Áttekintés a vanillin szerepéről a Redox állapotában és a rák kialakulásában

1 Gonçalo Moniz Intézet, Oswaldo Cruz Alapítvány (IGM-FIOCRUZ-BA), Salvador, BA, Brazília

2 Gyógyszerésztudományi Tanszék, Universidade Federal da Paraíba, 58051-970 João Pessoa, PB, Brazília

Absztrakt

A bioaktív természetes termékek kritikus szerepet játszanak a modern gyógyszerfejlesztésben, különös tekintettel a rákellenes szerekre. Széles körben beszámoltak arról, hogy az ilyen vegyületek különféle farmakológiai aktivitásai kapcsolódnak antioxidáns tulajdonságaikhoz. A vanillin természetes anyag, amelyet sok növényfajban széles körben megtalálnak, és amelyet gyakran italokban, élelmiszerekben, kozmetikumokban és gyógyszerészeti termékekben használnak. Antioxidáns és rákellenes potenciált írtak le ennek a vegyületnek. Figyelembe véve a vanillin jelentőségét az emberi egészség, valamint az élelmiszer- és gyógyszeripar területén, ebben a felülvizsgálatban megvitatjuk a vanillin szerepét a redox státuszban, valamint annak potenciális hozzájárulását a rák megelőzéséhez és kezeléséhez.

1. Bemutatkozás

Számos in vivo bizonyíték támasztja alá azt a nézetet, hogy az oxidatív stressz és a vele járó reaktív oxigénfajok (ROS) genotoxikusak és hozzájárulnak a rák kialakulásához. Az oxidatív stressz által közvetített kóros folyamatok magukban foglalják a sejtmembrán szivárgását, a mitokondriális diszfunkciót, a glutation kimerülését, a redox sejtek zavart állapotát és az ATP kimerülését. Ezek a folyamatok befolyásolják a sejteket és a DNS-t, daganatokat, gyulladásos betegségeket és számos más egészségügyi problémát eredményeznek. Az oxidatív stressz számos betegségben érintett, és rövidebb életet eredményez, hátráltatja a jólétet és növeli a közegészségügyi kiadásokat [1]. Az antioxidáns terápiák megvalósításához a szabadgyökök toxicitásának, molekuláris mechanizmusainak és a betegségekben való részvételének jobb megértése szükséges.

2. Módszertan

A kereséseket a tudományos szakirodalom adatbázisaiban hajtották végre: PubMed és Web of Science 2016 júniusáig a következő kulcsszavak felhasználásával: vanillin, tumorellenes, rákellenes, oxidáló és/vagy antioxidáns.

3. Antioxidáns és prooxidáns hatások

Köztudott, hogy egyik sem

sem a H2O2 nem képes kölcsönhatásba lépni sem a dezoxiribózzal, sem a DNS bázisrészeivel; ez arra utal, hogy a másodlagosan származtatott OH gyök lehet az elsődleges reaktív faj. Miután előállt, az OH kölcsönhatásba léphet a DNS-sel, és legalább 20 különböző DNS-oxidációs terméket állíthat elő [14]. Azt az elképzelést is felvetették, hogy a rák egyik fő kockázati tényezője a mitogenezis. Régóta felismerték, hogy az osztódó sejteknek nagyobb a kockázata a mutációk kialakulásának, mint a nyugalmi sejteknél [15]. A gyulladásos leukociták által termelt oxidánsok mutagenezist és esetleg karcinogenezist indukálhatnak a mitogenezis elősegítésével és a DNS-bázisok módosításával [16]. Egyre nagyobb az érdeklődés az oxigéntartalmú szabad gyökök iránt a biológiai rendszerekben, mivel okozó tényezőként vélik szerepüket a krónikus rendellenességek különféle etiológiájában. Számos antioxidáns aktivitással rendelkező természetes termék védő biokémiai funkciót mutat, és az ilyen metabolitok nagy érdeklődésre tartanak számot. Az oxidatív biológiai reakciók (és gátlásuk) mechanizmusainak jobb megértése elősegíti a különféle betegségek, például a rák megértését, kezelését vagy megelőzését.

A vanillin antioxidáns hatását tekintve vegyes eredményekről számoltak be. A vanillin gyenge szuperoxid-anionfelszívó aktivitással rendelkezik (IC50 2945 ± 247 μM) és nem vagy csak kevés antioxidáns aktivitást mutatott az egér máj mikroszómáiban a lipid peroxidációval szemben (3285-nél inaktív) μM) [17], 1,1-difenil-pikril-hidrazil (DPPH) gyökfogó vizsgálat (IC50-érték magasabb, mint 100 μM) [18], β-karotin dekolorizációs teszt [19], valamint linolsav és koleszterin oxidációs tesztek [20]. Másrészt a 2,5 mM koncentrációjú vanillin gátolta a fehérje oxidációját és a metilénkékkel és a fénnyel végzett fényérzékenység által kiváltott lipidperoxidációt patkány máj mitokondriumában [21]. Ezenkívül hidroxilgyök [22] és 2,2′-azinobisz (3-etil-benzotiazolin-6-szulfonsav) gyökökationt mutatott (ABTS) ∙+ ) (IC50 értéke 16,25 μM) [23] szemetelő tevékenység.

Ezenkívül Tai és mtsai. [12] több antioxidáns vizsgálattal értékelte a vanillin antioxidáns hatását. A vanillin erős antioxidáns aktivitást mutatott az ABTS-ben ∙+ gáztalanító vizsgálat, az oxigén gyökök abszorbancia képesség (ORAC) vizsgálatban és az oxidatív hemolízis gátlás vizsgálatban (OxHLIA), de a DPPH gyök és a galvinoxil gyök elnyelésének vizsgálata során nem mutattak aktivitást. Antioxidáns mechanizmusa az ön dimerizációján keresztül történik. A dimerizálás hozzájárult az ABTS-vel szembeni nagyfokú reakció-sztöchiometriához ∙+ és a 2,2′-azobisz (2-metilpropionamidin) -dihidrokloridból (AAPH-) származó gyökök, hogy a vanillin erős antioxidáns hatását eredményezzék [12]. A vanillin (100 nM) előkezelése szintén csökkentette a rotenon által kiváltott mitokondriális diszfunkciót, oxidatív stresszt és apoptózist az SH-SY5Y neuroblastoma sejtekben [24]. Ezek az adatok megerősítik, hogy a vanillin érdekes antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezik, ami az alkalmazott módszertől függ.

In vivo antioxidáns vizsgálatban az egereknek orálisan egyetlen adag (100 mg/kg) vanillint adtak. A plazma ORAC assay legnagyobb aktivitását 5 percnél figyelték meg, amikor a vanillin, a vanillinsav és a protokatehsav koncentrációja magas volt [12]. Ezenkívül a vanillinnel (150 mg/kg) történő előkezelés hepatoprotektív hatást fejtett ki a szén-tetraklorid által kiváltott hepatotoxicitás ellen a fehérje- és lipid-oxidációs folyamatok gátlása, az antioxidáns enzimaktivitások növekedése és a gyulladás-mediátorok gátlása révén [25]. Újabban Ben Saad et al. [26] kimutatta a vanillin kálium-bromát- (KBrO3-) indukált oxidatív stressz elleni védőhatásait. A vanillinnel végzett kezelés (100 mg/kg/nap 15 napig) csökkentette a KBrO3 által kiváltott vese hisztopatológiai változásait és csökkentette a vese oxidatív károsodását azáltal, hogy gátolta a ROS-termelést és visszafordította az antioxidáns enzim aktivitását a vesében [26]. Ezek a hatások lehetnek a vanillin és a sejtfehérjék vagy a jelátviteli utak közötti kölcsönhatások.

A vanillin prooxidáns hatása kapcsán Castor és mtsai. [27] beszámoltak arról, hogy a vanillin kannának prooxidáns hatása van, ha átmeneti szabad gyökei intracellulárisan keletkeznek. A vanillinből származó átmeneti szabad gyököket torma-peroxidáz/hidrogén-peroxid által közvetített oxidáció hozta létre, és prooxidáns hatásukat cisztein, glutation, ovalbumin és a NADPH koenzim alkalmazásával értékelték cél biomolekulákként. Vanillin, 10-es koncentrációban μM elősegítette a glutation, a szulfhidril-csoportok és a NADPH oxidációját kísérleti körülmények között [27]. Ez a prooxidáns aktivitás megmagyarázhatja citotoxikus hatását egyes tumorsejtvonalakban. Röviden, úgy gondoljuk, hogy a vanillin antioxidáns és prooxidáns tulajdonságai is hozzájárulnak előnyeihez és káros hatásaihoz. Úgy tűnik, hogy a vanillin antioxidáns aktivitása összefügg az antimutagén és rákellenes hatásokkal. Ezzel szemben a vanillin gyökök prooxidáns hatása összefüggésbe hozható anti-invazív, antimetasztatikus, antiangiogén és citotoxikus hatásokkal.

A fenolos anyagok antioxidáns aktivitásáról számos természetes anyag esetében számoltak be, amelyek szerkezetileg hasonlóak a vanillinhez. Az aromás gyűrű hidroxilcsoportja fontos szerepet játszik az antioxidáns aktivitásban az O-H kötés homolitikus fragmentációján keresztül [28, 29]. Beszámoltak arról, hogy a vanillin hidroxilgyök [30] és 2,2′-azinobisz (3-etilbenzotiazolin-6-szulfonsav) gyök kationt mutat (ABTS) ∙+ ) [23] hulladékkezelő tevékenységek. Antioxidáns aktivitása a hidroxilcsoport (OH.) Jelenlétének tulajdonítható ∙ ) aromás gyűrűhöz kapcsolódik. Ezért a fenol funkciós csoportot tartalmazó anyagok antioxidáns aktivitással is rendelkezhetnek, amint azt a vanillin mutatja.

4. Antimutagén aktivitás

A mutagén szerek részt vesznek a genotoxicitásban és a karcinogenezis folyamataiban, valamint számos krónikus degeneratív betegség kialakulásában és patogenezisében. Az antimutagén szerek azok a vegyületek, amelyek védőhatással bírnak a mutagének ellen, amelyek közé tartoznak a „desmutagének”, amelyek kémiai és biokémiai mutagén módosításokat okoznak a DNS károsodása előtt, és a „bioantimutagének”, amelyek csökkentik a mutáció folyamatát a DNS károsodása után [31]. A vanillint bioantimutagénnek minősítették, és képes gátolni a kémiai és fizikai mutagének által kiváltott mutagenezist a különféle sejtrendszerekben.

A vanillin antimutagén hatását először baktériumokon tesztelték [32]. Vanillin (150 koncentrációban) μg/ml [

986 μGátolja a 4-nitro-kinolin-1-oxid (4-NQO), a furilfuramid (AF-2), a kaptán vagy a metil-glioxál által kiváltott mutagenezist Escherichia coli WP2-k. Javító enzimeket hiányos törzsekben alkalmazó vizsgálatokban azt javasolták, hogy a vanillin fokozza a DNS károsodásának helyreállítását a rekombinációs javítási útvonalon keresztül [32–34]. A vanillin nem volt hatékony a 3-amino-l-metil-5 által kiváltott mutációk ellenH-pirido [4,3-b] indol (Trp-P-2) vagy 2-amino-3-metil-imidazo [4,5-f] kinolin (IQ) in Salmonella typhimurium TA98 [32], mégis csökkentette a spontán mutációk gyakoriságát S. typhimurium A TA102 és TA104, csökkentő mutációk a GC helyeken, de nem AT helyeken, és az ilyen antimutagén hatás a pKM101 plazmid jelenlététől függ a TA104 homológjaiban [35, 36]. A vanillin a vad típusú NR9102 törzs spontán mutációja ellen is hatékony volt E. coli, és ez a hatás független volt mind az SOS, mind a NER utaktól. Ezenkívül a vanillin bizonyos típusú DNS-károsodásokat okoz, amelyek rekombinációs javulást váltanak ki. Ez a rekombinációs javítási aktiváció lehetővé teszi a vanillin által kiváltott károsodás helyreállítását, és más DNS-elváltozásokét is, ezáltal csökkentve a spontán mutáció gyakoriságát [37].

Emlős sejtek felhasználásával végzett vizsgálatokban ellentmondásos eredményeket is találtak. Kínai hörcsög petefészek fibroblaszt CHO K-1 sejteken végzett vizsgálatokban a vanillin képes volt elősegíteni a testvér-kromatid cserék (SCE) gyakoriságának növekedését N-etil-

-nitro-N-nitrozguanidin- (ENNG-), MMC-, EMS-, ENU- és MNU-kezelt sejtek, de nem N-metil-N-nitrosoguanidin- (MNNG-) vagy MMS-kezelt sejtek. A hatás S-fázisfüggő volt az MMC-vel kezelt sejtekben [43, 44]. Ezzel szemben a kromoszóma-rendellenességek gyakorisága szignifikánsan csökkent az MMC-vel kezelt sejtekben a G2 fázisban, vanillinnel végzett utókezeléssel [44]. Ezenkívül a G1 fázisban végzett vanillin-kezelés elnyomta a röntgensugarak által kiváltott törés- és cseretípusú kromoszóma-rendellenességeket. A vanillinnel végzett kezelés a G2 fázisban elnyomta az ultraibolya fényt (UV) és a röntgensugarak által kiváltott töréstípusokat, de a csere típusú kromoszóma aberrációkat nem. Kínai hörcsög tüdő fibroblaszt V79 sejtekben végzett kísérletek során a vanillin csökkentette az UV, röntgen és ENU által kiváltott 6-tioguanin-rezisztens mutációk gyakoriságát [46]. A hidrogén-peroxid (H2O2) által kiváltott citotoxicitás és kromoszóma-rendellenességek elnyomódtak, amikor a V79-sejteket vanillinnel utókezelték. A vanillin azonban fokozta az EMS által kiváltott toxicitást [47]. A vanillin emellett csökkenti a metotrexát-, röntgensugár- és UV-indukálta mikrotumított és binukleáris aberráns sejteket is [48, 49].

A vanillin in vivo antimutagén hatásait röntgen- és MMC-indukált mikrotagokban vizsgálták egér csontvelő sejtjeiben. A vanillinnel végzett utókezelés csökkentette a röntgen- és MMC-indukálta mikrocukrú polikromatikus eritrociták gyakoriságát [50, 51]. A vanillint az egérfolt tesztben hím PW és nőstény C57BL/10 egerek alkalmazásával is megvizsgáltuk. Három egymást követő szájon át adott vanillin 500 mg/kg dózisban csökkentette a recesszív hordozó kölykök ENU által kiváltott gyakoriságát [46].

A vanillin fotoszenzibilizáció által kiváltott egyszálú töréseket (ssbs) gátló képességét a pBR322 plazmid DNS-ben sejtmentes rendszerben vizsgálták, függetlenül a DNS-reparációs/replikációs folyamatoktól. A vanillinről kiderült, hogy hatékony DNS-védelmet nyújt a fotoszenzibilizáció által kiváltott ssbs (főleg II. Típusú reakció) ellen DNS-javítás, replikációs gép vagy egyéb sejtvédelem hiányában, ami részben az O2 elszívásának képességéből adódhat [23, 52 ]. Másrészt a vanillin képes volt gátolni a mutációkat a CD59 lokusz az ember-hörcsög hibridben

a H2O2, MNNG és MMC által indukált sejtek, de nem 137 Cs γ-sugárzás. A hatásokat a vanillin azon képességének tulajdonították, hogy gátolja a potenciális mutánsok halálához vezető DNS-helyreállítási folyamatot, vagy fokozza azokat a DNS-javítási útvonalakat, amelyek védik a mutációkat, de halálos DNS-elváltozásokat okoznak a javítási folyamat során [53]. Ezenkívül a vanillin képes blokkolni a DNS-helyreállítást nem homológ DNS-végcsatlakozással (NHEJ), és szelektíven gátolni a DNS-protein-kináz (DNS-PK) aktivitást humán limfóma GM00558 sejtek és rokon génhiányos sejtek alkalmazásával végzett kísérletek során. A vanillin nem mutatott kimutatható hatást az NHEJ-folyamat más lépéseire, a nem rokon protein-kinázra vagy a sejt-kivonatok DNS-eltérésének helyreállítására. A vanillin fokozta a ciszplatin citotoxicitását is, de nem befolyásolta az UV-érzékenységet [54].

A vanillin antimutagén potenciálját mind spontán, mind IQ-indukálta micronucleus frekvenciák alkalmazásával értékeltük humán hepatocelluláris carcinoma HepG2 sejtekben. A vanillin mérsékelt növekedést okozott a mikronukleuszszámban a vizsgált magas koncentrációnál (500 μg/l) μg/ml [

A vanillin KBrO3 által kiváltott máj-, csont- és vérbetegségek elleni védőhatását is vizsgálták [58, 59]. A vanillin együttadása KBrO3-val kezelt egereknek jelentősen megakadályozta a DNS károsodást, a májsejtek megváltozását és a plazma transzaminázszintek növekedését, gátolta a máj lipidperoxidációját, és gyengítette az enzimatikus és nonenzimás antioxidánsok kimerülését, valamint az előgyulladásos citokinek expressziós szintjét, beleértve a tumor nekrózis faktorát is.-α, interleukin-1β, interleukin-6 és COX2.

Bár a vanillin egyes modellekben komutagén hatást mutatott, antimutagén hatása (a koncentrációs tartományban 2007 - ben) μM) alaposan értékelték, és úgy tűnik, hogy a sejt redox és a DNS helyreállítási útvonalakra gyakorolt hatásainak tudható be (2. ábra).