NIEKTORÝCH OCHORENÍ A JEHO OVPLYVNENIE PRÍRODNÝMI RODNÝMI POLYFENOLMI

Transcript

1 ÚČASŤ OXIDAČNÉHO STRESU V PATOLÓGII NIEKTORÝCH OCHORENÍ A JEHO OVPLYVNENIE PRÍRODNÝMI RODNÝMI POLYFENOLMI Jana Muchová Ústav lekárskej chémie, biochémie a klinickej biochémie, LF UK Bratislava Klinická biochémia - nové trendy (Oxidačný stres v patológii niektorých ochorení - ako ho rozpoznať a ako sa proti nemu bráni niť)

2 DIABETES MELLITUS Chronické metabolické ochorenie Strata homeostázy glukózy Znížené zužitkovanie glukózy je zapríčinené nedostatkom alebo nedostatočným účinkom inzulínu Poruchy metabolizmu lipidov V ťažkých stavoch, ktoré sú sprevádzané acidózou, majú dôležitú úlohu aj poruchy metabolizmu vody a minerálov.

3 Protilátky proti ß - bunkám Aktivácia T H buniek Hyperglykémia oxidačný stres Zvýšená produkcia voľných radikálov Zápalové bunky (makrofágy) Lokálna koncentrácia cytokínov (IL-1) GPx SOD H 2 O 2 NAD + Rozštiepenie reťazca DNA Poly (ADP) ribóza polymeráza Syntetáza nitroxidu Nitroxid L - arginín L - citrulín INHIBÍCIA ß BUNIEK ALEBO BUNKOVÁ SMRŤ Nitrozylácia (inhibícia) akonitázy Produkcia ATP v Krebsovom cykle

4 Predpokladané metabolické interakcie medzi glukózou, kyslíkom, GSH a NO GSSG GSH GS GSNO O 2 Mitochondria H 2 O 2 O 2 NO Vaskulárne riečisko isko Fe/Cu OH Antioxidačné enzýmy FRU Neznáme glykačné terče Vitamín n C a E Polyolová cesta Pankreatická ß-bunka GLC Cieľov ové tkanivá pre inzulín INZULÍN

5 Diabetes mellitus GPX (nkat/mg protein) DM II typu Kontroly P SOD (U/mg P) 3.42± ± GPx (nkat/mg P) 0.84± ± GR (nkat( nkat/mg P) 2.02± ± Kat (nkat( nkat/mg P) 75.57± ± MDA (umol( umol/l pl) 9.91± ± Muchová a kol. (1999) Diabetes medicine

6 Diabetes mellitus MDA/HbA1c 15 HbA1c (%) 10 5 DM (r = 0.602, p = 0.018) K (r = , p = 0.173) MDA ( µ mol/l ) MDA/FAM DM KONTROLY 6 DM (r = 0.404, p = 0.08) K (r = -0.22, p = 0.37) FAM (mmol/l) MDA ( µmol/l ) DM KONTROLY Országhová, Muchová a kol. (2000) Klinická biochemie a metabolizmus

7 Diabetes mellitus Závery Aktivita SOD, GPx a GR v PMNL významne znížen ená oproti kontrolnej skupine ale v ERY sa nemení Zmena aktivity SOD a GPX súviss visí s hyperglykémiou Hladina MDA v plazme diabetikov je zvýšen ená oproti kontrolnej skupine a súvisí s hyperglykémiou Má význam sledovať OS v PMNL, kde sús RMO tvorené fyziologicky.

8 Downov syndróm (DS) Fenotypové vyjadrenie trizómie 21 Je charakterizovaný morfogenetickými abnormalitami, imunodeficienciou, mentálnou retardáciou a patologickými črtami Alzheimerovej choroby Deti s DS majú zvýšené riziko výskytu leukémie, väčší rozsah akútnych a chronických respiračných infekcií a autoimunitných chorôb v porovnaní s ďalšou populáciou.

9 Downov syndróm 100 NEUTROPHILS Difference, % ERYTHROCYTES Serum MDA (µmol/l) AGE (years) 0 DS (r = 0,49, p = 0,005) K (r = 0,14, p = 0,47) -50 SOD GPX GR CAT Muchová a kol. (2001) Free Radic. Biol. Med.

10 Downov syndróm R 1 = SOD/(GPx+Kat GPx+Kat+ + MPO) Difference, % R1 R2 R 2 = SOD/(GPx+Kat GPx+Kat) Erythrocyte MDA (µmol/g Hb) DS (r = - 0,38, p = 0,04) K (r = -0,22, p = 0,26) Muchová a kol. (2001) Free Radic. Biol. Med. CAT (nkat/mg P)

11 MDA ( µmol/g Hb) Downov syndróm Výsledky III 2 1,8 1,6 1,4 1,2 y = x r = y = x r = DS (r = 0,382, p = 0,021) K (r = -0,02, p = 0,929) 1,8 DS (r = -0,327, p = 0,048) K (r = -0,527, p = 0,012) 1 0 0,01 0,02 0,03 0,04 1,4 R (SOD / GPx+CAT) TAS (mmol/l) 1,6 1,2 1 y = x r = ,8 0,6 y = x r = ,01 0,02 0,03 0,04 R (SOD / GPx+CAT) Garaiová, Muchová a kol. (2004) Biológia

12 Downov syndróm Výsledky IV 600 UA ( µmol/l) y = x r = y = x r = ,01 0,02 0,03 0,04 R (SOD / GPx+CAT) DS (r = -0,398, p = 0,039) K (r = -0,428, p = 0,076) umol/l UA levels in DS and controls * DS C UA Garaiová, Muchová a kol. (2004) Biológia; Žitňanová,..., Muchová a kol. (2004) CCA

13 Downov syndróm Závery Aktivita SOD a GPx je u jedincov s DS významne zvýšen ená v PMNL aj ERY Rozdelenie na individuálne vekové skupiny ukázalo, že e s vekom sa aktivita týchto enzýmov mení Hladina MDA v plazme je u jedincov s DS zvýšen ená Kataláza má významný vplyv na hladinu MDA v plazme Pomer R 1 a R 2 je u jedincov s DS významne zvýšený Poškodenie v antioxidačnej nej enzýmovej ochrane môže e viesť aj k poruchám m metabolizmu nízkomol. antioxidantov Kyselina močov ová má významné miesto v antioxidačnej nej ochrane

14 Bioaktívne zložky rastl.potravy Bioaktívne zložky rastlinnej potravy môžu u ovplyvniť patologické zmeny súvisiace s chorobným procesom (Trujillo et al (2006) J Am Dietetic Association )

15 Ochranný účinok rastlinnej potravy PRÍTOMNOS TOMNOSŤ ANTIOXIDANTOV OV Vitamíny: A,, C, E karotenoidy Polyfenolové látky - Fenolové kyseliny - Flavonoidy - Antokyanid kyanidínyny - Flavan-3-ol oly & deriváty - Taníny ny

16 HO A O C HO O Flavóny (chryzín) B OH OH HO O OH OH HO O Flavonoly (quercetín) OH FLAVONOIDY HO O HO O OH O Flavanóny (taxifolín) HO O+ OH HO OH O Flavanoly (katechín) OH HO O Antokyanidíny (malvidín) HO O Izoflavonoidy

17 Biomodulačné účinky Pycnogenolu extrakt z kôry francúzskej prímorskej borovice (Pinus pinaster) potravinový suplement (Horphag Research, Švajčiarsko), vyrábaný VÚL V L Modra silný antioxidant, vazorelaxant, antimutagén,, inhibítor angiotensin-konvertuj konvertujúceho enzýmu, antikoagulant atď. stimuluje NOS, zvyšuje mikrocirkuláciu ciu cez zvýšenie permeability kapilár Rohdewald P. (2002) Int J Clin Pharmacol Ther

18 Pycnogenol Chemické zloženie: OH HO O HO O OH OH monoméry ry: katechín, epikatechín a taxifolín, prokyanidíny ny: jednotky katechínov alebo epikatechínov nov,, alebo zmiešan ané z ich polymérov, fenolové kyseliny: voľné (kávov vová, ferulová, p-kumárová, galová, vanilová, p-hydroxybenzoová, protokatechínov nová) glukozidy a glukózov zové estery, vanilín n a voľná glukóza (vo veľmi malom množstve) niektoré kovy: Fe, Zn, Cu v nízkych n koncentráci ciách ch (mg/g suchého ho materiálu) Packer a kol. (1999) Free Radic Biol Med, Rohdewald P. (2002) Int J Clin Pharmacol Ther

19 Components of Pyc According: Packer et al., FRBM 27, , 1999

20 O 2.- Prečo PYC? eliminovaný SOD Stimulácia Arg enos PYC Stimulácia substrát pre NO ONOO - Sekundárny posol pre dráhy NO/cNMP NO/receptory

21 Polyfenolové látky a ich biologické aktivity v popredí záujmu štúdia v 90-tich rokoch inhibícia lipoperoxidácie (Terao et protinádorov dorová aktivita (Deschner et Elangoval et al., 1994) protiischemická aktivita (Rump et protizápalov palová aktivita (Meddleton Gil et al., 1994) et al., 1994) et al., 1991, et al., 1995) Meddleton a Kandawami,, 1992, SPOLU S VITAMÍNMI SA IM PRIPISUJE ZODPOVEDNOSŤ ZA OCHRANNÝ ÚČINOK RASTLINNEJ POTRAVY

22 KLINICKÉ ŠTÚDIE

23 Pôsobenie Pycnogenolu in vivo Antihypertenzný účinok (Liu et Inhibícia agregácie trombocytov (Wang et et al.: Life Sci.. 74, , 862, 2004) Nocun et al: Biomedicine&Pharmacotherapy 2007) Ochrana pred retinopatiou (Shönlau and 2002) et al.: Eur.Bull.Drug Res.7,19-25, 1999, and Rohdewald: : Int.Ophtal.24, , 171, Inhibícia tvorby edémov u economy class syndrome (Cesarone et Angiology 54, , 2003) Protizápalový účinok (Grimm et al., J. Inflamm. 3, 1, 2006) Hypolipidemicum (Ďuračková et ADHD (Trebatická et Erektilná dysfunkcia (Ďuračková et Osteoartritída (Cisár at et al.: Nutr.Res.. 23, , 1198, 2003) et al.: Polyphenol Comm., , 180, 2004 et al.: Nutr.Res.. 23, , 1198, 2003) at al.: Phytotherapy Research,, 2008) et al.: Nezaznamenali sa významné poškodzuj kodzujúce účinky in vivo

24 Protokol klinických štúdií Dvojito - slepá, placebom kontrolovaná, randomizovaná štúdia PYCNOGENOL (1 mg/kg/deň) PLACEBO (58 mg laktóza) Odber pred podávaním Pyc/PL (čas 0) Odber mesiac po podávaní Pyc/PL (čas 1) Odber 3 mesiace po podávaní Pyc/PL (čas 3) Odber mesiac po ukončení podávania Pyc/PL (čas 4)

25 EREKTILNÁ DYSFUNKCIA Erektilná dysfunkcia (ED) je charakterizovaná ako pretrvávaj vajúca neschopnosť dosiahnuť a udržať penilnú erekciu, potrebnú pre sexuálnu aktivitu. Penilná erekcia je vaskulárny dynamický proces, ktorý zahrňuje zvýšenie arteriálneho toku krvi v penise, naplnenie penisu krvou a zníženie venózneho toku krvi z penisu. Za hlavný mediátor penilnej erekcie je považovaný ovaný oxid dusíka (NO), ktorý stimuluje produkciu cgmp. Farmakologická terapia je založen ená na biologických mechanizmoch, ktoré zvyšuj ujú hladinu NO a cgmp.

26 IIEF-5 QUESTIONNAIRE IIEF score: normal, mild ED, moderate ED, <10 severe ED Pycnogenol Placebo I I E F n = 13 P A/D = 0,019 Pyc-A Pyc-B Pyc-C Pyc-D Pyc-E I I E F n = 8 P A/D = 0,48 Pyc významne zlepšuje erektiln ktilnú funkciu zo stredne závažnej na miernu kategóriu podľa IIEF-5 skóre Pl-A Pl-B Pl-C Pl-D Pl-E Ďuračková et al: Nutrition Res. 2003

27 IIEF-5 5 skóre a TEAC y = 62,733x - 3,0415 r = 0,319 p = 0,031 IIEF ,1 0,2 0,3 0,4 TAS (mmol troloxu/l) IIEF IIEF-5 5 skóre a NO y = 0,1804x + 7,2435 r = 0,359 p = 0, Total NO (µmol/l) Trebatický a kol., Polyphenols Communications 2004

28 Biochemical pathway of EF Adenylate cyclase Guanylate cyclase NANC nerve terminals in penis NO Neurotransmitter Endothelial cells in penis NO Guanylate cyclase cgmp Vasodilatation Vasodilatation Relaxation Relaxation Penile Penileblood engorgement engorgement GTP SILDENAFIL Phosphodiesterase-5 5-GMP

29 Ďalšie pozitívne účinky Pyc na erektilnú funkciu inhibícia PKC zníženie koncentrácie bunkového Ca 2+ (je potrebný pre vazokonstrikciu) cez aktiváciu PKC inhibícia cyklických nukleotidfosfodiesteráz aktivácia endotelovej NOS zvýšenie hladiny NO

30 Hyperkinetická porucha aktivity a pozornosti (ADHD) Neurovývinové ochorenie Príčinou sús genetické a negenetické (vonkajšie) faktory Symptómy: my: Hyperaktivita Nepozornosť Impulzivita Porucha emóci cií a afektov Sociálna maladaptácia

31 Protokol klinickej štúdie Dvojito - slepá, placebom kontrolovaná, randomizovaná štúdia 61 detí s ADHD (priemerný vek 11.5 roka) PYCNOGENOL (44 detí, 1 mg/kg/deň) PLACEBO (17 detí, 58 mg laktóza) Odber pred podávaním Pyc/PL (čas 0) Odber mesiac po podávaní Pyc/PL (čas 1) Odber mesiac po ukončení podávania Pyc/PL (čas 2)

32 ADHD Výsledky Oxidačné poškodenie DNA u detí s ADHD Suma poškodenia *** Deti s ADHD Kontroly n (ADHD) = 58 n (Kontroly) = 56 *** p < Hladiny 8-oxoG v lymfocytoch stanovené kométovou metódou 8-oxo-G/10 6 G * o Pyc PL Tieto výsledky sme potvrdili aj v sére s metódou HPLC-ECD, kde sme stanovili 8-oxodG8 Čas vyš etre nia (m esiac) n (Pycnogenol( Pycnogenol) ) = 39 n (Placebo( Placebo) ) = 17 * p < 0.05 Pyc 0/1 O p < 0.05 Pyc/ / PL 1 Chovanová, Muchová a kol. (2006) Free Radic Res

33 ADHD Výsledky Vzťah medzi klinickými parametrami, hladinou 8-oxoG 8 a TAS Nepozornosť (skóre) Pycnogenol r = 0,3561 p = 0, Rozdiely 8-oxoG/10 6 G Nepozornosť (skóre) Pycnogenol r = - 0,3105 p = 0, Rozdiely TAS Po mesačnom podávan vaní Pyc sme zistili, že: zo znižuj ujúcim sa poškoden kodením m DNA sa zvyšuje pozornosť u detí s ADHD zo zvyšuj ujúcou sa antioxidačnou nou schopnosťou ou plazmy sa zvyšuje pozornosť u detí s ADHD Chovanová, Muchová a kol. (2006) Free Radic Res; Trebatická,... Muchová a kol. (2006) Eur Child Adolest Psychiatry

34 ADHD Výsledky Dvořáková,... Muchová a kol. (2006) Redox Report

35 ADHD Závery U detí a ADHD je zýšen ené oxidačné poškodenie DNA oproti zdravým deťom Pycnogenol redukoval oxidačné poškodenie DNA Pycnogenol normalizoval celkovú antioxidačnú schopnosť Pycnogenol vplýval na hladinu GSH a GSSG Pycnogemol zlepšoval pozornosť a znižoval hyperaktivitu

36 CHRONICKÁ VENÓZNA INSUFICIENCIA Oxidačné poškodenie bielkovín n a DNA 0,3 Protein carbonyls at the beginning of trial n m o l carb /m 0,25 0,2 0,15 0,1 0,153 Control 0,183 Patients T o t a l d a m a g Poškodenie DNA ,15 P = 0,01 0 Control Patients

37 CHRONICKÁ VENÓZNA INSUFICIENCIA Vplyv Pyc na hladinu oxidačne poškodených bielkovín a DNA PYCNOGENOL % ( n m o l k a rb /m A B C T o t a l d a m a g e ( % ) Pycnogenol P < 0,01 *** *** nepublikované výsledky

38 WOMAC TM Osteoarthritis Index - BOLESŤ Rozdiely v mediánoch skóre v včase D ifferen ces b etw een WO MAC A sco res 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 ** ** ** Med Dif Pyc Med Dif Plac W 0 A W 4 A W 8 A W 12 A W 14 A Time of treatment (w eeks) Vyššia hodnota rozdielu = menšia bolesť Cisár a kol., Phytother. Res., 22, 2008, 8,

39 WOMAC TM Osteoarthritis Index - STUHNUTOSŤ Rozdiely v mediánoch skóre v čase WOMAC B (%) * ** ** ** W 0 B W 4 B W 8 B W 12 B W 14 B Time of treatment Median Pyc Median Placebo Vyššia hodnota rozdielu = menšia stuhnutosť kĺbu Cisár a kol., Phytother. Res., 22, 2008, 8,

40 WOMAC TM Osteoarthritis Index - DENNÉ AKTIVITY Rozdiely v mediánoch skóre v včase 74 ** ** ** Median Pyc Median Placebo W 0 C W 4 C W 8 C W 12 C W 14 C Vyššia hodnota rozdielu = menšie problémy pri denných aktivitách Cisár a kol., Phytother. Res., 22, 2008, 8,

41 Protokol štúdií ex vivo 5 alebo 10 zdravých dobrovoľníkov (vek rokov) 24 hod. pred pokusom diéta bez obsahu polyfenolov Odber krvi pred podaním Pyc Pycnogenol v dávke d 200 mg/osoba po dobu 5 dní Pycnogenol v dávke d 300 mg/osoba Odber krvi 4 hod po podaní poslednej dávky Pyc Odbery krvi po podaní Pyc: 30 min, 1 hod, 2 hod, 4 hod, 6 hod, 8 hod, 10 hod, 12 hod a 14 hod

42 Vplyv oxidačného stresu na redox závislú expresiu génov (Aktivácia NF-kB kb) Oxidačný stres NF-kB aktivácia amplifikácia génová transkripcia cytokínov, chemotaktických faktorov Zápal RMO Oxidačné poškodenie

43 Úloha polyfenolov v prevencii chronických ochorení genetické amplifikácia vývojové prostredia RMO Aktivácia NF-kB RMO Bunková smrť virálne génová transkripcia cytokínov, chemotaktických faktorov Zápal výživov ivové hormonálne Protizápalové účinky Účinky zyšujúce antioxidačný potenciál

44 Biomodulačné účinky Pyc Výsledky I Po podaní Pyc v opakovanej dávke d 200 mg Inhibícia sekrécie MMP-9 Inhibícia aktivity NF-κB S e k r é c ia M M P - 9 (% ) Pred podaním Pyc ** Po 5 dňoch podávania Pyc Aktiv á cia p6 5 (% ) Pred podaním Pyc * Po 5 dňoch podávania Pyc ** p < 0.01 n = 5 * p < 0.05 Grimm, Chovanová, Muchová a kol. (2006) Journal of Inflammation

45 Biomodulačné účinky Pyc Výsledky III 30 min po podaní Pyc v jednorázovej dávke d 300 mg Inhibícia aktivity COX-1 1 a COX-2 Inhibícia (% * ** *p < 0.02 ** p < n = COX-1 30 min po podaní Pyc COX-2 Schäfer, Chovanová, Muchová a kol. (2006) Journal of Inflammation

46 Biomodulačné účinky Pyc Výsledky III Plateled reach plasma aggregation Whole blood cell aggregation Golanski, Muchová a kol. (2006) Postepy Hig. Med, Dosw.

47 Mechanizmus pôsobenia Pyc Mobilizácia kyseliny arachidónovej z fosfolipidov Oxidácia kyseliny arachidónovej pôsobením m COX-1 Vplyv na TXA 2 syntázu Vplyv na expresiu prozápalových palových cytokínov a tým na expresiu COX-2

48 Biomodulačné účinky Pyc Pyc inhibuje aktivitu enzýmov COX Schäfer fer,, Chovanová,, Muchová, Sumegová,, Liptákov ková, Ďura uračkov ková, Högger (2006) Biomedicine and Pharmacotherapy Pyc inhibuje aktivitu NF-κB a sekréciu MMP-9 Grimm,, Chovanová,, Muchová, Sumegová,, Liptákov ková, Ďura uračkov ková, Högger (2006) Journal of Inflammation Pyc sa transformuje v organizme a jeho zložky a metabolity sús detekovateľné v plazme Grimm, Skrabala,, Chovanová,, Muchová, Sumegová,, Liptákov ková, Ďura uračkov ková, Högger (2006) BMC Clinical Pharmacology Pyc potláča agregačnú schopnosť trombocytov Napomáha antiagregačnému účinku ASA Golanski,, Muchová a kol.. (2006) Postepy Hig.. Med, Dosw. Má synergický účinok s kys.. askorbovou a Troloxom Sivoňov ová, Žit itňanov anová,, Horákov ková, Štrosov trosová,, Muchová, Balgavý,, Dobrota, Ďura uračkov ková (2006) Gen. Physiol. Biophys.

49 Vplyv Pyc na hladinu proteínu neuronálnej NOS a SOD Percentage (%) * C D D + Pyc + Percentage (%) * C D DP + * p D vs. C + p DP vs. D * p 0.05 D vs. C + p 0.05 DP vs. D Koláček M., Muchová J. a kol.. (2010), Praque Medical Report

50 Antioxidanty Mechanizmy účinku polyfenolov ako biomodulačných látok (v hydrofilnom a lipofilnom prostredí) Vplyv na expresiu génov Polyfenoly Vychytávanie voľných radikálov Synergický účinok Chelatácia iónov kovov Modulácia signálnych dráh

51 Katechíny zo zeleného čaju Antikarcinogénne nne? HO Karcinogénne nne? OH O OH OH OH Zníženie rizika rôznych foriem rakoviny u ľudí (Weyant et al.: Cancer Res 61, , 2001 Kohlmeier et al.: Nutr.Cancer 27,1-13, 1997) Pozitívna korelácia medzi zel. čajom a rakovinou rôznych orgánov Katechín indukuje Cu-závisl vislú tvorbu H 2 O 2 a poškodenie bunkovej aj izolovanej DNA (Yang and Wang: J.Natl.Cancer Inst.. 85, , 1049, 1993 Oikawa et al.: FRR 37, , 890, 2003)

52 ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ