Ресвератрол та його метаболіти людини - вплив на метаболічний стан здоров’я та ожиріння

Маргарита Спрінгер

1 Інститут наук про здоров'я Nestle, Дослідження Nestle, Інноваційний парк EPFL, корпус H, 1015 Лозанна, Швейцарія; [email protected]






2 Вища школа TUM, Технічний університет Мюнхена, 85748 Мюнхен, Німеччина

Софія Моко

1 Інститут наук про здоров'я Nestle, Дослідження Nestle, Інноваційний парк EPFL, корпус H, 1015 Лозанна, Швейцарія; [email protected]

Анотація

Ресвератрол є одним з найбільш вивчених поліфенолів, і йому призначено безліч метаболічних ефектів з потенційною користю для здоров'я. Враховуючи низьку біодоступність та великий метаболізм, клінічні дослідження з використанням ресвератролу не завжди повторювали спостереження in vitro. У цьому огляді ми обговорюємо метаболізм людини та біотрансформацію ресвератролу та повідомляємо про молекулярні механізми дії в контексті метаболічного здоров'я та ожиріння. Ресвератрол був описаний як імітація обмеження калорій, що призводить до поліпшення фізичних вправ та чутливості до інсуліну (збільшення витрат енергії), а також як ефект зниження жиру в організмі за рахунок інгібування адипогенезу та збільшення мобілізації ліпідів у жировій тканині. Ці мультиорганні ефекти ставлять ресвератрол як біоактив проти ожиріння, який потенційно може бути використаний у терапії.

1. Вступ

Ресвератрол (3,5,4′-тригідрокси-транс-стильбен, RSV, малюнок 1 .1) є одним із найбільш широко вивчених поліфенолів, що має понад десять тисяч повідомлень у літературі. Це стильбене протягом багатьох років привертало інтерес до популярної культури завдяки своїм потенційним, але часто суперечливим вимогам для здоров'я. Вперше RSV був виявлений у коренях білої морозника (Veratrum grandiflorum Loes. Fil.) У 1939 р. [1], хоча здебільшого він визнаний як фітоалексин, присутній у червоному вині [2]. Коли епідеміологічні дослідження показали кардіопротекторні переваги вина [3,4], послідувала асоціація з RSV [5], відкривши поле для безлічі наукових досліджень. З тих пір RSV ідентифікували як: хемопротекторний засіб проти раку [6], протизапальний [7], покращує судинну функцію [8], подовжує тривалість життя та покращує фенотипи, пов’язані зі старінням [9,10], протидіючи ефектам високого калорійна дієта [11], імітуючи наслідки обмеження калорій [12], та покращуючи клітинну функцію та метаболічний стан у цілому [13].

метаболічний

Ресвератрол та повідомлені метаболіти людини: (1) транс-ресвератрол (RSV); (2) транс-ресвератрол-3-О-сульфат; (3) транс-ресвератрол-4’-О-сульфат; (4) транс-ресвератрол-3,4’-О-дисульфат; (5) транс-ресвератрол-3-О-глюкуронід; (6) транс-ресвератрол-4’-О-глюкуронід; (7) дигідроресвератрол (DHR); (8) 3,4’-О-дигідрокси-транс-стильбен; і (9) лунуларин (також див. таблицю 1).

Незважаючи на те, що RSV широко вивчався як in vitro, так і in vivo, його механізм дії в різних умовах та дозах залишається незрозумілим. З багатьох ефектів, висвітлених у дослідженнях in vitro, більшість не змогли відтворитись in vivo [14,15]. Причини такої невідтворюваності серед досліджень різноманітні. Однією з причин є його фармакокінетика, оскільки у людей РСВ сильно всмоктується всередину (

70%), але має низьку системну біодоступність (

0,5%) [16]. На додаток до накопичення в тканинах, як виявляють радіоактивні випробування та інші дослідження [16,17,18], відбувається швидкий метаболізм у кон’югати сульфату та глюкуроніду RSV. Крім того, у людей відомий широкий спектр індивідуальних реакцій при пероральному прийомі РСВ і є загальною рисою багатьох харчових біоактивних речовин [19,20]. Мікробіота кишечника [20,21] та генетичний фон [22,23], включаючи регіоселективність ферментів [24], є одними з можливих відомих джерел варіацій реакцій. Навпаки, дослідження in vitro описували безліч механістичних ефектів, які породжують суперечки, враховуючи ймовірні нефізіологічні концентрації, що використовуються, а також пропуск участі метаболітів RSV [25].

Навіть незважаючи на те, що РСВ широко вивчений і пов'язаний з багатьма перевагами, залишається багато відкритих питань, таких як: (i) активність РСВ у наномолярному діапазоні або його метаболітів у людини в низькому мікромолярному діапазоні; (ii) рівні накопичення їх у тканинах-мішенях, здатних викликати біологічний ефект; (ііі) призначають пероральну дозу, які переважні органи будуть мішенями діяльності, при яких станах або захворюваннях; (iv) у фізіологічних умовах які та скільки білкових мішеней модулюються; (v) як ці ефекти відтворюються серед особин та популяцій; та (vi), як можна терапевтично модулювати RSV. У цьому огляді ми спеціально обговорюємо роль метаболізму RSV для кращого розуміння механізму дії, з особливим акцентом на його потенційні наслідки в управлінні метаболічним здоров'ям та ожирінням.

2. Метаболізм ресвератролу в організмі людини

Будучи фітоалексином, рівень RSV сильно відрізняється залежно від джерел їжі, сезонів та періодів. Деякі продукти, багаті природно RSV, такі як вино, арахіс та вибрані чаї; однак вміст РСВ у дієтичних джерелах залишається на нижчому діапазоні міліграмів [30]. Для дозування більш високих рівнів RSV дієтичні добавки доступні на відкритому ринку у рекомендованих добових дозах між високими міліграмними та грамовими рівнями [31]. Коли RSV потрапляє в шлунково-кишковий тракт, він зазнає швидкої та великої біотрансформації з розподілом у різні органи (рис. 2), що призводить до наслідків для його біодоступності та активності.

2.1. RSV поглинається і метаболізується в цільових тканинах

Основна функція кишечника - перетравлювати їжу, роблячи поживні речовини доступними для енергії, одночасно перешкоджаючи поглинанню потенційно шкідливих сполук. Біоактивні сполуки, такі як RSV, можуть сприйматись кишечником як ксенобіотики і, отже, через трансклітинний шлях проникають через епітелій кишечника в кров [32]. Цей шлях проходить через ентероцити в тонкому кишечнику. Ентероцити, також відомі як абсорбуючі епітеліальні клітини, є першим місцем метаболізму RSV, про який повідомляється, після того, як вони інтерналізуються або пасивною дифузією [33], або транспортом, опосередкованим носієм [32]. Як тільки RSV всмоктується в ентероцит, як і інші ксенобіотики, він проходить фазу II метаболізму ліків, виробляючи полярні метаболіти, з легшим виведенням з організмом. Зокрема, RSV зазнає кон’югації з сульфатом (опосередкованим сульфотрансферазами, SULTs) та з глюкуронатом (опосередкованим уридин 5′-дифосфо-глюкуроносилтрансферазами, UGT).






Таблиця 1

Метаболіти ресвератролу людини, щурів та мишей після перорального введення в різні біорідини та тканини (див. Структури на рисунку 1).

MetaboliteSpecies and Tissue or Biofluid [Довідково]
транс-ресвератролЛюдина: сироватка [41], плазма [15,16,42], сеча [16,20]
Щур: плазма [43,44,45], печінка [44], легені [44], мозок [44], нирка [44]
Миші: плазма [18,44,46], печінка [18,44,46], легені [18,44], мозок [44,46], нирки [18,44], серце [18,46], шлунок [ 18], дванадцятипала кишка [18], кишечник [18], м’язи [18], селезінка [18], тимус [18], сеча [18], кал [18]
транс-ресвератрол-4’-О-глюкуронідЛюдина: сироватка [41], плазма [42], сеча [42]
Миша: плазма [46]
транс-ресвератрол-3-О-глюкуронідЛюдина: сироватка [41], плазма [42], сеча [16,42]
Щур: плазма [43], печінка [47], жирова тканина [47,48], скелетні м’язи [47]
Миші: плазма [18,46], печінка [18,46], легені [18], мозок [46], нирка [18], серце [18,46], шлунок [18], дванадцятипала кишка [18], кишечник [ 18], м’язи [18], селезінка [18], тимус [18], сеча [18], кал [18]
транс-ресвератрол-диглюкуронідЛюдина: плазма [49], сеча [49]
Миші: плазма [46], печінка [46]
транс-ресвератрол-3-О-сульфатЛюдина: плазма [42], плазма [16], сеча [16]
Щур: жирова тканина [47,48]
Миші: плазма [18,46], печінка [18,46], легені [18], мозок [46], нирка [18], серце [18,46], шлунок [18], дванадцятипала кишка [18], кишечник [ 18], м’язи [18], селезінка [18], тимус [18], сеча [18], кал [18]
транс-ресвератрол-4’-О-сульфатЛюдина: плазма [42], плазма [16], сеча [16,42]
Щур: печінка [47], жирова тканина [47,48]
цис-ресвератрол-3-О-сульфатЩур: жирова тканина [47,48]
транс-ресвератрол-3,4’-дисульфатЛюдина: плазма [42]
Щур: жирова тканина [48]
Миші: плазма [18], печінка [18], легені [18], нирки [18], серце [18], шлунок [18], дванадцятипала кишка [18], кишечник [18], м’язи [18], сеча [18 ], кал [18]
транс-ресвератрол-глюкуронід-сульфатМиші: плазма [46], печінка [46]
дигідроресвератролЛюдина: сеча [20], плазма [15]
Щур: печінка [47], скелетні м’язи [47]
дигідроресвератрол-глюкуронідЛюдина: сеча [16]
Щур: печінка [47]
Миші: плазма [46], печінка [46]
дигідроресвератрол-сульфатЛюдина: сеча [16]
Щур: печінка [47], жирова тканина [47]
Миші: плазма [46], печінка [46]
дигідроресвератрол-глюкуронід-сульфатМиша: плазма [46]
3,4’-дигідрокси-транс-стильбенЛюдина: сеча [20]
лунуларинЛюдина: сеча [20]

курсив: імовірна ідентифікація.

2.2. Мікробіом кишечника метаболізує RSV і RSV впливає на мікробний склад кишечника

RSV та його метаболіти можуть додатково метаболізуватися в товстій кишці мікробіотою кишечника (Малюнок 2 B). Тут метаболіти RSV можуть гідролізуватися, регенеруючи RSV, і можуть відбуватися додаткові реакції відновлення. Найбільш описаним мікробним метаболітом RSV є дигідроресвератрол (DHR, малюнок 1.7, таблиця 1). Кишкові бактерії здатні метаболізувати RSV в DHR за рахунок зменшення подвійного зв’язку між двома фенольними кільцями. Потім DHR, що виробляється кишковими бактеріями, може всмоктуватися, кон'югуватися та виводитися із сечею. На додаток до DHR, 3,4’-дигідрокси-транс-стильбен (рис. 1, 8, табл. 1) та лунуларин (рис. 1, 9, табл. 1) також були визначені як метаболіти кишкового тракту RSV в сечі людини. Спостерігали великі міжіндивідуальні варіації між суб’єктами, у яких деякі виявились продуцентами лунуларину, DHR-продуцентами або змішаними виробниками, відповідно до рівнів цих метаболітів [20]. Використовуючи 16s секвенування рРНК зразків калу, продуценти люнуларину асоціювались із більшим вмістом бактеріоїдетів, актинобактерій, веррукомікробії та ціанобактерій та меншим вмістом твердих речовин, ніж DHR або змішані продуценти. Виявлено, що штами бактерій Slackia equolifaciens та Adlercreutzia equolifaciens, види яких раніше не знали метаболізму RSV, метаболізують RSV до DHR [20].

З кишечника мікробні метаболіти RSV можуть всмоктуватися і досягати печінки, а також інших тканин для подальшого метаболізму або виведення. Загальною особливістю деяких ксенобіотиків, включаючи RSV, є ентерогепатичний кровообіг, при якому метаболіти RSV можуть надходити з печінки в жовч і знову потрапляти в кишечник. З тонкої кишки RSV та метаболіти можуть зазнати гідролізу перед тим, як досягнуть портальної циркуляції та будуть повторно транспортовані в печінку. Широка присутність RSV та метаболітів у крові може бути пов’язана з ентерогепатичною циркуляцією [16], Малюнок 2 B.

2.3. Біотрансформація RSV обмежує біодоступність плазми

Отже, метаболічна доля РСВ в організмі широко розповсюджена в різних тканинах, а його метаболізм швидкий і великий. Доклінічне дослідження на щурах продемонструвало, що лише невелика частина РСВ (1,5%) здатна вийти з кон'югації та немодифіковано потрапити в кров. Близько 75% потрапляє в ентероцит, тоді як решта 25% виводиться безпосередньо. Потрапляючи всередину клітини, 60% глюкуронідують і 13,5% сульфатують. Ці кон'югати частково повертаються в кишечник (42% глюкуронідів та 12% сульфатів), залишаючи в крові 17% глюкуронідів та 1,5% сульфатів [32,62]. Введення мишам метаболітів RSV-3-O-сульфату (рис. 1.2) та RSV-4'-O-сульфату (рис. 1.3) показало, що ці метаболіти всмоктуються при низькій біодоступності (14% та 3% відповідно). Цікаво, що спостерігалась регенерація вільного RSV (2%) у кров, що свідчить про in vivo гідроліз сульфатів залежно від активності мембранного транспортера [63].

У багатьох дослідженнях, як доклінічних, так і клінічних, виявлено метаболіти RSV у плазмі крові (табл. 1). Концентрація в плазмі є показником біодоступності RSV і визначає кількість RSV та метаболітів, доступних для периферичних тканин-мішеней. Що стосується досліджень на людях, концентрацію RSV у плазмі крові після одноразового (табл. 2) та повторного дозування (табл. 3) вимірювали для досліджень з 2010 по 2018 рр. Більш ранні дослідження вже переглядали Cottart et al. [64]. Під час одноразового або багаторазового введення пікові рівні РСВ у плазмі були дуже низькими, враховуючи низьку біодоступність.

Таблиця 2

Повідомлена концентрація ресвератролу в плазмі крові у людини після одноразового прийому ресвератролу (дослідження після 2010 р.).