A fekete berkenye bogyók antioxidáns hatása és potenciális daganatellenes aktivitása

A fekete berkenye bogyó (vagy arónia) Észak-Amerikában őshonos cserje, melynek friss gyümölcseit az élelmiszeriparban különféle diétás termékek előállítására használják. Az aronia melanocarpa (fekete berkenye bogyók) gyümölcseiben többféle emberi egészségre potenciálisan jótékony hatással bíró biológiai aktivitás mutatható ki, mint például az antidiabetikus, antimikrobiális, daganatellenes, antiobezitás, antioxidáns hatások, valamint szív-, máj- és neuroprotektív hatások.

Bevezetés

Az arónia bogyó, vagy más néven fekete berkenye (Aronia melanocarpa, Rosaceae család), Észak-Amerikában őshonos cserje, melynek friss gyümölcseit általában nem fogyasztják közvetlenül a keserű íze miatt. Azonban ezeket a bogyókat felhasználják az élelmiszer- és italiparban gyümölcslé, szirup, lekvár, gyümölcstea és bor előállításához, valamint étrend-kiegészítőkben is alkalmazzák. Fitokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy az Aronia melanocarpa (fekete berkenye bogyók) gyümölcsei gazdag forrásai a fenolos vegyületeknek, beleértve a prociánidinokat, antociánokat, fenolsavakat és azok analógjait. Ezek a bogyók több új vegyületet is termelnek, amelyek tartalmazzák a flavanol-kumarin-fenol egységet, és hidroxil szabadgyök megkötő és kinon-reduktáz indukáló aktivitást mutatnak. Az arónia bogyók fő biológiailag aktív összetevőinek tartalma viszonylag magas, 10 mg-tól 5500 mg-ig per 100 g szárított gyümölcsben, ideértve a prociánidineket, a cianidin-3-O-galaktózidot, a klorogénsavat és a quercetint (1. ábra). Ebből kiindulva a prociánidinek tartalma meghaladhatja a szárított gyümölcsök 5%-át. Ezeknek a biológiailag aktív vegyületeknek a magas koncentrációi nemcsak hozzájárulnak az arónia gyümölcseinek megfigyelt biológiai hatásaihoz, hanem lehetőséget kínálnak hasznos terápiás anyagok felfedezésére is ebből a növényi részből.

A fenolos vegyületek erős antioxidáns aktivitással rendelkeznek, amelyek hozzájárulnak a fekete berkenye bogyók egészséget támogató hatásaihoz. Ezek közé tartozik az antidiabetikus, antimikrobiális, antimutagenikus és citotoxikus hatások, valamint a szív-, gyomor-, máj- és sugárzás-védelmi és immunmodulációs hatások. Így a fekete berkenye bogyók fogyasztása támogathatja bizonyos krónikus betegségek, például anyagcsere-rendellenességek megelőzését, és csökkentheti egyes xenobiotikumok toxikus hatásait az emberi egészségre.

A fekete berkenye bogyók antioxidáns aktivitása

A fekete berkenye bogyók és fő fenolos összetevőik antioxidáns aktivitása széles körben dokumentált. Ezek a természetes anyagok képesek többféle típusú szabadgyök aktivitását gátolni különböző mechanizmusokon keresztül, és hozzájárulni más biológiai hatásokhoz. A fekete berkenye bogyók kivonatai és számos fenolos vegyületük radikál-semlegesítő aktivitást mutattak 1,1-difenil-2-pikril-hidrazil (DPPH) tesztben, és gátolták a 15-lipoxigenáz és xantin-oxidáz aktivitását, amelyek peroxidatív és prooxidatív enzimek, és szabadgyökök forrásai az érsejtekben. Korábbi kutatásokban néhány kis fenolos vegyület, melyet a fekete berkenye azaz arónia bogyókból izoláltak, hatékony antioxidáns aktivitást mutatott hidroxil-szabadgyök-semlegesítő tesztben, és ezekben a vegyületekben a katekol csoportnak fontos szerepe lehet ilyen tulajdonság mediálásában. A fekete berkenye bogyók antioxidáns aktivitását vizsgálták egy klinikai vizsgálatban is, 11 egészséges önkéntes alanyon, akik három hétig napi 250 ml fekete berkenye (arónia) bogyólevet fogyasztottak. Az alanyok szérum antioxidáns kapacitása jelentősen nőtt, amikor spektrofotometriás módszerrel tesztelték, és DPPH stabil radikál cationokat használtak.

Ugyanakkor egy későbbi klinikai vizsgálat kimutatta, hogy a fekete berkenye bogyók fogyasztása nem változtatta meg az oxidatív stressz biomarkereit, sem az összes antioxidáns aktivitást, amit mind a plazmában, mind az alanyok vizeletében mértek. Ez a vizsgálat 49 egészséges, korábban dohányzó felnőtt résztvevőnél egy 12 hetes, randomizált, placebo-kontrollált vizsgálat során történt, akik napi 500 mg etanolextraktumot fogyasztottak a fekete berkenye (arónia) bogyókból. Hasonlóképpen, a fekete berkenye lé kiegészítése sem befolyásolta azokat a paramétereket, amelyeket azon résztvevők esetében mérték, akiknek az étrendjét 12 fiatal férfi sportoló esetében napi 200 ml fekete berkenye levével (ami 330,6 mg antociáninnak felelt meg) egészítették ki hét hétig. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a fekete berkenye bogyók antioxidáns kapacitása nem volt elegendő ezekben a tanulmányokban, és azoknak a fenolos összetevőknek az adagja lehet fontos a kapott aktivitás mediálásában. Ezért a jövőbeli klinikai vizsgálatoknak mind az aktív adag optimalizálására, mind a fekete berkenye bogyók toxikus hatásainak tanulmányozására kellene összpontosítaniuk.

Az antioxidánsok fontos szerepet játszanak az emberi egészség támogatásában, mivel képesek gátolni azokat a szabadgyököket, amelyek károsítják a normál sejteket. Ezen okból az antioxidáns hatások értékesek lehetnek más, az oxidatív stressz által okozott állapotok enyhítésében is, beleértve a rákot, fertőzéseket, szívbetegségeket és cukorbetegséget. Ebben az összefüggésben a fekete berkenye (arónia) bogyókban található gazdag fenolos vegyületek és más természetes anyagok, melyek erős antioxidáns aktivitást mutatnak, támogathatják az emberi egészség javítását.

A fekete berkenye (arónia) bogyók potenciális daganatellenes aktivitása

Az oxidatív stressz jelen van különböző ráksejtekben is, és az antioxidánsokat potenciális értékkel ruházták fel a rák kemoterápia területén. A fekete berkenye (arónia) bogyókból származó antioxidáns kivonatok, összetevők vagy fél-szintetikus származékok terápiás hatásait részletesen dokumentálták különböző ráksejtek esetén, beleértve az emlő-, méhnyak-, vastagbél-, glioblasztóma-, máj- és tüdőrákot, valamint leukémiás sejteket. Például a fekete berkenye (arónia) bogyók antioxidáns aktivitása a teljes prociánidin- és antociánin-tartalommal volt összefüggésben, és a jelen lévő cianidin glikozidok gátolták a HeLa humán méhnyakrákos sejtek szaporodását, valamint növelték a reaktív oxigénfajták (ROS) képződését ezekben a ráksejtekben. Egy további in vitro vizsgálatban a fekete berkenye (arónia) bogyókban lévő fenolos összetevők erős antioxidáns aktivitást és citotoxicitást mutattak a HepG2 humán májráksejtekkel szemben.

A fekete berkenye (arónia) bogyók ígéretes aktivitást mutatnak az emberi vastagbélrákos sejtekkel szemben. Kereskedelmi forgalomban kapható vörös [Aronia arbutifolia], lila [Aronia prunifolia], és fekete [Aronia melanocarpa] fekete berkenye fajták gyümölcseiből készült kivonatokat tesztelték a teljes fenol- és antioxidáns aktivitás, valamint a HT-29 humán vastagbélrákos sejtek növekedését gátló hatás tekintetében. Az eredmények azt mutatták, hogy csak a fekete berkenye (arónia bogyók) kivonata volt hatásos a HT-29 sejtekkel szemben, és ez a hatás a kivonat teljes fenol-tartalmával, antioxidáns aktivitásával, valamint koffeinsav- és klorogensav-szintjeivel korrelált. Ezt egy másik tanulmány is alátámasztotta, ami kimutatta, hogy az antociánin-dúsított szederkivonat antioxidáns és gyulladáscsökkentő hatásokkal és antiproliferatív tulajdonsággal bírt a HT-29 sejtekkel szemben. Érdekesség, hogy a fekete berkenye (arónia) bogyók antociánin-dúsított kivonata szelektíven citotoxikus volt a HT-29 sejtekkel szemben, de nem az emberi NCM460 normál vastagbélsejtekkel. Ezenkívül a Caco-2 humán vastagbélráksejtek szaporodását gátolták, amikor kitéve voltak a fekete berkenye (arónia) levének.

A fekete berkenye (arónia) bogyók mechanizmusát illetően a HT-29 sejtnövekedést G1/G0 és G2/M fázisokban blokkolják a sejtciklus során, a ciklinfüggő kináz inhibitorok (CDKI-k) felfregyverzésével és a ciklin A és ciklin B1 lefelé szabályozásával. A Caco-2 sejtnövekedést G2/M sejtciklus-állapottal állítják meg a tumor szuppresszor carcinoembryonikus antigénnel kapcsolatos sejtadhéziós molekula 1 (CEACAM1) felfregyverzésével. A fekete berkenye (arónia) bogyók metanolextraktumában jelen lévő antociáninok gátolják a gyulladásos citokineket, a “solute carrier” család 1 tagját 5 (SLC1A5) és a mammalian target of rapamycin (mTOR) foszforilációját és annak leáramló célpontjait a Caco-2 sejtekben. Az SLC1A5 fontos aminosav szállító, amelyet a ráksejtek magas szinten kifejeznek a sejtproliferáció és invázió szabályozására. Így a fekete berkenye (arónia) bogyók kivonatának SLC1A5-re gyakorolt gátló hatása ígéretes lehetőséget kínál az új daganatellenes szerek felfedezésére, amelyek célzottan hatnak az SLC1A5-re. Ezenkívül a fekete berkenye (arónia) bogyók antociáninjai a Wnt/β-katenin jelátviteli úton keresztül gátolják a Caco-2 sejtnövekedést.

Érdekesség, hogy a bogyók antociánidinjei szelektív sejtnövekedést gátló aktivitást mutattak az A549 és H1299 humán nem kis sejtes tüdőrákos (NSCLC) sejtekben, és ezeknek a vegyületeknek az egyenlő móláris kombinációja szinergista aktivitást mutatott a sejtproliferációban, invázióban és migrációban. Ezek a tevékenységek az onkogén Notch és Wnt jelátviteli utakon keresztül és ezek leáramló célpontjainak hatására vezethetők vissza. A sejtmigráció kritikus szerepet játszik az angiogenezisben és sebgyógyulásban, ahol a GTPázok, mint hidroláz enzimek, kapcsolódnak a nukleotid guanozin-trifoszfát (GTP)hoz, amely irányítja a sejt citoszkeleton konformációját és megváltoztatja a sejt mobilitását a PI3K/Akt útvonalhoz kapcsolódva. Így a bogyókból származó antociánidinok bizonyos terápiás potenciállal bírhatnak a NSCLC és más rákok célzott kezelésére, valamint a rák visszaesésének és áttétek kialakulásának megelőzésére.

Jól ismert, hogy a rák őssejtek (CSC-k) felelősek a tumor keletkezéséért, fejlődéséért, áttétekért és a sugárkezelés és kemoterápia ellenállásáért. A fekete berkenye (arónia) lé szelektíven gátolta a P19 egér embrionális carcinoma őssejtek proliferációját, felfregyverzéssel az oncoszuppresszorok p53 és p73, valamint az antiapoptotikus fehérje UHRF1 és a törzssejtfaktor Oct-4 lefelé szabályozásával. Ez azt sugallja, hogy a fekete berkenye (arónia) bogyók fenolos vegyületei gátolhatják a ráksejtek ellenállását a rákterápiáknak, hogy fokozzák más rákellenes szerek hatékonyságát. Például a fekete berkenye (arónia) bogyókban lévő fenolos vegyületek fokozták a gemcitabin citotoxicitását az AsPC-1 humán hasnyálmirigy ráksejtek ellen.

Bebizonyosodott, hogy a fekete berkenye (arónia) bogyók fő fenolos vegyületei potenciális rákellenes aktivitást mutatnak. Ezek közül a cianidin-3-O-galaktózid rákellenes potenciálja jól le van írva, bár mindeddig nem jelentettek klinikai vizsgálati eredményeket. Például a cianidin-3-O-galaktózidot tartalmazó bogyókivonatok gátolták a BGC-803 humán gyomorrákos sejtnövekedést sejtapoptózis indukálásával különböző génváltozásokon keresztül, beleértve a Bax és Bak expressziójának növekedését és a Bcl-2 és Bcl-xl expressziójának csökkenését. A kis molekulatömegű fenolsav, a klorogénsav, a p53 és kapcsolódó fehérjék, a p38 mitogén-aktivált protein kináz (p38 MAPK), a c-Jun aminoterminális kináz (JNK), a c-Myc, a ROS és más célpontokon keresztül gátolta a ráksejtek proliferációját, migrációját és invázióját.

A máj- és tüdőtumor növekedése jelentősen gátolt, amikor hím NOD/SCID egereket (18-22 g) humán Huh7 hepatoma vagy H446 tüdőrák sejtekkel inokuláltak, majd intraperitoneálisan (i.p.) kezelték klorogénsavval (25 mg/kg, naponta) 30 napig, miután a daganatok elértek 100 mm3-t. Az egereknél még magas adag esetén sem (200 mg/kg felett, i.p.) voltak észlelhetők kifejezett toxicitás jelei [31]. Mechanisztikusan a klorogénsav gátolta a hepatocelluláris karcinóma növekedését a DNS-metiltranszferáz 1 (DNMT1) lefelé szabályozásával, ami segíti a DNS-metilációt, a legelterjedtebb epigenetikai módosítást. Érdekesség, hogy a klorogénsav szinergista hatást mutatott a rákellenes doxorubicinnel az emberi U2OS és MG-63 osteoszarkóma sejtek ellen.

Az előrehaladott rákos betegek esetében hatásos kezelés nélkül végzett klorogénsavval kapcsolatos I. fázisú klinikai vizsgálatról szóló adatok (NCT02136342, szponzor: Kínai Orvostudományi Akadémia) közzétételre kerültek. Ez a vizsgálat 2014. május 13-án kezdődött, de 2014. október 21-én befejeződött (https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02136342?cond=chlorogenic+acid&draw=4&rank=6, hozzáférés: 2022. szeptember 5). Egy másik I. fázisú tanulmány a klorogénsav injekció toleranciájáról és farmakokinetikájáról a haladó rák kezelésében 2014 szeptemberében kezdődött és 2016 októberében fejeződött be (NCT02245204, szponzor: Sichuan J.Z. Bio-kémiai Tudomány és Technológia Fejlesztési Kft., Chengdu, Kína) (https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02245204?cond=chlorogenic+acid&draw=2&rank=7, hozzáférés: 2022. szeptember 5). Ezeket követve 2018. november 23-án közzétették a klorogénsav injekcióval végzett, egyszeres karú, nyílt címkés, multicentrikus I. b/II. fázisú vizsgálatok biztonságosságára és hatékonyságára vonatkozó klinikai vizsgálati tervét haladó tüdőrákos betegeknél (NCT03751592, szponzor: Sichuan J.Z. Bio-kémiai Tudomány és Technológia Fejlesztési Kft., Chengdu, Kína) (https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03751592?cond=chlorogenic+acid&draw=2&rank=9, hozzáférés: 2022. szeptember 5). Ezek a klinikai vizsgálatok azt mutatják, hogy a klorogénsavnak van rákellenes potenciálja.

A kvercetin esetében kimutatták a potenciális daganatellenes aktivitását. A daganatsejtek növekedését apoptózis és autofágia indukálásával gátolja, célzva a PI3K/Akt/mTOR, Wnt/β-katenin és MAPK/ERK1/2 útvonalakat, amelyek részt vesznek a daganat anyagcseréjében és a mitokondriális funkcióban. Emellett gátolja a GLUT1-, 3- és 4-által mediált 2-dezoxi-glükóz transzportot, így potenciális rákellenes aktivitást mutat. Így a kvercetin ígéretes lehetőség lehet a rákellenes szerek fejlesztésére a daganat metabolitok célzásával.

Ezenkívül a fekete berkenye (arónia) bogyókból izolált pentaciklikus triterpén, az ursolsav (Ábra 2), potenciális daganatellenes aktivitást mutatott az NF-κB aktivációjának gátlásával és más mechanizmusokkal, amelyek az angiogenezis és a metasztázisban játszanak szerepet. Egy I. fázisú tanulmány, amely a liposzomális formájú ursolsav többszöri adagolásának tolerálhatóságát, hatékonyságát és farmakokinetikáját vizsgálta, azt mutatta, hogy ez az anyag biztonságos és jól tolerálható, és némi potenciált mutatott a beteg remissziós arányának javítására. Ezenkívül az ursolsav gyulladásgátló aktivitást mutatott, célzva a hisztamin, a lipoxigenáz, a ciklooxigenáz, a foszfolipáz, a nitrogén-oxid és a ROS-t, amelyek mindegyike fontos szerepet játszik a triterpén potenciális daganatellenes aktivitásának közvetítésében.

Nemrégiben két ursolsav-észter származékot, nevezetesen a 3-O-trans- és -cis-p-kumaroil-tormentinsavakat (Ábra 2), azonosították mint a fekete berkenye (arónia) bogyókból izolált etil-acetáttal oldható kivonat aktív összetevőit egy aktivitásvezérelt izolációs eljárás során. Kimutatták, hogy ezek az észterek gátolják az MCF-7 és MDA-MB-231 humán mellrák sejtek proliferációját és mammoszférák kialakulását, mivel károsítják a c-Myc kifejeződését, ami egy rák őssejt túlélési faktor. Az eredmények azt mutatják, hogy ezek a triterpén-észterek gátoló hatást gyakorolhatnak a mellrák őssejtek ellen, így ígéretes vezetők lehetnek új mellrák-kemoterápiás szerek fejlesztésére a c-Myc fehérje diszruptív hatásán keresztül.

Ezért a fekete berkenye (arónia) bogyókban található erős antioxidáns fenolos vegyületek és triterpenoid összetevők támogatják a fekete berkenye (arónia) bogyók rákellenes potenciálját, amelyet néhány szokatlan működési mechanizmus közvetíthet. Példaként a mellrákos betegek plazmájából származó vérpróbákat jelentősen csökkentették az oxidative/nitratív stressz és a hemostatikus aktivitás szintjei, amikor a vérmintákat in vitro kezelték fekete berkenye (arónia) bogyók kereskedelmi kivonatával (50 μg/mL). Ez arra utal, hogy a fekete berkenye (arónia) bogyók ígéretes antioxidáns terápiát vagy koadjutáns terápiát képviselhetnek a mellrákos betegek számára. Így a fekete berkenye (arónia) bogyók és azok összetevői ígéretes lehetőségek lehetnek az új rákellenes szerek fejlesztésére, különösen a chlorogensav esetében, ami a fekete berkenye (arónia) bogyók egyik fő fenolsavja, amint azt korábban tárgyaltuk a rákos betegeken végzett klinikai vizsgálatok kapcsán.

Az eredeti cikk szerző(k), forrás és referenciák: Yulin Ren, Tyler Frank, Gunnar Meyer, Jizhou Lei, Jessica R Grebenc, Ryan Slaughter, Yu G Gao és A Douglas Kinghorn – MDPI