Áfonya

Celluláris hatások

Az áfonya polifenolok már alacsony koncentrációban (<1µg/l) is erős intracelluláris antioxidánsok különböző emlős sejtekben (Bornsek et al., 2012). Valószínű, hogy a vörös áfonya polifenolok a közvetlen tisztító hatáson túlmenően fokozzák az endogén antioxidánsokat (Bornsek et al., 2012). Az idegsejtekben az áfonya expozíció következményeként a glutation és az aszkorbinsav mennyiségének növekedését (Papandreou et al., 2009), valamint az antioxidáns enzimek, például a kataláz és a szuperoxid-dizmutáz fokozott aktivitását figyelték meg (Vuong et al., 2010). Az áfonyakivonatok antioxidáns aktivitása a ROS-termelés csökkentésével is összefügg (Jeong és mtsai., 2013), és ennek következtében a ROS-hatások, köztük a lipidperoxidáció csökkenésével (Papandreou és mtsai., 2009). Mint említettük, a β-amiloid egy aberráns fehérje, amely részt vesz a neurodegenerációban. Az oxidatív stressz elnyomása az áfonya polifenolok által ellensúlyozza a β-amyloid citotoxikus hatását egerekben (Jeong és mtsai., 2013). Az áfonya kivonatok neuroprotektív hatást fejtenek ki a β-amiloid neurotoxicitással szemben patkányok hippokampusz sejtkultúráiban, a neuronális veszteség alacsonyabb aránya mellett (Brewer és mtsai., 2010). A β-amiloid toxicitása az életkor előrehaladtával növekszik, és Alzheimer-kórban fokozottan jelentkezik. Az áfonya polifenolok β-amyloidra kifejtett anticitotoxikus hatása a sejtek stresszre adott normál válaszának helyreállításán alapul, ami viszont olyan fehérjék, mint a foszforilált extracellulárisan szabályozott kináz (pERK) és a foszforilált ciklikus-AMP válaszelem-kötő fehérje (pCREB) termelését jelenti, amelyek β-amyloid stimuláció hatására in vitro túlterjednek (Brewer et al., 2010). Az áfonyakivonatok visszafordítják a β-amyloid által kiváltott intracelluláris glutation csökkenést a ROS átmeneti növekedésének indukálásával, ami a glutation szintézisének végső növekedését eredményezi (Brewer és mtsai., 2010), ez a mechanizmus hormesis néven ismert. Az áfonya polifenolok helyreállítják az ATP elérhetőségét és a szinaptikus aktivitást a hippokampusz sejtjeiben, mindkettőt csökkentette a β-amyloid (Fuentealba és mtsai., 2011). Az áfonya flavonoidok kétféle módon is módosíthatják a β-amiloid elérhetőségét. Gátolják a β-szekretáz, a β-amiloid peptidek előállításában részt vevő sebességkorlátozó enzim expresszióját, és ez a nukleáris faktor kappa B (NF-κB) jelátvitel áfonya által közvetített csökkentésén keresztül történik (Paris és mtsai., 2011). Az áfonya polifenolok fokozzák a β-amiloid mikrogliális tisztítását, gátolják annak neurofibrilláris csomókká való aggregációját (Fuentealba et al., 2011; Zhu et al., 2008), és elnyomják a mikroglia aktivációt egerekben, mely hatásokat a p44/42 mitogén-aktivált protein kináz (MAPK) jelátvitel elnyomása közvetíti (Zhu és mtsai., 2008).

Az áfonya antocianinok a gyulladás tekintetében is kulcsszerepet játszanak a neurodegeneráció ellen. Mint említettük, a mikroglia sejtek oxidatív stressz hatására proinflammatorikus citokinek és további ROS-ok felszabadításával aktiválódnak, amelyek felerősítik a károsodást és neuronális választ indukálnak. A neuroinflammáció tanulmányozására számos kísérleti modellt használtak. A lipopoliszacharid (LPS) a gyulladás erőteljes induktora. Az LPS-szel aktivált és áfonyaantociánnal előkezelt mikroglia sejtek csökkentik a proinflammatorikus citokinek, például a TNF-α, az interleukin 1 β (IL-1β) és a ROS (NO) termelését, és csökkentik a gyulladásban szerepet játszó enzimek, például a NO-szintetáz (NOS) és a ciklooxigenáz (COX) expresszióját (Carey és mtsi., 2013; Lau és mtsi., 2007). Ez bizonyítottan az NF-κB aktivációjának elnyomása (Lau és mtsai., 2009) és szintjének csökkenése (Goyarzu és mtsai., 2004) révén történik, mindkettőt az áfonya antociánok okozzák. (NF-κB) egy olyan transzkripciós faktor, amely részt vesz a gyulladás különböző mediátorainak szintézisében. A mikroglia sejtek aktivációs állapotát ezután az áfonya antocianinok elnyomják, amit az aktivációs markerek (pl. peroxiredoxinok; Miah és mtsai., 2013) csökkenése mutat. Az idegsejtek az oxidatív stressz és a gyulladás fokozásával is reagálhatnak az LPS-re. Az áfonyakivonatoknak legalább három pozitív hatása van az LPS által stimulált neuronokra: az oxidatív stressz csökkentése, a kalcium-homeosztázis javítása és a sejtek életképességének növelése (Joseph és mtsai., 2010b). A sejtek életképessége a hormesisnek (Joseph et al., 2010b), a sejtek túlélésének fokozását célzó, az oxidatív stresszt aktiváló génexpresszió átmeneti fokozódásának köszönhető (Joseph et al., 2010b). Az áfonya antocianinok a hősokkfehérje 70 (HSP 70) által közvetített neuroprotekciót is fokozzák az LPS által stimulált hippokampusz neuronokban (Galli és mtsai., 2006). A gyulladás másik induktora a kaininsav; az áfonya polifenolok ellensúlyozzák az (NF-κB)-függő citokinek termelését és aktiválják a növekedési faktorokat, például az inzulinszerű növekedési faktor 1-et (IGF-1; Shukitt-Hale et al., 2008). Lehetséges, hogy az áfonyában található antociánok együttesen szinergista hatást fejtenek ki a neuroprotekcióban, mivel hatásuk jelentősebb a nem frakcionált kivonatok jelenlétében (Carey et al., 2013; Joseph et al., 2010b).

Az áfonya polifenolok erőteljes neuroprotektív hatást fejtenek ki a glutamáterg excitotoxicitással szemben, amint azt patkány neuronok esetében kimutatták; a glutamátnak és az áfonya gyümölcséből és leveléből származó kivonatoknak kitett kultúrákban a degeneráció jelei jelentősen alacsonyabbak voltak, mint az alapállapotban (Vyas et al., 2013).

Amint említettük, az öregedés csökkenti az érzékenységet számos neurotranszmitterrel szemben. Ezek közül a kolinerg rendszernek különös jelentősége van, mivel nagy érzékenységet mutat az öregedésre, és működése befolyásolja a kognitív teljesítményt. Az öregedés az oxidatív stressz következményeként csökkenti az acetilkolin iránti érzékenységet; a muskarinos striatális receptorok funkcionális veszteségét idézi elő, a maradék receptorok pedig idővel érzékenyebbé válnak az oxidatív stresszre (Joseph és mtsai., 2006). Az áfonyakivonatok képesek helyreállítani az acetilkolinra való normális érzékenységet, javítva a molekuláris oxidatív stressz jelátvitelt és a kalcium-homeosztázist a receptorok csökkent válaszreakciója alapján (Joseph és mtsai., 2006; 2010a). Továbbá az áfonya polifenolok az acetilkolin-észteráz aktivitás gátlása révén fokozzák a kolinerg funkciót (Papandreou és mtsai., 2009).

A kognitív teljesítmény áfonya polifenolok általi javulásának további mechanizmusai a szinaptikus plaszticitással, a memóriával és a sejtek túlélésének fokozásával kapcsolatosak. Megfigyelték, hogy az áfonya pótlása javítja a hosszú távú potenciálás (LTP) funkcionalitását idős patkányokban, helyreállítva a fiatal patkányoknál megfigyelt szintet; ez a szinaptikus erősség csökkenésének megakadályozásán keresztül történik, és ez viszont kompenzálja az LTP-ben részt vevő glutamát receptorok csökkent expresszióját (Coultrap et al., 2008). Az áfonya pótlása növeli a memória javulásával kapcsolatos egyéb paramétereket, például a hippokampusz neurogenezisét, az ERK aktiválódását és az IGF-1 szintjét (Casadesus és mtsai., 2004). Az áfonya hippokampális neurogenezisre gyakorolt kedvező hatásai a kalcium homeosztázis és a stressz jelátvitel változásaihoz is kapcsolódnak, amelyek a pCREB-től, a protein kináz C γ-től (PKC γ) és a pMAPK-tól függő génexpressziótól függnek (Joseph és mtsai., 2007). Ezek a molekuláris változások magukban foglalják az agyi eredetű neurotrofikus faktor (BDNF) megnövekedett hippokampusz-szintjét is, és korrelálnak a patkányok memóriateljesítményével (Rendeiro és mtsai., 2012). A BDNF növekedése az ERK-CREB-BDNF útvonal által támogatott fehérjeszintézist feltételez a hippokampusz neuronjaiban (Williams és mtsai., 2008). A hippokampusz neurogenezise és a kapcsolódó memóriateljesítmény érzékeny az oxidatív stressz hatásaira. Az oxidatív stressz felszabályozza az apoptózissal kapcsolatos géneket, beleértve az (NF-κB) génekkel kapcsolatos géneket, és leszabályozza a sejtek túlélésével kapcsolatos géneket a hippokampuszban (Shukitt-Hale és mtsai., 2012). Az áfonyával kiegészített patkányok agyában a sejtek túlélését elősegítő gének szabályozódtak fel (Shukitt-Hale et al., 2012). Továbbá neurontenyészetekben kimutatták, hogy a módosított áfonyalé egy formája növeli az oxidatív stresszel szemben védő enzimeket, elősegíti a sejtek túlélését és gátolja az apoptózist olyan molekuláris mechanizmusokon keresztül, amelyekben a gének expressziója is szerepet játszik (pl. a MAPK a túlélésért és az ERK az apoptózis gátlásáért; Vuong et al., 2010).

Az áfonya által közvetített neuroprotektív mechanizmusok a patológia néhány kísérleti modelljében, például az ischaemiás agyi betegségben is kimutathatók. Hat héten át áfonyával kiegészített patkányoknál, akik a bal közös nyaki verőér lekötésével kiváltott stroke-on estek át, majd hipoxiát követően a bal hippokampuszban átlagosan 17%-os volt a neuronális veszteség; a kontroll patkányoknál ehhez képest ugyanezen a területen 40%-os volt a veszteség (Sweeney et al., 2002). Hasonlóképpen, az áfonyával dúsított étrend négy héten át felelős volt azért, hogy a jobb középső agyi artéria lekötésén átesett patkányok kéregállományában a kontrollhoz képest jelentősen csökkent az iszkémia-reperfúziós károsodás mennyisége, valamint csökkent az apoptotikus aktivitás (alacsony kaszpázszint; Wang és mtsai., 2005). Egy másik tanulmány (Shin et al., 2006) megerősíti ezeket az eredményeket ugyanebben a modellben, és hozzáteszi, hogy az antociánok a c-Jun N-terminális kináz (JNK) és a p53 jelátviteli útvonalak blokkolásával fejtik ki az apoptózis elnyomását, mivel ezek expresszióját mind az infarktus, mind az ischaemiás penumbra területein jelentősen alacsonyabbnak találták. Az eddig tárgyaltak alapján lehetséges, hogy az iszkémiás neuronokban az áfonya neuroprotektív hatása az apoptózis mellett az excitotoxicitás, az oxidatív stressz, a gyulladás és a károsodott ionhomeosztázis gátlásában is szerepet játszik (Shin és mtsai., 2006). A neuroprotekció ezen mechanizmusai összekapcsolódhatnak és integrálódhatnak a sejtek túlélésének fokozása érdekében (lásd a 2.1. táblázatot). Az áfonya antociánok neuroprotektív hatásait a retinában is kimutatták, csökkentve a fény okozta károsodást strukturális és funkcionális szinten (Liu et al., 2012; Tremblay et al., 2013). Az áfonya-polifenolok génkifejeződéssel és antioxidáns mechanizmusokkal kapcsolatos hatásai magyarázhatják az áfonyával kiegészített étrenddel táplált állatok megnövekedett élettartamát is (Peng és mtsai., 2012; Wilson és mtsai., 2006).