Blueberries
Cellular Effects
Blueberry polyphenols are powerful intracellular antioxidants at a low concentration (<1µg/l) in various mammalian cells (Bornsek et al., 2012). É provável que, para além de uma actividade de limpeza directa, os polifenóis de mirtilo aumentam os antioxidantes endógenos (Bornsek et al., 2012). Em neurônios, uma quantidade aumentada de glutationa e ácido ascórbico (Papandreou et al., 2009), bem como uma atividade aumentada de enzimas antioxidantes como catalase e superóxido dismutase foram observados (Vuong et al., 2010) como conseqüências da exposição ao mirtilo. A atividade antioxidante de extratos de mirtilo também está associada a uma redução da produção de ROS (Jeong et al., 2013) e uma conseqüente redução de seus efeitos, incluindo a peroxidação lipídica (Papandreou et al., 2009). Como mencionado, β-amilóide é uma proteína aberrante envolvida na neurodegeneração. A supressão do estresse oxidativo por polifenóis de mirtiloide neutraliza o efeito citotóxico do β-amilóide em ratos (Jeong et al., 2013). Extratos de mirtilo exercem efeito neuroprotetor contra a neurotoxicidade do β-amilóide em culturas de células hipocampais de ratos, com menor taxa de perda neuronal (Brewer et al., 2010). A toxicidade do β-amilóide aumenta com a idade e é elevada na doença de Alzheimer. O efeito anticitotóxico dos polifenóis de mirtilo em resposta à β-amilóide baseia-se na restauração de uma resposta celular normal ao estresse que envolve, por sua vez, a produção de proteínas, como a quinase extracelular regulada fosforilada (pERK) e a proteína aglutinante de resposta cíclica fosforilada (pCREB), que são superexpressas sob a estimulação in vitro da amilóide β-amilóide (Brewer et al., 2010). Extratos de mirtilo invertem β-amilóide induzido diminuição do glutationa intracelular induzindo um aumento transitório na ROS, que resulta em um aumento final da síntese do glutationa (Brewer et al., 2010), um mecanismo conhecido como hormesis. Os polifenóis de mirtilo restauram a disponibilidade de ATP e a atividade sináptica nas células hipocampais, ambas reduzidas por β-amilóide (Fuentealba et al., 2011). Os flavonóides do mirtilo também podem modificar a disponibilidade do β-amilóide de duas maneiras. Eles inibem a expressão do β-secretase, a enzima limitadora de taxa envolvida na produção de β-amilóide peptídeos, e isto ocorre através da redução do fator nuclear kappa B (NF-κB) de sinalização (Paris et al., 2011). Os polifenóis de mirtilo aumentam a depuração microglial do β-amilóide, inibindo a sua agregação em em emaranhados neurofibrilares (Fuentealba et al., 2011; Zhu et al., 2008), e suprimir a ativação microglial em ratos, efeitos mediados pela supressão da sinalização da proteína quinase ativada por mitógeno p44/42 (MAPK) (Zhu et al., 2008).
As antocianinas de blueberry também desempenham um papel fundamental contra a neurodegeneração no que diz respeito à inflamação. Como mencionado, células microgliais são ativadas pelo estresse oxidativo liberando citocinas pró-inflamatórias e ROS adicionais, que amplificam o dano e induzem uma resposta neuronal. Vários modelos experimentais têm sido usados para estudar a neuroinflamação. O lipopolissacarídeo (LPS) é um potente indutor de inflamação. As células microgliais ativadas pelo LPS e pré-tratadas com antocianinas de mirtilo reduzem a produção de citocinas pró-inflamatórias, como TNF-α, interleucina 1 β (IL-1β) e ROS (NO), e reduzem a expressão das enzimas envolvidas na inflamação, por exemplo, NO sintetase (NOS) e ciclo-oxigenase (COX) (Carey et al., 2013; Lau et al., 2007). Isso se mostrou através da supressão da ativação da NF-κB (Lau et al., 2009) e da diminuição de seus níveis (Goyarzu et al., 2004), ambas causadas pelas antocianinas do mirtilo. (NF-κB) é um fator de transcrição envolvido na síntese de diferentes mediadores da inflamação. O estado de ativação das células microgliais é então suprimido pelas antocianinas do mirtilo, como demonstrado pela redução dos marcadores de ativação (ou seja, peroxiredoxinas; Miah et al., 2013). Os neurônios também podem responder ao LPS, aumentando o estresse oxidativo e a inflamação. Extratos de mirtilo têm pelo menos três efeitos positivos nos neurônios estimulados pelo LPS: redução do estresse oxidativo, melhora da homeostase do cálcio e aumento da viabilidade celular (Joseph et al., 2010b). A viabilidade celular é devida ao hormônio (Joseph et al., 2010b), um aumento temporário da expressão gênica ativadora do estresse oxidativo com o objetivo de melhorar a sobrevivência celular. As antocianinas de mirtilo também aumentam a neuroproteção mediada pela proteína de choque térmico 70 (HSP 70) em neurônios hipocampais estimulados por LPS (Galli et al., 2006). Outro indutor de inflamação é o ácido quínico; os polifenóis de mirtilo neutralizam a produção de citocinas (NF-κB) dependentes e ativam fatores de crescimento como o fator de crescimento 1 semelhante à insulina (IGF-1; Shukitt-Hale et al., 2008). É possível que as antocianinas contidas nos mirtilos juntos tenham efeitos sinérgicos na neuroproteção, pois seus efeitos são mais importantes na presença de extratos não-fracionados (Carey et al., 2013; Joseph et al, 2010b).
Os polifenóis de mirtilo exercem poderosa atividade neuroprotetora contra a excitotoxicidade glutamátrica, como mostrado nos neurônios do rato; culturas expostas ao glutamato e extratos de frutas e folhas de mirtilo mostraram sinais de degeneração significativamente menores que o basal (Vyas et al., 2013).
Como mencionado, o envelhecimento diminui a sensibilidade a vários neurotransmissores. Entre eles, o sistema colinérgico tem particular importância porque mostra alta sensibilidade ao envelhecimento, e sua função influencia o desempenho cognitivo. O envelhecimento reduz a sensibilidade à acetilcolina como consequência do stress oxidativo; induz uma perda funcional dos receptores striatais muscarínicos com receptores residuais tornando-se mais sensíveis ao stress oxidativo ao longo do tempo (Joseph et al., 2006). Extratos de mirtilo podem restaurar uma sensibilidade normal à acetilcolina, melhorando a sinalização do estresse oxidativo molecular e a homeostase do cálcio na base da resposta reduzida dos receptores (Joseph et al., 2006; 2010a). Além disso, os polifenóis de mirtilo aumentam a função colinérgica pela inibição da atividade da acetilcolinesterase (Papandreou et al., 2009).
Outros mecanismos de melhora do desempenho cognitivo dos polifenóis de mirtilo envolvem plasticidade sináptica, memória e melhora da sobrevivência celular. Tem sido observado que a suplementação de mirtilo melhora a funcionalidade da potenciação de longo prazo (LTP) em ratos idosos, restaurando o nível observado em ratos jovens; isto ocorre através da prevenção do declínio da força sináptica, e isto, por sua vez, compensa a redução da expressão dos receptores de glutamato envolvidos no LTP (Coultrap et al., 2008). A suplementação com blueberry aumenta outros parâmetros relacionados ao aumento da memória, como a neurogênese hipocampal, ativação ERK e níveis de IGF-1 (Casadesus et al., 2004). Os efeitos benéficos do mirtilo na neurogênese hipocampal também envolvem alterações na homeostase do cálcio e na sinalização de estresse relacionada à expressão gênica dependente de pCREB, proteína quinase C γ (PKC γ), e pMAPK (Joseph et al., 2007). Essas mudanças moleculares também abrangem o aumento dos níveis hipocampais do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) e correlacionam-se com o desempenho da memória de ratos (Rendeiro et al., 2012). O aumento da FBDNF implica uma síntese proteica apoiada pela via ERK-CREB-BDNF em neurônios hipocampais (Williams et al., 2008). A neurogênese hipocampal e o desempenho da memória relacionada são sensíveis aos efeitos do estresse oxidativo. O estresse oxidativo upregula genes relacionados à apoptose, incluindo genes relacionados à (NF-κB), e desregula genes relacionados à sobrevivência celular no hipocampo (Shukitt-Hale et al., 2012). No cérebro de ratos suplementados com mirtilo, genes que promovem a sobrevivência celular foram encontrados upregulados (Shukitt-Hale et al., 2012). Além disso, em culturas neuronais, uma forma de suco de mirtilo modificado tem mostrado aumentar a proteção das enzimas contra o estresse oxidativo, promover a sobrevivência celular, e inibir a apoptose através de mecanismos moleculares envolvendo expressão gênica (por exemplo, MAPK para sobrevivência e ERK para inibição da apoptose; Vuong et al., 2010).
Mecanismos de neuroproteção mediados por blueberry também são mostrados em alguns modelos experimentais de patologia, por exemplo, doença isquêmica cerebral. Ratos suplementados com mirtilos durante seis semanas que sofreram AVC induzido pela ligadura da artéria carótida comum esquerda e após hipoxia tiveram uma perda neuronal média de 17% no hipocampo esquerdo; ratos de controle em comparação tiveram uma perda de 40% na mesma área (Sweeney et al., 2002). Da mesma forma, uma dieta enriquecida com mirtilo durante quatro semanas foi responsável por uma diminuição significativa em comparação aos controles do volume de lesão de isquemia-reperfusão no córtex de ratos que foram submetidos a uma ligadura da artéria cerebral média direita, bem como uma redução da atividade apoptótica (baixos níveis de caspase; Wang et al., 2005). Outro estudo (Shin et al., 2006) confirma estes resultados no mesmo modelo e acrescenta que as antocianinas exercem uma supressão da apoptose, bloqueando as vias de sinalização c-Jun N-terminal kinase (JNK) e p53, porque a sua expressão foi significativamente menor em áreas de infarto e penumbra isquêmica. De acordo com o que foi discutido até agora, é possível que a neuroproteção de mirtilo em neurônios isquêmicos envolva a inibição da excitotoxicidade, estresse oxidativo, inflamação e homeostase iônica comprometida, além da apoptose (Shin et al., 2006). Esses mecanismos de neuroproteção podem ser interligados e integrados para aumentar a sobrevivência celular (ver Tabela 2.1). Os efeitos neuroprotectores das antocianinas de mirtilo também foram demonstrados na retina, reduzindo os danos induzidos pela luz a níveis estruturais e funcionais (Liu et al., 2012; Tremblay et al., 2013). Efeitos dos polifenóis do mirtilo relacionados com a expressão gênica e mecanismos antioxidantes também poderiam explicar o aumento da vida útil de animais com uma dieta suplementada por mirtilo (Peng et al., 2012; Wilson et al., 2006).