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功能性食品---菠菜(2)

已有 2268 次阅读 2022-1-5 12:21 |系统分类:科普集锦

功能性食品---菠菜(2)

过度炎症会放大炎症/免疫细胞持续造成的局部损伤。为了调节炎症/免疫细胞的过度刺激,必须激活抑制或阻断细胞过度活动的机制网络。

------ Front Oncol. 2021 Nov 22;11:722999.

 

菠菜(1):https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1316979.html

菠菜(2):  5. 菠菜的功能特性

5.2 菠菜的抗炎功能


5.2菠菜的抗炎功能

炎症(inflammation)是对创伤或感染的一种自然免疫反应,如果不减弱,就会导致严重的慢性疾病,包括癌症、心血管疾病和2型糖尿病【5】。然而,对炎症反应的信号(起源或启动机制)或触发因素,包括内质网应激尚不完全明确。尽管目前针对炎症的药物疗法虽然有效,但也会产生一些诸如呕吐、恶心、便秘、头晕等不良副作用,因此治疗和预防炎症和炎症介导疾病的替代方案备受关注,如功能性食品,就成为有潜力的替代品【5,28】。

从菠菜中提取的叶绿素及其合成衍生物脱镁叶绿素和脱镁叶绿素锌,在RAW 264.7细胞(巨噬细胞)中,Zn-Phephytins对脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的一氧化氮(nitric oxide,NO)生成具有显著的抑制活性。此外,Zn-Phephytins显著抑制LPS诱导的RAW 264.7细胞中诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表达,结果表明,脱镁叶绿酸锌具有很强的抗氧化和抗炎特性(见菠菜(1)图4 https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1316979.html),因此可以作为一种潜在的生物活性化合物来源,用于营养、化妆品和医药应用【20】。

肺泡巨噬细胞(AM)在调节免疫和炎症活动以及肺组织重塑中起着核心作用【29】。这些细胞是抵御感染因子和其他免疫损伤的第一道防线,它们可以产生促炎和抗炎细胞因子,如TNF和IL-10。TNF参与了许多炎症性疾病,包括感染性休克、炎症性肠病、类风湿性关节炎和过敏性气道炎症,而IL-10在这些疾病中起着保护作用。皮质类固醇疗效的机制之一是下调AM中炎症介质和细胞因子的释放。PureCell复合物(PCT)-233是一种来自菠菜叶肉组织的活性分子复合物,AM在被LPS刺激之前或之后用PCT-233和/或皮质类固醇治疗,LPS刺激前用PCT-233和皮质类固醇预处理AM可降低蛋白质和mRNA水平的TNF生成,而IL-10生成增加。PCT-233/皮质类固醇联合用药可进一步降低TNF/IL-10比值。有意思的是,在LPS刺激后18小时,用PCT-233和皮质类固醇进行AM治疗并没有显著调节TNF的释放,但确实增加了IL-10的产生,这些数据表明,即使在炎症过程中添加PCT-233,PCT-233也具有一些抗炎特性,并且可以增强其他抗炎剂的作用【30】。

Thykamine是从菠菜叶中提取的类囊体植物提取物,其抗炎和抗氧化作用已经在动物和细胞模型中进行了研究。已通过抑制J774A中NO的生成(>98%)证明了其氧化特性。Thykamine提取物中存在具有相关超氧化物抑制活性的SOD酶以及类胡萝卜素,可以解释防止脂质过氧化的原因。Thykamine类囊体膜的糖脂成分也可能参与抑制NO的产生,因为用这些糖脂治疗可阻断LPS诱导的HUVECs中iNOS的表达【31】。Thykamine含有多种抗氧化分子和酶,它们参与保护和恢复紫外线照射的有害影响【32】。腹腔注射Thykamine可减轻TNBS(2,4,6-三硝基苯磺酸)诱导的结肠炎和卡拉胶引起的足肿胀的炎症过程。最近的研究表明,Thykamine在两种与中性粒细胞存在直接相关的急性炎症动物模型中具有体内抗炎作用【14】。

流行病学证据支持水果和蔬菜摄入与心血管疾病和神经退行性变发病率之间的负相关。临床证据表明,蔓越莓、蓝莓、草莓和菠菜可预防心血管和神经退行性疾病。机制研究表明,这些植物性食物可减轻氧化应激、调节炎症和改变神经传递,这些作用通常归因于酚类成分。核因子κB(nuclear factor kappa BNFκB)是一种主要的炎症介质,与神经退行性变和动脉粥样硬化形成有关,并易受多种植物化学物质的抑制。NFκB抑制剂是一种在细胞质中基本上隔离NFκB的锚。一旦释放,NFκB转运到细胞核以协调炎症基因的表达。具有抗炎活性的植物提取物通常通过与NFκB相关和不同的机制表现出神经保护作用。脯氨酰内肽酶(PEP)是一种细胞溶质肽酶,可降解中枢神经肽,包括催产素、缓激肽和P物质。在临床研究中,PEP抑制剂可提高神经认知能力。蔓越莓和野生蓝莓的水提取物(CB)以及草莓和菠菜的乙醇提取物(SBS)已经分别作为植物学心脏病药物和植物记忆剂以胶囊的形式用于临床(表1)。过去对食用植物的大量研究集中在单一植物提取物及其酚类分离物上。在炎症和神经保护的药理学模型中,很少注意低酚含量的混合制剂。表1表明,分离的植物化学物质的两个公认的分子靶点被整个提取物的混合物所抑制【33】。

 

Table 1. Fruit and Vegetable Blends    Studied

Blend,    extract constituent

Phenolic content

ORAC (μmol of TE/g)

Bioassay

CBa



NFκB inhibition

 Cranberry

2% proanthocyanidins

350


 Blueberry

4% total phenolics

350


SBSb



PEP inhibition

 Strawberry

2% total phenolics

200


 Blueberry

4% total phenolics

350


 Spinach

1% total phenolics

300


aCranberry/blueberry, supplied as PhytoCardio (Pure Encapsulations).

bStrawberry/blueberry/spinach, supplied as PhytoMemory (Pure Encapsulations).

NFκB, nuclear factor κB; 氧自由基吸收能力ORAC, oxygen radical absorbance capacity; 脯氨酰内肽酶PEP, prolyl endopeptidase; TE, Trolox equivalents. 总酚total phenolics,蔓越莓Cranberry,草莓Strawberry,蓝莓Blueberry,菠菜Spinach,原花青素proanthocyanidins

菠菜的抗炎特性已经在几种动物模型中进行了评估。雄性Wistar大鼠,每日服用菠菜源性天然抗氧化剂NAO (10 mg kg1; i.p.) 持续8天,然后用单剂量LPS(10 mg kg1; i.p.)激发,显示:(i)LPS诱导的肝损伤的发生频率和严重程度降低,(ii)环氧合酶-2(cycloxygenase-2 ,COX-2)介导的炎症细胞(如单核细胞、多形核白细胞)活化减弱,(iii)减弱了LPS刺激的iNOS诱导【34】。同样,新西兰兔受到LPS(10 mg kg1,i.p.)在接受NAO (10 mg kg1, i.p.)连续8天,肝脏、胸腺、脾脏、眼睛和肾上腺的LPS相关病变减少。结果表明,NAO在治疗与氧化应激相关的革兰氏阴性细菌败血症相关的临床内毒素血症方面可能具有疗效【35】。

众所周知,LPS通过toll样受体-4(toll-like receptor-4,TLR-4)信号通路和NF-κB的下游激活促进炎症, NF-κB静止存在于与IκB抑制蛋白(IκB)结合的细胞质中【36】。在此过程中,LPS与TLR-4的结合诱导IκB激酶(IKK)的磷酸化和活化,IκB使IκB磷酸化。IκB经历蛋白质体降解,从而使NF-κB二聚化并转运到细胞核,在那里NF-κB诱导促炎细胞因子(白细胞介素-1、IL-1;肿瘤坏死因子-α、TNF-α)和活性氧(ROS)生成酶(COX-2;iNOS)的表达【5】。

总结目前对LPS与TLR4结合后的事件的理解,并试图建立LPS激活的信号通路模型(图5)【36】。

image.png

图5. LPS信号的简化模型。循环LBP(LPS识别的第一个宿主蛋白是LPS结合蛋白LBP)识别血浆中的LPS并将其带到CD14。这有助于将LPS装载到LPS受体复合物上,该复合物由二聚TLR4受体和两个细胞外适配器MD-2分子组成。由TLR4激活的后续信号可细分为依赖于MyD88(和Mal)的信号,这些信号发生较早(由图表右侧所示的事件表示),以及独立于MyD88的信号,这些信号发生较晚并使用适配器TRIF和TRAM(如左图所示)。LPS信号导致NF-κB、IRF3和MAPK激酶途径的早期激活,这是由转接器MyD88和Mal介导的。在随后的IRAK激活和磷酸化后,TRAF6被激活,从而导致许多促炎症基因的表达。作为随后对LPS的反应,TLR4引起TRAF6和TBK1的激活,这是一种由转接器TRIF和TRAM介导的事件【36】。


机制上,菠菜衍生的NAO可通过抑制NF-κB的细胞溶质激活或DNA结合活性提供保护。NAO中的芳香酚类物质(包括对香豆酸)可能有助于这种已报道的抗炎特性。

在关节炎Wistar大鼠中,对香豆酸(100 mg/kg/天;i.p.)显著降低滑膜组织中TNF-α和循环免疫复合物的表达。在佐剂诱导的关节炎大鼠中也显示出显著的抗炎作用【37】。同样,Cartford等人【38】发现,喂食含0.02%(w/w)干菠菜的Fischer 344大鼠的小脑中NF-κB靶基因TNF-α和TNF-β的表达被抑制了6周。因此,NAO或其他菠菜提取物的抗炎特性代表了进一步研究的领域【5】。

叶黄素(Lutein)是一种具有高生物利用度的类胡萝卜素,其抗炎特性已在动物模型和人体中进行了研究。在动物体内,给予叶黄素(10 mg kg1; i.p.)随后用LPS攻击BALB/c小鼠,发现血浆前列腺素E2(PGE2)、TNF-α和IL-1β水平以及肝脏iNOS和COX-2酶丰度降低【39】。在经20μM叶黄素处理的LPS诱导的腹腔巨噬细胞(RAW 264.7)中进行的研究表明,叶黄素的抗炎特性表现为iNOS表达的降低。叶黄素降低了PGE2、TNF-α和IL-1β的水平。作者得出结论,通过清除ROS,叶黄素降低了H2O2诱导IKK依赖的NF-κB活化的可用性,从而降低了NF-κB靶基因的表达。此外,在LPS处理的RAW 264.7细胞中,叶黄素减弱了几种NF-κB信号介质的激活,包括Akt、NIK(NF-κB诱导激酶)、IKKα和IKKβ【40】。

自由基清除抗氧化剂作为细胞防御系统的一部分,其功能是抑制自由基的形成和繁殖以及活性氧物种的形成(图6)【39】。

image.png

图6。LPS刺激巨噬细胞中ROS激活NF-κB的可能信号通路。通过LPS连接,TLR4触发MAPK激活和NADPH氧化酶(NOX)激活,在细胞外生成超氧物,转化为H2O2。细胞外H2O2穿过邻近细胞的细胞质膜并积聚在细胞内,导致与负责NF-κB活化的细胞靶点包括PI3K、PTEN和NIK相互作用。叶黄素清除细胞内外的超氧化物和过氧化氢【39】。


叶黄素是自然界和人类饮食中最丰富的类胡萝卜素之一。许多研究人员使用体内和体外实验策略来评估叶黄素对炎症期间视网膜神经元功能障碍的神经保护作用。例如,Sasaki的一项研究【41】报告了叶黄素对C57BL/6小鼠炎症诱导的视网膜神经损伤的有效性。当剂量为100 mg/kg体重时,叶黄素抑制STAT3激活、ROS积累等。这些数据表明,叶黄素作为抗氧化剂在内毒素诱导的葡萄膜炎期间具有神经保护作用,为抑制炎症引发的视网膜神经损伤提供了一种潜在途径。

叶黄素在大脑中的作用机制也有报道。二十二碳六烯酸(DHA),一种存在于大脑中的高多不饱和脂肪酸,对儿童的发育和功能改善至关重要。维持成年人的神经功能同样重要。叶黄素在富含多不饱和脂肪酸的膜区域有不同的定位,因此能够很好地保护脂质免受氧化(图7)。

image.png


图7。叶黄素的抗炎和抗凋亡机制。叶黄素抑制kB-a分解代谢并阻断NF–B易位,从而抑制可诱导基因转录和炎症介质合成。叶黄素通过清除超氧阴离子和H2O2来减少细胞间H2O2的数量,这是使叶黄素成为炎症反应重要减少剂的另一种策略。AOPP与其细胞质受体结合并进入血浆,导致蛋白激酶C激活,产生O2, 激活Bax/Bcl 2/caspase,最终导致细胞凋亡和细胞死亡。叶黄素可以阻止这些产物(AOPP)的产生,并阻断AOPP介导的刺激细胞凋亡的信号【42】。


菠菜还含有显著水平的β-胡萝卜素,被认为通过类似于叶黄素的机制具有抗炎特性。在胃上皮AGS细胞中,β-胡萝卜素抑制H2O2诱导的NF-κB活化和随后促炎性趋化因子IL-8的表达【43】。

β-胡萝卜素可以在体外消除对壬基酚在人血中性粒细胞和全血中诱导的ROS生成【44】重要的是,来自全叶、切碎或液化菠菜的β-胡萝卜素的生物利用度远低于叶黄素,并且这两种类胡萝卜素在肠道吸收过程中相互负作用。由于菠菜中叶黄素的浓度远高于β-胡萝卜素,其抗炎机制可能是由叶黄素介导的;然而,它应该在人类干预研究中进一步研究。总的来说,来自动物和细胞研究的证据表明叶黄素通过降低NF-κB的活化来改善炎症反应,并表明富含叶黄素的食物,如菠菜,可以抑制炎症【5】。

在人类中,一项随机、双盲、安慰剂对照试验测试了25名健康男性和女性服用干菠菜(每天10.4克)8周后对炎症的影响。食用干菠菜的受试者的血清叶黄素显著增加;然而,炎症标志物C反应蛋白(CRP)水平没有变化。在该研究中,由于未确定NF-κB途径的蛋白质,因此无法与NF-κB建立联系【5】。

近年来,植物药物在骨关节炎发病机制中的作用引起了广泛关注【45】。之前已经证明了菠菜提取物(Spinaciaoleracea extract,SOE)在绝经后骨质流失和骨折愈合活动中的成骨和软骨细胞增殖作用【46】。在小鼠的膝关节注射碘乙酸钠(MIA)来诱发骨关节炎。随后,给小鼠口服250mg/kg或500mg/kg的SOE,持续28天。研究小组通过显微CT、促炎基因和软骨生成基因的mRNA表达、蛋白表达、临床相关生物标志物和行为实验等,分析研究了SOE抗骨关节炎的特性。研究发现,SOE具有较强的抗氧化和抗炎作用。可通过增加总骨体积、组织体积和骨小梁数目来改善软骨,从而增强软骨的结构和功能强度。增加行程距离和降低潜在的跌倒几率。研究还发现,SOE中的活性成分可能在预防MIA的损害作用中发挥作用。SOE的这些功效表现出剂量依赖性【47】。

慢性炎症可导致多种疾病,包括关节炎、哮喘、动脉粥样硬化、自身免疫性疾病、糖尿病和癌症,以及衰老【48】。由持久性病原体引起的慢性炎症可改变DNA并导致肿瘤发展。同样,这种炎症增加了最初由物理、化学或生物因素引起的遗传损伤。炎症和癌症之间的共同信号通路如图8所示。此外,最近的发现为炎症和癌症之间的复杂关系增加了一条新的途径,因为致癌变化可能诱发慢性炎症微环境【49】。

 

An external file that holds a picture, illustration, etc.
Object name is fonc-11-722999-g002.jpg

图8   连接炎症和癌症的分子途径。慢性炎症是癌症发展的外在途径。在组织细胞中,遗传和表观遗传改变是诱导细胞转化的内在途径。这两种途径都影响支持炎症和肿瘤发生的转录因子的激活。点击图片出现链接,点击链接查看图。


因此,有必要对人类进行进一步研究,以确定食用菠菜或其成分(通过调节NF-κB途径减轻动物炎症)在临床上是否有效,特别是对患有慢性炎症或炎症介导疾病的个体。

 

参考文献

菠菜(1):参考文献1-27:https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1316979.html

28. Annu. Rev. Immunol., 2011, 29, 415–445.

29. Clin Immunol. 2000;1:129–41.

30. Clin Exp Immunol. 2004 Mar;135(3):440-7.

31. Biochem. Pharmacother. 2017;91:111–120.

32. J. Cosmet. Dermatol. 2019;18:1980–1991

33. J Med Food. 2012 Sep;15(9):851-4

34. Pharmacol. Toxicol., 2000, 87, 18–25

35. Toxicol. Pathol., 2000, 28, 588–600

36. Immunology, 2004, 113, 153–162.

37. Inflammation. 2013 Feb;36(1):169-76.

38. Neurosci.,2002, 22, 5813–5816

39. Free Radicals Biol. Med., 2008, 45, 885–896

40. Mol Nutr Food Res. 2007 Mar;51(3):333-40

41. Diabetologia, 53 (5) (2010), pp. 971-979

42. Food Chem Toxicol. 2021 Aug;154:112328.

43. Nutr. Sci. Vitaminol., 2011,57, 216223

44. Environ. Health Perspect. 2004;112:553–556.

45. Int J Prev Med. 2014;5(12):1487–99.

46. Menopause. 2017;24(6):686–98.

47. BMC Complement Altern Med. 2018 Feb 20;18(1):69.

48. Methods Mol Biol. 2018;1803:57-79.

49. Front Oncol. 2021 Nov 22;11:722999.



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