1 Gonçalo Moniz Institute, Фондация Освалдо Круз (IGM-FIOCRUZ-BA), Салвадор, BA, Бразилия

преглед

2 Катедра по фармацевтични науки, Universidade Federal da Paraíba, 58051-970 João Pessoa, PB, Бразилия

Резюме

Биоактивните природни продукти играят критична роля в съвременното разработване на лекарства, особено противоракови агенти. Широко се съобщава, че различни фармакологични дейности на такива съединения са свързани с техните антиоксидантни свойства. Ванилинът е естествено вещество, широко разпространено в много растителни видове и често използвано в напитки, храни, козметика и фармацевтични продукти. Антиоксидантът и противораковият потенциал са описани за това съединение. Имайки предвид значението на ванилина в областта на човешкото здраве и хранителния и фармацевтичния сектор, в този преглед ние обсъждаме ролята на ванилина върху редокс състоянието и неговия потенциален принос за превенцията и лечението на рака.

1. Въведение

Голяма част от доказателства in vivo подкрепя мнението, че оксидативният стрес и придружаващите реактивни кислородни видове (ROS) са генотоксични и допринасят за развитието на ракови заболявания. Патологичните процеси, медиирани от оксидативен стрес, включват изтичане на клетъчна мембрана, митохондриална дисфункция, изчерпване на глутатиона и нарушено редокс клетъчно състояние и изчерпване на АТФ. Тези процеси засягат клетките и ДНК, което води до тумори, възпалителни заболявания и различни други здравословни проблеми. Оксидативният стрес е замесен в многобройни заболявания и води до по-кратък живот, затруднено благосъстояние и увеличаване на публичните разходи за здраве [1]. Изпълнението на антиоксидантните терапии изисква по-добро разбиране на токсичността на свободните радикали, неговите молекулярни механизми и участието му в заболяванията.


2. Методология

Извършват се търсения в бази данни с научна литература: PubMed и Web of Science до юни 2016 г., като се използват следните ключови думи: ванилин, антитумор, противорак, оксидант и/или антиоксидант.

3. Антиоксидантни и прооксидантни ефекти

Добре известно е, че нито едното, нито другото

нито H2O2 е способен да взаимодейства нито с дезоксирибоза, нито с базовите части на ДНК; това предполага, че вторично извлеченият ОН радикал може да бъде първичният реактивен вид. Веднъж генериран, OH може да взаимодейства с ДНК, за да произведе поне 20 различни продукта на ДНК окисление [14]. Предложена е и идеята, че основен рисков фактор за рак е митогенезата. Отдавна е оценено, че разделящите клетки са изложени на повишен риск от развитие на мутации в сравнение с неподвижните клетки [15]. Оксидантите, произведени от възпалителни левкоцити, могат да индуцират мутагенеза и евентуално канцерогенеза чрез насърчаване на митогенезата и чрез модифициране на ДНК основи [16]. Нараства интересът към съдържащите кислород свободни радикали в биологичните системи поради възприеманата им роля на причинители в етиологията на различни хронични заболявания. Много естествени продукти, имащи антиоксидантна активност, показват защитни биохимични функции и такива метаболити са станали обекти на голям интерес. По-доброто разбиране на механизмите на окислителните биологични реакции (и тяхното инхибиране) трябва да помогне за разбирането и лечението или предотвратяването на различни заболявания, като рак.

По отношение на антиоксидантния ефект на ванилина са съобщени някои смесени резултати. Ванилинът е имал слаба активност на извличане на супероксиден анион (IC50 от 2,945 ± 247 μМ) и не проявява никаква или малка антиоксидантна активност срещу липидна пероксидация в микрозоми на миши черен дроб (неактивна при 3285 μМ) [17], 1,1-дифенил-пикрилхидразил (DPPH) анализ за отстраняване на радикали (IC50 стойност по-висока от 100 μМ) [18], β-анализ за обезцветяване на каротина [19] и тестове за окисляване на линолова киселина и холестерол [20]. От друга страна, ванилинът при 2.5 mM инхибира окисляването на протеини и липидната пероксидация, индуцирани от фотосенсибилизация с метиленово синьо плюс светлина в митохондриите на черния дроб на плъх [21]. Той също така показа хидроксилен радикал [22] и 2,2′-азинобис (3-етилбензотиазолин-6-сулфонова киселина) радикален катион (ABTS ∙+ ) (IC50 стойност от 16.25 μМ) [23] дейности за почистване.

Освен това, Tai et al. [12] оценява антиоксидантния ефект на ванилина, използвайки множество антиоксидантни анализи. Ванилинът показа мощна антиоксидантна активност в ABTS ∙+ анализ за извличане, при анализ на капацитета за абсорбция на кислородни радикали (ORAC) и при анализ за инхибиране на оксидативната хемолиза (OxHLIA), но не показва активност в анализите за отстраняване на радикалите DPPH и радикалите на галвиноксил. Неговият антиоксидантен механизъм е чрез самодимеризация. Димеризацията допринася за високо реакционната стехиометрия срещу ABTS ∙+ и производни на 2,2′-азобис (2-метилпропионамидин) дихидрохлорид- (AAPH-), за да се постигне силен антиоксидантен ефект на ванилина [12]. Предварителната обработка на ванилин (100 nM) също намалява индуцираната от ротенон митохондриална дисфункция, оксидативен стрес и апоптоза в SH-SY5Y невробластомни клетки [24]. Тези данни подсилват, че ванилинът има интересни антиоксидантни свойства, което зависи от използвания метод.

При in vivo антиоксидантно изследване на мишките се дава орално еднократна доза (100 mg/kg) ванилин. Най-високата активност в плазмения ORAC анализ се наблюдава на 5 минути, когато концентрациите на ванилин, ванилова киселина и протокатехуинова киселина са високи [12]. Нещо повече, предварителната обработка с ванилин (150 mg/kg) показа хепатопротективен ефект срещу индуцирана от въглероден тетрахлорид хепатотоксичност чрез инхибиране на процесите на окисляване на протеини и липиди, увеличаване на активността на антиоксидантните ензими и инхибиране на медиаторите на възпалението [25]. Съвсем наскоро Ben Saad et al. [26] демонстрира защитните ефекти на ванилина срещу индуциран от калиев бромат (KBrO3-) оксидативен стрес. Лечението с ванилин (100 mg/kg/дневно в продължение на 15 дни) намалява хистопатологичните промени в индуцирания от KBrO3 бъбрек и намалява бъбречното окислително увреждане чрез инхибиране на генерирането на ROS и обръщане на антиоксидантните ензимни активности в бъбреците [26]. Тези ефекти могат да бъдат резултат от взаимодействия между ванилин и клетъчни протеини или сигнални пътища.

Във връзка с прооксидантния ефект на ванилина, Castor et al. [27] съобщават, че ванилинът има прооксидантно действие, когато неговите преходни свободни радикали се генерират вътреклетъчно. Преходните свободни радикали от ванилин се генерират от медиирано от окисляване пероксидаза от хрян/водороден пероксид и техните прооксидантни ефекти се оценяват като се използват цистеин, глутатион, овалбумин и коензим NADPH като целеви биомолекули. Ванилин, при концентрация 10 μМ, насърчава окисляването на глутатион, сулфхидрилни групи и NADPH при експериментални условия [27]. Тази прооксидантна активност може да обясни неговото цитотоксично действие в някои туморни клетъчни линии. Накратко, ние вярваме, че както антиоксидантните, така и прооксидантните характеристики на ванилина допринасят за неговите ползи и вредни ефекти. Изглежда антиоксидантната активност на ванилина е свързана с неговите антимутагенни и антиканцерогенни действия. За разлика от тях, прооксидантните ефекти на ванилиновите радикали могат да бъдат свързани с неговата антиинвазивна, антиметастатична, антиангиогенна и цитотоксична активност.

Съобщава се за антиоксидантната активност на фенолните вещества за няколко естествени вещества, структурно подобни на ванилин. Хидроксилът на ароматния пръстен играе важна роля в антиоксидантната активност чрез хомолитичната фрагментация на O-H връзката [28, 29]. Съобщава се, че ванилинът показва хидроксилен радикал [30] и 2,2′-азинобис (3-етилбензотиазолин-6-сулфонова киселина) радикален катион (ABTS ∙+ ) [23] дейности за почистване. Антиоксидантната му активност може да се дължи на наличието на хидроксилна група (OH ∙ ) свързан с ароматен пръстен. Следователно веществата с фенолна функционална група могат също да имат антиоксидантна активност, както се проявява от ванилина.

4. Антимутагенна активност

Мутагенните агенти участват в процесите на генотоксичност и канцерогенеза, както и в началото и патогенезата на няколко хронични дегенеративни заболявания. Антимутагенните агенти са съединенията, които имат защитни ефекти срещу мутагеника, които включват „десмутагени“, които причиняват химически и биохимични мутагенни модификации преди увреждане на ДНК и „биоантимутагени“, които намаляват процеса на мутация след увреждане на ДНК [31]. Ванилинът е класифициран като биоантимутаген и е в състояние да инхибира мутагенезата, индуцирана от химически и физически мутагени в различни клетъчни системи.

Антимутагенният ефект на ванилина е тестван за първи път върху бактерии [32]. Ванилин (при концентрация 150 μg/mL [

986 μM]) инхибира мутагенезата, индуцирана от 4-нитрохинолин 1-оксид (4-NQO), фурилфурамид (AF-2), каптан или метилглиоксал в Ешерихия коли WP2s. В проучвания, използващи възстановителни ензими при дефицитни щамове, се предполага, че ванилинът увеличава възстановяването на увреждане на ДНК чрез рекомбинационния възстановителен път [32–34]. Ванилинът не е ефективен срещу мутации, провокирани от 3-амино-1-метил-5З.-пиридо [4,3-б] индол (Trp-P-2) или 2-амино-3-метилимидазо [4,5-е] хинолин (IQ) в Salmonella typhimurium TA98 [32], но намалява честотата на спонтанни мутации в S. typhimurium TA102 и TA104, намаляващи мутациите в GC сайтове, но не и AT сайтове, и такъв антимутагенен ефект зависи от присъствието на pKM101 плазмида в хомолози на TA104 [35, 36]. Ванилинът е ефективен и срещу спонтанна мутация в дивия тип щам NR9102 на Е. coli, и този ефект е независим както от SOS, така и от NER пътищата. Освен това ванилинът причинява определени видове увреждания на ДНК, които предизвикват рекомбинационно възстановяване. Това рекомбинационно активиране на възстановяването позволява възстановяване, причинено от ванилин, както и това на други ДНК лезии, като по този начин намалява честотата на спонтанната мутация [37].

Противоречиви резултати бяха открити и при проучвания, използващи клетки на бозайници. В проучвания, проведени в клетки на фибробласти CHO K-1 на яйчниците на китайски хамстер, ванилинът успява да насърчи увеличаването на честотата на обмен между сестри и хроматиди н-етил-

-нитро-н-нитросгуанидин- (ENNG-), MMC-, EMS-, ENU- и MNU-третирани клетки, но не н-метил-н-нитрозогуанидин- (MNNG-) или MMS-третирани клетки. Ефектът зависи от S-фаза в третирани с MMC клетки [43, 44]. За разлика от това, честотата на хромозомните аберации е значително намалена в третирани с MMC клетки във фаза G2, чрез последваща обработка с ванилин [44]. В допълнение, лечението с ванилин във фаза G1 потиска рентгенови индуцирани счупвания и обменни хромозомни аберации. Лечението с ванилин във фаза G2 потиска ултравиолетовите лъчи (UV) и индуцираните с рентгенови лъчи видове счупвания, но не и хромозомни аберации от обменния тип [45]. В експерименти, проведени в белодробни фибробласти на V79 на хамстер, ванилинът намалява честотата на 6-тиогуанин-резистентни мутации, индуцирани от UV, рентгенови лъчи и ENU [46]. Цитотоксичността и хромозомните аберации, индуцирани от водороден прекис (H2O2), бяха потиснати, когато V79 клетките бяха третирани с ванилин. Ванилинът обаче повишава индуцираната от EMS токсичност [47]. Ванилинът също така намалява индуцираните от метотрексат, рентгеновите и ултравиолетовите микроядрени и двуядрени аберантни клетки [48, 49].

In vivo антимутагенните ефекти на ванилина са изследвани в рентгенови и MMC-индуцирани микроядра в клетки на костен мозък на мишка. Последващото лечение с ванилин причинява намаляване на честотата на рентгенови и MMC-индуцирани микроядрени полихроматични еритроцити [50, 51]. Ванилинът също е изследван в теста за миши петна, използвайки мъжки PW и женски мишки C57BL/10. Три последователни перорални приема на ванилин при 500 mg/kg намаляват ENU-индуцираната честота на рецесивни малки кученца [46].

Способността на ванилина да инхибира индуцираните от фотосенсибилизация едноверижни счупвания (ssbs) в плазмидна pBR322 ДНК е изследвана в безклетъчна система, независимо от процесите на възстановяване/репликация на ДНК. Установено е, че ванилинът осигурява ефективна ДНК защита срещу индуцирана от фотосенсибилизация ssbs (главно реакция тип II) при липса на ДНК репарация, машини за репликация или други клетъчни защити, което може да бъде отчасти поради способността му да изчиства O2 [23, 52 ]. От друга страна, ванилинът успява да инхибира мутациите в CD59 локус в хибрид човек-хамстер

клетки, индуцирани от H2O2, MNNG и MMC, но не и 137 Cs γ-радиация. Ефектите се дължат на способността на ванилина да инхибира процеса на възстановяване на ДНК, което води до смъртта на потенциални мутанти или до подобряване на пътищата за възстановяване на ДНК, които предпазват от мутация, но създават летални лезии на ДНК по време на процеса на възстановяване [53]. В допълнение, ванилинът е в състояние да блокира възстановяването на ДНК чрез нехомологично свързване на ДНК в края (NHEJ) и да инхибира селективно активността на ДНК-протеин киназа (DNA-PK) в експерименти, използващи клетки на човешки лимфом GM00558 и свързани клетки с генен дефицит. Ванилинът не е открил ефекти върху други етапи от процеса на NHEJ, върху несвързана протеин киназа или върху възстановяването на несъответствието на ДНК в клетъчните екстракти. Ванилинът също така усилва цитотоксичността на цисплатина, но не влияе върху чувствителността към UV [54].

Антимутагенният потенциал на ванилина също се оценява, като се използват спонтанни и IQ-индуцирани микроядрени честоти в човешки хепатоцелуларен карцином HepG2 клетки. Ванилинът причинява умерено увеличаване на броя на микроядрата при тестваната висока концентрация (500 μg/mL [

Защитният ефект на ванилина срещу KBrO3 индуцирани чернодробни, костни и кръвни нарушения също е изследван [58, 59]. Едновременното прилагане на ванилин при мишки, лекувани с KBrO3, значително предотвратява увреждането на ДНК, промяната на чернодробните клетки и увеличава плазмените трансаминази, инхибира пероксидацията на чернодробните липиди и намалява изчерпването на ензимните и неензимните антиоксиданти и нивата на експресия на провъзпалителни цитокини, включително тумор некрозис фактор-α, интерлевкин-1β, интерлевкин-6 и COX2.

Въпреки че ванилинът показва комутагенни ефекти при някои модели, неговият антимутагенен ефект (в диапазона на концентрациите в μM) беше широко оценен и изглежда се дължи на ефектите му върху клетъчно-редокс и ДНК пътищата за възстановяване (Фигура 2).