Фукоксантин показа обещаващи нива на химиопрофилактични и/или химиотерапевтични дейности срещу три клетъчни линии на рак на дебелото черво на човека чрез клетъчна апоптоза чрез фрагментация на ДНК, само когато се използва в комбинация с троглитазон (Hosokawa et al., 2004).

sciencedirect

Свързани термини:

  • Хлорофил
  • Пластид
  • Водорасли
  • Каротеноид
  • Ензими
  • Водорасли
  • Мутация
  • Протеини
  • ДНК

Изтеглете като PDF

За тази страница

Морски лечебни храни

G Защитен ефект на кожата

Съобщава се, че фукоксантин, изолиран от L. japonica, потиска активността на тирозиназата при облъчено с UVB морско свинче и меланогенезата при облъчени с UVB мишки. Пероралното лечение на фукоксантин значително потиска експресията на иРНК на кожата, свързана с меланогенезата, което предполага, че фукоксантинът отрицателно регулира фактора на меланогенезата на транскрипционно ниво (Shimoda et al., 2010). Освен това е доказано, че фукоксантин притежава фотопротективни свойства в човешките фибробластни клетки чрез инхибиране на увреждането на ДНК и засилва антиоксидантната активност (Heo and Jeon, 2009). Тези проучвания показват, че пероралното приложение на фукоксантин може да предотврати или да сведе до минимум отрицателните ефекти на ултравиолетовите лъчи като образуването на меланин.

Роля на морските хранителни вещества в сърдечно-съдовото здраве

Фукоксантин

Фукоксантин (фиг. 17.4) съществува в изобилие в кафявите морски водорасли и допринася над 10% от очакваното общо производство на каротеноиди в природата. Съществуват редица докладвани биологични функции на фукоксантин, включително противоракови, антиоксидантни, антихипертензивни, противовъзпалителни, радиозащитни и антидебелни ефекти. Доказано е, че фукоксантинът от Undaria pinnatifida намалява развитието на хипертония и свързаните с нея заболявания при предразположени към инсулт, спонтанно хипертонични плъхове (Ikeda et al., 2003). Освен това екстрактите от кафяви морски водорасли Sargassum japonica и S. horneri, богати на фукоксантин, показват потенциално инхибиране на ACE-I (Sivagnanam et al., 2015). Точният механизъм на това как фукоксантин инхибира ACE-I активността все още не е напълно обяснен.

Фигура 17.4. Химична структура на фукоксантин.

Терапевтичен ефект на фукоксантин върху метаболитния синдром и диабет тип 2

Заключения

Фукоксантин, морски каротиноид, открит в годни за консумация кафяви водорасли, е ефективно природно съединение за профилактика на затлъстяването и свързания с него диабет тип 2. Ефектът на затлъстяване на фукоксантин се основава главно на увеличаването на енергийните разходи. Фукоксантин насърчава метаболизма на липидите в мастната тъкан чрез повишаване на регулирането на UCP1 в митохондриите, което води до окисляване на мастни киселини и производство на топлина. Въпреки това, фукоксантинът регулира експресията на провъзпалителни адипокини, участващи в инсулиновата резистентност. Тези ефекти на фукоксантин са специфични за фенотипа със затлъстяване и не се откриват в нормалния постно модел. Фукоксантин се метаболизира главно до фукоксантинол и амаруциаксантин А. Ключовата структура на метаболитите на фукоксантин за изразяване на ефекта на затлъстяване и антидиабетния ефект е крайният пръстен на полиеновия хромофор, съдържащ аленична връзка и две хидроксилни групи.

Способността да се съхранява енергия като липидно депо е необходима за поддържане на имунната и други системи за оцеляване на животните по време на ниска хранителна наличност. Съхранението на енергия, ефективното използване на енергията и силната имунна реакция са сред най-основните изисквания за поддържане на животинското тяло. Хроничното метаболитно претоварване обаче предизвиква наднормено тегло или затлъстяване, което води до имунен дисбаланс. Имунните нарушения от своя страна влошават метаболитните условия. По този начин, най-важната терапия за метаболитните и имунни нарушения е да се намали излишното натрупване на телесни мазнини, особено мазнини във висцералната WAT. Въпреки това, при нормални условия трябва да се избягва прекомерната консумация на мазнини или намаленият прием на мазнини. Фукоксантин е ефективен при лица със затлъстяване и с метаболитни нарушения и е лишен от всякаква активност при слаби субекти. В допълнение, молекулярните механизми, залегнали в основата на ефектите на фукоксантин, са характеризирани и неговият биологичен ефект може да бъде подобрен чрез селективно натрупване на метаболити на фукоксантин в целевия орган, висцерален WAT. Фукоксантинът ще бъде желателно хранително вещество за облекчаване на затлъстяването и метаболитните нарушения.

Анти-затлъстяване и антидиабетни активности на водорасли

13.2.4 Фукоксантин

Фукоксантинът, основен каротиноид, присъстващ в хлоропластите на кафявите водорасли, е най-многобройният от всички каротеноиди, което представлява> 10% от очакваното общо естествено производство на каротеноиди (Matsuno, 2001). От приблизително 700 срещащи се в природата каротеноиди, около 40 каротеноиди съдържат аленична връзка. Основният аленен каротеноид е фукоксантин в кафяви водорасли (Dembitsky и Maoka, 2007). Фукоксантин присъства в кафяви водорасли: съдържанието му е 4.3 μg/g до 243.0 μg/g сухо тегло (Таблица 13.1). Диетичният фукоксантин се хидролизира до фукоксантинол в стомашно-чревния тракт и частично се метаболизира до амаруциаксантин А в черния дроб (Asai et al., 2008). Този метаболизиран фукоксантин се натрупва в морски продукти като черупчести, морски звезди и морски краставици. Резултати от скорошни проучвания показват, че фукоксантин има силен ефект за намаляване на теглото на мастната тъкан и че той медиира нивата на кръвната глюкоза. Механизмът се различава от този на другите антидиабетни функционални хранителни компоненти (фиг. 13.1).

Фиг. 13.1. Химическа структура на фукоксантин и неговия метаболизъм.

Антибести, антидиабетни, антиоксидантни и антихиперлипидемични активности на биоактивни вещества от водорасли

12.2.3 Фукоксантин като средство за затлъстяване

Фукоксантин е морски каротиноид, извлечен от кафяви водорасли и Bacillariophyta. Това е много важно биоактивно вещество от водорасли с много биоактивност като противоракови, противовъзпалителни и антиоксидантни активности (Kotakenara et al., 2005; Shiratori et al., 2005; Nomura et al., 1997; Peng et al., 2011). Фукоксантин е добре известен със своята активност срещу затлъстяване (Gammone and D'orazio, 2015), което се дължи главно на способността му да индуцира активирането на разединяващия протеин 1 (UCP1) (Maeda et al., 2005, 2007) и производството на докозахексаенова киселина (DHA) (Maeda et al., 2008; Tsukui et al., 2007, 2009). UCP1 може да насърчи липолизата, докато DHA може да намали нивото на холестерола.

Lin et al. (2015) изследва активността на затлъстяването на фукоксантин, извлечен от кафяви морски водорасли, върху адипогенезата на стволови клетки, получени от мастна тъкан. Те показаха способността за диференциация на стволови клетки, получени от мастна тъкан, от пациенти със затлъстяване да се трансформират в различни клетки. Фукоксантин дава активността на затлъстяването чрез модулиране на повишаването на активните кислородни видове (ROS) и понижаване на регулирането на липидния метаболизъм. Kang et al. (2011) изследва ефекта на фукоксантин от Petalonia binghamiae върху адипогенезата през различните етапи на 3T3-L1 адипоцитите. Те показаха, че фукоксантинът може да насърчи диференциацията на 3T3-L1 адипоцитите по време на ранния етап на диференциация и да намали експресията на активиран от пероксизома пролифератор рецептор c, протеинов регулаторен елемент на стерол 1с и CCAAT/свързващ протеин α по време на междинното и късни етапи на диференциация.

Kang et al. (2012) изследва свойствата на затлъстяването на фукоксантин, извлечен от P. binghamiae на модел на затлъстели мишки. Резултатите показват, че приложението на фукоксантин може да намали телесното тегло, теглото на мастната тъкан и нивото на серумен триглицерид при затлъстели мишки. Те също така показаха, че фукоксантинът може да подобри фосфорилирането на AMP-активирана протеин киназа и ацетил-КоА карбоксилаза в зрели 3T3-L1 клетки. Myoungnam et al. (2010) изследва ефекта на фукоксантин върху липидния метаболизъм и концентрацията на глюкоза върху модел на затлъстели мишки. Резултатите показват, че съдържанието на липиди в черния дроб е значително намалено в групата на фукоксантин. Това може да се дължи на понижаването на регулирането на ябълчния ензим, чернодробния липогенен ензим, синтазата на мастните киселини и глюкозо-6-фосфатдехидрогеназата.

Hu et al. (2012) изследва свойствата на затлъстяването на фукоксантин и линолова киселина при затлъстели плъхове. Тридесет и пет плъха бяха хранени с диета, съдържаща ниско съдържание на фукоксантин, високо съдържание на фукоксантин и смес, съдържаща фукоксантин и линолова киселина. Резултатите показаха, че сместа от фукоксантин и линолова киселина е най-ефективна за намаляване на телесното тегло и теглото на бялата мастна тъкан и намалява нивата на общия серумен холестерол, триацилглицерол, лептин и глюкоза. Генната експресия на мастна триацилглицерол липаза, адипонектин и карнитин палмитоилтрансфераза 1А очевидно е намалена.

Пигменти и незначителни съединения в водораслите

6.3.4 Фукоксантин

Фукоксантинът е ксантофил и има уникална структура, включваща необичайна аленова връзка и 5,6-моноепоксид в неговата молекула (Barros et al., 2001; Maeda et al., 2009; Pinto et al., 2000). Фукоксантинът е един от най-разпространените каротиноиди в природата (Matsuno, 2001). Съдържанието на водорасли варира през сезона и жизнения цикъл. Той е доста стабилен в присъствието на органични съставки, освен че оцелява в процеса на сушене и съхранение при околна температура. В чиста форма фукоксантинът е уязвим на окисляване (Haugan and Liaaen-Jensen, 1994). Установено е, че общото съдържание на каротеноиди в Fucus serratus е приблизително 0,08% от изсушените екстрахирани клетки, а фукоксантинът включва около 70% от общия каротеноид (Chapman, 1970; Haugan and Liaaen-Jensen, 1989). Съгласно таблица 6.4, съдържанието на фукоксантин варира от 172 до 720 mg/kg сухо тегло при видовете кафяви водорасли, с максимална концентрация в F. serratus L., въпреки че в Sargassum horneri (Turner) C. Нивата на Agardh от 3700 mg/kg имат е докладвано (Tsukui et al., 2009).

Отпадъчни части от култивирана Saccharina japonica (Areschoug) C.E. Lane, C. Mayes, L. Druehl & G.W. Сондърс, наричан още Kombu, е добър биоизточник за извличане на фукоксантин. Изхвърлените от обработката (стържещи, задържащи и острие материали) могат да се използват като източник за екстракция на фукоксантин. Тези изхвърляния имат сходно съдържание на фукоксантин (178 - 196 mg/kg прясно тегло). Доказано е, че коефициентът на възстановяване на фукоксантин достига 82% и от 10 t отпадъци Kombu са получени общо 1490 g фукоксантин. Полученият фукоксантин е стабилен и намалява само с 2% при 4 ° C за 6-месечно съхранение (Kanazawa et al., 2008). Фукоксантин от прясна Undaria Suringar се среща най-вече като геометричен изомер all-trans (

88%). Трансформите са по-стабилни, но е установено, че цис формите на фукоксантин оказват по-висок инхибиторен ефект в сравнение с техните транс аналози върху клетки на човешка левкемия (HL-60) и клетки на рак на дебелото черво (Caco-2). Приемането и включването на трансформата на фукоксантин в клетъчните липиди е по-бързо в сравнение с цис аналозите (Nakazawa et al., 2009). Фукоксантинът лесно се превръща във фукоксантинол в човешките чревни клетки и в мишките (предполагайки, че активната форма на фукоксантин в биологичната система би била фукоксантинол (Sugawara et al., 2002).

Експериментите показват, че фукоксантинът от кафяви морски водорасли Undaria значително намалява жизнеспособността на човешки ракови клетки на простатата и значително намалява процента на тумор-носещи мишки и средния брой тумори на мишка, когато се дава в питейна вода (Kotake-Nara et al., 2001; Okuzumi et al., 1993). Други проучвания демонстрират противоракови ефекти, включително инхибиране на пролиферацията на клетъчна линия на човешка левкемия (HL-60) и индуцират тяхната апоптоза (Hosokawa et al., 1999; Miyashita and Hosokawa, 2008).

Maeda et al., (2005) демонстрират намаляване на бялата мастна тъкан (тъкан за съхранение на мазнини) при плъхове и мишки със затлъстяване и диабет, когато се хранят с фукоксантин, извлечен от кафяви водорасли. Освен това диетата, съдържаща фукоксантин, потиска нарастването на телесното тегло при мишки и индуцира експресията на протеина на термогенезата, разединяващ протеин 1 (UCP1), в бяла мастна тъкан.

Пречистеният фукоксантин инхибира цитоплазматичното натрупване на липиди в 3 T3-L1, което може да бъде индуцирано например от инсулин, и по дозозависим начин значително атенюира експресията на липидните метаболитни гени в 3 T3-L1 адипоцити. Тези резултати предполагат, че фукоксантинът е ефективен естествен хранителен компонент за предотвратяване на затлъстяването (Miyashita и Hosokawa, 2008). Други биологични дейности, приписвани на фукоксантин, включват антиоксидантна активност (Miyashita et al., 2012), противовъзпалителна активност, невропротективни ефекти, антиангиогенна активност и защитни ефекти на кожата (Kim and Pangestuti, 2011).

Микроводорасли в човешкото здраве

7.4.3 Фукоксантин

Фукоксантин се намира в много класове морски микроводорасли (бацилариофити, болидофити, хризофити, силикофлагелати, пингвиофити) (Peng et al., 2011). Много проучвания подчертават, че фукоксантинът има противоракови свойства. Всъщност няколко изследователи са провели проучвания в различни клетъчни линии и in vivo (Hosokawa et al., 2004; Kumar et al., 2013; Okuzumi et al., 1993; Wang et al., 2012a; Yoshiko and Hoyoku, 2007) и са дешифрирали, че фукоксантин упражнява своето антипролиферативно и предотвратяващо рака въздействие чрез различни молекули и пътища, включително Bcl-2 протеини, MAPK, NFκB, каспази, GADD45 и няколко други молекули, които участват в ареста на клетъчния цикъл, апоптозата или метастазите. Следователно, фукоксантинът дава голямо обещание като химиотерапевтично средство при рак.

Водорасли в човешкото здраве

Фукоксантин и арест на клетъчния цикъл

Фукоксантин показа своите антинеопластични ефекти в различни клетъчни линии чрез индуциране на спиране на клетъчния цикъл. Следователно, фукоксантин ефективно индуцира спиране на клетъчния цикъл във фаза G2/M при MGC-803 клетки на рак на стомаха чрез понижаване на регулацията на сурвивин и циклин В1 (Yu et al., 2011). Лечението с фукоксантин в клетки HCT116 предизвиква спиране на цикъла по време на фаза G0/G1, медиирана чрез циклин-зависимия киназен инхибитор p21 Waf1/Cip1 (Das et al., 2005). Фукоксантин намалява разпространението на клетъчната линия на меланома B16F10 чрез индукция на спиране на клетъчния цикъл по време на фаза G0/G1. Това е свързано с намаляване на протеиновите експресии на фосфорилиран-Rb (протеин на ретинобластом), циклин D1 и D2, Cdk 4 и повишаване на нивата на протеин на p15 INK4B и p27 Kip1 (Kim et al., 2013a).

Приложения на биоактивни вещества от водорасли във функционални хранителни продукти

6.3.5 Фукоксантин и неговото приложение във функционални храни

Едноклетъчен протеин като източник на биологично активни съставки за формулиране на храни срещу затлъстяване

Лучана Д. Патиас,. Едуардо Джейкъб-Лопес, в Алтернативни и заместващи храни, 2018

5.3.1 Фукоксантин

Фукоксантин (фиг. 11.4) има уникална структура, включваща аленова връзка и кислородни функционални групи (т.е. епоксидни, хидроксилни, карбонилни и карбоксилни групи) във полиеновата въглеводородна верига (Pádua et al., 2015). Той няма активност на провитамин А, но показва силни антиоксидантни свойства. Съобщава се също така, че фукоксантин има затлъстяване и антидиабетни ефекти и привлича много внимание от хранителната промишленост и проучванията на храненето поради уникалния механизъм на тези ефекти (Maeda, 2013).

Фигура 11.4. Химична структура на фукоксантин.

Достъпно от: http://www.chemspider.com/ .

Най-признатият ефект на водораслите фукоксантин е намаленото коремно тегло поради термогенеза (Hu et al., 2016; Maeda, 2013; Miyashita and Hosokawa, 2014; Muradian et al., 2015). Термогенезата е основна функция на кафявата мастна тъкан (НДНТ), която се среща при зимуващи животни, малки гризачи и новородени бебета, които се нуждаят от активна термогенеза, за да ги предпазят от излагане на студ и да поддържат телесната температура. НДНТ установява неотклоняваща се термогенеза за разсейване на излишната енергия като топлина и увеличаване на енергийните разходи. По този начин НДНТ играе значителна роля в контрола на енергийния баланс (Hu et al., 2016). Ключов регулатор в този процес е разединяването на протеините (UCP), което освобождава протонния градиент, генериран в окислително фосфорилиране, което води до разсейване на енергия чрез термогенеза. И обратно, бялата мастна тъкан (WAT) е основното място за съхранение на енергия при бозайниците. Депозираният субстрат (триацилглицероли) има висока енергийна плътност и излишъкът от WAT има отрицателно въздействие върху здравето.

Доказано е, че фукоксантин контролира енергийните разходи в коремната WAT и намалява излишните липиди в това депо. Този ефект се дължи на индуцирането на UCP1 в коремната WAT (UCP1 обикновено се изразява само в BAT), което води до окисляване на мастни киселини и производство на топлина. Освен това, фукоксантин също подобрява инсулиновата резистентност и подобрява нивата на глюкозата в кръвта (Maeda, 2013; Miyashita и Hosokawa, 2014).