Маргарита Спрингър

1 Nestle Institute of Health Sciences, Nestle Research, EPFL Innovation Park, Building H, 1015 Лозана, Швейцария; [email protected]

2 TUM Graduate School, Технически университет в Мюнхен, 85748 Мюнхен, Германия

София Моко

1 Nestle Institute of Health Sciences, Nestle Research, EPFL Innovation Park, Building H, 1015 Лозана, Швейцария; [email protected]

Резюме

Ресвератролът е един от най-широко изследваните полифеноли и му е възложено множество метаболитни ефекти с потенциални ползи за здравето. Като се има предвид неговата ниска бионаличност и обширен метаболизъм, клиничните проучвания, използващи ресвератрол, не винаги са възпроизвеждали наблюдения in vitro. В този преглед ние обсъждаме човешкия метаболизъм и биотрансформацията на ресвератрол и отчитаме молекулярните механизми на действие в контекста на метаболитното здраве и затлъстяването. Ресвератролът е описан като имитиращ ограничение на калориите, което води до подобряване на физическите упражнения и чувствителност към инсулин (увеличаване на енергийните разходи), както и като ефект на намаляване на телесните мазнини чрез инхибиране на адипогенезата и увеличаване на липидната мобилизация в мастната тъкан. Тези многоорганни ефекти поставят ресвератрола като биоактив срещу затлъстяване с потенциална терапевтична употреба.

1. Въведение

Ресвератролът (3,5,4′-трихидрокси-транс-стилбен, RSV, Фигура 1 .1) е един от най-широко изследваните полифеноли с над десет хиляди съобщения в литературата. Този стилбене привлича интерес към популярната култура през годините заради своите потенциални, но често противоречиви ползи за здравето. RSV е открит за първи път в корените на бялата морозник (Veratrum grandiflorum Loes. Fil.) През 1939 г. [1], въпреки че най-вече е признат като фитоалексин, присъстващ в червеното вино [2]. Когато епидемиологичните проучвания показват кардиопротективните ползи от виното [3,4], последва връзката с RSV [5], отваряйки полето за множество научни изследвания. Оттогава RSV е идентифициран като: като химиопротектор срещу рак [6], като противовъзпалително средство [7], подобряване на съдовата функция [8], удължаване на продължителността на живота и подобряване на свързаните със стареенето фенотипове [9,10], противопоставяне на ефектите от високата калорична диета [11], имитираща ефектите от ограничаването на калориите [12] и подобряване на клетъчната функция и метаболитното здраве като цяло [13].

неговите

Ресвератрол и докладвани човешки метаболити: (1) транс-ресвератрол (RSV); (2) транс-ресвератрол-3-О-сулфат; (3) транс-ресвератрол-4’-О-сулфат; (4) транс-ресвератрол-3,4’-О-дисулфат; (5) транс-ресвератрол-3-О-глюкуронид; (6) транс-ресвератрол-4’-О-глюкуронид; (7) дихидроресвератрол (DHR); (8) 3,4’-О-дихидрокси-транс-стилбен; и (9) лунуларин (вижте също таблица 1).

Въпреки че RSV е широко проучен както in vitro, така и in vivo, механизмът му на действие при различни условия и дози остава неуловим. От многото ефекти, изяснени при in vitro проучвания, повечето не успяват да се възпроизведат in vivo [14,15]. Причините за такава невъзпроизводимост сред изследванията са различни. Една от причините е неговата фармакокинетика, тъй като при хората RSV се абсорбира силно през устата (

70%), но има лоша системна бионаличност (

0,5%) [16]. В допълнение към натрупването в тъканите се установява бърз метаболизъм в RSV сулфатни и глюкуронидни конюгати, както е установено при радиоактивни проучвания и други проучвания [16,17,18]. Освен това, при хората е известен широк спектър от индивидуални реакции при перорално поглъщане на RSV и е често срещана характеристика на много хранителни биоактивни вещества [19,20]. Чревната микробиота [20,21] и генетичният фон [22,23], включително ензимната региоселективност [24], са някои от възможните известни източници на вариациите в отговорите. За разлика от това, in vitro проучвания са описали редица механистични ефекти, които пораждат противоречия предвид вероятните нефизиологични концентрации, използвани, както и пропускането на приноса на метаболитите на RSV [25].

Въпреки че RSV е широко проучен и свързан с много предимства, остават много отворени въпроси като: (i) активността на RSV в наномоларния диапазон или на човешките му метаболити в ниския микромоларен диапазон; (ii) нива на натрупване на такива в прицелните тъкани, способни да предизвикат биологичен ефект; (iii) дадена орална доза кои предпочитани органи ще бъдат целеви места на активност при какви състояния или заболявания; (iv) във физиологични условия кои и колко протеинови мишени са модулирани; (v) как тези ефекти се възпроизвеждат сред индивиди и популации; и (vi), как може да се модулира RSV терапевтично. В този преглед ние специално обсъждаме ролята на метаболизма на RSV за по-доброто разбиране на механизма на действие, с особен акцент върху потенциалните му ефекти при управлението на метаболитното здраве и затлъстяването.

2. Човешки метаболизъм на ресвератрола

Като фитоалексин, нивата на RSV варират значително в различните източници на храна, сезони и партиди. Някои храни са естествено богати на RSV, като вино, фъстъци и подбрани чайове; въпреки това, съдържанието на RSV в хранителните източници остава в долния диапазон на милиграми [30]. За дозиране на по-високи нива на RSV, хранителните добавки се предлагат на свободния пазар при препоръчителни дневни дози между високи нива на милиграм и грам [31]. След като RSV навлезе в стомашно-чревния тракт, той претърпява бърза и обширна биотрансформация, с разпределение в различни органи (Фигура 2), което води до последствия за неговата бионаличност и активност.

2.1. RSV се абсорбира и метаболизира в целевите тъкани

Основната функция на червата е да смила храната, като прави хранителните вещества достъпни за енергия, като същевременно предотвратява усвояването на потенциално вредни съединения. Биоактивните съединения като RSV могат да се възприемат от червата като ксенобиотици и следователно преминават през чревния епител в кръвта по трансцелуларен път [32]. Този път се осъществява през ентероцитите в тънките черва. Ентероцитите, известни също като абсорбиращи епителни клетки, са първото място на съобщения RSV метаболизъм, след като са били интернализирани или чрез пасивна дифузия [33], или чрез медииран от носител транспорт [32]. След като RSV се абсорбира в ентероцита, подобно на други ксенобиотици, той преминава през фаза II на лекарствения метаболизъм, произвеждайки полярни метаболити, с по-лесно отделяне в организма. По-конкретно, RSV претърпява конюгация със сулфат (медииран от сулфотрансферази, SULTs) и с глюкуронат (медииран от уридин 5'-дифосфо-глюкуронозилтрансферази, UGT).

маса 1

Човешки, плъхове и миши метаболити на ресвератрол след перорално приложение в различни биофлуиди и тъкани (виж структурите на фигура 1).

MetaboliteSpecies and Tissue or Biofluid [Справка]
транс-ресвератролЧовешки: серум [41], плазма [15,16,42], урина [16,20]
Плъх: плазма [43,44,45], черен дроб [44], бял дроб [44], мозък [44], бъбрек [44]
Мишка: плазма [18,44,46], черен дроб [18,44,46], бял дроб [18,44], мозък [44,46], бъбрек [18,44], сърце [18,46], стомах [ 18], дванадесетопръстник [18], черва [18], мускули [18], далак [18], тимус [18], урина [18], изпражнения [18]
транс-ресвератрол-4’-О-глюкуронидЧовешки: серум [41], плазма [42], урина [42]
Мишка: плазма [46]
транс-ресвератрол-3-О-глюкуронидЧовешки: серум [41], плазма [42], урина [16,42]
Плъх: плазма [43], черен дроб [47], мастна тъкан [47,48], скелетна мускулатура [47]
Мишка: плазма [18,46], черен дроб [18,46], бял дроб [18], мозък [46], бъбрек [18], сърце [18,46], стомах [18], дванадесетопръстник [18], черва [ 18], мускул [18], далак [18], тимус [18], урина [18], изпражнения [18]
транс-ресвератрол-диглюкуронидЧовек: плазма [49], урина [49]
Мишка: плазма [46], черен дроб [46]
транс-ресвератрол-3-О-сулфатЧовешки: плазма [42], плазма [16], урина [16]
Плъх: мастна тъкан [47,48]
Мишка: плазма [18,46], черен дроб [18,46], бял дроб [18], мозък [46], бъбрек [18], сърце [18,46], стомах [18], дванадесетопръстник [18], черва [ 18], мускул [18], далак [18], тимус [18], урина [18], изпражнения [18]
транс-ресвератрол-4’-О-сулфатЧовешки: плазма [42], плазма [16], урина [16,42]
Плъх: черен дроб [47], мастна тъкан [47,48]
цис-ресвератрол-3-О-сулфатПлъх: мастна тъкан [47,48]
tran s -resveratrol-3,4’-disulfateЧовек: плазма [42]
Плъх: мастна тъкан [48]
Мишка: плазма [18], черен дроб [18], бял дроб [18], бъбрек [18], сърце [18], стомах [18], дванадесетопръстник [18], черва [18], мускули [18], урина [18 ], изпражнения [18]
транс-ресвератрол-глюкуронид-сулфатМишка: плазма [46], черен дроб [46]
дихидроресвератролЧовек: урина [20], плазма [15]
Плъх: черен дроб [47], скелетни мускули [47]
дихидроресвератрол-глюкуронидЧовек: урина [16]
Плъх: черен дроб [47]
Мишка: плазма [46], черен дроб [46]
дихидроресвератрол-сулфатЧовек: урина [16]
Плъх: черен дроб [47], мастна тъкан [47]
Мишка: плазма [46], черен дроб [46]
дихидроресвератрол-глюкуронид-сулфатМишка: плазма [46]
3,4’-дихидрокси-транс-стилбенЧовек: урина [20]
лунуларинЧовек: урина [20]

курсив: вероятно идентификация.

2.2. Чревният микробиом метаболизира RSV и RSV влияе върху чревния микробен състав

RSV и неговите метаболити могат да бъдат допълнително метаболизирани в дебелото черво от чревната микробиота (Фигура 2 В). Тук метаболитите на RSV могат да бъдат хидролизирани, регенериращи RSV и могат да се осъществят допълнителни реакции на редукция. Най-описаният микробен метаболит на RSV е дихидроресвератрол (DHR, Фигура 1.7., Таблица 1). Чревните бактерии са способни да метаболизират RSV в DHR чрез намаляване на двойната връзка между двата фенолни пръстена. DHR, произведен от чревни бактерии, може след това да се абсорбира, конюгира и екскретира с урината. В допълнение към DHR, 3,4’-дихидрокси-транс-стилбен (Фигура 1, 8, Таблица 1) и лунуларин (Фигура 1, 9, Таблица 1) също са идентифицирани като чревни метаболити на RSV в човешката урина. Наблюдава се голяма междуиндивидуална вариация между субектите, при която някои се оказват производители на лунуларин, DHR производители или смесени производители, според нивата на тези метаболити [20]. Използвайки 16s rRNA секвениране на фекални проби, продуцентите на лунуларин са свързани с по-голямо изобилие от Bacteroidetes, Actinobacteria, Verrucomicrobia и Cyanobacteria и по-ниско количество на Firmicutes от DHR или от смесени производители. Установено е, че бактериалните щамове Slackia equolifaciens и Adlercreutzia equolifaciens, видове, за които не е било известно, че метаболизират RSV, метаболизират RSV до DHR [20].

От червата, RSV микробните метаболити могат да се абсорбират и да достигнат до черния дроб, както и до други тъкани за по-нататъшен метаболизъм или екскреция. Обща характеристика на някои ксенобиотици, включително RSV, е ентерохепаталната циркулация, при която метаболитите на RSV могат да преминат от черния дроб в жлъчката и да навлязат отново в червата. От тънките черва RSV и метаболитите могат да претърпят хидролиза, преди да достигнат до порталната циркулация и да бъдат транспортирани отново в черния дроб. Широкото присъствие на RSV и метаболити в кръвния поток може да се отдаде на ентерохепаталната циркулация [16], Фигура 2 B.

2.3. Биотрансформацията на RSV ограничава бионаличността на плазмата

Следователно метаболитната съдба на RSV в тялото е широко разпространена в различни тъкани и неговият метаболизъм е бърз и обширен. Предклинично проучване при плъхове демонстрира, че само малка част от RSV (1,5%) е в състояние да избяга от конюгацията и да влезе в кръвта немодифицирана. Около 75% влизат в ентероцита, докато останалите 25% се екскретират директно. Веднъж попаднали в клетката, 60% се глюкуронира и 13,5% се сулфатира. Тези конюгати се връщат частично в червата (42% глюкурониди и 12% сулфати), оставяйки 17% глюкурониди и 1,5% сулфати в кръвния поток [32,62]. Прилагането на метаболитите RSV-3-O-сулфат (Фигура 1 .2) и RSV-4'-O-сулфат (Фигура 1.3.) На мишки е показало, че тези метаболити се абсорбират все още при ниска бионаличност (14% и 3%, съответно). Интересното е, че се наблюдава регенерация на свободен RSV (2%) в кръвния поток, което показва in vivo хидролиза на сулфати в зависимост от активността на мембранния транспортер [63].

Много проучвания, както предклинични, така и клинични, са открили метаболитите на RSV в плазмата (Таблица 1). Плазмената концентрация е показател за бионаличността на RSV и определя количеството на RSV и метаболитите, достъпни за периферните прицелни тъкани. По отношение на проучвания при хора, плазмената концентрация на RSV след еднократно (Таблица 2) и многократно дозиране (Таблица 3) е измерена за проучвания от 2010 до 2018 г. По-ранни проучвания вече са прегледани от Cottart et al. [64]. Прилагани еднократно или многократно, пиковите нива на RSV в плазмата са много ниски, предвид лошата му бионаличност.

Таблица 2

Отчетена плазмена концентрация на ресвератрол при хора след еднократна доза ресвератрол (проучвания след 2010 г.).