Borůvky

Buněčné účinky

Polyfenoly borůvek jsou silnými intracelulárními antioxidanty v nízkých koncentracích (<1µg/l) v různých savčích buňkách (Bornsek et al., 2012). Je pravděpodobné, že kromě přímé scavengingové aktivity borůvkové polyfenoly posilují endogenní antioxidanty (Bornsek et al., 2012). V neuronech bylo jako důsledek působení borůvek pozorováno zvýšené množství glutathionu a kyseliny askorbové (Papandreou et al., 2009) a také zvýšená aktivita antioxidačních enzymů, jako je kataláza a superoxiddismutáza (Vuong et al., 2010). Antioxidační aktivita borůvkových extraktů je také spojena se snížením produkce ROS (Jeong et al., 2013) a následným snížením jejich účinků, včetně peroxidace lipidů (Papandreou et al., 2009). Jak již bylo zmíněno, β-amyloid je aberantní protein, který se podílí na neurodegeneraci. Potlačení oxidačního stresu borůvkovými polyfenoly působí proti cytotoxickému účinku β-amyloidu u myší (Jeong et al., 2013). Extrakty z borůvek mají neuroprotektivní účinky proti neurotoxicitě β-amyloidu v hipokampálních buněčných kulturách potkanů s nižší mírou ztráty neuronů (Brewer et al., 2010). Toxicita β-amyloidu se zvyšuje s věkem a je zvýšená u Alzheimerovy choroby. Anticytotoxický účinek borůvkových polyfenolů v reakci na β-amyloid je založen na obnovení normální buněčné odpovědi na stres, která zase zahrnuje produkci proteinů, jako je fosforylovaná extracelulární regulovaná kináza (pERK) a fosforylovaný protein vázající cyklický-AMP prvek odpovědi (pCREB), které jsou při stimulaci β-amyloidem in vitro nadměrně exprimovány (Brewer et al., 2010). Extrakty z borůvek zvrátí β-amyloidem indukovaný pokles intracelulárního glutathionu tím, že indukují přechodné zvýšení ROS, což vede ke konečnému zvýšení syntézy glutathionu (Brewer et al., 2010), což je mechanismus známý jako hormeze. Borůvkové polyfenoly obnovují dostupnost ATP a synaptickou aktivitu v hipokampálních buňkách, obojí snížené β-amyloidem (Fuentealba et al., 2011). Borůvkové flavonoidy mohou také modifikovat dostupnost β-amyloidu dvěma způsoby. Inhibují expresi β-sekretázy, enzymu omezujícího rychlost výroby β-amyloidních peptidů, a to prostřednictvím borůvkami zprostředkovaného snížení signalizace nukleárního faktoru kappa B (NF-κB) (Paris et al., 2011). Polyfenoly borůvek zvyšují mikrogliální clearance β-amyloidu, inhibují jeho agregaci do neurofibrilárních spletí (Fuentealba et al., 2011; Zhu et al., 2008) a potlačují aktivaci mikroglií u myší, přičemž tyto účinky jsou zprostředkovány potlačením signalizace p44/42 mitogenem aktivované proteinkinázy (MAPK) (Zhu et al., 2008).

Antokyany borůvek hrají klíčovou roli také proti neurodegeneraci s ohledem na zánět. Jak již bylo zmíněno, mikrogliové buňky jsou aktivovány oxidačním stresem uvolňováním prozánětlivých cytokinů a dalších ROS, které zesilují poškození a vyvolávají reakci neuronů. Ke studiu neurozánětu bylo použito několik experimentálních modelů. Lipopolysacharid (LPS) je silným induktorem zánětu. Mikrogliové buňky aktivované LPS a předem ošetřené borůvkovými antokyany snižují produkci prozánětlivých cytokinů, jako jsou TNF-α, interleukin 1 β (IL-1β) a ROS (NO), a snižují expresi enzymů podílejících se na zánětu, např. syntetázy NO (NOS) a cyklooxygenázy (COX) (Carey et al., 2013; Lau et al., 2007). Ukázalo se, že k tomu dochází prostřednictvím potlačení aktivace NF-κB (Lau et al., 2009) a snížení jeho hladiny (Goyarzu et al., 2004), což obojí způsobují borůvkové antokyany. (NF-κB) je transkripční faktor, který se podílí na syntéze různých mediátorů zánětu. Stav aktivace mikrogliových buněk je pak borůvkovými antokyany potlačen, což se projevuje snížením markerů aktivace (tj. peroxiredoxinů; Miah et al., 2013). Neurony mohou na LPS reagovat také zvýšením oxidačního stresu a zánětu. Extrakty z borůvek mají na neurony stimulované LPS nejméně tři pozitivní účinky: snížení oxidačního stresu, zlepšení homeostázy vápníku a zvýšení životaschopnosti buněk (Joseph et al., 2010b). Životaschopnost buněk je způsobena hormezí (Joseph et al., 2010b), dočasně zvýšenou expresí genů aktivujících oxidační stres, jejímž cílem je zvýšit přežití buněk. Antokyany borůvek také zvyšují neuroprotekci zprostředkovanou proteinem tepelného šoku 70 (HSP 70) v hipokampálních neuronech stimulovaných LPS (Galli et al., 2006). Dalším induktorem zánětu je kyselina kainová; borůvkové polyfenoly působí proti produkci cytokinů závislých na (NF-κB) a aktivují růstové faktory, jako je inzulinu podobný růstový faktor 1 (IGF-1; Shukitt-Hale et al., 2008). Je možné, že antokyany obsažené v borůvkách mají společně synergické účinky při neuroprotekci, protože jejich účinky jsou významnější v přítomnosti nefrakcionovaných extraktů (Carey et al., 2013; Joseph et al., 2010b).

Polyfenoly borůvek působí silně neuroprotektivně proti glutamátergní excitotoxicitě, jak se ukázalo u potkaních neuronů; kultury vystavené glutamátu a extraktům z plodů a listů borůvek vykazovaly známky degenerace výrazně nižší než základní (Vyas et al., 2013).

Jak již bylo zmíněno, stárnutí snižuje citlivost na některé neurotransmitery. Mezi nimi má zvláštní význam cholinergní systém, protože vykazuje vysokou citlivost na stárnutí a jeho funkce ovlivňuje kognitivní výkon. Stárnutí snižuje citlivost na acetylcholin v důsledku oxidačního stresu; vyvolává funkční ztrátu muskarinových striatálních receptorů, přičemž zbytkové receptory se postupem času stávají citlivějšími na oxidační stres (Joseph et al., 2006). Extrakty z borůvek mohou obnovit normální citlivost na acetylcholin, zlepšit molekulární signalizaci oxidačního stresu a homeostázu vápníku na podkladě snížené reakce receptorů (Joseph et al., 2006; 2010a). Kromě toho borůvkové polyfenoly zlepšují cholinergní funkci inhibicí aktivity acetylcholinesterázy (Papandreou et al., 2009).

Další mechanismy zlepšení kognitivní výkonnosti díky borůvkovým polyfenolům zahrnují synaptickou plasticitu, paměť a zlepšení přežívání buněk. Bylo zjištěno, že suplementace borůvkami zvyšuje funkčnost dlouhodobé potenciace (LTP) u stárnoucích potkanů obnovením úrovně pozorované u mladých potkanů; k tomu dochází díky prevenci poklesu synaptické síly, a to zase kompenzuje sníženou expresi glutamátových receptorů zapojených do LTP (Coultrap et al., 2008). Suplementace borůvkami zvyšuje i další parametry související se zlepšením paměti, jako je hipokampální neurogeneze, aktivace ERK a hladiny IGF-1 (Casadesus et al., 2004). Příznivé účinky borůvek na hipokampální neurogenezi zahrnují také změny v homeostáze vápníku a stresové signalizaci související s expresí genů závislých na pCREB, proteinkináze C γ (PKC γ) a pMAPK (Joseph et al., 2007). Tyto molekulární změny zahrnují také zvýšené hipokampální hladiny neurotrofního faktoru odvozeného od mozku (BDNF) a korelují s výkonností paměti potkanů (Rendeiro et al., 2012). Zvýšení BDNF znamená syntézu proteinů podporovanou cestou ERK-CREB-BDNF v hipokampálních neuronech (Williams et al., 2008). Hipokampální neurogeneze a s ní související výkonnost paměti jsou citlivé na účinky oxidačního stresu. Oxidační stres zvyšuje regulaci genů souvisejících s apoptózou, včetně genů souvisejících s (NF-κB), a snižuje regulaci genů souvisejících s přežíváním buněk v hipokampu (Shukitt-Hale et al., 2012). V mozku potkanů, kterým byly podávány borůvky, byla zjištěna zvýšená regulace genů podporujících přežívání buněk (Shukitt-Hale et al., 2012). Kromě toho bylo v neuronálních kulturách prokázáno, že forma modifikované borůvkové šťávy zvyšuje enzymy chránící před oxidativním stresem, podporuje přežití buněk a inhibuje apoptózu prostřednictvím molekulárních mechanismů zahrnujících genovou expresi (např. MAPK pro přežití a ERK pro inhibici apoptózy; Vuong et al., 2010).

Mechanismy neuroprotekce zprostředkované borůvkami se projevují také v některých experimentálních modelech patologie, např. ischemické choroby mozku. U potkanů, kterým byly po dobu šesti týdnů podávány borůvky a kteří prodělali cévní mozkovou příhodu vyvolanou podvazem levé společné krční tepny a následnou hypoxií, došlo k průměrnému úbytku neuronů v levém hipokampu o 17 %; u kontrolních potkanů činil úbytek ve stejné oblasti 40 % (Sweeney et al., 2002). Podobně byla strava obohacená borůvkami po dobu čtyř týdnů zodpovědná za významné snížení objemu ischemicko-reperfuzního poškození v kůře mozkové u potkanů, kteří podstoupili podvaz pravostřední mozkové tepny, ve srovnání s kontrolami, stejně jako za snížení apoptotické aktivity (nízké hladiny kaspáz; Wang et al., 2005). Jiná studie (Shin et al., 2006) tyto výsledky na stejném modelu potvrzuje a dodává, že antokyany působí potlačení apoptózy blokováním signálních drah c-Jun N-terminální kinázy (JNK) a p53, protože jejich exprese byla zjištěna významně nižší v oblastech infarktu i ischemické penumbry. Podle toho, co bylo dosud diskutováno, je možné, že neuroprotekce borůvek u ischemických neuronů zahrnuje kromě apoptózy také inhibici excitotoxicity, oxidativního stresu, zánětu a poruchy iontové homeostázy (Shin et al., 2006). Tyto mechanismy neuroprotekce mohou být vzájemně propojeny a integrovány za účelem zvýšení přežití buněk (viz tabulka 2.1). Neuroprotektivní účinky borůvkových antokyanů byly prokázány také v sítnici, kde snižují poškození způsobené světlem na strukturální a funkční úrovni (Liu et al., 2012; Tremblay et al., 2013). Účinky borůvkových polyfenolů související s genovou expresí a antioxidačními mechanismy by také mohly vysvětlit prodloužení délky života zvířat s borůvkovou stravou (Peng et al., 2012; Wilson et al., 2006).

.