ФЛАВОНОИДЫ: БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МЕДИЦИНА - Тараховский Ю. С. - 2013

ЧАСТЬ 1. ВАЖНЕЙШИЕ ФЛАВОНОИДЫ

1.2. Флаваны

Флаваны включают четыре группы: собственно, флаваны, флаван-3- олы, которые называют также катехинами, флаван-4-олы и флаван-3,4- диолы (рис. 5). Последние две группы (флаван-4-олы и флаван-3,4-диолы) объединяют под общим названием лейкоантоцианидины, поскольку их предшественником в метаболическом пути синтеза является антоциан, тогда как приставка лейко- происходит от греческого слова Xeukoq что означает «белый» (в данном случае - неокрашенный, бесцветный).

Рис. 5. Группы флаванов.

1.2.1. Флаван-3-олы (катехины)

Катехины являются одной из наиболее исследованных групп флавоноидов, которая включает большое разнообразие биологически активных веществ: катехинов и катехин-галлатов. Они являются также предшественниками в синтезе проантоцианидинов. Молекулы катехинов (рис. 6) отличаются от молекул большинства флавоноидов тем, что между вторым и третьим атомами углерода отсутствует двойная связь, в результате чего на этих атомах возникают два хиральных центра и образуются четыре диастереоизомера. Два изомера в транс-конфигурации называются катехинами, тогда как два изомера в цис-конфигурации называют эпикатехинами.

Рис. 6. Диастереоизомеры катехина. Изомеризация этих молекул возможна вследствие отсутствия двойной связи между 2-м и 3-м атомами углерода, которая имеется у многих флавоноидов.

Диастереоизомеры в отличие от энантиомеров не являются зеркально симметричными молекулами. Два диастериоизомера, отличающиеся в отношении одного из центров, называются эпимерами и к названию одного из изомеров добавляется приставка «эпи». В отличие от энантиомеров, диастериоизомеры могут существенно различаться по физическим и химическим свойствам. Среди катехинов наиболее распространен (+)-катехин, тогда как среди эпикатехинов более распространен (-)-эпикатехин.

Свое название катехины получили от экстракта индийской акации катеху (Acacia catechu), используемого в странах Востока (Япония, Малайзия) в качестве дубильного вещества при обработке и окраске кожи в желтовато-коричневый цвет. В течение многих столетий, это вещество использовалось в традиционной индийской медицине как вяжущее средство, в лечении различных заболеваний, включая заболевания органов пищеварительной системы, в лечении ран и при хирургических процедурах. Этот материал богат таннинами и катехинами. Сейчас исследуется возможность применения препаратов из сока акации катеху в лечении канцерогенных заболеваний, например, карциномы кожного эпителия. Показано, что катехины акации могут снижать токсический эффект продуктов метаболизма карциномы благодаря мощному антиоксидантному действию. Имеются также клинические наблюдения использования препаратов из древесины катеху при лечении лепроматозной лепры. Эти вещества обладают также гипотензивным действием.

Катехинами богат чай (листья Camellia sinensis), а также бобы какао (Theobroma cacao), и соответственно, эти вещества содержатся в шоколаде. Зеленый чай наиболее богат катехинами (рис. 7). Листья зеленого чая содержат 51-84 мг катехинов на грамм сухого веса, что в несколько раз больше, чем в черном чае. Многие фрукты, овощи, вино также богаты катехинами, способными оказывать благотворное действие на здоровье человека. Это не удивительно, поскольку катехины используются растениями для борьбы с различными патогенами и вредителями, включая насекомых, бактерии, грибы и вирусы. Известно, что катехины являются мощными антиоксидантами, благодаря способности связывать свободные радикалы. В растениях, богатых катехинами, присутствуют также олигомеры этих веществ, называемые полицианидинами. Наиболее распространены полицианидины, образованные несколькими молекулами эпикатехинов, структура которых варьирует у различных растений. Наиболее богаты процианидинами какао-бобы и яблоки. Они содержатся также в красном вине и клюквенном соке. Так, какао-бобы богаты димерами (-)-эпикатехина А-типа (связь 4 —> 8), тогда как, например, в арахисе содержатся димеры (-)-эпикатехина В-типа (связи 4 —> 8; 2 —> O7). Иногда эти молекулы образуют длинные цепочки. Во многих растениях эти вещества, например, (-)-эпикатехины, образуют более сложные, разветвленные олигомеры, называемые таннинами (рис. 7).

Рис. 7. Примеры катехинов и их олигомеров. Представлены семь важнейших катехинов зеленого чая: катехин (С), эпикатехин (EC), эпигаллокатехин (EGC), катехин-галлат (CG), эпикатехин-галлат (ECG), галлокатехин-галлат (GCG) и эпигаллокатехин-галлат (EGCG). Показаны также примеры олигомеров катехина А2- и В2-форм, образованные связями 4—> 8 и 2 —> O7, а также фрагмент разветвленной цепи таннина.

Предполагается, что различные формы катехинов и их олигомеры имеют большое значение в профилактике различных заболеваний. Так, например, эпигаллокатехин-галлат (EGCG), выделенный из листьев чая, может обладать антиканцерогенным действием [40] благодаря способности инициировать апоптоз у быстро делящихся клеток опухоли. Возможно, что это действие связано с влиянием катехинов на регуляторные системы клеток, и в частности, на тирозинкиназы. Способность EGCG оказывать ингибирующее действие на различные стадии канцерогенеза: воспалительные процессы, клеточную трансформацию, пролиферацию, апоптоз, метастазирование, инвазию объясняется способностью этого флавоноида взаимодействовать с различными молекулярными мишеням в клетке, включая транскрипционный фактор NF-kB (ядерный фактор каппа-В), контролирующий экспрессию генов иммунного ответа и апоптоза, а также способность инициировать продукцию цитокинов, например хемоаттрактанта моноцитов.

Обнаружено, что EGCG способен препятствовать развитию множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток, инициируемой Р-гликопротеином, благодаря блокированию АТФ- связывающего сайта этого белка. В результате, накопление лекарственных препаратов в клетке существенно увеличивается. Такое мощное и разностороннее действие EGCG на процессы канцерогенеза привлекает внимание клиницистов. Предполагается возможность совместного использования в клинике катехинов зеленого чая и стандартных противораковых препаратов, способных оказывать синергическое действие на апоптоз клеток опухоли. Кроме того, эти вещества способны снижать уровень холестерина в крови благодаря уменьшению содержания липопротеинов низкой плотности, что понижает риск развития атеросклероза.

Исследуется также действие катехинов чая на нервную систему, например, в качестве агентов, препятствующих развитию болезней Паркинсона и Альцгеймера. Эти вещества способствуют укреплению сердечно-сосудистой системы. Катехины зеленого чая способны также препятствовать ожирению. Это действие может быть связано со способностью ингибировать катехол-О-трансферазу и тем самым ингибировать разрушение норадреналина (норэпинефрина) в надпочечниках.

1.2.2. Теафлавины черного чая

В отличие от зеленого чая, который вначале высушивают при температуре существенно выше 100°С, что приводит к денатурации ферментов чайного листа и позволяет сохранить структуру катехинов, черный чай скручивают на специальных роллерах, что приводит к разрушению тканей листа и высвобождению ферментов, действующих на катехины. После скручивания листья оставляют для ферментации, при которой происходят существенные изменения в структуре катехинов вследствие ферментативного окисления.

В результате ферментативных процессов из катехинов образуются теафлавины и теарубигины, придающие черному чаю характерный вкус и цвет. Теафлавины являются олигомерами катехинов (рис. 8), и возможно, сохраняют профилактические и лекарственные свойства, присущие катехинам. Теарубигины - более крупные полимерные молекулы, составляющие более 70 % полифенолов черного чая, изучены в меньшей степени. В высококачественных сортах чая соотношение теарубигины/теафлавины не более 10, тогда как в низкосортном чае эта величина может превышать 20.

Рис. 8. Примеры теафлавинов и других полифенолов, присутствующих в черном чае. Кроме представленных здесь теафлавин-галлата и теафлавин-дигаллата в черном чае могут присутствовать также теафлавин-тригаллат и теафлавин-тетрагаллат, обнаруженные недавно.

Распространено мнение, что потребление черного чая оказывает благотворное действие на многие процессы в организме, включая защиту от рака и заболеваний сердечно-сосудистой системы. Это действие приписывается теафлавинам, которые являются главными биоактивными полифенольными соединениями черного чая. Однако наши знания о биодоступности этих веществ и их трансформации в организме весьма ограничены, а большинство экспериментальных свидетельств действия теафлавинов на организм получены в условиях in vitro, что делает выводы исследователей гипотетическими. Насколько нам известно, первое исследование биотрансформации теафлавинов в организме крыс было проведено лишь в 2011 г. Анализ кала животных, которым давали теафлавин-3,3’-ди- галлат, показал присутствие четырех продуктов метаболизма: теафлавина, теафлавин-3-галлата, теафлавин-3’-галлата и галловой кислоты. Присутствовали также глюкуронидированные и сульфатированные формы теафлавин-3,3’-дигаллата, тогда как метилированные производные теафлавинов присутствовали в следовых количествах. Это свидетельствует о биотрансформации этих веществ в организме. Для более полного представления о механизмах действия этих веществ необходимы также знания об их присутствии в крови, а также распределении в различных органах и тканях.

Было показано, что in vitro теафлавины обладают высокой антиоксидантной активностью, сравнимой с активностью EGCG. Теафлавин-3,3’-дигаллат обладал наиболее высокой активностью при связывании перекиси водорода и гидроксил-радикала, тогда как теафлавин был наиболее активен в отношении супероксидного радикала. Теафлавин-3’-галлат проявлял активность в отношении синглетного кислорода, перекиси водорода, гидроксильного радикала, и защищал ДНК от повреждений гидроксил-радикалом, что, по мнению авторов исследования, потенциально может иметь терапевтическое значение.

Известно, что, как и катехины зеленого чая, теафлавины черного чая способны накапливаться в клеточном ядре. Было обнаружено, что теафлавины способны взаимодействовать с гистонными белками и со всеми формами ДНК, включая двухцепочечную и четырехцепочечную ДНК (G-квадруплексы). Примечательно, что теафлавин-дигаллат проявлял наиболее высокую аффинность к G-квадруплексам ДНК среди всех веществ, исследованных до сих пор. Значение этого явления трудно переоценить, поскольку G-квадруплексы участвуют в процессах клеточной сигнализации, а также могут служить в качестве мишеней для действия лекарственных веществ, используемых в лечении рака и других заболеваний.

Исследования на изолированном сердце крысы после ишемии и реперфузии показали, что при концентрации теафлавинов 10-40 нмоль/л наблюдается кардиопротекторное действие. По мнению авторов, это действие связано с открыванием калиевого АТФ-зависимого канала митохондрий и ингибированием открывания митохондриальной поры (mTRP - mitochondrial permeability transition pore), находящейся на внутренней мембране митохондрий и ответственной за апоптоз клеток.

В экспериментах на животных показано, что теафлавины чая оказывают защитное действие на печень, пораженную неалкогольным жировым гепатозом в условиях перфузии, что имеет большое значение при пересадке печени. Теафлавины оказывают антиоксидантное, противовоспалительное и анти-апоптозное действие как на печень в целом, так и на культуру гепатоцитов.

Теафлавины могут иметь терапевтическое значение в лечении болезни Паркинсона, поскольку способны подавлять воспалительные процессы и апоптоз дофаминэргических нейронов черной субстанции (substantia nigra).

На макрофагах костного мозга крыс было показано антиоксидантное, противовоспалительное, антиканцерогенное и антимутагенное действие теафлавинов черного чая. При действии на клетки провоспалительных агентов липополисахаридов (LPS) теафлавины блокировали сигнальные пути ядерного фактора NF-kB и митоген-активируемых протеинкиназ MAPK, в результате чего снижалась экспрессия интерлейкинов IL-6, гемостатического белка моноцитов (MCP-1) и молекулы межклеточной адгезии ICAM-1. Аналогичное исследование было проведено также на клетках кишечного эпителия, где также было обнаружено защитное действие теафлавинов против действия LPS. Авторы наблюдали подавление экспрессии белков клеточной адгезии ICAM-1 и VCAM-1 вследствие блокады ядерного фактора NF-kB и активации киназы JNK (c-Jun N-therminal kinase).

Поверхностное применение теафлавинов способно эффективно снимать отеки (эдему), как это было показано в эксперименте на животных. При аппликации на поверхность кожи теафлавины инициировали повышение экспрессии белка р53 (супрессор опухолей) и белка апоптоза ВАХ, что свидетельствует о действии на митохондрии. На клеточных моделях было показано, что теафлавины подавляют экспрессию генов циклооксигеназы COX-2 и снижают экспрессию цитокинов воспаления TNF-α, индуцируемой синтазы азота iNOS, фактора межклеточной адгезии ICAM-1 (Intercellular Adhesion Molecule 1) и ядерного фактора транскрипции NF-kB. Аналогичное действие с активацией белков BAX и р53 способствовало апоптозу клеток карциномы эпителия.

Теафлавины способны активировать различные процессы, связанные с антиканцерогенным действием этих веществ. Так, теафлавины подавляют экспрессию металлопротеаз межклеточного матрикса MMP-2 (Matrix metalloproteases), вызывающих разрушение белков межклеточного матрикса и способствующих инвазии опухолей. В экспериментах на животных было показано, что благодаря этому теафлавины способны уменьшать размер меланомы. Теафлавины обладают также прооксидантным действием в отношении некоторых клеточных культур. Так, теафлавин-3,3’-дигаллат способен подавлять рост клеток карциномы благодаря инициированию окислительного стресса.

Теафлавины обладают также бактерицидным действием. Так, известно, что внутрибольничные (нозокомиальные) инфекции чрезвычайно трудно поддаются лечению, поскольку их возбудители, например, Stenotrophomonas maltophilia и Acinetobacter baumannii, обладают устойчивостью к большинству антибиотиков. Однако было обнаружено, что теафлавины обладают выраженным антибактериальным действием в отношении этих бактерий in vitro. Примечательно, что действие теафлавинов усиливается в присутствии катехинов зеленого чая. Хотя механизм действия этих веществ и причина синергизма полифенолов зеленого и черного чая не установлены, полученные данные могут быть полезны в создании новых антибактериальных агентов.

Производные теафлавинов, такие как теафлавин-дигаллаты, также, как и некоторые катехины, обладают сродством к белку оболочки ретровирусов gp41. Благодаря этому указанные полифенолы способны подавлять вирулентность этих вирусов, включая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Было показано, что теафлавин-3,3’-дигаллат связывается с гидрофобным карманом белка gp41, находящимся на поверхности оболочки вируса, что препятствует проникновению частиц вируса в клетки хозяина вследствие блокирования их способности сливаться с мембранами. Аналогичным действием обладают и производные катехина, полученные из зеленого чая. Недавно был создан гель, содержащий теафлавины, который при внутривагинальном нанесении способен защищать от инфицирования ВИЧ. Авторы отмечают, что гель, созданный с использованием компонентов черного чая, отличается высокой эффективностью и низкой ценой.

Фракция теафлавинов черного чая предположительно может защищать также от инфекции вирусом гриппа, поскольку оказывает ингибирующее действие на нейраминидазу - белок оболочки различных штаммов вируса (IC₅₀ = 9,27-36,55 нг/мл). Это снижает вирулентность частиц вируса и репликацию вирусных генов. Кроме того, на культуре клеток показано, что эти вещества подавляют продукцию цитокинов воспаления IL-6, что потенциально способно облегчать течение заболевания.