(обзор литературы)
Использованы базы: Medline, PubMed, Web of Science, а также базы ряда университетов США и других стран, дополненные публикациями по перекрестным ссылкам.
Поиск выполнен по ключевым словам:
А) grape, grape seeds, wine, vinification, black raspberry;
- B) nutriceuticals, polyphenols, anthocyanins, anthocyanidins, ellagic acid, ellagitannin, bioavailability.
- C) oxidation, oxidative stress, inflammation, cancer, cardiovascular disease, heart disease, diabetes mellitus, Alzheimer disease, chronic disease, metabolic syndrome, obesity, infection.
Цель статьи: анализ современного состояния исследований биологической активности антоцианов и представлений о механизме их действия.
Введение
На упаковке многих продуктов можно найти маркировку ряда Е163: Е163а — цианидин (пурпур), E163b — дельфинидин (синий пурпур), E163c — мальвидин (фиолетовый пурпур), E163d — пеларгонидин (оранжевый, оранжево-розовый), E163e — пеонидин (красный пурпур), E163f — петунидин (фиолетовый пурпур) [31]. Это маркировка пищевых красителей — антоцианидинов, которые по своему химическому строению являются флавоноидами, т. е., классом фенольных соединений [58] - продуктов вторичного метаболизма растений. Молекула антоциана состоит из двух частей — агликона (какого-нибудь антоцианина или антоцианидина) и сахарного остатка (также варьируется), разнообразие которых очень велико. Например, основные антоцианы красной малины: цианидин-3-софорозид, цианидин-3,5-диглюкозид, цианидин-3-(2G-глюкозилрутинозид), цианидин-3-глюкозид, цианидин-3-рутино-зид, пеларгонидин-3-софорозид, пеларгонидин-3-(2G-глюкозилрутинозид), пеларгонидин-3-глюкозид и пеларгонидин-3-рутинозид [10]. Разнообразие антоцианов дополняется вариацией различных радикалов в разных местах молекулярного скелета, особенно — сахарного остатка.
В стихийно сложившейся «народной медицине» и медицине до «эпохи научного метода», когда никто не подозревал о самом существовании антоцианов, сформировалось устойчивое представление о пользе антоциан-содержащих продуктов — прежде всего, ярко окрашенных плодов ягодных растений. Кроме очевидного использования в качестве пищевых красителей, антоцианы обладают хорошо документированной биологической активностью и используются с профилактической и лечебной целью, по сути, с незапамятных времен и по настоящее время.
Спектр рекомендаций применения антоциан-содержащих продуктов и препаратов в лечении и профилактике заболеваний и патологических состояний человека очень широк [76]: системные заболевания (гипертоническая болезнь, метаболический синдром, диабет 2-го типа и его следствия (диабетическая ретинопатия и нефропатия); злокачественные новообразования; сердечно-сосудистая патология (коронарная недостаточность; атеросклероз); аллергии; заболевания глаз (усталость глаз, снижение зрения, куриная слепота, глаукома, дегенеративные заболевания сетчатки); хронические воспалительные процессы; инфекционные заболевания (трихомоноз, лямблиоз, герпес, грипп, ангина); заболевания кожи (очаговая алопеция, витилиго); остеопороз; отёки; негативные эффекты радиоизлучений и канцерогенных веществ; респираторные заболевания.
Многочисленные исследования подтвердили, что антоциан-содержа-щие продукты обладают следующими свойствами: стимулирующие; адаптогенные; бактерицидные, противовирусные; противоаллергические; мочегонные; желчегонные; послабляющие; кровоостанавливающие; противоотёчные; спазмолитические; седативные. А также: препятствуют налипанию холестериновых бляшек на стенки кровеносных сосудов; активируют обмен веществ на клеточном уровне, стабилизируют фосфолипиды клеточных мембран; улучшают состояние соединительной ткани и потенцируют синтез коллагена; повышают эластичность сосудов (за счёт угнетения активности гиалуронидазы); снижают артериальное давление (расслабляют кровеносные сосуды); уменьшают проницаемость капилляров; защищают сердечную мышцу от ишемии (препятствуют выработке белков, активирующих апоптоз кардиомиоцитов); нормализуют внутриглазное давление; путём регенерации родопсина улучшают ночное видение; предотвращают развитие катаракты.
Однако большинство из документированных эффектов применения антоциан-содержащих плодов и препаратов пока еще остается вне поля доказательной медицины и продемонстрированы в исследованиях, не отвечающих ее жестким требованиям. Отметим, что на выводы разных лабораторий влияют также инструментальные и методологические проблемы.
Доказанные эффекты антоцианов
За последние 10−15 лет ряд важнейших направлений в изучении биологических эффектов антоцианов (и всех полифенолов вообще) стали объектом пристального внимания и тщательной проверки в многих правильно спланированных и хорошо выполненных эпидемиологических, проспективных и экспериментальных исследованиях. Предмет этих исследований — связь между поглощением, обменом и кинематикой основных природных полифенольных соединений и их композиций и оценками их эффектов для здоровья/болезни. В результате — все больше подтверждений высокой биологической активности антоцианов и других растительных полифенолов [10], в том числе — из винограда [68].
Антиоксидантная активность. Большая часть ранних работ по исследованию антоцианов была мотивирована предполагаемой потенциальной пользой ягод для поддержания здоровья и открытием их антиоксидантных свойств. Дальнейшие исследования подтвердили антиоксидантную способность антоцианов и привели к пониманию природы биологических эффектов их применения — участие в регуляции окислительного стресса.
Окислительный стресс характеризуется дисбалансом между концентрацией активных форм кислорода (синглетный кислород, пероксил, супреоксиданионрадикал, гидроксильные радикалы, пероксинитрит, и др.) и антиоксидантной системой — совокупной активностью антиоксидантых ферментов (каталазы, пероксидазы, супероксиданион-редуктазы и др.) и веществ-антиоксидантов. Гипотеза окислительного стресса и воспаления как ключевого механизма инициации, прогрессировании и осложнения сердечно-сосудистых заболеваний (включая атеросклероз) [10, 40, 67, 74, 83], рак [17, 38, 39, 42, 64, 69, 70, 71, 72], сахарный диабет [12, 13, 33], гепатиты [14, 18, 43, 73, 81], болезнь Альцгеймера [10, 11] и, возможно, многих других хронических заболеваний развивается на протяжении многих лет и находит все больше подтверждений [5, 10, 54, 82].
Окислительный стресс увеличивает риск окислительного повреждения клеточных компонентов [74], в том числе — ДНК, белков и липидов [4, 45, 55, 73,], что приводит к нарушению клеточных функций, мутациям и, в конечном итоге, к гибели клеток. Окисленные липопротеиды низкой плотности являются важными стимулами, которые вызывают сосудистое воспаление и ряд проатерогенных событий, которые в итоге приводят к атеросклерозу [40, 80]. Показано, что у пациентов с хроническим гепатитом значительно снижена активность ключевых ферментов антиоксидантной системы — супероксиддисмутазы (СОД) и глутатион-пероксидазы [14, 43].
Внутри стенок кровеносных сосудов различные окислители могут продуцироваться и клеточными и внеклеточными источниками, ферментативными и неферментативными путями. Продукты перекисного окисления липопротеидов низкой плотности (участвуют в образовании атеросклеротических липидных бляшек) миелопероксидазой фагоцитарных иммунных клеток (нейтрофилов, моноцитов и макрофагов), усиливают экспрессию провоспалительных генов. Воспалительный ответ также может быть вызван различными стимулами, включая компоненты клеточной стенки бактерий (например, липополисахаридами), вирусами, изменением концентраций активных форм кислорода, жирных кислот, цитокинов, факторов роста и канцерогенов — теми же факторами, которые инициируют также и иммунный ответ [3, 8].
В последние годы установлены способности некоторых полифенольных соединений растительной природы влиять на рецепторы, играющие роль каналов передачи сигналов воспаления, регуляции транспорта, экспрессию генов и другие клеточные события и тем самым оказывать положительные эффекты в лечении онкологических, инфекционных и системных заболеваний, оказывать антитромботическое [60], противоопухолевое, антимутагенное и антирадиационное действие [21]. Ключевым звеном воспаления является NF-kB — фактор транскрипции, который активирует сразу много генов, включая те, которые ответственны за производство цитокинов, хемокинов, иммунорецепторов, молекул клеточной адгезии и белков острой фазы воспаления. Модуляция воспалительной реакции посредством фактора транскрипции NF-kB, активация которого является редокс[1]-чувствительной, является ключевым звеном тесной взаимосвязи окислительного стресса, воспаления и инициации злокачественной трансформации и пролиферации клеток [52].
Экстракты ягод с высоким содержанием антоцианов действуют как антиоксиданты [45], причем доля антоцианинов в общей антиоксидантной способности высока — например, у красной малины эта доля ≈25% [10]. В плацебо-контролируемом рандомизированном исследовании на волонтерах показано, что добавка в диету коммерческих (Medox) инкапсулированных антоцианинов черники и черной смородины (40−50% от общего количества антоцианинов составляли глюкозиды цианидина и дельфинидина), может играть роль в профилактике и лечении хронических воспалительных заболеваний путем ингибирования трансактивации фактора NF-kB и снижения концентрации в плазме провоспалительных хемокинов, цитокинов и медиаторов воспаления [36]. При введении в диету животных с дефицитом витамина Е цианидин-3-глюкозида в дозе 100 мг/кг не наблюдали изменений перекисного окисления липидов и биомаркеров окисления ДНК (т.е. 8-оксодезоксигуанозина) [19, 55].
Показано, что предварительная диета с антоциан-содержащими этанольными экстрактами черной малины уменьшает повреждение печени экспериментальных животных, индуцированное конкавалином А, за счет увеличения активности Mn-супероксиддисмутазы (Mn-СОД), но не медь-цинк-содержащей СОД (CuZn-СОД), понижения уровня перекисного окисления липидов (ПОЛ) и окислительного повреждения ДНК [45]. После перорального применения экстракта достоверно снижались уровни АЛТ и АСТ, в тканях печени снижался окислительный стресс и повышалась активность ферментов антиоксидантной защиты — каталазы, СОД, глутатионпероксидазы и GSH. Также снижался уровень маркеров воспаления тканей печени: сывороточного фактора некроза опухоли (TNF-α), интерлейкин-1 (IL-1β) и оксид азота (NO). Вестерн-блоттинг показал, что экстракт винограда в значительной степени блокировал экспрессию индуцибельной NO-синтазы (iNOS) и циклооксигеназы-2 (COX-2) [18].
Важную проблему медицины представляет лечение колитов — воспалительных поражений толстой кишки разнообразных форм и этиологии: нейрогенные, медикаментозные, вследствие заболеваний других органов, от клизм и слабительных, после перенесенной дизентерии, аллергические, алкогольные, паразитарные, от воздействия радиоактивных веществ, ишемические. Особенно следует выделить неспецифический язвенный колит и болезнь Крона, причины развития которых не известны, а потому неизвестны также предупредительные меры. Нередко, несмотря на лечение, воспаление усугубляется: кишка парализуется, резко расширяется, все ее функции прекращаются, стенки кишки изъязвляются, развивается очень тяжелый каловый перитонит — большинство больных умирает [БМЭ].
Экстракт проантоцианидинов виноградной выжимки (или отдельные фракции полифенольного состава) нейтрализует свободные радикалы, защищает организм от чрезмерного окислительного свободнорадикального повреждения [23, 68] и препятствует развитию воспалительных реакций в кишечнике при избыточном потреблении жиров и углеводов [25]. В трех других исследованиях эллаговая кислота (гидролизованный продукт эллагитанинов) была протестирована на 1) модели иммунной функции [3], 2) модели гастрита ex vivo [32] и 3) модели болезни Крона[2] [57]. В модели гастрита животные, получавшие эллагитаннины малины, демонстрировали сниженные показатели воспаления и повышенные уровни каталитической активности эндогенных ферменты антиоксидантной защиты, включая супероксиддисмутазу [59]. В моделях ex vivo гастрита и in vivo болезни Крона эллаговая кислота (0,1−10 г/л и 10−20 мг/кг, соответственно) уменьшала перекисное окисление липидов в желудке [32], инфильтрацию нейтрофилов и гиперпрдукцию iNOS и СОХ-2 во внутренних тканях (32, 57). В модели с острым колитом у мышей, в которой сравнивали эффекты сырых экстрактов красной малины и его фракций, обогащенных антоцианином, обогащенная фракция подавляла передачу сигналов воспаления (NF-kB, активаторный белок 1) в LPS-активированных макрофагах RAW264.7 и снижала экспрессию гена пропорционально содержанию антоцианина, что коррелировало с улучшением течения колита[44].
В модели воспаления при коллаген-индуцированном артрите у крыс экстракт красной малины (15 мг/кг) значительно уменьшал развитие клинических признаков артрита, заметно уменьшал степень резорбции кости, отек мягких тканей и образование остеофитов, тем самым предотвращая разрушение суставов [24].
Правильно спланированные исследования на людях очень редки — найдены только два рандомизированных контрольных исследования с введением в диету людей смеси ягод, включая малину [56, 50]. После 2 недель употребления смеси ягод в виде концентрированных соков в 200-граммовом десерте с антиоксидантной способностью, эквивалентной 10 порциям фруктов и овощей в день, показатели окислительного стресса у пожилых мужчин и женщин (в стационаре) не изменялись [56]. Во втором исследовании употребление смешанного ягодного сока спортсменами-велосипедистами, не влияло на перекисное окисление липидов после упражнений для стимуляции окислительного стресса. Однако по сравнению с контролем у них снижалось повреждение ДНК и белков [50]. Авторы обоих работ сделали осторожный вывод, что ягоды могут быть полезными для восстановления гомеостаза и/или защиты клетки от повреждения во время стрессовых ситуаций.
Следует упомянуть и альтернативное предположение о механизме антиоксидантной активности антоцианов — что антоцианы могут действовать и противоположным образом — как прооксиданты — путем увеличения концентрации электрофильных соединений (O2- и H2O2), которые изменяют клеточный редокс-потенциал, что приводит к различным реакциям, включая стимуляцию эндогенных систем антиоксидантной защиты [37].
Противораковая активность. Показано, что хроническое воспаление и окислительный стресс, окислительное повреждение ДНК являются ключевыми событиями карциногенетической трансформации [45, 73, 69]. У ≈90% больных с гепатоцеллюлярной карциномой предварительно наблюдаются воспалительные процессы: хронический гепатит, цирроз, вирусный гепатит В и С — основные факторы риска карциномы [81, 14]. Поэтому, противораковые эффекты биоактивных веществ ягод и их препараты отчасти опосредованы их способностью предотвращать, уменьшать и восстанавливать повреждения тканей и органов вследствие перекисного окисления [64]. Введение в диету крыс с индуцированной аденокарциномой пищевода лиофилизата черники (5−10% от массы диеты) за 2 недели повысило уровень Mn-СОД с 1,23±0,2 в контроле до 2,05±0,14 (Р <0,05) [2]. В пилотном исследовании 2006 года (на людях) было показано, что в когорте повышенного риска (в 30−40 раз) рака пищевода — у пациентов с синдромом Баретта[3] — ежедневное потребление лиофилизат черной малины снижало экскрецию с мочой двух маркеров окислительного стресса — 8-эпи-простагландина F2-альфа (8-Iso-PGF2) и 8-гидрокси -2'-дезоксигуанозина [39].
В модельных опытах с различными грызунами было показано, что «антоциановая» диета ингибирует онкогенез кишечника у мышей [6], введение в диету крыс линии Fischer 344 лиофилизированных ягод черной малины, ежевики и клубники ингибирует химически индуцированный рак пищевода на 24−64% [71], а толстой кишки — на 80% [69]. Экстракты ягод аронии и клубники предотвращали появление и эффективно подавляли развитие у мышей легочных аденом, индуцируемых табачным дымом. Эффекты ягодных экстрактов были сильнее выражены у самок, что авторы объясняют антоцианин-обусловленным влиянием ягодных экстрактов на метаболизм эстрогена [17].
В исследованиях на людях было показано, что лиофилизат черной малины подавляет индуцированный нитрозамином канцерогенез ротовой полости, гортани, толстой кишки [39], рефрактерную аденокарциному [39, 2] и плоскоклеточный рак пищевода [70], но неэффективен при рефлюкс-индуцированной аденокарциноме пищевода и кишечной метаплазии [2]. Введение в диету антоциан-содержащих ягодных экстрактов снижает выживаемость клеток рака молочной железы человека [6].
Антоцианы снижают риск рака прямой кишки [8], толстой кишки и дыхательных путей [9] путем подавления воспаления, окислительного стресса, пролиферации и ангиогенеза посредством модуляции множественных сигнальных путей, таких как NF-κB, Wnt/β-катенин, PI3K/AKT/PKB/mTOR и ERK/MAPK, но точный механизм остается неизвестным [1]. Кишечные микробные метаболиты антоцианинов, такие как флороглюцинол-альдегид из кольца А, могут стимулировать непосредственно ядерным фактором транскрипции Nrf2/ARE, который является редокс‑чувствительным [41].
Пероральное применение пастилок, содержащих лиофилизированный порошок черной малины (ЛЧМ), пациентами с подтвержденной биопсией плоскоклеточной карциномы ротовой полости за 2 недели до операции показало значительную экспрессию группы генов, которые при канцерогенезе, как правило, не активны [38]. С другой стороны, как установлено группой Стоунера (Stoner G.)[4], механизм противоопухолевой активности черной малины, угнетающей рост предраковых клеток пищевода крыс, заключается в снижении активности циклооксигеназы-2 (COX-2), что в конечном итоге приводит к снижению в пищеводе уровня нитратов и нитритов вследствие уменьшения продукции простагландинов и индуцируемой NO[5]-синтазы (iNOS) [71], а также к снижению уровня эпителиального фактора роста сосудов (VEGF) [69], но не метаболически, а путем модулирования экспрессии генов, участвующих в пролиферации, апоптозе, воспалении и ангиогенезе [69] - ключевых регуляторных генов NFκB, AP-1, P1−3K/Akt, p38/Erk½, снижающих активность генов COX-2, VEGF and iNOS [46]. Показано, что ЛЧМ ингибирует активность онкогенов NFkB [36] и AP-1 [30], ответственных за опухоли, индуцируемые бенз (a)пиреном и модулируют действие.
Химиопрофилактические агенты в профилактике и лечении рака классифицируются по Ватенбергу как «блокирующие» или «подавляющие»: блокирующие — действуют на стадии инициации канцерогенеза путем влияния на метаболизм канцерогенов и, как следствие, к уменьшению повреждения клеточной ДНК — таким образом тормозя злокачественное перерождение клеток; подавляющие — на стадиях промотирования/прогрессирования канцерогенеза, влияя на скорость клеточной пролиферации, апоптоз, дифференцировку, ангиогенез, инвазию тканей и другие. Многие соединения действуют как на стадиях инициации, так и на стадии промотирования/прогрессирования канцерогенеза [70]. Таким образом, данные литературы указывают, что если не антоцианы, то по крайней мере — антоциан-содержащие ягодные препараты (лиофильные порошки и экстракты) — действуют и как «блокирующие», и как «подавляющие» химиопрофилактические агенты.
В хорошо спланированных экспериментальных исследованиях показано, что химиопрофилактические свойства [72] и противораковый потенциал ягод с высоким содержанием антоцианов (черной малины, черники, земляники и других), их экстрактов и лиофилизатов обусловлен множеством биоактивных соединений: полифенолы (флавоноиды, проантоцианидины, эллагитаны, галлотаннины, фенольные кислоты), стильбеноиды (ресвератрол), лигнаны и тритерпеноиды [64].
Установлено, что in vitro антоцианидины угнетают выживаемость злокачественных клеток в диапазоне концентраций 10−6 -10−4 М. Изучение фармакокинетики антоцианов после их потребления в любом виде — отдельных препаратов, антоцианиновых смесей или экстрактов ягод — показало, что концентрация антоцианов в крови человека достигает на порядки более низкого уровня 10−8 -10−7 М. Остается неясным, достаточны ли такие концентрации для объяснения антиканцерогенных эффектов и что именно действует — сами антоцианы или продукт их гидролиза [15].
Можно предположить, что ассоциация противоопухолевой активности ягодных препаратов с антоцианами — не вполне корректна, но обусловлена тесной корреляционной связью между их концентрацией в виноградном соке с концентрацией других биологически активных веществ. В таком случае антоцианы являются не столько действующим началом, сколько маркером противоопухолевой активности.
Системные нарушения и заболевания. В модели иммунной функции эллаговая кислота в дозе 0,5−2,0 мг/кг дозозависимо подавляла специфический иммуноглобулиновый М-ответ (2,0 мг/кг) и цитотоксическую функцию Т-клеток (0,5 и 1,0 мг/кг), тогда как все другие иммунологические показатели оставались в пределах нормы [3].
Экстракты ягод аронии черноплодной и клубники подавляют дегенерацию печеночной паренхимы [17]. Благодаря высокой антиоксидантной способности этанольный экстракт дальневосточного винограда Тунберга (Vitis thunbergii) проявил in vitro и in vivo высокую гепатопротекторную активность в отношение печени крыс, которых подвергли токсическому действию четыреххлористого углерода (CCl4) для моделирования гепатита и цирроза печени. Гистопатологическое исследование печени показало, что виноградный экстракт снизил жировую дегенерацию, цитоплазматическую вакуолизацию и некроз клеток печени [18].
Множество данных свидетельствуют о том, что компоненты красной малины обладают биологической активностью, которая может иметь клиническое значение для профилактики или лечения диабета. Исследования in vitro и in vivo на животных продемонстрировали антиоксидантное, противовоспалительное и инсулин-чувствительное действие экстрактов красной малины в ключевых тканях, в частности в жировой ткани и, которые в результате привели к снижению гликемии и содержания гликированных белков [12,13, 61, 29]. По сравнению с экстрактами других ягод экстракты красной малины более эффективно ингибируют альфа-амилазу in vitro [28, 49]. Как антоцианины, так и эллаговая кислота обладают способностью усиливать секрецию инсулина, как это показано в доклинических исследованиях: в клеточной культуре (антоцианы [33]); у диабетических животных (эллаговая кислота [12, 13]); с использованием лигандных рецепторов в доковых моделях in situ (эллаговая кислота — ATФ-зависимый калиевый канал) при сравнении природных соединений с известными инсулин-секретирующими препаратами (эллаговая кислота [48]). Однако данные, полученные на людях, не подтвердили данные доклинических исследований, возможно, из-за того, что получены в одних исследованиях — на контингенте здоровых лиц, в других — наоборот — на контингенте с тяжелым диабетом.
В ряде пилотных исследований показана также нейропротекторная [26, 76] и эстрогеноподобная [27, 62] активность антоцианов, а также их польза при ожирении [25], однако, методическая сторона этих работ в этих направлениях еще далека от совершенства.
Биодоступность антоцианов. При сравнении результатов разных лабораторий наблюдается значительная межлабораторная вариация оценок терапевтического эффекта антоциан-содержащих ягодных экстрактов [38], одной из причин которых могут быть индивидуальные различия по скорости поглощения, всасывания и ассимиляции антоцианов и других биоактивных веществ [20]. При ежедневном пероральном приеме лиофилизата черной малины в однократной дозе 35 г/сутки абсорбция как антоцианинов, так и эллаговой кислоты составила менее 1% введенной дозы — большая часть выводилась с мочой — максимальные концентрации антоцианинов и эллаговой кислоты в плазме достигались через 1−2 часа, а в моче — в срок от 0 до 4 часов [69]. Другим источником вариации, особенно при эпидемиологических исследованиях, могут быть также генетические и поведенческие различия между людьми, обусловленные происхождением, территорией и традицией. Например, недавно разработанные методы выявили группы населения, у которых различие по способности к деторождению коррелировало с активностью биодеградации антоцианинов микробиомом биопленок резидентных бактерий ротовой полости [35, 34], состояние которого зависело от воздействие алкоголя и табачного дыма.
В целом, биодоступность полифенолов, по-видимому, очень низка. Прежде чем полифенольные соединения абсорбируются в кровь, они обычно подвергаются структурной модификации. Структуры, которые избегают абсорбции в тонком кишечнике, поступают в толстую кишку, где они преобразуются в фенольные кислоты микроорганизмами, присутствующими в нижних отдела кишечника [10]. Продукты обмена из толстой кишки и деконъюгированные фенольные и агликоновые структуры из верхних отделов пищеварительного тракта подвергаются метаболизму I и II фаз в тонком кишечнике, печени и / или почках, что приводит к метилированным, глюкуронидным и сульфоконъюгированным метаболитам [22, 79]. Эти метаболиты всасываются и поступают в брыжеечный кровоток [10], циркулируют в крови и переносятся в различные ткани и органы тела. Хотя некоторые метаболиты могут никогда не вовлекаться в общую циркуляцию из-за возврата в просвет кишечника после первоначального поглощения энтероцитами или из-за энтерогепатической рециркуляции. Неабсорбированные полифенолы и часть трасформированных метаболитов выводится с калом [10], а большинство абсорбированных метаболитов выводится почками [20].
Особенность антоцианов — в их гликированной форме они абсорбируются неповрежденными [11]. Однако в исследовании с участием здоровых добровольцев и людей с илеостомией[6], которые потребляли 300 г красной малины в день, показано, что 60% потребленных антоцианинов все же не всасывается, а деградируется микробиомом кишечного тракта [26]. Предполагается, что антоцианины разлагаются на С-кольцо, которое высвобождает различные фенольные кислоты, производные, А и В колец. Основным катаболитом цианидин-3-О-глюкозида у человека является пирокатехиновая (3,4-дигидроксибензойная) кислота [78]. Аналогично, только 23% количества проглоченных эллагитанинов было обнаружено в подвздошной жидкости, однако значительное количество эллагитанинов гидролизовалось до эллаговой кислоты (24% потребления). В толстой кишке эллаговая кислота и эллагитанины в основном превращаются в уролитин, А и В, которые метаболизируются в стенке толстой кишки и в печени, что приводит к образованию глюкуронидов уролитина [27]. Синтез уролитинов опосредуется микробиотой кишечника и узкоспецифичными штаммами бактери Gordonibacter urolithinfaciens sp. Nov. [66]. Поэтому в образовании уролитина наблюдается высокая индивидуальная изменчивость [26, 27).
Важную роль для биодоступности полифенолов играют несколько факторов, в том числе: пищевая матрица, доза, индивидуальные вариации, время приема, сложные взаимодействия полифенолов с другими соединениями при поглощении и пищеварении [10]. Поэтому, эффективность лечебно-профилакти-ческих препаратов, содержащих антоцианы, зависит от фармацевтической формы препарата.
Многочисленные свидетельства эффективности антоциан-содержащих ягод и препаратов из них (экстрактов, сухих порошков — лиофилизатов) могут быть обязаны не антоцианам, а другим веществам — особенно, содержащимся в семенах. В лучших источниках антоцианов — ягодах (табл. 1) содержится большое число других физиологически активных вторичных метаболитов: флаваноны, флаванолы, проантоцианидины, эллагитаны и фенольные кислоты; α-каротин, β-каротин, лютеин; фитостеролы — β-ситостерол и стигмастерол; тритерпеновые эфиры; витамины А, С и Е и фолиевая кислота; а также кальций и селен [69, 17]. Еще в середине 80-х годов было показано, что у крыс опухоли пищевода, индуцированные нитрозобензилметиамином, ингибируются не антоцианами, а эллаговой кислотой[7] [47], содержание которой максимально (0,63−1, 5 мг/г сухого веса) в ягодах ежевики, малины, клубники и ягодника [16], но не в мякоти плода, а в семенах.
В заключение следует сказать, что методические и даже методологические проблемы изучения биологических эффектов антоцианов огромны. К тому же, подавляющее число работ выполнено либо in vitro, либо in vivo на модельных биологических объектах — культурах клеток и тканей, а корректные исследования на людях, в силу известных затруднений, относительно редки. Поэтому многие вопросы остаются пока неясными или вовсе без ответа, а многие эффекты — сомнительными. Прежде всего, это касается метаболического сайта и механизма действия. Неясно даже — в какой форме антоцианы (как и все полифенолы) оказывают свое действие, если оно доказано. Кроме того, молекула антоциана подвергается трансформациям уже в кишечном тракте, прежде всего — микрофлорой кишечника, и далее подвергается различным превращениям уже в тканях организма. Что из этих метаболитов является действующим началом, удается установить в редких случаях и с большим трудом.
Практические замечания. В природном и агрокультурном растительном сырье наблюдается большой разброс содержания биологически активных веществ вследствие различий вида, сорта, места выращивания, климата, сезона и условий культивирования. Например, по содержанию антоцианов различия в пределах одного сорта — в 2−3 раза [69]. По этой причине, полезность ягод в диете, направленной на поддержание здоровья, профилактику и лечение заболеваний, сильно различается. Точную дозировку действующих веществ соблюсти просто невозможно, а иногда содержание активного начала может быть столь невелико (табл. 1), что для достижения эффекта необходимо употребление больших количеств натуральных продуктов, несовместимых с возможностями пищеварительной системы.
Для медицинских целей необходимы концентрированные препараты с минимальным содержанием воды и приготовленные наиболее щадящими методами, чтобы избежать разрушения полезных веществ. Поэтому, сочные плоды подвергают вакуумной сублимационной сушке замороженных ягод (лиофилизации) — в результате концентрация веществ на единицу массы возрастает в 10 и более раз. Это позволяет использовать как в медицинской практике, так и в опытах по оценке биологических эффектов высокие дозы биологически активных веществ, не ограничиваемых возможностями пищевого тракта (людей или животных) или пищевыми традициями (людей). Второй путь — концентрирование экстрактов выпариванием, но также под вакуумом при невысоких температурах. Недостатком этого метода являются непредсказуемые химические процессы при концентрировании экстрактов.
Заметим, также, если биоактивное начало содержится в семенах ягодных культур, методы и способы его выделения и концентрирования приобретают еще более важное значение, так как семена обычно защищены плотной оболочкой, не допускающей транспорт никаких веществ даже в агрессивных средах пищеварительного тракта. Виноградные косточки также являются богатым источником проантоцианидинов различной степени полимеризации, также обладающих биологической активностью. Отходы производства виноградных вин и соков, кроме производства лекарственных средств и пищевых добавок, имеют и иные коммерчески успешные пути использования — производство косточкового виноградного масла, пуллулана[8] [77] и другие.
Выводы
- Очень широкий спектр заболеваний и патологических состояний человека, при которых употребление антоциан-содержащих продуктов, несомненно, является полезным, привел к предположению, что сайтом действия антоцианов являются какие-то ключевые процессы клеточного метаболизма, играющие ведущую роль в регуляции патологических состояний человека. К настоящему времени такими процессами признаны три взаимосвязанных системы: а) система антиоксидантной защиты; б) системы регуляции воспаления и в) системы инициации и пролиферации канцерогенеза.
- Можно считать доказанными антиоксидантное и противовоспалительное действие антоцианов, предотвращение повреждения структуры ДНК, подавление роста злокачественных новообразований путем стимуляции апоптоза раковых клеток. Эти ключевые моменты и определяют широкий спектр применения антоцианов, но не исчерпываются ими.
- Факт биологической активности антоцианов можно считать твердо установленным, однако механизмы действия еще не ясны. Не исключено также, что биологическая активность антоциан-содержащих препаратов, представляющих собой сложные смеси активных веществ, в случае каждого конкретного заболевания является синергической суммой действий всех компонентов, а содержание антоцианов — это маркер суммарной биологической активности. Такое предположение позволяет объяснить многие противоречия между данными, полученными in vitro и in vivo.
- Накопленные к настоящему моменту данные дают основания для научного поиска в области создания искусственных фармацевтических средств, структурно сходных с природными антоцианами, но обладающих более высокой активностью и целевым действием.
Приложение
Рис. 1 Структура основных полифенолов красной малины: антоцианидины и антоцианины (A), эллаговая кислота (B), сангвиин H6 ©, ламбертианин C (D) [10].
Таблица 1 Содержание антоцианидинов в некоторых плодах [31]
Свойства черной малины
Рис. 2 Антиоксидантная способность различных сортов малины
(взято: Oregon State University Food Science http://berryhealth.fst.oregonstate.edu/health_healing/fact_sheets/black_raspberry_facts.htm)