Blåbær

Cellulære effekter

Blåbærpolyphenoler er stærke intracellulære antioxidanter ved en lav koncentration (<1µg/l) i forskellige pattedyrceller (Bornsek et al., 2012). Det er sandsynligt, at blåbærpolyphenoler ud over en direkte scavenging-aktivitet øger de endogene antioxidanter (Bornsek et al., 2012). I neuroner er der observeret en øget mængde glutathion og ascorbinsyre (Papandreou et al., 2009) samt en øget aktivitet af antioxidante enzymer såsom katalase og superoxiddismutase (Vuong et al., 2010) som følge af eksponering for blåbær (Vuong et al., 2010). Den antioxidante aktivitet af blåbærekstrakter er også forbundet med en reduktion af produktionen af ROS (Jeong et al., 2013) og en deraf følgende reduktion af deres virkninger, herunder lipidperoxidation (Papandreou et al., 2009). Som nævnt er β-amyloid et aberrant protein, der er involveret i neurodegeneration. Undertrykkelse af oxidativt stress ved hjælp af blåbærpolyphenoler modvirker den cytotoksiske virkning af β-amyloid i mus (Jeong et al., 2013). Ekstrakter af blåbær udøver neuroprotektive virkninger mod β-amyloid neurotoksicitet i hippocampale cellekulturer af rotter, med en lavere rate af neuronalt tab (Brewer et al., 2010). Toksicitet af β-amyloid stiger med alderen og er forhøjet ved Alzheimers sygdom. Den anticytotoksiske virkning af blåbærpolyphenoler som reaktion på β-amyloid er baseret på genoprettelse af et normalt cellereaktion på stress, som igen involverer produktion af proteiner, såsom fosforyleret ekstracellulær reguleret kinase (pERK) og fosforyleret cyclic-AMP responselement-bindende protein (pCREB), som overudtrykkes under β-amyloid-stimulering in vitro (Brewer et al., 2010). Blåbærekstrakter vender det β-amyloid-inducerede fald i intracellulært glutathion ved at inducere en forbigående stigning i ROS, hvilket resulterer i en endelig stigning i syntesen af glutathion (Brewer et al., 2010), en mekanisme kendt som hormesis. Blåbærpolyphenoler genopretter tilgængeligheden af ATP og synaptisk aktivitet i hippocampale celler, som begge er reduceret af β-amyloid (Fuentealba et al., 2011). Blåbærflavonoider kan også modificere tilgængeligheden af β-amyloid på to måder. De hæmmer ekspressionen af β-sekretase, det hastighedsbegrænsende enzym, der er involveret i produktionen af β-amyloidpeptider, og dette sker gennem den blåbærmedierede reduktion af nuklear faktor kappa B (NF-κB)-signalering (Paris et al., 2011). Blåbærpolyphenoler forbedrer mikroglial clearance af β-amyloid, hæmmer dets aggregering til neurofibrillære tangles (Fuentealba et al., 2011; Zhu et al., 2008) og undertrykker mikroglial aktivering i mus, effekter formidlet af undertrykkelse af p44/42 mitogen-aktiveret proteinkinase (MAPK) signalering (Zhu et al., 2008).

Bleebærantocyaniner spiller også en central rolle mod neurodegeneration med hensyn til inflammation. Som nævnt aktiveres mikrogliaceller ved oxidativ stress ved at frigive proinflammatoriske cytokiner og yderligere ROS, som forstærker skaden og fremkalder et neuronalt respons. Der er blevet anvendt flere eksperimentelle modeller til at undersøge neuroinflammation. Lipopolysaccharid (LPS) er en kraftig inflammationsinducerende faktor. Mikrogliaceller, der aktiveres af LPS og forbehandles med anthocyaniner fra blåbær, reducerer produktionen af proinflammatoriske cytokiner, såsom TNF-α, interleukin 1 β (IL-1β) og ROS (NO), og reducerer ekspressionen af enzymer, der er involveret i inflammation, f.eks. NO-syntetase (NOS) og cyclooxygenase (COX) (Carey et al., 2013; Lau et al., 2007). Det er blevet vist, at dette sker gennem undertrykkelse af NF-κB-aktivering (Lau et al., 2009) og nedsættelse af dens niveauer (Goyarzu et al., 2004), begge forårsaget af anthocyaniner fra blåbær. (NF-κB) er en transkriptionsfaktor, der er involveret i syntesen af forskellige inflammationsmediatorer. Status for aktivering af mikrogliacellerne undertrykkes derefter af anthocyaniner fra blåbær, som det fremgår af reduktionen af markører for aktivering (dvs. peroxiredoxiner; Miah et al., 2013). Neuroner kan også reagere på LPS ved at øge oxidativt stress og inflammation. Blåbærekstrakter har mindst tre positive virkninger på neuroner stimuleret af LPS: reduktion af oxidativt stress, forbedring af calciumhomeostase og øget celleviabilitet (Joseph et al., 2010b). Cellens levedygtighed skyldes hormesis (Joseph et al., 2010b), en midlertidig øget oxidativ stress-aktiverende genekspression, der har til formål at øge celleoverlevelsen. Anthocyaniner fra blåbær øger også neuroprotektion formidlet af heat shock protein 70 (HSP 70) i hippocampale neuroner stimuleret af LPS (Galli et al., 2006). En anden induktor af inflammation er kaininsyre; blåbærpolyphenoler modvirker produktionen af (NF-κB)-afhængige cytokiner og aktiverer vækstfaktorer som f.eks. insulinlignende vækstfaktor 1 (IGF-1; Shukitt-Hale et al., 2008). Det er muligt, at de anthocyaniner, der er indeholdt i blåbær, tilsammen har synergistiske virkninger i neuroprotektion, fordi deres virkninger er vigtigere i tilstedeværelsen af ikkefraktionerede ekstrakter (Carey et al., 2013; Joseph et al, 2010b).

Blåbærpolyphenoler udøver kraftig neuroprotektiv aktivitet mod glutamatergisk excitotoksicitet, som vist i rotteneuroner; kulturer udsat for glutamat og ekstrakter fra blåbærfrugter og -blade viste tegn på degeneration betydeligt lavere end basalt (Vyas et al., 2013).

Som nævnt nedsætter aldring følsomheden over for flere neurotransmittere. Blandt dem har det kolinerge system særlig betydning, fordi det viser høj følsomhed over for aldring, og dets funktion har indflydelse på kognitiv præstation. Aldring reducerer følsomheden over for acetylcholin som følge af oxidativ stress; det inducerer et funktionelt tab af muscariniske striatalreceptorer med resterende receptorer, der bliver mere følsomme over for oxidativ stress med tiden (Joseph et al., 2006). Blåbærekstrakter kan genoprette en normal følsomhed over for acetylcholin, hvilket forbedrer den molekylære signalering af oxidativ stress og calciumhomeostase på grundlag af receptorernes reducerede respons (Joseph et al., 2006; 2010a). Desuden forbedrer blåbærpolyphenoler den kolinerge funktion ved hæmning af acetylcholinesteraseaktivitet (Papandreou et al., 2009).

Andre mekanismer til forbedring af kognitive præstationer fra blåbærpolyphenoler involverer synaptisk plasticitet, hukommelse og forbedring af celleoverlevelse. Det er blevet observeret, at tilskud af blåbær forbedrer langtidspotentieringsfunktionaliteten (LTP) hos ældre rotter ved at genoprette det niveau, der er observeret hos unge rotter; dette sker gennem forebyggelse af nedgangen i synaptisk styrke, og dette kompenserer igen for reduceret ekspression af glutamatreceptorer, der er involveret i LTP (Coultrap et al., 2008). Tilskud af blåbær øger andre parametre, der er relateret til forbedring af hukommelsen, såsom hippocampal neurogenese, ERK-aktivering og niveauer af IGF-1 (Casadesus et al., 2004). De gavnlige virkninger af blåbær på hippocampal neurogenese involverer også ændringer i calciumhomeostase og stress-signalering i forbindelse med genekspression, der er afhængig af pCREB, proteinkinase C γ (PKC γ) og pMAPK (Joseph et al., 2007). Disse molekylære ændringer omfatter også øgede hippocampale niveauer af hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF) og korrelerer med hukommelsespræstationer hos rotter (Rendeiro et al., 2012). Stigningen af BDNF indebærer en proteinsyntese, der understøttes af ERK-CREB-BDNF-vejen i hippocampale neuroner (Williams et al., 2008). Hippocampal neurogenese og relateret hukommelsespræstation er følsomme over for virkningerne af oxidativ stress. Oxidativ stress opregulerer gener relateret til apoptose, herunder gener relateret til (NF-κB), og nedregulerer gener relateret til celleoverlevelse i hippocampus (Shukitt-Hale et al., 2012). I hjernen hos rotter med blåbærtilskud blev det konstateret, at gener, der fremmer celleoverlevelse, blev opreguleret (Shukitt-Hale et al., 2012). Desuden er det i neuronale kulturer blevet vist, at en form for modificeret blåbærsaft øger enzymer, der beskytter mod oxidativt stress, fremmer celleoverlevelse og hæmmer apoptose via molekylære mekanismer, der involverer genekspression (f.eks. MAPK for overlevelse og ERK for hæmning af apoptose; Vuong et al., 2010).

Blåbær-medierede mekanismer for neuroprotektion er også vist i nogle eksperimentelle modeller for patologi, f.eks. iskæmisk hjernesygdom. Rotter, der fik tilskud af blåbær i seks uger, og som fik et slagtilfælde fremkaldt ved ligatur af venstre fælles halspulsåren og efter hypoxi havde et gennemsnitligt neuronalt tab på 17 % i venstre hippocampus; kontrolrotter havde til sammenligning et tab på 40 % i det samme område (Sweeney et al., 2002). På samme måde var en blåbærberiget diæt i fire uger ansvarlig for et signifikant fald i forhold til kontroller af omfanget af iskæmi-reperfusionsskader i cortexen hos rotter, der gennemgik en ligatur af den højre midterste hjernearterie, samt en reduceret apoptotisk aktivitet (lave niveauer af caspase; Wang et al., 2005). En anden undersøgelse (Shin et al., 2006) bekræfter disse resultater i den samme model og tilføjer, at anthocyaniner udøver en undertrykkelse af apoptose ved at blokere c-Jun N-terminal kinase (JNK) og p53-signalvejene, fordi deres ekspression blev fundet at være signifikant lavere i områder med både infarkt og iskæmisk penumbra. Ifølge det, der er blevet diskuteret hidtil, er det muligt, at blåbærs neuroprotektion i iskæmiske neuroner involverer hæmning af excitotoksicitet, oxidativ stress, inflammation og forringet ionhomeostase ud over apoptose (Shin et al., 2006). Disse neuroprotektionsmekanismer kan være indbyrdes forbundne og integrerede for at forbedre celleoverlevelsen (se tabel 2.1). Neuroprotektive virkninger fra anthocyaniner fra blåbær er også blevet påvist i nethinden, idet de reducerer lysinducerede skader på strukturelt og funktionelt niveau (Liu et al., 2012; Tremblay et al., 2013). Effekter af blåbærpolyphenoler relateret til genekspression og antioxidantmekanismer kunne også forklare den øgede levetid hos dyr med en diæt suppleret med blåbær (Peng et al., 2012; Wilson et al., 2006).