폴리페놀 산화 방지제 케르세틴과 나린제닌 간의 상호 작용은 혼합물의 독특한 산화 환원 관련 화학적 및 생물학적 거동을 지시합니다 1부
Mar 11, 2022
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다음과 같은 비감염성 만성질환의 분자적 기반에 대해 지난 20년 동안 수행된 연구죽상 동맥 경화증, 고혈압, 당뇨병, 특히 암을 잡는 주요 관심은 이러한 모든 질병이 산화 스트레스라고 하는 산화환원 항상성의 붕괴라는 공통 위험 요소를 공유한다는 사실을 밝혀냈습니다. 이것은 신체의 항산화 장벽이 실패하여 활성 산소 종(ROS)의 내인성 수준이 증가한 결과 발생하며 이러한 모든 질병의 발병을 촉진하는 것으로 믿어집니다. 따라서 ROS를 중화할 수 있는 외인성 인자(예: 식물 항산화제)가 만성 질환의 발병을 억제하거나 늦추고 치료를 지원할 수 있다는 가정이 따랐습니다. 이 가설의 검증은 예방 가능성을 나타낼 수 있는 식품에 존재하는 항산화제에 대한 상세한 연구를 시작했습니다4. 실제로 음식 섭취와 식이 관련 만성 질환을 비교한 메타 분석에 요약된 여러 연구에서 과일과 채소, 통곡물, 와인, 커피, 차와 같은 음료가 풍부한 식단의 경우 위험이 감소한 것으로 나타났습니다. 따라서 항산화 파이토케미컬이 풍부한 제품. 당연히 이러한 물질은 일단 천연 공급원에서 분리되고 정제된 다음 식이에서 얻을 수 있는 것보다 더 많은 양을 함유하는 식이 보조제의 형태로 섭취되어 강력한 화학 예방제가 될 수 있다고 추정되었습니다. 이 가정은 암을 포함한 만성 질환의 다양한 시험관 내 및 생체 내 실험 모델을 활용한 연구에서 나온 많은 증거에 의해 확인되었습니다.7. 실망스럽게도 최근 인간 연구에서 항산화 보충제가 그러한 유망한 활성을 나타내지 않는다는 것이 밝혀졌습니다. . 예를 들어, 비타민 E8 또는 미량영양소 제제를 사용한 인간 코호트 및 사례 대조 연구에 대한 두 가지 메타 분석"에 따르면 낮은 수준의 항산화제는 효과가 없는 반면 고용량은 암 및 심혈관 질환의 발병률과 사망률을 증가시킬 수 있다고 결론지었습니다. 보충제는 농축 폴리페놀이 풍부한 식품(석류, 녹차, 브로콜리, 강황)의 특정 혼합과 같은 실제 식물을 기반으로 했으며 전립선암이 있는 남성에서 상당한 보호 효과가 관찰되었습니다1.
분리된 화합물과 대조적으로 전체 식품의 유망한 효과는 인간 건강에 대한 다른 식품 성분의 조합의 추가적 영향 이상으로 정의되는 식품 시너지 개념과 일치합니다. 우리의 이전 연구는 실제 식품의 생물학적 활성을 분리된 주요 항산화제와 비교하여 이 개념을 검증했습니다. 이것은 베리 과일 추출물의 생물학적 효과가 anthocyanin cyanidin{0}}O-glucoside가 나타내는 생물학적 효과와 크게 다르다는 것을 보여줍니다. 일부 다른 보고서에서는 식품의 최종 생체 활성을 결정하는 협력 요인으로 밝혀진 다양한 생리 활성 화합물과 식품 매트릭스 구성요소 간의 상호작용의 중요성을 지적하기도 했습니다3-1. 생체 활성 성분의 코코아 구성을 단계적으로 재구성하는 것과 관련된 우리의 최근 기계론적 조사는 식품 시너지에 대한 아이디어를 지지했지만 복잡한 구성을 가진 샘플의 생물학적 효과가 개별 구성 요소에 의해 표시되는 활성의 조합이 아님을 보여주었습니다. 이러한 모든 관찰은 분리된 항산화제 대 혼합물의 산화환원 관련 생체 활성을 고려할 때 구성 요소 간의 상호 작용을 고려해야 함을 시사합니다. 혼합의 복잡성 증가파이토케미컬새로운 것을 만드는 것 같았다산화 환원 활성 물질식품 시너지 개념에 의해 추론되는 화합물의 새로운 활성 특성이 추가되어 혼합물을 풍부하게 하기 보다는.
Cistanche는 면역력을 향상시킬 수 있습니다
현재 연구에서 우리는 화학 구조, 산화 환원 반응성 및 산화 환원 관련 생체 활성의 맥락에서 상호 작용의 세부 사항을 탐구하기 위해 두 개의 핵심 구조로만 제한하여 실험 시스템을 단순화하여 더 나은 이해와 이 목적을 위해 사용된 파이토케미컬은 다양한 허브, 야채, 과일, 특히 감귤류 과일에 존재하는 일반적인 항산화제, 즉 케르세틴(O)으로 대표되는 플라보놀과 람노-사이드 루틴( R) 나린제닌(N-)에 의한 플라바논 및 그네오헤스페리도사이드naringin(N plus )뿐만 아니라 이러한 화합물의 두 가지 혼합물(QN-, RN plus ). 연구의 화학적 구성은 산화 과정, 즉 DPPH 테스트, 전위차 적정 및 차동 펄스 전압전류법(DPV)의 열역학 및 동역학에 대한 통찰력을 제공하는 결정을 포함했습니다. 생물학적 테스트는 연구된 샘플이 세포 성장(MTT 테스트), 세포 항산화 활성(CAA 분석), 유전독성(혜성 분석), 전체 DNA 메틸화 수준(혜성 분석의 후성적 버전) 및 84 산화환원의 발현에 미치는 영향을 조사했습니다. -관련 유전자(실시간 PCR 어레이 기반 기술). 생물학적 실험은 섭취된 항산화제의 상대적으로 높은 농도에 노출될 수 있는 장 상피의 모델로서 영양 연구에 권장되는 결장 선암종 HT29 세포주를 사용하여 수행되었습니다.
결과
코코아 가루와 그 주성분의 산화환원 관련 특성을 비교한 우리의 초기 조사는 전체 항산화 활성에 대한 혼합물의 폴리페놀 성분 사이의 상호작용의 중요성을 지적했습니다. 현재 연구에서 우리는 일반적인 식품 구성 요소인 한 쌍의 플라보노이드에 대해 이러한 상호 작용을 보다 자세히 조사하기 위해 실험 시스템을 단순화했습니다. 두 가지 플라보노이드가 아글리콘과 배당체 형태로 선택되었습니다. 플라보놀은 케르세틴(Q)과 그람노사이드 루틴(R) 및플라바논naringenin(N-)과 네오헤스페리도사이드 naringin(N plus)에 의해 이러한 폴리페놀은 산화환원 활성 수산기의 수와 위치, 분자 내 H-결합을 형성하는 능력, 즉 항산화 화합물의 특성을 감소시키는 데 방해가 될 수 있는 세 가지 구조적 특징이 다릅니다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고리 B의 카테콜 잔기 산화의 첫 번째 단계에서 형성된 중간 세미퀴논 라디칼
Q 또는 R의 두 가지 방법으로 안정화될 수 있습니다.i8,19. 첫 번째 방법은 B 및 C 고리에 대한 코어 구조의 접합 및 C 고리의 인접 OH 기 또는 치환기로 두 번째-H-결합 형성, 특히 R에서. 위치 3의 당 치환기에서 히드록실 기의 존재 고리 C의 H-결합 형성 가능성이 더 높기 때문에(직접 또는 물 분자를 통해) 이 안정화 효과를 더욱 향상시킬 수 있습니다. 대조적으로, N 플러스 또는 N-의 중간체 페녹실 라디칼은 또한 고리를 포함하는 공액 이중 결합에 의해 안정화되지 않습니다. C는 이웃하는 치환기와 H 결합하지 않습니다. 더욱이 N 플러스에서 당 부분은 고리 A에 부착되어 고리 B의 라디칼과 H-결합을 형성하기에는 너무 멀다. 이러한 구조적 특징이 연구된 플라보노이드의 산화환원 활성에 영향을 미칠 것으로 예상할 수 있다.
화학적 시험에 의한 항산화 활성.
연구된 폴리페놀 및 이들의 혼합물에 대한 환원 특성의 결정은 산화환원 과정의 세포 조건과 일치시키기 위해 37℃에서 두 가지 화학 분석에 의해 수행되었습니다. 첫 번째 방법은 일반적으로 사용되는 배치 분광광도계 DPPH 테스트입니다. 개별 플라보노이드 및 그 혼합물에 대한 결과는 그림 2A에 나와 있습니다. 이들은 화학량론 값 n으로 표시되며, 여기서 숫자 10은 반응 지속 시간(10분)을 나타냅니다. 측정에 시간 매개변수를 도입함으로써 동역학적 측면은 앞서 설명한 바와 같이 항산화 활성 평가에 통합되었습니다. 플라바논보다 활성 O는 DPPHradical을 제거하는 데 가장 효율적인 화합물이었고 R이 그 뒤를 이었습니다. DPPH에 대한 반응성은 무시할 수 있음에도 불구하고 반응 10분 이내에 산화 환원 특성을 나타내지 않는 N을 포함한 두 플라바논은 총 항산화 활성을 상당히 증가시켰습니다. 혼합물, 아글리콘 ON 및 글리코시드 RN 플러스 둘 다의 경우 .
두 번째 방법은 표준 환원 전위(E)를 측정할 수 있는 전위차 적정(PT)과 관련되어 순수 화합물이 전자를 얻는 열역학적 능력을 평가했습니다. Q와 R이 강한 환원성 화합물임을 확인하였다(Fig. 2B). 그러나 PT에서 R은 Q보다 더 기꺼이 도너 전자를 받아들였습니다. N- 및 N 플러스에 대한 E의 결정은 산화 과정 동안 매우 느린 전자 이동(N 플러스의 경우 더 느림)으로 인해 불가능했습니다. PT는 적정제의 각 부분을 추가한 후 기준 전극과 측정 전극 사이의 전위차를 측정합니다. 정상 전위는 적정제와 분석물 사이의 반응 지수(Q)가 안정적임을 의미합니다(Q= 상수). 반응 중 전하 이동 속도가 낮으면(볼타메트리에서 낮은 전류) PT에서 Q를 안정화하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 결과적으로, 매우 느린 반응의 경우 전위차 적정 곡선을 얻기가 어려우므로 발견된 E" 값의 신뢰성이 떨어집니다.
차동 펄스 전압전류법에 의한 항산화 활성,
사용된 화학적 테스트는 폴리페놀의 항산화 작용을 설명할 때 중간 라디칼의 안정성이 역할을 할 수 있는 동역학적 측면을 고려해야 한다고 제안했습니다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플라바놀 산화의 첫 번째 단계에서 형성된 세미퀴논 라디칼은 플라바논 산화시 발생하는 페녹실 라디칼보다 훨씬 더 안정화된다. 이 관계는 그림 1에 나타나 있으며 산화환원 과정의 속도에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 연구된 순수 항산화제와 그 혼합물의 산화 환원 특성은 DPV(Differential Pulse voltammetry)를 사용하여 추가로 분석되었습니다. 이 기술을 사용하면 산화 반응의 열역학적 측면과 동역학적 측면을 모두 모니터링할 수 있으므로 두 가지 모두 최종적으로 항산화력(AOP)이라는 매개변수로 결합됩니다.
DPV 측정으로 이루어진 관찰(그림 2B-F)은 DPPH 테스트(그림 2A)로 얻은 관찰과 모순됩니다. 놀랍게도 DPV는 문헌에서 우수한 환원제로 기술된 Q가 열역학적 측면(양극 피크 전위, E.)만을 고려할 때 가장 약한 항산화제로 입증되었음을 밝혔습니다(그림 2B, C). 열역학적으로 R은 약간 더 강한 항산화제였습니다. 흥미롭게도 N- 및 N 플러스는 문헌에서 약한 항산화제로 간주되며 열역학적으로 가장 높은 E 값을 나타냈으며 이는 이들이 매우 강력한 환원제임을 의미합니다. 두 플라보노이드 계열 모두에서 배당체 모이어티는 아글리콘의 항산화 활성을 증가시켰습니다. 그러나 역학 관련 매개변수(그림 2E, F), 즉 양극 전류(I,.) 및 전하 밀도(Q)는 N plus의 산화가 Q 및 R의 산화에 비해 느린 과정임을 보여주었습니다. 유사하게 , 양극 전류(I)는 Q 및 R보다 N에서 낮았지만 이 화합물의 전하 이동은 가장 높은 값에 도달했습니다.
혼합물의 경우, 2성분 혼합물에서 예상할 수 있는 것처럼 전압전류 곡선에서 두 개의 양극 피크(1차 및 2차)가 감지되었습니다. 결정된 양극 피크 전위(E.) 값은 관찰된 첫 번째 피크가 플라보놀의 산화를 반영하는 반면 2"d 피크는 플라바논의 산화를 반영함을 나타냅니다(보충 재료-그림 S1). 대부분의 경우 혼합물은 순수한 화합물의 산화와 비교하여 산화환원 과정의 열역학 및/또는 동역학에 영향을 미쳤습니다.예를 들어, QN-의 경우 산화의 첫 번째 피크에 대한 E의 값은 Q의 양극 피크 전위와 동일했습니다. 산화. 그러나 N-산화에 해당하는 2" 양극 피크와 이 전이 전위는 순수한 N-의 양극 전위보다 높았습니다(그림 2C). 이 반응의 동역학에 대해 반대 상황이 관찰되었습니다. QN의 1s 양극 피크의 I 및 Q는 순수 성분 산화의 운동 매개변수에 가까웠으며(그림 2E, F), ON-산화의 2n 단계 동안 교환된 전하는 N-산화의 경우보다 훨씬 낮았습니다. (그림 2F). 이러한 결합된 열역학적 및 운동적 효과는 이 혼합물의 AOP(그림 2D)를 향상시켰으며, 이는 DPPH 테스트 결과와 일치합니다.
세포독성 평가.
연구된 플라보노이드 아글리콘(Q, N-), 배당체(R, N plus ) 및 이들의 혼합물(QN-, RN plus )이 장 세포 성장에 미치는 영향을 MTT 테스트로 평가했습니다. 인간 결장 선암종 HT29 세포주는 소화관 상피, 즉 폴리페놀과 같은 섭취된 식품 성분과 직접 접촉하는 조직의 모델로 선택되었습니다. 세포는 잠재적으로 혈액에서 발생하는 생리학적 농도(0.01-1 uM)22-2 또는 소화관에서 도달할 수 있는 농도(10-100 uM) 음식 섭취 후25-27. 6, 24 및 72시간 처리에 대한 용량-반응 곡선이 그림 3에 나와 있습니다.
개별 화합물은 단기간 또는 장기간 처리 모두에 대해 조사된 농도에서 세포 성장에 유의한 영향을 미치지 않았습니다. 예외는 72시간 후 대조군과 비교하여 75%까지 세포 성장을 억제한 최고 농도의 N이었습니다. 대조적으로, 조사된 혼합물(QN-, RN 플러스)은 테스트된 모든 노출 시간 동안 농도 의존적 방식으로 세포 성장을 유의하게 자극했습니다. 이 효과는 혈류에서 도달할 수 있는 낮은 농도(0.01-1 uM)에서 관찰되었으며 소화관의 상피 세포가 도달하는 더 높은 농도(10-100 uM)에서 훨씬 더 강력했습니다. 노출될 수 있습니다. 가장 높은 농도의 QN-의 경우에만 72시간 처리 후 자극이 중단되었는데, 아마도 N-에 대한 이러한 조건에서 관찰된 억제 효과 때문일 것입니다. 세포 항산화 활성. HT29 세포의 내인성 항산화 장벽을 지원하는 정제된 플라보노이드 및 그 혼합물의 효율성은 CAA 분석의 도움으로 확인되었습니다. 이 방법은 흡수된 프로브의 산화를 억제하거나 촉진하는 산화환원 활성 화합물을 함유하는 샘플의 능력에 의존합니다 세포에 의해 형광 형태로 변합니다. 형광의 소광으로 관찰되는 프로브 산화의 감쇠는 세포에서 항산화제의 환원 능력의 척도이며(양의 CAA 값), 프로브 산화의 증가는 산화 촉진 활성(음의 CAA 값)을 나타냅니다. . 생리학적(내인성) 및 식품 유래(외인성) 장 노출을 모두 반영하는 농도에서 아글리콘과 배당체에 대해 측정을 수행했습니다. 연구된 플라보노이드와의 배양은 아글리콘 및 글리코시드에 대해 1시간 18분의 표준 권장 기간 동안 수행되었습니다. 적용된 세포 모델에서 산화환원 반응의 동역학 모니터링을 목표로 하는 연장된 처리(3시간 및 6시간)는 세포 항산화 활성에 대한 보다 현저한 영향 때문에 아글리콘의 경우에만 사용되었습니다.
조사된 플라바논과 플라보놀은 HT29 세포의 산화환원 상태에 미치는 영향이 달랐습니다. 개별 아글리콘의 경우 1시간 노출 후 정의된 농도 의존적 반응이 관찰되었습니다. 그러나 flavonol-Q 항산화 활성은 농도가 가해짐에 따라 증가하는 반면 flavanone-N의 경우 pro-oxidative 효과의 점진적인 향상이 관찰되었습니다(그림 4A). 개별 배당체의 용량 의존성은 덜 분명했습니다. 최고 농도의 R만이 세포 항산화 활성을 확실하게 증가시켰다(그림 4A). 흥미롭게도 두 혼합물은 각각의 화합물에서 볼 수 있는 산화촉진 효과의 영향을 받지 않는 향상된 항산화 활성을 나타냈습니다.
도 4B는 아글리콘으로 HT29 세포를 1,3 및 6시간 처리한 후 결정된 CAA 값의 변화 동역학을 나타낸다. 생리적 노출과 일치하는 최저 농도(1μM)의 경우 개별 aglycones 또는 그 혼합물에 대해 시간 의존성이 관찰되지 않았습니다. 그러나 CAA 값에 대한 더 높은 농도의 영향은 분명히 시간 의존적이었습니다. 장기간 노출은 N-의 산화촉진 효과와 Q 및 QN-의 항산화 활성을 모두 감소시켰습니다.
조사된 aglycones는 세포에 적용된 농도에 의해 추가로 수정된 다른 영양유전체 활성을 나타냈습니다.
플라바논 N-at 1 μM은 CCL5, CYGB, GTF2I, MT3의 발현을 유의하게 감소시켰습니다(p<0.05) as="" well="" as="" showing="" some="" tendency="" to="" down-regulate="" alox12="" and="" ucp2="" transcription=""><><0.09). the="" increased="" expression="" caused="" by="" n-was="" observed="" for="" the="" ncf2="" gene="" only=""><0.05). these="" genes,="" though="" in="" one="" or="" another="" way,="" related="" to="" cellular="" redox="" status,="" do="" not="" fall="" into="" any="" specific="" common="" pathway="" nor="" are="" involved="" in="" any="" coordinated="" process.="" the="" protein="" encoded="" by="" ccl5="" belongs="" to="" a="" group="" of="" inflammation-relevant="" genes,="" while="" the="" cytoglobin="" gene(cygb)functions="" as="" a="" tumor="" suppressor="" gene2930.="" gtf2i="" protein="" acts="" as="" a="" general="" transcription="" factor="" and="" is="" involved="" in="" the="" coordination="" of="" cell="" growth="" and="" division31.="" so,="" the="" other="" gene="" down-regulated="" by="" the="" n-at="" l="" um="" gene—mt3—may="" cooperate="" with="" it,="" because="" although="" it="" plays="" a="" role="" in="" zinc="" and="" copper="" homeostasis,="" it="" is="" also="" known="" as="" growth="" inhibition="" factor2.="" the="" enzyme="" encoded="" by="" alox12="" acts="" on="" different="" polyunsaturated="" fatty="" acid="" substrates="" to="" generate="" bioactive="" lipid="" mediators3.="" the="" protein="" coded="" by="" ucp2="" has="" been="" described="" as="" a="" mitochondrial="" scavenger="" of="" ros.="" the="" only="" up-regulated="" gene="" by="" n-at="" 1="" um="" was="" ncf2="" which="" encodes="" a="" cytosolic="" protein="" required="" for="" the="" activation="" of="" the="" nadph="" oxidase="" system="" responsible="" for="" superoxide="">
10 uM에서 HT29 세포에 적용된 이 플라바논은 5개 유전자의 발현에 영향을 미쳤으며, 이는 또한 더 낮은 용량, 즉 CCL5, CYGB.MT3(p)에 의해 하향 조절되었습니다.<0.05)as well="" as="" gtf2i="" and=""><><0.09).additionally,in contrast="" to="" lower="" dose,="" n-at="" 10="" um="" showed="" tendency="" to="" decrease="" expression="" of=""><><0.09). the="" latter="" gene="" codes="" for="" a="" protein="" with="" superoxide="" dismutase="" activity,i.e.,="" the="" antioxidant="" enzyme="" catalyzing="">
과산화수소와 산소로 슈퍼옥사이드 라디칼의 불변. N-at 1{3}}uM에 의한 발현의 약간의 증가는 VIMP 유전자(0.05<><0.09)that is="" involved="" in="" the="" degradation="" process="" of="" misfolded="" endoplasmic="" reticulum(er)luminal="">
이 기사는 www.nature.com/scientificreports에서 발췌했습니다.
