" др.="" исследовали="" различные="" производные="" флавоноидов="" на="" их="" ингибирование="" ахэ="" и="" бхэ.="" в="" концентрации="" 1="" мг/мл="" кверцетин="" был="" наиболее="" эффективным="" в="" отношении="" ахэ="" с="" ингибированием="" 76,2%,="" а="" генистеин="" показал="" самое="" высокое="" ингибирование="" (65,7%)="" бухэ,="" за="" ним="" следовали="" лютеолин-7-o-рутинозид="" и="" силибинин="" (54,9%).="" процентов="" и="" 51,4="" процента="" соответственно)="" [98,99].="" в="" другом="" исследовании="" citrus="" junos="" оказывал="" значительное="" ингибирующее="" действие="" на="" ахэ="" in="" vitro="" и="" in="" vivo,="" а="" активное="" соединение="" было="" идентифицировано="" как="" нарингенин,="" основное="" производное="" флаванона="" [100].="" ли="" и="" др.="" исследовали="" ингибирующее="" действие="" флаванонов="" цитрусовых="" на="" васе-1,="" ахэ="" и="" бхэ.="" среди="" всех="" исследованных="" флфлаванонов="" гесперидин="" продемонстрировал="" наилучшее="" ингибирование="" васе-1,="" ахэ="" и="" бухэ="" со="" значениями="" ic50="" 10,02,="" 22,80="" и="" 48,09="" мкм="" соответственно.="" кинетические="" исследования="" показали,="" что="" все="" флаваноны="" являются="" неконкурентными="" ингибиторами="" васе-1="" и="" холинэстеразы="">

Гиперфосфорилирование тау-белков с последующим накоплением в виде нейрофибриллярных клубков является основным фактором когнитивных дисфункций и одним из самых ранних маркеров БА. Известно, что некоторые киназы, такие как GSK-3b и CDK5/p25, способствуют фосфорилированию тау-белков и участвуют в патогенезе БА. Флавоноиды, которые ингибируют активность нескольких киназ, могут быть использованы для профилактики БА. Было показано, что терапия флавоноидом морином снижает гиперфосфорилирование тау in vitro и in vivo в нейронах гиппокампа трансгенных животных (мыши 3xTg-AD) [103]. Кверцетин ингибировал активность PI3-киназы, а цианидин 3-O-глюкозид также обеспечивал значительную защиту от когнитивных дисфункций, вызванных введением A в животных моделях, опосредованных модуляцией GSK{{9}. } б / тау. [104,105].

В целом, флавоноиды могут оказывать свое потенциальное нейропротекторное действие, взаимодействуя с ключевыми белками, участвующими в БА. Лучшее понимание взаимодействия флавоноидов и белков при БА может стать многообещающей стратегией для разработки новых нейропротекторных методов лечения для профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний.

3.3. Взаимодействие флавоноидов с ключевыми белками и липопротеинами при атеросклерозе

Атеросклероз — еще одно заболевание, которое, как было показано, ослабляют флавоноиды. Первым этапом атеросклероза является накопление в стенке артерий липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), основного переносчика холестерина. С другой стороны, липопротеины высокой плотности (ЛПВП) являются основным антиатерогенным фактором в крови, который поддерживает стабильный уровень холестерина в организме. В протеоме ЛВП было идентифицировано более 80 белков, при этом на аполипопротеины А1 и А2 приходится примерно 65 и 15 процентов белковой массы соответственно. Другие белки включают различные ферменты, такие как параоксоназа 1 (PON1). PON1 отвечает за многие антиатерогенные свойства ЛПВП. Корреляции между ПОН1, ЛПВП и атеросклерозом как in vivo, так и in vitro хорошо известны [106, 107]. Помимо оттока холестерина, ЛПВП обладают другой мощной биологической активностью: антиоксидантной [108], противовоспалительной [109], антиапоптотической [110] и сосудорасширяющей [111]. Эти активности не обязательно зависят от количества ЛПВП, но, вероятно, зависят от их качества [112,113]. Что касается здоровья сердечно-сосудистой системы, мы ранее показали, что флавоноид глабридин, извлеченный из корня солодки, действует как отличный антиоксидант и демонстрирует дополнительные антиоксидантные и антиатерогенные свойства. Глабридин связывается с рекомбинантным PON1 (rePON1) и защищает его Cys284 от окисления гидропероксидом линолевой кислоты атеросклеротического компонента (LA-OOH). Эта специфическая способность глабридина уникальна; вфлавоноидкатехин не проявляет никакой аффинности связывания с rePON1 [21]. Связь между структурой флавоноидов и их влиянием на активность rePON1 была дополнительно изучена. Были охарактеризованы взаимодействия 12 репрезентативных флавоноидов из разных химических подклассов с rePON1 [42]. Кроме того, была изучена способность комплексов rePON1-флавоноидов предотвращать окисление ЛПНП, ключевой процесс атерогенеза. Катехин, который не связывается с rePON1, ускоряет окисление ЛПНП; напротив, глабридин продемонстрировал высокую аффинность связывания с rePON1 и усилил его защитный эффект против окисления ЛПНП [42]. Более того, мы последовательно наблюдали взаимодействие специфических флавоноидов с частицей ЛПВП или связанными с ней белками, аполипопротеином А1 и PON1. Нами показано, что кверцетин и пуникалагин связываются с частицей ЛПВП и усиливают ее противовоспалительные свойства [41], тогда как при связывании с частицей ЛПНП или со связанным с ней аполипопротеином В100 пуникалагин индуцирует приток ЛПНП к клеткам макрофагов J774A.1, которые может снизить уровень циркулирующих ЛПНП [114]. В целом было обнаружено, что флавоноиды и полифенолы в целом ингибируют симптомы атеросклероза и уменьшают его развитие посредством специфических взаимодействий флавоноидов с клеточными и сывороточными белками и липопротеинами.

3.4. Флавоноиды как противораковые агенты через взаимодействие с ДНК и хроматином

Противораковая активность флавоноидов может быть результатом взаимодействия этих природных соединений с биомолекулами (ДНК, РНК и белок). Мы признаем, что диетические флавоноиды могут специфически или стохастически связываться с ДНК и изменять ее функцию [115]. Обширные исследования in vitro показывают, что флавоноиды эффективно снижают пролиферацию клеток, индуцируют апоптоз и снижают риск метастазирования [24]. Было показано химиопрофилактическое действие флавоноидов, в том числе лютеолина, галлата эпигаллокатехина, кверцетина, апигенина и хризина, с упором на защиту от повреждения ДНК, вызванного различными канцерогенными факторами. Эти флавоноиды избирательно защищают нормальные клетки и вызывают механизмы гибели клеток в раковых клетках легких человека и клетках колоректальной аденомы во время химиотерапии или лучевой терапии [24]. Было обнаружено, что жирорастворимые и слабокислые флавоноиды, а именно кверцетин, мирицетин, кемпферол, апигенин и лютеолин, могут свободно диффундировать через клеточную мембрану и специфически накапливаться внутри лейкемических клеток К562 [116]. Следовательно,

подразумевается, что флавоноиды с большей вероятностью связываются с ДНК или белками в ядре раковой клетки и специфически прерывают регуляцию ракового генома. Кроме того, результаты in silico показали, что кверцетин, в частности, хорошо взаимодействует с G-квадруплексной ДНК, родственной теломеразе. Кверцетин действует как терапевтическое противораковое средство посредством регуляции активности теломеразы [117]. Сравнивая расчетные и экспериментальные профили связывания, новое исследование подтвердило, что кверцетин обладает самым сильным сродством связывания с ДНК среди изученных флавоноидов. Кроме того, исследование показало, что флавоноиды могут изменять конформацию ДНК и ингибировать амплификацию ДНК, они демонстрируют впечатляющую индукцию остановки клеточного цикла и могут способствовать апоптозу в раковых клетках HepG2, MCF-7 и A549 [60]. .Для достижения эффективных терапевтических доз, используемых в доклинических исследованиях, необходимо уделить внимание усовершенствованным и целенаправленным методам доставки лекарств, чтобы достичь максимальной эффективности с минимальными неблагоприятными побочными эффектами. Достижения в области систем доставки лекарств на основе нанотехнологий открывают лучшие возможности для повышения растворимости, улучшения биодоступности и расширения возможностей таргетинга флавоноидов [118]. Наночастицы на основе липосом, липосом полиэтиленгликоля, никеля, лецитина и нанолент являются подходящими молекулярными носителями для доставки флавоноидных препаратов к тканям-мишеням. Сообщалось об успешном использовании наночастиц для доставки кверцетина в солидные опухоли in vitro и in vivo в моделях рака центральной нервной системы, легких, толстой кишки, печени и молочной железы [119].
Таким образом, многочисленные исследования подтверждают потенциал флавоноидов как натуральных продуктов для химиопрофилактики рака. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы настроить механизм их действия, чтобы улучшить наше понимание эпигенетических процессов, которые могут обеспечить более рациональную основу для комбинирования определенных диетических соединений в клинических условиях [24].

Дана Атрахимович 1,2, Дорит Авни 3 и Солиман Хатиб 1,2,*

1 Лаборатория природных соединений и аналитической химии, Научно-исследовательский институт МИГАЛ-Галилея, Кирьят-Шмона 11016, Израиль; Danaa@migal.org.il
2 Кафедра биотехнологии, Колледж Тель-Хай, Верхняя Галилея 12210, Израиль
3 Лаборатория сфинголипидов, биоактивных метаболитов и иммуномодуляции, MIGAL — Научно-исследовательский институт Галилеи, Кирьят-Шмона 11016, Израиль; dorita@migal.org.il* Переписка: solimankh@migal.org.il; Тел.: плюс 972-4-6953512; Факс: плюс 972-4-6944980

4. Выводы

Вклад автора:DA (Дана Атрахимович), написание - подготовка и редактирование первоначального проекта, DA (Дорит Авни) написание раздела «Взаимодействие флавоноидов с ключевыми белками, участвующими в воспалении» и редактирование; Надзор за SK, написание — обзор и редактирование. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Финансирование:Это исследование не получило внешнего финансирования.
Конфликт интересов:Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов.

Дана Атрахимович 1,2, Дорит Авни 3 и Солиман Хатиб 1,2,*

использованная литература

1. Прохазкова Д.; Боушова, И.; Wilhelmová, N. Антиоксидантные и прооксидантные свойства флавоноидов. Фитотерапия 2011, 82, 513–523. [Перекрестная ссылка]

2. Дати, Г.Г.; Дати, SJ; Кайл, JAM Растительные полифенолы при раке и сердечных заболеваниях: значение в качестве пищевых антиоксидантов. Нутр. рез. 2000, 13, 79–106. [CrossRef] [PubMed] 3. Ramos, S. Химиопрофилактика рака и химиотерапия: диетические полифенолы и сигнальные пути. Мол. Нутр. Еда Рез. 2008, 52, 507–526. [CrossRef] [PubMed] 4. Jaeger, BN; Парылак, С.Л.; Гейдж, Ф.Х. Механизмы действия пищевых флавоноидов на функцию нейронов и нейровоспаление. Мол. Аспекты Мед. 2018, 61, 50–62. [CrossRef] [PubMed] 5. Деви, С.; Кумар, В.; Сингх, СК; Дубей, А. К.; Ким, Дж. Дж. Флавоноиды: потенциальные кандидаты для лечения нейродегенеративных заболеваний. Biomedicines 2021, 9, 99. [CrossRef] 6. Williams, RJ; Спенсер, JPE; Райс-Эванс, К. Флавоноиды: антиоксиданты или сигнальные молекулы? Свободный Радик. биол. Мед. 2004, 36, 838–849. [CrossRef] 7. Вирджили, Ф.; Марино, М. Регуляция клеточных сигналов от пищевых молекул: особая роль фитохимических веществ, помимо антиоксидантной активности. Свободный Радик. биол. Мед. 2008, 45, 1205–1216. [CrossRef] 8. Гротеволд, Э. Наука о флавоноидах; Спрингер: Колумбус, Огайо, США, 2006 г.; ISBN 9780387288215. 9. Агати, Г.; Брунетти, К.; Фини, А .; Гори, А .; Гуиди, Л.; Ланди, М .; Себастьяни, Ф.; Таттини М. Являются ли флавоноиды эффективными антиоксидантами в растениях? Двадцать лет нашего расследования. Antioxidants 2020, 9, 1098. [CrossRef] 10. Liu, Y.; Венг, В .; Гао, Р .; Лю, Ю.; Моначелли, Ф. Новое понимание клеточных и молекулярных механизмов старения и заболеваний, связанных со старением: фитотерапия как потенциальный терапевтический подход. Оксид. Мед. Клетка. Лонгев. 2019, 2019. [CrossRef] 11. Ролт, А.; Кокс, Л.С. Структурная основа омолаживающего действия полифенолов: смягчение окислительного стресса. BMC хим. 2020, 14, 1–13. [CrossRef] 12. Манах, К.; Скальберт, А .; Моран, К.; Ремези, К.; Хименес, Л. Полифенолы: источники пищи и биодоступность. Являюсь. Дж. Клин. Нутр. 2004, 79, 727–747. [CrossRef] 13. Тилакаратна, С.Х.; Васанта Рупасингхе, Биодоступность флавоноидов HP и попытки повышения биодоступности. Питательные вещества 2013, 5, 3367–3387. [CrossRef] [PubMed] 14. Haq, I. Термодинамика взаимодействий лекарство-ДНК. Арка Биохим. Биофиз. 2002, 403, 1–15. [CrossRef] 15. Уверский В.Н. Внутренне неупорядоченные белки и их окружение: влияние сильных денатурантов, температуры, pH, противоионов, мембран, партнеров по связыванию, осмолитов и макромолекулярного краудинга. Протеин Дж. 2009, 28, 305–325. [CrossRef] 16. Хоу, Д.-Х.; Кумамото, Т. Флавоноиды как ингибиторы протеинкиназы для химиопрофилактики рака: прямое связывание и молекулярное моделирование. Антиоксид. Окислительно-восстановительный сигнал. 2010, 13, 691–719. [CrossRef] 17. Spencer, JPE Помимо антиоксидантов: клеточные и молекулярные взаимодействия флавоноидов и их влияние на мозг. проц. Нутр. соц. 2010, 69, 244–260. [CrossRef] [PubMed] 18. Хуанг, З.; Фанг, Ф .; Ван, Дж.; Вонг, К.-В. Связь структурной активности флавоноидов с гамма-рецептором, связанным с эстрогеном. ФЭБС лат. 2010, 584, 22–26. [CrossRef] [PubMed] 19. Сомьен, Д.; Нолл, Э .; Вая, Дж.; Стерн, Н.; Тамир, С. Эстрогеноподобная активность компонентов корня солодки: глабридин и глабрен в сосудистых тканях in vitro и in vivo. Дж. Стероид Биохим. Мол. биол. 2004, 91, 147–155. [CrossRef] 20. Джин, X.-L.; Вэй, X .; Ци, Ф.-М.; Ю, С.-С.; Чжоу, Б .; Бай, С. Характеристика производных гидроксикоричной кислоты, связывающихся с бычьим сывороточным альбумином. Орг. биомол. хим. 2012, 10, 3424–3431. [CrossRef] 21. Атрахимович Д.; Вая, Дж.; Тавори, Х .; Хатиб, С. Глабридин защищает параоксоназу 1 от ингибирования гидроперекисью линолевой кислоты посредством специфического взаимодействия: исследование тушения флуоресценции. Дж. Агрик. Пищевая хим. 2012, 60, 3679–3685. [CrossRef] 22. Удача, Г.; Ляо, Х .; Мюррей, Нью-Джерси; Гриммер, отдел кадров; Вармински, Э.Э.; Уильямсон, член парламента; Лилли, ТХ; Хаслам, Э. Полифенолы, терпкость и белки, богатые пролином. Фитохимия 1994, 37, 357–371. [CrossRef] 23. Чумэнян, Л.; Милачу, М.В.; Ранкан, О .; Веса, Южная Каролина; Рачисан, Алабама; Негреан, В.; Перне, MG; Донка, В.И.; Алексеску, Т.Г.; Пара, И.; и другие. Эффекты флавоноидов при сердечно-сосудистых заболеваниях. Molecules 2020, 25, 4320. [CrossRef] [PubMed] 24. Cijo, V.; Деллер, Г.; Rupasinghe, HPV ScienceDirect Растительные флавоноиды в химиопрофилактике рака: роль в стабильности генома. Дж. Нутр. Биохим. 2017, 45, 1–14. [CrossRef] 25. Maher, P. Потенциал флавоноидов для лечения нейродегенеративных заболеваний. Междунар. Дж. Мол. науч. 2019, 20, 3056. [CrossRef] [PubMed] 26. Gecibesler, IH; Айдын, М. Связывание растительных флавоноидов с белками плазмы с сывороточным альбумином человека и их антипролиферативное действие. Ан. акад. Бюстгальтеры. Cиенц. 2020, 92, 1–16. [CrossRef] 27. Лин, Чехия; Ху, М.; Ву, Аризона; Zhu, CC Исследование различий четырех флавоноидов с аналогичной структурой, связывающихся с человеческим сывороточным альбумином. Дж. Фарм. Анальный. 2014, 4, 392–398. [CrossRef] 28. Мондал П.; Бозе, А. Спектроскопический обзор кверцетина и взаимодействия его комплекса Cu(II) с сывороточными альбуминами. BioImpacts 2019, 9, 115–121. [CrossRef] 29. Гэн Р.; Ма, Л.; Лю, Л.; Xie, Y. Влияние взаимодействия бычьего сывороточного альбумина и флавоноидов на антиоксидантную активность пищевых флавоноидов: новые данные электрохимического количественного определения. Molecules 2019, 24, 70. [CrossRef] [PubMed] 30. Ma, CM; Чжао, XH. Изображение нековалентного взаимодействия сывороточных белков с галангином или генистеином с использованием мультиспектроскопических методов и молекулярного докинга. Foods 2019, 8, 360. [CrossRef] 31. Тан, Ф.; Се, Ю .; Цао, Х .; Ян, Х .; Чен, X .; Сяо, Дж. Фетальная бычья сыворотка влияет на стабильность и биологическую активность аналогов ресвератрола: подход к взаимодействию полифенолов и белков. Пищевая хим. 2017, 219, 321–328. [Перекрестная ссылка]