Mustikka

Soluvaikutukset

Mustikan polyfenolit ovat tehokkaita solunsisäisiä antioksidantteja jo pieninä pitoisuuksina (<1µg/l) eri nisäkässoluissa (Bornsek ym., 2012). On todennäköistä, että suoran puhdistusvaikutuksen lisäksi mustikan polyfenolit tehostavat endogeenisiä antioksidantteja (Bornsek et al., 2012). Neuroneissa on havaittu glutationin ja askorbiinihapon määrän lisääntymistä (Papandreou ym., 2009) sekä antioksidanttisten entsyymien, kuten katalaasin ja superoksididismutaasin, lisääntynyttä aktiivisuutta (Vuong ym., 2010) mustikka-altistuksen seurauksina. Mustikkauutteiden antioksidanttinen aktiivisuus liittyy myös ROS:ien tuotannon vähenemiseen (Jeong ym., 2013) ja sen seurauksena niiden vaikutusten, kuten lipidiperoksidaation, vähenemiseen (Papandreou ym., 2009). Kuten mainittiin, β-amyloidi on poikkeava proteiini, joka osallistuu neurodegeneraatioon. Oksidatiivisen stressin tukahduttaminen mustikan polyfenoleilla kumoaa β-amyloidin sytotoksisen vaikutuksen hiirillä (Jeong ym., 2013). Mustikkauutteilla on neuroprotektiivisia vaikutuksia β-amyloidin neurotoksisuutta vastaan rottien hippokampuksen soluviljelmissä, ja neuronien menetys on vähäisempää (Brewer ym., 2010). β-amyloidin myrkyllisyys lisääntyy iän myötä ja on koholla Alzheimerin taudissa. Mustikan polyfenolien antisytotoksinen vaikutus β-amyloidille perustuu solujen normaalin stressivasteen palauttamiseen, johon puolestaan liittyy sellaisten proteiinien, kuten fosforyloidun solunulkoisen säädellyn kinaasin (pERK) ja fosforyloidun syklisen AMP-vaste-elementtiä sitovan proteiinin (pCREB), tuottaminen, jotka yliekspressoituvat β-amyloidistimulaation vaikutuksesta in vitro (Brewer et al., 2010). Mustikkauutteet kumoavat β-amyloidin aiheuttaman solunsisäisen glutationin vähenemisen indusoimalla ROS:n ohimenevän lisääntymisen, joka johtaa glutationin synteesin lopulliseen lisääntymiseen (Brewer et al., 2010), mekanismi tunnetaan nimellä hormesis. Mustikan polyfenolit palauttavat ATP:n saatavuuden ja synaptisen aktiivisuuden hippokampussoluissa, jotka molemmat ovat vähentyneet β-amyloidin vaikutuksesta (Fuentealba et al., 2011). Mustikan flavonoidit voivat myös muuttaa β-amyloidin saatavuutta kahdella tavalla. Ne estävät β-amyloidipeptidien tuotantoon osallistuvan nopeutta rajoittavan entsyymin, β-sekretaasin, ilmentymistä, ja tämä tapahtuu mustikan välittämän ydintekijä kappa B:n (NF-κB) signaloinnin vähentämisen kautta (Paris ym., 2011). Mustikan polyfenolit tehostavat mikroglioiden β-amyloidin puhdistumista, estävät sen aggregaatiota neurofibrillaarisiksi tangeleiksi (Fuentealba et al., 2011; Zhu et al.., 2008) ja tukahduttavat mikroglia-aktivaatiota hiirissä, vaikutukset, jotka välittyvät p44/42 mitogeeni-aktivoidun proteiinikinaasin (MAPK) signaloinnin tukahduttamisesta (Zhu ym., 2008).

Mustikan antosyaaneilla on myös keskeinen rooli neurodegeneraatiota vastaan tulehduksen suhteen. Kuten mainittiin, mikrogliasolut aktivoituvat oksidatiivisen stressin vaikutuksesta vapauttamalla proinflammatorisia sytokiineja ja ylimääräisiä ROS:eja, jotka voimistavat vaurioita ja aiheuttavat neuronivasteen. Neuroinflammation tutkimiseen on käytetty useita kokeellisia malleja. Lipopolysakkaridi (LPS) on voimakas tulehduksen aiheuttaja. LPS:llä aktivoidut ja mustikka-antosyaaneilla esikäsitellyt mikrogliasolut vähentävät proinflammatoristen sytokiinien, kuten TNF-α:n, interleukiini 1 β:n (IL-1β) ja ROS:n (NO) tuotantoa sekä vähentävät tulehdukseen osallistuvien entsyymien, esimerkiksi NO-syntetaasin (NOS) ja syklo-oksygenaasin (COX) ilmentymistä (Carey ym., 2013; Lau ym., 2007). Tämän on osoitettu tapahtuvan NF-κB:n aktivaation tukahduttamisen (Lau ym., 2009) ja sen tasojen laskun (Goyarzu ym., 2004) kautta, jotka molemmat ovat mustikan antosyaanien aiheuttamia. (NF-κB) on transkriptiotekijä, joka osallistuu erilaisten tulehduksen välittäjäaineiden synteesiin. Mustikka-antosyaanit tukahduttavat tällöin mikrogliasolujen aktivaatiotilaa, mikä näkyy aktivaatioiden merkkiaineiden (esim. peroksiredoksiinien; Miah ym., 2013) vähenemisenä. Neuronit voivat reagoida LPS:ään myös lisäämällä oksidatiivista stressiä ja tulehdusta. Mustikkauutteilla on ainakin kolme positiivista vaikutusta LPS:n stimuloimiin neuroneihin: oksidatiivisen stressin vähentäminen, kalsiumhomeostaasin parantaminen ja solujen elinkelpoisuuden lisääminen (Joseph ym., 2010b). Solujen elinkelpoisuus johtuu hormesis-ilmiöstä (Joseph et al., 2010b), tilapäisesti lisääntyneestä hapetusstressiä aktivoivasta geeniekspressiosta, jonka tarkoituksena on parantaa solujen selviytymistä. Mustikan antosyaanit parantavat myös lämpösokkiproteiini 70:n (HSP 70) välittämää neuroprotektiota LPS:n stimuloimissa hippokampuksen neuroneissa (Galli et al., 2006). Toinen tulehduksen aiheuttaja on kainiinihappo; mustikan polyfenolit torjuvat (NF-κB)-riippuvaisten sytokiinien tuotantoa ja aktivoivat kasvutekijöitä, kuten insuliinin kaltaista kasvutekijää 1 (IGF-1; Shukitt-Hale et al., 2008). On mahdollista, että mustikan sisältämillä antosyaaneilla on yhdessä synergistisiä vaikutuksia neuroprotektiossa, koska niiden vaikutukset ovat merkittävämpiä fraktioimattomien uutteiden läsnä ollessa (Carey ym., 2013; Joseph ym, 2010b).

Mustikan polyfenoleilla on voimakas neuroprotektiivinen vaikutus glutamatergista eksitotoksisuutta vastaan, kuten rottien neuroneissa on osoitettu; glutamaatille ja mustikan hedelmistä ja lehdistä saaduille uutteille altistetuissa viljelmissä ilmeni degeneraation merkkejä, jotka olivat huomattavasti pienempiä kuin lähtötilanteessa (Vyas ym., 2013).

Kuten jo mainittiin, ikääntyminen vähentää herkkyyttä useille hermovälittäjäaineille. Niistä kolinergisellä järjestelmällä on erityinen merkitys, koska se osoittaa suurta herkkyyttä ikääntymiselle, ja sen toiminta vaikuttaa kognitiiviseen suorituskykyyn. Ikääntyminen vähentää herkkyyttä asetyylikoliinille oksidatiivisen stressin seurauksena; se aiheuttaa muskariinisten striataalireseptorien toiminnallisen häviämisen, ja jäljelle jäävät reseptorit muuttuvat ajan myötä herkemmiksi oksidatiiviselle stressille (Joseph ym., 2006). Mustikkauutteet voivat palauttaa normaalin herkkyyden asetyylikoliinille, parantaa molekulaarista oksidatiivisen stressin signalointia ja kalsiumhomeostaasia reseptorien vähentyneen vasteen pohjalla (Joseph et al., 2006; 2010a). Lisäksi mustikan polyfenolit parantavat kolinergistä toimintaa estämällä asetyylikoliiniesteraasiaktiivisuutta (Papandreou ym., 2009).

Muut mustikan polyfenolien aiheuttamat kognitiivisen suorituskyvyn paranemismekanismit liittyvät synaptiseen plastisuuteen, muistiin ja solujen eloonjäämisen parantamiseen. On havaittu, että mustikkatäydennys parantaa pitkäaikaispotentiaation (LTP) toiminnallisuutta ikääntyneillä rotilla palauttamalla nuorilla rotilla havaitun tason; tämä tapahtuu synaptisen voimakkuuden heikkenemisen estämisen kautta, ja tämä puolestaan kompensoi LTP:hen osallistuvien glutamaattireseptorien vähentynyttä ilmentymistä (Coultrap et al., 2008). Mustikkatäydennys lisää muita muistin parantamiseen liittyviä parametreja, kuten hippokampuksen neurogeneesiä, ERK-aktivaatiota ja IGF-1-tasoja (Casadesus ym., 2004). Mustikan suotuisiin vaikutuksiin hippokampuksen neurogeneesiin liittyy myös muutoksia kalsiumin homeostaasissa ja stressisignaloinnissa, jotka liittyvät pCREB:stä, proteiinikinaasi C γ:stä (PKC γ) ja pMAPK:sta riippuvaiseen geeniekspressioon (Joseph ym., 2007). Nämä molekulaariset muutokset käsittävät myös aivoista peräisin olevan neurotrofisen tekijän (BDNF) lisääntyneet hippokampuksen tasot ja korreloivat rottien muistisuorituskyvyn kanssa (Rendeiro ym., 2012). BDNF:n lisääntyminen merkitsee ERK-CREB-BDNF-reitin tukemaa proteiinisynteesiä hippokampuksen neuroneissa (Williams ym., 2008). Hippokampuksen neurogeneesi ja siihen liittyvä muistin suorituskyky ovat herkkiä oksidatiivisen stressin vaikutuksille. Hapettava stressi säätelee ylöspäin apoptoosiin liittyviä geenejä, mukaan lukien (NF-κB:hen) liittyvät geenit, ja alentaa solujen selviytymiseen liittyviä geenejä hippokampuksessa (Shukitt-Hale ym., 2012). Mustikalla täydennettyjen rottien aivoissa havaittiin solujen selviytymistä edistävien geenien olevan säänneltyjä (Shukitt-Hale et al., 2012). Lisäksi hermosoluviljelmissä eräänlaisen muunnellun mustikkamehun on osoitettu lisäävän oksidatiiviselta stressiltä suojaavia entsyymejä, edistävän solujen eloonjäämistä ja estävän apoptoosia molekulaaristen mekanismien kautta, joihin liittyy geenien ilmentymistä (esim. MAPK eloonjäämistä varten ja ERK apoptoosin estämistä varten; Vuong ym., 2010).

Mustikan välittämiä hermosolujen suojausmekanismeja on osoitettu olevan olemassa myös joissakin patologian kokeellisissa malleissa, esimerkiksi iskeemisissä aivosairauksissa. Rotilla, joille annettiin mustikoita kuuden viikon ajan ja joille tehtiin vasemman yhteisen kaulavaltimon ligaatiolla aiheutettu aivohalvaus ja hypoksiaa seurannut aivohalvaus, hermosolujen menetys oli keskimäärin 17 % vasemmassa hippokampuksessa; vertailurottien menetys oli 40 % samalla alueella (Sweeney ym., 2002). Vastaavasti mustikalla rikastettu ruokavalio neljän viikon ajan vähensi merkittävästi kontrolliryhmiin verrattuna iskemian ja reperfuusion aiheuttamien vaurioiden määrää niiden rottien aivokuorella, joille oli tehty oikean keskiaivovaltimon ligatuuri, sekä vähensi apoptoottista aktiivisuutta (alhaiset kaspaasitasot; Wang ym., 2005). Toinen tutkimus (Shin ym., 2006) vahvistaa nämä tulokset samassa mallissa ja lisää, että antosyaanit tukahduttavat apoptoosia estämällä c-Jun N-terminaalisen kinaasin (JNK) ja p53:n signaalireittejä, koska niiden ilmentymisen todettiin olevan merkittävästi vähäisempää sekä infarktin että iskeemisen penumbran alueilla. Tähän mennessä käsiteltyjen seikkojen perusteella on mahdollista, että mustikan neuroprotektioon iskeemisissä hermosoluissa liittyy apoptoosin lisäksi eksitotoksisuuden, oksidatiivisen stressin, tulehduksen ja heikentyneen ionihomeostaasin estäminen (Shin ym., 2006). Nämä neuroprotektiomekanismit voivat liittyä toisiinsa ja integroitua toisiinsa solujen selviytymisen parantamiseksi (ks. taulukko 2.1). Mustikan antosyaanien neuroprotektiivisia vaikutuksia on osoitettu myös verkkokalvolla vähentäen valon aiheuttamia vaurioita rakenteellisella ja toiminnallisella tasolla (Liu ym., 2012; Tremblay ym., 2013). Mustikan polyfenolien vaikutukset, jotka liittyvät geeniekspressioon ja antioksidanttimekanismeihin, voisivat myös selittää eliniän pidentymistä eläimillä, joiden ruokavalio on täydennetty mustikalla (Peng ym., 2012; Wilson ym., 2006).