Blåbär

Cellulära effekter

Blåbärspolyfenoler är kraftfulla intracellulära antioxidanter i låg koncentration (<1µg/l) i olika däggdjursceller (Bornsek et al., 2012). Det är troligt att blåbärs-polyfenoler, utöver en direkt fångaraktivitet, förstärker endogena antioxidanter (Bornsek et al., 2012). I neuroner har en ökad mängd glutation och askorbinsyra (Papandreou et al., 2009) samt en ökad aktivitet av antioxidativa enzymer som katalas och superoxiddismutas observerats (Vuong et al., 2010) som konsekvenser av blåbärsexponering. Den antioxidativa aktiviteten hos blåbärsextrakt är också förknippad med en minskning av produktionen av ROS (Jeong et al., 2013) och en påföljande minskning av deras effekter, inklusive lipidperoxidation (Papandreou et al., 2009). Som nämnts är β-amyloid ett avvikande protein som är inblandat i neurodegeneration. Undertryckning av oxidativ stress med hjälp av blåbärspolyfenoler motverkar den cytotoxiska effekten av β-amyloid hos möss (Jeong et al., 2013). Extrakt av blåbär utövar neuroprotektiva effekter mot β-amyloid neurotoxicitet i hippocampala cellkulturer hos råttor, med en lägre grad av neuronal förlust (Brewer et al., 2010). Toxiciteten av β-amyloid ökar med åldern och är förhöjd vid Alzheimers sjukdom. Den anticytotoxiska effekten av blåbärspolyfenoler som svar på β-amyloid bygger på återställandet av ett normalt cellrespons på stress, vilket i sin tur innebär produktion av proteiner, såsom fosforylerat extracellulärt reglerat kinas (pERK) och fosforylerat cykliskt-AMP responselementbindande protein (pCREB), som överuttrycks vid β-amyloidstimulering in vitro (Brewer et al., 2010). Blåbärsextrakt vänder den β-amyloid-inducerade minskningen av intracellulärt glutation genom att inducera en övergående ökning av ROS, vilket resulterar i en slutlig ökning av syntesen av glutation (Brewer et al., 2010), en mekanism som kallas hormesis. Blåbärspolyfenoler återställer tillgängligheten av ATP och synaptisk aktivitet i hippocampala celler, båda reducerade av β-amyloid (Fuentealba et al., 2011). Blåbärsflavonoider kan också modifiera tillgängligheten av β-amyloid på två sätt. De hämmar uttrycket av β-sekretas, det hastighetsbegränsande enzymet som är involverat i produktionen av β-amyloidpeptider, och detta sker genom den blåbärsmedierade minskningen av signalering av kärnfaktor kappa B (NF-κB) (Paris et al., 2011). Blåbärspolyfenoler förbättrar mikroglial clearance av β-amyloid, hämmar dess aggregering till neurofibrillära trassel (Fuentealba et al., 2011; Zhu et al, 2008) och undertrycker mikroglial aktivering hos möss, effekter som medieras av undertryckandet av p44/42 mitogenaktiverat proteinkinas (MAPK) signalering (Zhu et al., 2008).

Blåbärsantocyaniner spelar också en nyckelroll mot neurodegeneration när det gäller inflammation. Som nämnts aktiveras mikrogliaceller av oxidativ stress genom att frisätta proinflammatoriska cytokiner och ytterligare ROS, vilket förstärker skadan och framkallar en neuronal reaktion. Flera experimentella modeller har använts för att studera neuroinflammation. Lipopolysackarid (LPS) är en kraftfull inflammationsframkallare. Mikrogliaceller som aktiveras av LPS och förbehandlas med blåbärsantocyaniner minskar produktionen av proinflammatoriska cytokiner, t.ex. TNF-α, interleukin 1 β (IL-1β) och ROS (NO), och minskar uttrycket av enzymer som är involverade i inflammation, t.ex. NO-syntetas (NOS) och cyklooxygenas (COX) (Carey et al., 2013; Lau et al., 2007). Detta har visat sig ske genom att undertrycka aktiveringen av NF-κB (Lau et al., 2009) och minska dess nivåer (Goyarzu et al., 2004), båda orsakade av blåbärsantocyaniner. (NF-κB) är en transkriptionsfaktor som är involverad i syntesen av olika inflammationsmediatorer. Mikrogliacellernas aktiveringsstatus undertrycks sedan av blåbärsantocyaniner, vilket visas av minskningen av aktivitetsmarkörer (dvs. peroxiredoxiner; Miah et al., 2013). Neuroner kan också reagera på LPS genom att öka oxidativ stress och inflammation. Blåbärsextrakt har minst tre positiva effekter på neuroner som stimuleras av LPS: minskning av oxidativ stress, förbättring av kalciumhomeostasen och ökad cellviabilitet (Joseph et al., 2010b). Cellviabiliteten beror på hormesis (Joseph et al., 2010b), ett tillfälligt ökat oxidativ stress-aktiverande genuttryck som syftar till att öka cellöverlevnaden. Blåbärsantocyaniner ökar också neuroprotektionen som förmedlas av värmeschockprotein 70 (HSP 70) i hippocampala neuroner som stimuleras av LPS (Galli et al., 2006). Kaininsyra är en annan inflammationsframkallande faktor; blåbärspolyfenoler motverkar produktionen av (NF-κB)-beroende cytokiner och aktiverar tillväxtfaktorer som insulinliknande tillväxtfaktor 1 (IGF-1; Shukitt-Hale et al., 2008). Det är möjligt att de antocyaniner som finns i blåbär tillsammans har synergistiska effekter vid neuroprotektion, eftersom deras effekter är viktigare i närvaro av icke fraktionerade extrakt (Carey et al., 2013; Joseph et al, 2010b).

Blåbärspolyfenoler utövar en kraftfull neuroprotektiv aktivitet mot glutamatergisk excitotoxicitet, vilket visades i neuroner hos råttor; kulturer som utsattes för glutamat och extrakt från blåbärsfrukter och blåbärsblad uppvisade tecken på degeneration som var betydligt lägre än basalt (Vyas et al., 2013).

Som nämnts minskar åldrandet känsligheten för flera neurotransmittorer. Bland dem har det kolinerga systemet särskild betydelse eftersom det visar hög känslighet för åldrande och dess funktion påverkar den kognitiva prestandan. Åldrande minskar känsligheten för acetylkolin som en följd av oxidativ stress; det inducerar en funktionell förlust av muskariniska striatalreceptorer med kvarvarande receptorer som med tiden blir känsligare för oxidativ stress (Joseph et al., 2006). Blåbärsextrakt kan återställa en normal känslighet för acetylkolin, vilket förbättrar den molekylära signaleringen av oxidativ stress och kalciumhomeostasen som ligger till grund för receptorernas minskade respons (Joseph et al., 2006; 2010a). Vidare förbättrar blåbärspolyfenoler den kolinerga funktionen genom hämning av acetylkolinesterasaktiviteten (Papandreou et al., 2009).

Andra mekanismer för förbättring av kognitiva prestationer från blåbärspolyfenoler involverar synaptisk plasticitet, minne och förstärkning av cellöverlevnad. Det har observerats att tillskott av blåbär förbättrar funktionaliteten för långtidspotentiering (LTP) hos åldrade råttor genom att återställa den nivå som observerats hos unga råttor; detta sker genom att förhindra minskningen av den synaptiska styrkan, vilket i sin tur kompenserar för det minskade uttrycket av glutamatreceptorer som är involverade i LTP (Coultrap et al., 2008). Tillskott av blåbär ökar andra parametrar som är relaterade till förbättring av minnet, såsom hippocampal neurogenes, ERK-aktivering och nivåer av IGF-1 (Casadesus et al., 2004). De positiva effekterna av blåbär på hippocampal neurogenes involverar också förändringar i kalciumhomeostas och stressignalering relaterad till genuttryck som är beroende av pCREB, proteinkinas C γ (PKC γ) och pMAPK (Joseph et al., 2007). Dessa molekylära förändringar omfattar också ökade hippocampala nivåer av hjärnavledd neurotrofisk faktor (BDNF) och korrelerar med minnesprestanda hos råttor (Rendeiro et al., 2012). Ökningen av BDNF innebär en proteinsyntes som stöds av ERK-CREB-BDNF-vägen i hippocampala neuroner (Williams et al., 2008). Hippocampal neurogenes och relaterad minnesprestanda är känsliga för effekterna av oxidativ stress. Oxidativ stress uppreglerar gener relaterade till apoptos, inklusive gener relaterade till (NF-κB), och nedreglerar gener relaterade till cellöverlevnad i hippocampus (Shukitt-Hale et al., 2012). I hjärnan hos råttor med blåbärstillskott fann man att gener som främjar cellöverlevnad var uppreglerade (Shukitt-Hale et al., 2012). I neuronala kulturer har dessutom en form av modifierad blåbärsjuice visat sig öka enzymer som skyddar mot oxidativ stress, främja cellöverlevnad och hämma apoptos via molekylära mekanismer som involverar genuttryck (t.ex. MAPK för överlevnad och ERK för hämning av apoptos; Vuong et al., 2010).

Blädjemedierade mekanismer för neuroprotektion har också visats i vissa experimentella modeller av patologi, t.ex. ischemisk hjärnsjukdom. Råttor som fick tillskott av blåbär i sex veckor och som genomgick en stroke framkallad av ligatur av vänster gemensam halspulsåder och efter hypoxi hade en genomsnittlig neuronal förlust på 17 % i vänster hippocampus; kontrollråttor hade i jämförelse en förlust på 40 % i samma område (Sweeney et al., 2002). På samma sätt var en blåbärsberikad diet under fyra veckor ansvarig för en signifikant minskning jämfört med kontrollerna av volymen ischemi-reperfusionsskador i hjärnbarken hos råttor som genomgick en ligatur av den högra mellersta hjärnartären samt en minskad apoptotisk aktivitet (låga nivåer av caspase; Wang et al., 2005). En annan studie (Shin et al., 2006) bekräftar dessa resultat i samma modell och tillägger att antocyaniner utövar ett undertryckande av apoptos genom att blockera signalvägarna c-Jun N-terminalt kinas (JNK) och p53, eftersom deras uttryck visade sig vara signifikant lägre i områden med både infarkt och ischemisk penumbra. Enligt vad som hittills har diskuterats är det möjligt att blåbärs neuroprotektion i ischemiska neuroner innefattar hämning av excitotoxicitet, oxidativ stress, inflammation och försämrad jonhomeostas utöver apoptos (Shin et al., 2006). Dessa mekanismer för neuroprotektion kan vara sammankopplade och integrerade för att öka cellöverlevnaden (se tabell 2.1). Neuroprotektiva effekter av blåbärsantocyaniner har också visats i näthinnan och minskar ljusinducerade skador på strukturell och funktionell nivå (Liu et al., 2012; Tremblay et al., 2013). Effekter av blåbärspolyfenoler relaterade till genuttryck och antioxidantmekanismer skulle också kunna förklara den förlängda livslängden hos djur med en kost kompletterad med blåbär (Peng et al., 2012; Wilson et al., 2006).