Брой 8/2014
В ПОМОЩ НА ФАРМАЦЕВТИТЕ
Гл. ас. д-р Хр. Войчева, доц. д-р М. Димитров,
проф. д-р В. Петкова,доц. д-р Ир. Николова,
ас. М. Славкова, ас. Т. Попова
Фармацевтичен факултет,
Медицински университет – София
Кверцетин и затлъстяване
Кверцетин и затлъстяване
Затлъстяването е сериозен здравен проблем в индустриализирания свят и достига епидемични размери в световен мащаб. Световната здравна организация изчислява, че има повече от 1 милиард възрастни с наднормено тегло, като най-малко 300 милиона от всички страдат от затлъстяване. За затлъстяване се говори, когато индексът на телесна маса е ≥30 kg/m2. Дължи се на дисбаланс между прием и разход на енергия. Тенденцията е тревожна и сочи непрекъснато нарастване, в резултат на промени в начина на живот, намалена физическа активност и социално-икономическо развитие. Затлъстяването е комплексно многофакторно, хронично заболяване, което се счита за рисков фактор в генезиса и развитието на множество заболявания, включително хипертония, диабет тип 2, коронарна сърдечна болест, рак, респираторни усложнения и остеоартрит. Въпреки непрекъснато нарастващите усилия за намаляване на затлъстяването чрез диета, упражнения, образователни програми, лекарствени терапии и хирургия, ефективно дългосрочно решение на този проблем все още не е открит. Затова, учените непрекъснато търсят нови молекули, които да могат да бъдат използвани за борба срещу наднорменото тегло и затлъстяването.
Благоприятни ефекти на Кверцетин при затлъстяване и диабет
Флавоноидите са клас природни съединения, повсеместно разпространени във фотосинтезиращите растения. Известни са над 5000 естествено синтезирани флавоноиди и броят им постоянно нараства. Животните не са в състояние да синтезират флавонови ядра, поради което флавоноидите се откриват изключително в растителното царство. Флавоноидите се срещат в плодове, зеленчуци, ядки и напитките на растителна основа, като чая и виното.
Кверцетин притежава антиканцерогенна, противовъзпалителна и антивирусна активност, като инхибира липидната пероксидация, агрегацията на тромбоцитите и капилярната пропускливост. Основен проблем за тази молекула е ниската перорална бионаличност. Най-често, кверцетина се среща в растенията под формата на хидрофилни гликозиди, които не могат лесно да се абсорбират директно. След хидролиза на гликозида, абсорбцията на кверцетин агликона е значително по-висока – 65-81%. В настоящето изложение, ще бъдат разгледани основните ефекти на кверцетин при затлъстяване и диабет.
Ин витро проучвания
Първите изследвания за потенциално действие на кверцетин при затлъстяване се извършват ин витро, главно чрез използване клетки мастна тъкан и клетъчна линия 3T3-L1. Инкубирането на тези клетки в присъствие на кверцетин води до намаляване съдържанието на триацилглицерол. Освен чрез косвени ефекти в липогенезата, той може да инхибира директно този метаболитен път, като действа върху експресията на гени, които го контролират.
Ahn и сътр., показват, че кверцетин намалява експресията на Sterol Regulatory Element-Binding Proteins (SREBP)-1 и Fatty Acid Synthase (FAS), повишавайки Acetyl-CoA Carboxilase (ACC) фосфорилирането.
Motoyashiki и сътр., описват кверцетина, като мощен инхибитор на стимулиращия ефект на солите на ванадиевата киселина върху липопротеин липазната (LPL) активност. Установено е, че солите на ванадиевата киселина показват инсулин – миметични ефекти, като повишават LPL и потискат хормон-зависимата липолиза, в адипоцити изолирани от плъх. Освен ефектите върху метаболитния път, включващи натрупване на триацилглицерол, кверцетина може да стимулира и липидната мобилизация. Kuppusamy и Das докладват, кверцетин индуцирана дозо- и време-зависимо повишение на липолизата, което е свързано с епинефрин-индуцирана липолиза. Този флавоноид предизвиква конкурентно фосфодиестеразно (PDE) инхибиране (фиг. 4). Конкурентният характер на кинетиката предполага, че кверцетин може да се конкурира с сАМР за същите места за свързване в адипоцитното PDE, като по този начин увеличава концентрацията на сАМР, молекулата, която активира протеин киназа А (РКА), което от своя страна активира хормон чувствителната липаза (HSL). Механизмите на действие, описани по-горе обясняват понижението на адипоцитното съдържание на триацилглицерол, индуцирано от кверцетин. В допълнение, този флавоноид може да намали броя адипоцити чрез намаляване на адипогенезата или чрез увеличена апоптоза (фиг. 4). Ahn и сътр. докладват, че кверцетин намалява адипогенезата, като следствие от понижаването на експресията на CCAAT/Enhancer Binding Protein α (C/EBP α) и Peroxisome Proliferator-Activated Receptor γ (PPARγ).
In vivo проучвания
Steward и сътр. проучват C57BL/6J мишки подложени на диета с високо съдържание на мазнини, допълнена с кверцетин (0.8%) за 3 и 8 седмици. Кверцетина предизвиква преходно (3 седмици) увеличаване на разхода на енергия (измерено чрез индиректна калориметрия), която не се открива след 8 седмици. Понижението на циркулиращите концентрации на кверцетин между 3 и 8 седмици предполага метаболитна адаптация. Освен това, кверцетин, е ефективен в понижение на циркулиращите маркери на възпаление (IFNγ, TNFα, IL1 и IL4) след 8 седмичния му прием. В друго проучване, Rivera и сътр. анализират ефекта на продължително приложение на кверцетин (2 или 20 мг/кг телесно тегло/ден) при затлъстели плъхове Zucker (модел на генетичното затлъстяване). Подобно на резултатите на Steward и сътр., крайното телесно тегло намалява. И двете приложени дози кверцетин подобряват дислипидемия, хипертония, и хиперинсулинемия, но само високата доза показва противовъзпалителен ефект при висцерална мастната тъкан.
Liang и сътр. съобщават, че мишки, подложени на диета богата на мазнини, при прием на кверцетин (66 мг/кг телесно тегло/ден) са защитени срещу повишаване на теглото, индуцирано от диетата. Освен това, Ohkoshi и сътр. съобщават за редукция във висцералната и подкожна мастна тъкан. Kobori и сътр. докладват, че продължителен прием на кверцетин редуцира наддаването на телесно тегло, както и натрупването на висцерална и чернодробна мазнина, както и подобрение на системни параметри свързани с метаболитен синдром (хипергликемия, хиперинсулинемия и дислипидемия), като се предполага, че това става, чрез намаляване на оксидативния стрес и увеличаване на експресията на PPARα. Освен това, кверцетин потиска експресията на PPARα и CD36, както и SREBP-1с и тяхната прицелна мастна киселина синтетаза (FAS) в черния дроб. Намаляването на експресията на PPARα предполага редукция на адипогенезата, защото гени, участващи в този процес се контролират от този транскрипционен фактор. Не всички публикувани проучвания са установили положителни ефекти от приложението на кверцетин върху контрола на телесното тегло. В експеримент проведен с db / db мишки, приемали Кверцетин (100 мг/кг телесно тегло/ден) в продължение на 7 седмици, флавоноида води до намаляване на плазмената глюкоза без да се наблюдават промени в телесното тегло. В експеримент проведен с плъхове, порода Вистар, третирани с кверцетин 25 мг/кг телесно тегло/ден и подложени на диета богата на мазнини, телесното тегло остава непроменено.
Кверцетин и диабет
Захарният диабет е хронично метаболитно заболяване, което води до смущения на въглехидратния, протеиновия и липидния метаболизъм поради липса на секреция на инсулин (тип 1) или поради повишена клетъчна резистентност към инсулин (тип 2). Захарен диабет тип 2 е едно от най-често срещаните в света хронични заболявания, характеризиращо се с хипергликемия, периферна резистентност към действието на инсулина, и евентуално унищожаване на произвеждащи инсулин β-клетки. При нормални физиологични условия, нивата на кръвната захар са строго регулирани от секрецията на инсулин чрез специализирани клетки в панкреаса – Лангерхансовите острови. Високото кръвно ниво на глюкоза стимулира отделянето на инсулин от β -клетките. Инсулинът стимулира усвояването на глюкозата от различни тъкани, като мускули, бъбреци и мастна тъкан, стимулира натрупването на глюкоза в черния дроб, под формата на гликоген, и инхибира липолизата в мастната тъкан. В резултат на изчерпването на кръвната захар се индуцира секреция на глюкагон от α-клетки на панкреаса, който стимулира гликолизата в черния дроб и освобождаването на глюкоза обратно в кръвта. Затлъстяването е основен фактор, в развитието на диабет тип 2. Предложени са няколко хипотези които обясняват тази връзка, като през последните десетилетия внимание се обръща на голямото количество свободни мастни киселини получени от черния дроб, скелетната мускулатура и панкреаса (липидна токсичност). Ранното лечение и профилактика играе ключова роля за намаляване на тежестта на диабета. Използването на лекарства при лечението на болестта в ранните етапи е препоръчително, но не могат да имат и нежелани странични ефекти. В този контекст, флавоноидите, сред които кверцетин са едни от най-често срещаните в храните вещества, за които е известно, че подобряват състоянието на диабетно болните и за които липсват данни за нежелани странични ефекти.
In Vitro изследвания
Проведените проучвания върху култивирани клетки показват, че един от механизмите на действие, чрез който кверцетин подобрява гликемичния контрол е редукция на абсорбцията на глюкоза в тънките черва, до нивото на глюкозни транспортери (GLUT).
Kwon и сътр. съобщават за силно инхибиране на глюкозния и фруктозен транспорт от кверцетин чрез GLUT2 в Сасо-2E чревни клетки. Други два големи глюкозни транспортера в червата, GLUT5 и SGLT1, не се повлияват от този флавоноид. Глюкозния транспорт се инхибира от кверцетин в зависимост от дозата. Пълно инхибиране е установено при нива от 200 μM кверцетин в кръвта.
Manzano и Williamson изследват ефекта на сок от ягоди и ябълки, съдържащи 87 и 41 μM кверцетин съответно, върху усвояването и апикалния и базолатералния транспорт на глюкоза, използвайки Сасо-2 чревни клетки. Значимо потискане в усвояването и транспорта е постигнато от екстрактите на двата сока. Инхибирането на GLUT 2 е по-голямо от инхибирането на SGLT1.
Установено е, че кверцетин блокира тирозин киназата. Фосфорилирането на специфична област на β – субединицата в инсулиновия рецептор (включително Tyr-1158, Tyr-1161 и Tyr-1162) съответства с активирането на рецептора тирозин киназа. Инхибирането на протеин тирозин киназа се докладва също от Elberg и сътр. Strobel и сътр. докладват, че инхибиращият ефект на кверцетин върху усвояването на глюкозата се дължи повече на пряко действие върху транспортния GLUT4, отколкото на ефекта на клетъчните протеин-тирозин кинази.
Други автори съобщават, че благоприятните ефекти на кверцетин се дължат на неговото въздействие върху панкреаса. В проучване, проведено от Eid и сътр. имащо за цел да изясни механизма на действие на плодове Vaccinum Vitis-idaea, традиционно използвани за лечение на диабет в някои култури по света, авторите анализират ефекта от десет съединения, присъстващи в плодове върху усвояването на глюкоза от С2С12 миши скелетни миобласти и H4IIE миши хепатоцити. Те откриват, че Quercetin-3-O-гликозид и кверцетин агликона са двете най-активни съединения при усвояването на глюкозата. Този ефект е инсулин независим и изглежда се медиира от АМРК, като улеснява транслокацията на GLUT4 транспортер. Torres-Piedra и сътр., в проучване с НЕК 293 клетки показват, че 11 β-хидроксистероид дехидрогеназа тип 1 (11 β-HSD1), който медиира действието на глюкокортикоидните хормони в човешкия черен дроб, мастната тъкан и β клетките на панкреаса, играе роля в положителните ефекти на кверцетин върху глюкозната хомеостаза. Тези автори съобщават, че кверцетина индуцира 27% инхибиране на този ензим в концентрация от 10 μM.
In vivo проучвания
Kim и сътр., наблюдават редукция на нивата на серумна глюкоза и гликирания хемоглобин при C57BL/KsJ db-db мишки, приемали, като добавка към храната 0.08 % кверцетин, в продължение на 7 седмици, без промяна в серумните нива на инсулин (фиг. 3). Vessal и сътр. изследват ефекта на кверцетин прилаган интраперитонеално (10 или 15 мг/кг телесно тегло/ден) в продължение на 10 дни в контрола и streptozoticin-индуциран (STZ) тип 1 диабетни плъхове. Въпреки, че кверцетина не показва ефект върху плазмените нива на глюкозата в контролните животни, той значително намалява този параметър при плъхове с диабет, по дозо-зависим начин. Увеличението на глюкокиназната активност, индуцирана от кверцетин играе важна роля. Този ензим фосфорилира глюкозата и я превръща в глюкозо-6-фосфат, метаболит, участващ в синтеза на гликоген. Освен това, значително увеличение се наблюдава в броя на панкреасните островчета при нормогликемични и диабетни плъхове, третирани с кверцетин. Coskun и сътр. оценяват възможния протективен ефект на кверцетин срещу STZ-индуцирано увреждане на β клетки. Чрез флавоноида частично се избягва повишаването на серумната глюкоза, като се понижават серумните концентрации на инсулин при плъхове с диабет тип 1. Тези ефекти се дължат на факта, че кверцетин частично предотвратява дегенерацията на β-клетки Kobori и сътр. съобщават, че кверцетин включен в диета (0.1-0.5%) води до възстановяване на клетъчната пролиферация при мишки, показващи диабет тип 1, предизвикан от STZ. Този благоприятен ефект се медиира чрез инхибиране на Cdkn1a, който регулира клетъчното делене, като спира клетъчния цикъл. Ривера и сътр. изследват продължителното прилагане на Кверцетин при метаболитен синдром, включително инсулинова резистентност, в генетично затлъстели плъхове Zucker. Кверцетина се приема 10 седмици в две дози 2 или 10 мг/кг телесно тегло/ден. И двете дози на кверцетин подобряват инсулиновата резистентност.
Заключение
В търсенето на нови молекули, които могат да бъдат потенциално използвани като хранителни добавки при затлъстяване и диабет, положителни данни има за кверцетин, според резултати, получени, както при използването на клетъчни култури, така и при животински модели. Необходими са допълнителни изследвания, за да се изяснят и охарактеризират по-добре механизмите на действие, които стоят в основата на благоприятните ефекти на кверцетин при тези патологии. Необходимо е, положителния ефект по отношение на редукцията на телесните мазнини и подобряване на глюкозната хомеостаза да бъдат сигнификантно потвърдени и при хора.
