Ochronne działanie flawonoidów na tkankę mó
zgową wykazano zarówno w badaniach in vitro, jak i in vivo. Neuroprotekcyjne działanie flawonoidów obecnych w diecie na wiele regionów mózgu obej
muje ochronę neuronów przed stresem oksydacyj
nym i stanem zapalnym/neurozapaleniem. Flawo
noidy, jako antyoksydanty działające w komórkach na granicy faz: hydrofilnej i lipofilnej, mogą po
wstrzymywać w mózgu stan zapalny/neurozapa
lenie i potencjalnie modulować wewnątrzkomór
kową sygnalizację [15].
B I O C H E M I A FA R M A C E U T Y C Z N A
Wiadomo że neurony, podobnie jak inne ko
mórki naszego organizmu, wykazują zdolność do odbie rania i odpowiedzi na sygnały pochodzące ze środowi ska zewnętrznego. Funkcje neuronów są regulowane przez zewnątrzkomórkowe czynniki, które po połączeniu z receptorami aktywują ka
skadę wewnątrzkomórkowej transdukcji sygna
łu. Poszczególne szlaki sygnałowe kon trolują w ko
mórce procesy, które są biologiczną odpowiedzią komórki na bo dźce zewnętrzne. W neuronach wie
le wewnątrzkomórkowych procesów: transkryp
cja genów, biosynteza białek, podziały komórkowe, różnicowanie i przeżycie lub apop toza jest regu
lowanych poprzez kaskady kinaz aktywowanych miogenami (mitogen acti vated protein kinases, MAPK) [5, 12–15].
MAPK to rodzina enzymów, które mogą być aktywowane przez mitogeny, czynniki wzro
stu, cytokiny zapalne, czynniki stresujące i od
powiedzialne za propagację zewnętrznego sygna
łu poprzez ka skadę fosforylacji dla wytworzenia skoordynowanej odpowiedzi komórki na środo
wisko. Substratami dla zaktywowanych ERK1/2, JNK1/2 i p38 MAPK jest wiele białek, enzymów (w tym innych kinaz białkowych) i czynników transkrypcyjnych (np. ATF2, Elk1, Jun, Myc, i inne). Konsekwencją aktywacji MAPK jest różni
cowanie, proliferacja, apotoza czy stan zapalny. Do głównych kinaz MAP należą:
ERK1/2 (extracellular signaling kinases) są od
powiedzialne za regulację cyklu komórkowego, proliferację i różnicowanie komórek. Są one ak
tywowane przez czynniki wzrostu. Prowadzą do aktywacji czynników transkrypcyjnych, np.
cMyc, cFos, STAT3.
JNK 13 (c-Jun N-terminal kinases), zna
ne również jako kinazy aktywowane stresem (stress-activated protein kinases, SAPK), zaan
gażowane w indukcję stanu zapalnego, prolifera
cję, różnicowanie i apoptozę komórek. Kaskada kinaz JNK jest aktywowana w wyniku działa
nia czynników stresowych (np. cytokiny, szok osmotyczny, promieniowanie UV, liposacharyd (LPS) czy TNFalfa (tumor necrosis factor). Sub
stratami dla aktywnych kinaz JNK są czynni
ki transkrypcyjne c JUN, AFT2 oraz białka ro
dziny Bcl.
p38 MAPK uczestniczą, podobnie jak kina
zy JNK, w regulacji stanu zapalnego/zapalenia, różnicowania i apoptozie. Funkcjonalną kon
sekwencją aktywacji p38 MAPK jest regula
cja odpowie dzi zapalnej, cyklu komórkowego, apoptozy i różnicowania. Substratami dla p38 MAPK są NFkB, ATF2.
Zaanga żowanie dróg sygnałowych zależnych od MAPK w neurodegenracji jest przedmio tem wielu badań naukowych [28].
Do neuronów dociera jednocześnie (w tym sa
mym czasie) wiele różnych sygnałów, które wy
wołują w nich przeciwstawne skutki. W czasie transdukcji sygnału wewnątrz neuronów następu
je wzajemne oddziaływanie i przenikanie się szla
ków sygnalizacyjnych (cross-talk). Umożliwia to integrację sygnałów, które docierają ze środowiska i sprecyzowanie odpowiedzi. Często w neuronach zachodzą interakcje między kinazami MAP a fosoli
pazą C (PLC) i szlakiem aktywacji czynnika NFkB.
Zaobserwowano, że flawonoidy mogą regulować równoległe szlaki sygnalizacyjne, Jest to możliwe dzięki zdolności do jednoczesnego oddziaływania na kinazy białkowe aktywowane miogenami (MAPK) i kinazę 3fosfatydyloinozytolu (PI3K). Kaska
da sygnalizacyjna poprzez szlak MAPK prowadzi do zwiększenia poziomu czynników transkrypcyj
nych, takich jak: cFos lub cMyc, które stymulu
ją wzrost komórek nerwowych, ich różnicowanie i przeżywanie, ale może również indukować apop
tozę komórek nerwowych, np. w warunkach stresu oksydacyjnego, gdy dochodzi do uszkodzeń struk
turalnych neuronów i zaburzenia ich prawidłowe
go funkcjonowania [29].
Wyniki wielu badań potwierdzają, że flawono
idy są w stanie skutecznie chronić neurony przed degeneracją, dzięki ich wpływowi na kinazy biał
kowe uczestniczące w wewnątrzkomórkowych szlakach sygnalizacyjnych. Dotyczy to szczególnie szlaków sygnalizacyjnych zaangażowanych w prze
życie komórek: kinazy fosfatydyloinozytolu/Akt (PI3K/Akt), zewnątrzkomórkowe sygnały regulo
wane przez kinazę (ERK), kinazę białkową C (PKC) i p38 MAPK i JNK (cJun Nterminal kinazę). Fla
wonoidy poprzez różne sposoby oddziaływania na te szlaki mogą zapewnić ochronę przed neurode
generacją. Zaobserwowano, że EGCG i hesperydyna, ekstrakt borówki bogaty w flawonoidy i bajkalina mogą uaktywniać szlaki PI3K/Akt, ERK i PKC [30].
Aktywacja szlaków sygnalizacyjnych przez nie
które flawonoidy jest również możliwa dzięki ich oddziaływaniu na procesy odpowiedzialne za re
gulację apoptozy, takie jak: uwalanie cytochromu c z błon mitochondriów, aktywację kaspazy 3, ha
mowanie kaspazy 9 czy ograniczanie ekspresji an
tyapoptotycznych białek z rodziny Bcl2 lub sty
mulacji ekspresji białek Bax czy Bak, co korzystnie wpływa na przeżycie neuronów. Flawonoidy wyka
zują również ochronny wpływ na przeżycie komó
rek poprzez mechanizmy, które mogą obejmować aktywację cAMP odpowiadającego za fosforylację białka (CREBP), podwyższenie poziomu czynnika neurotropowego pochodzenia mózgowego BDNF (brain-derived neurotrophic factor) [30, 31].
Po latach intensywnie prowadzonych badań wy
kazano, że neuroprotekcyjne działanie flawonoidów jest możliwe dzięki ich zdolności do modulowania
różnych szlaków sygnalizacji wewnatrzkomórkowej w neuronach. Hamujące lub stymulujące działania flawonoidów i ich metabolitów na szlaki sygnaliza
cyjne przez zmianę fosforylacji cząsteczek docelo
wych i modulację ekspresję genów w sposób istot
ny wpływa na funkcje neuronów [32, 33].
W licznych badaniach wykazano również, że flawonoidy, dzięki właściwościom antyoksydacyj
nym i przeciwzapalnym, mogą wpływać na wie
le procesów zachodzących w komórkach nie tylko poprzez aktywację czynników transkrypcyjnych, regulację szlaków sygnalizacyjnych, cyklu komór
kowego i apoptozę, ale również mogą skutecz
nie chronić neurony przed stresem oksydacyjnym i tym samym zmniejszać ryzyko chorób neurode
generacyjnych związane z wytwarzaniem dużych ilości RFT [5–7].
Czynnikiami odpowiedzial nymi za neurodege
nerację spowodowaną stresem oksydacyjnym są zaburzenia regulacji eks presji i fosforylacji bia
łek uczestniczących w ochronie antyoksydacyj
nej. Główną rolę w regulacji ekspresji wielu ge
nów kodujących białka obrony antyoksydacyjnej odgrywa czynnik transkrypcyjny Nrf2 (nucle-ar (nucle-arythroid 2-related factor), obecny głównie w cytoplazmie w postaci nieaktywnego kom pleksu z białkiem Keap1 (Klech-like ECH associating prote in 1). W stanie stresu oksydacyjnego obecne na powierzchni białka Keap1 liczne reszty cyste
inowe ulegają utlenieniu, czego następstwem jest zmiana struktury czynnika Nrf2 i jego uwolnienie z kompleksu i translokacja do jądra komórkowe
go, gdzie może się połączyć z regionami odpowie
dzi antyoksydacyjnej (antioxidant responsive ele-ment, ARE) w regionach promotorowych genów kodujących białka o aktywności antyoksydacyj
nej czy enzymy II fazy detoksykacji (np. reduktazę chinonową oraz transferazę Sglutationową). Biał
ko Keap1 pełni rolę „czujnika” stresu oksydacyjne
go i jest cząstką pośrednio odpowiedzialną za re
gulację ekspresji ge nów zależnych od Nrf2. Wyniki badań wskazują, że niektóre flawonoidy aktywują proces transkrypcji tych genów, ponieważ powo
dują dysocjację kompleksu Keap1-Nrf2 lub fosfo
rylację czynnika Keap1 katalizowaną przez kinazy białkowe MAPK [30, 32].
Potencjalna zdolność flawonoidów do selektyw
nej indukcji ekspresji genów kodujących enzymy detoksykacyjne może stanowić skuteczną ochronę komórek organizmu, w tym neuronów, przed tok
sycznym działaniem ksenobiotyków i RFT. Indukcja enzymów detoksykacyjnych może być wykorzysta
na jako strategia zapobiegania nie tylko chorobom neurodegeneracyjnym, ale również nowotworom i schorzeniom układu krążenia [33].
Bezpośrednie i pośrednie działanie antyoksyda
cyjne związków flawonoidowych chroni również
neurony przed neurotoksycznym działaniem wie
lu leków, których toksyczność wiąże się z induk
cją stresu oksydacyjnego. Wykazano, że niektóre z flawonoidów, np.: tangeretina, EGCG, geniste
ina i rutyna, mogą obniżać ilość 6OH dopaminy, która działa neurotoksycznie w chorobie Parkin
sona [30, 31].
W szczegółowych badaniach wykazano, że an
tyapoptotyczne działanie niektórych flawonoidów wiąże się z hamowaniem szlaku JNK i p38 MAPK.
Zaobserwowano, że kwercetyna, hesperydyna i izo
ramnetyna mogą hamować aktywność szlaku JNK i apoptozę. Natomiast epikatechina i 3Ometylo
epikatechina mogą chronić neurony przed uszko
dzeniem oksydacyjnym poprzez hamowanie ak
tywności JNK i cJun oraz kaspazy3. Wykazano także, że niektóre z flawonoidów mogą modulo
wać w neuronach szlak sygnalizacyjny p38 MAPK czy ERK1/2. Działania takie wykazała genisteina oraz ekstrakt z kakao i jego główny flawonoid epi
katechina [34–37]. Zaobserwowano również, że niektóre z flawonoidów i ekstrakt borówki bogaty w związki flawonoidowe mogą hamować produkcję prozapalnych mediatorów, takich jak: TNFα, IL1β i iNOS i ekspresję cyklooksygenazy2. Ustalono, że kwercetyna, blokując NFкB, który jest odpowie
dzialny za transkrypcję iNOS, może działać w mó
zgu przeciwzapalnie. Wszystkie mechanizmy mo
lekularnego oddziaływania flawonoidów na mózg wskazują na ich możliwości terapeutyczne w utrzy
maniu prawidłowych funkcji neuronów, przebiegu procesów poznawczych w różnych chorobach neu
rodegeneracyjnych [38–41].
Podsumowanie
Obecne w diecie flawonoidy wykazują sze
reg działań neuroprotekcyjnych w mózgu, w tym zmniejszenie stanu zapalnego i stresu oksydacyj
nego, zapobieganie toksyczności wielu neurotok
syn, zwiększenie funkcji poznawczych i poprawę pamięci. Te korzystne efekty w mózgu są modulo
wane przez mechanizmy, które mogą obejmować ich działanie antyoksydacyjne i przeciwzapalne oraz bezpośrednie i pośrednie oddziaływanie flawono
idów na kluczowe szlaki sygnalizacyjne opóźniają
ce neurodegenerację.
Regularne stosowanie diety bogatej w flawono
idy wskazuje na ich zdolność do zatrzymania po
wstawania i rozwoju wielu chorób neurodegenera
cyjnych i do poprawy funkcji poznawczych mózgu.
Biorąc pod uwagę rolę flawonoidów w aktywacji wielu czynników transkrypcyjnych i szklaków sy
gnalizacyjnych odpowiedzialnych za przeżycie neu
ronów i blokowanie apoptozy w mózgu, jest nadzie
ja, że w przyszłości związki te mogą stanowić jeden z leków nowej generacji, biologicznie aktywnych
B I O C H E M I A FA R M A C E U T Y C Z N A
w poprawie funkcjonowania mózgu w różnych cho
robach neurodegeneracyjnych.
Obecnie jest już sporo danych na temat stosowa
nia czystych związków flawonoidowych, ekstrak
tów roślinnych (np. Ginkgo biloba) w zapobieganiu lub leczeniu różnych chorób neurodegeneracyjnych.
Najwięcej opublikowanych wyników z tego zakresu badań dotyczy choroby Alzheimera. W świetle ak
tualnego stanu wiedzy obecne w diecie flawonoidy można uznać za potencjalne czynniki zapobiegania i leczenia choroby Alzhiemera.
Otrzymano: 2016.08.31 · Zaakceptowano: 2016.10.08
Piśmiennictwo
1. Tarawneh R., Galvin J.E.: Potential future neuroprotective therapies for neurodegenerative disorders and stroke. Clin. Geriatr. Med. 2010, 1: 125–147.
2. Amor S., Puentes F., Baker.D, van der Valk P.: Inflammation in neu
rodegenerative diseases. Immunology. 2010, 129: 154–169.
3. Facecchia K., Fochesato L.A., Ray S.D., Stohs S.J., Pandey S.: Oxi
dative toxicity in neurodegenerative diseases: role of mitochondrial dysfunc tion and therapeutic strategies. J. Toxicol. 2011, ID 683728.
4. Tęgowska E., Wosińska A.: Rola nauk biologicznych w zrozumieniu genezy i nowego podejścia terapeutycznego do choroby Alzheimera.
Postępy Hig. Med. Dośw. 2011, 65: 73–92.
5. Solanki I., Parihar P., Mansuri M., Parihar M.: Flavonoidbased the
rapies in the early management of neurodegenerative diseases. Adv Nutr. 2015, 6: 64–72.
6. Gutowicz M.: Wpływ reaktywnych form tlenu na ośrodkowy układ nerwowy. Postępy Hig. Med. Dośw. 2011, 65: 104–113.
7. Halliwell B.: Oxidative stress and neurodegeneration: where are we now? J. Neurochem. 2006, 97: 1634–1658.
8. Exner N., Lutz A., Haass C., Winklhofer K.: (2012) Mitochondrial dysfunction in Parkinson’s disease: molecular mechanisms and pa
thophysiological consequences. EMBO J. 2012, 31: 3038–3062.
9. Glass C., Saijo K., Winner B., Marchetto M., Gage F.: Mechanisms underlying inflammation in neurodegeneration. Cell. 2010, 140:
918–934.
10. Galasko D., Montine T.J.: Biomarkers of oxidative damage and in
flammation in Alzheimer’s disease. Biomark. Med. 2010, 1: 27–36.
11. Liu Y., Schubert D.R.: The specificity of neuroprotection by antioxi
dants. J. Biomed. Sci. 2009, 16: 98.
12. Jones Q., Warford J., Rupasinghe H., Robertson G.: Targetbased se
lection of flavonoids for neurodegenerative disorders. Trends Phar
macol Sci. 2012, 33: 602–610.
13. Costa S.L., Silva V.D., Dos Santos Souza C., Santos C.C., Paris I., Muñoz P., SeguraAguilar J.: Impact of PlantDerived Flavonoids on Neuro
degenerative Diseases. Neurotox. Res. 2016, 1: 41–52.
14. Spencer J.P.E.:Flavonoids: modulators of brain function? Br. J. Nutr.
2008, 99(E): 60–77.
15. Vauzour D., VafeiAdou K., RodriguezMateos A., Rendeiro C., Spen
cer J.P.: The neuroprotective potential of flavonoids: a multiplicity of effects. Genes Nutr. 2008, 3: 115–126.
16. Youdim K.A., ShukittHale B., Joseph J.A.: Flavonoids and the bra
in: interactions at the bloodbrain barrier and their physiological ef
fects on the central nervous system. Free Radic. Biol. Med. 2004, 37:
1683–1693
17. Terahara N.: (2015) Flavonoids in foods: a review. Nat. Prod. Com
mun. 2015, 10:521–528.
18. Kumar S., Pandey A.: Chemistry and biological activities of flavono
ids: an overview. Sci. World J. 2013, ID 162750.
19. MajewskaWierzbicka M., Czeczot H.:Przeciwnowotworowe działa
nie flawonoidów. Pol. Merk. Lek. 2012, 198: 5–10.
20. Hollman P.C.H.: Absorption, bioavailability, and metabolism of fla
vonoids. Arch. Physiol. Biochem. 2004, 42: 74–83.
21. Németh K., Plumb G.W., Berrin J.G., Juge N., Jacob R., Naim H.Y., Williamson G., Swallow D.M., Kroon P.A.: Deglycosylation by small intestinal epithelial cell betaglucosidases is a critical step in the ab
sorption and metabolism of dietary flavonoid glycosides in humans.
Eur. J. Nutr. 2003, 42: 29–42.
22. Spencer J.P.E.: (2003) Metabolism of tea flavonoids in the gastroin
testinal tract. J. Nutr. 2003, 133: 3255–3261.
23. Mullen W., Borges G., Lean M., Roberts S., Crozier A.: (2010) Iden
tification of metabolites in human plasma and urine after consump
tion of a polyphenolrich juice drink. J. Agric. Food Chem. 2010, 58:
2586–2595.
24. Milbury P.E., Kalt W.: Xenobiotic metabolism and berry flavonoid transport across the bloodbrain barrier. J. Agric. Food Chem. 2010, 58: 3950–3956.
25. Youdim K.A., Qaiser M.Z., Begley D.J., RiceEvans C.A., Abbott N.J.:
Flavonoid permeability across an in situ model of the bloodbrain barrier. Free Radic. Biol. Med. 2004, 36: 592–604.
26. Youdim K.A., Dobbie M.S., Kuhnle G., Proteggente A.R., Abbott N.J., RiceEvans C.: Interaction between flavonoids and the bloodbrain barrier: in vitro studies. J. Neurochem. 2003, 85: 180–192.
27. Jeremy P. E., Spencer J.P.F.: Flavonoids and brain health: multiple effects underpinned by common mechanisms Genes Nutr. 2009, 4:
243–250.
28. Weston C.R., Lambright D.G., Davis R.J.: Signal transduction. MAP kinase signaling specificity. Science. 2002, 296(5577): 2345–2347.
29. Vauzour D., Vafeiadou K., RiceEvans C., Williams R.J., Spencer J.P.E.:
Activation of prosurvival Akt and ERK1/2 signalling pathways un
derlie the antiapoptotic effects of flavanones in cortical neurons. J.
Neurochem. 2007, 103: 1355–1367.
30. Spencer J.P.E.: The interactions of flavonoids within neuronal signa
ling pathways. Genes Nutr. 2007, 2: 257–273.
31. Mansuri M.L., Parihar P., Solanki I., Parihar M.S.: Flavonoids in mo
dulation of cell survival signalling pathways. Genes Nutr. 2014, 9: 400.
32. Karpińska A., Gromadzka G.: Stres oksydacyjny i naturalne mecha
nizmy antyoksydacyjne – znaczenie w procesie neurodegeneracji. Od mechanizmów molekularnych do strategii terapeutycznych Postępy Hig. Med. Dośw. 2013, 67: 43–53.
33. MuzolfPanek M., Tyrakowska B.: Znaczenie proutleniających wła
ściwości flawonoidów w indukcji ekspresji genów kodujących enzy
my detoksykacyjne Postępy Biochemii. 2010, 56(3): 284–289.
34. Ishikawa Y., Kitamura M.: Antiapoptotic effect of quercetin: inte
rvention in the JNK and ERKmediated apoptotic pathways. Kid
ney Int. 2000, 58: 1078–1087.
35. Schroeter H., Spencer J.P.E., RiceEvans C., Williams R.J.: Flavono
ids protect neurons from oxidized lowdensitylipoproteininduced apoptosis involving cJun Nterminal kinase (JNK), cJun and caspa
se3. Biochem. J. 2001, 358: 547–557.
36. Hwang S.L., Yen G.C.: Modulation of Akt, JNK, and p38 activation is involved in citrus flavonoidmediated cytoprotection of PC12 cells challenged by hydrogen peroxide. J. Agric. Food Chem. 2009, 57:
2576–2582.
37. RamiroPuig E., Casadesús G., Lee H.G., Zhu X., McShea A., Perry G., PérezCano F.J., Smith M.A., Castell M.:Neuroprotective effect of cocoa flavonoids on in vitro oxidative stress. Eur. J. Nutr. 2009, 48:
54–61.
38. Lau F.C., Bielinski D.F., Joseph J.A.: Inhibitory effects of blueber
ry extract on the production of inflammatory mediators in lipopo
lysaccharideactivated BV2 microglia. J. Neurosci. Res. 2007, 85(5):
1010–1017.
39. Chen J.C., Ho F.M., PeiDawn L. Ch., Chen C.P., Jeng K.C., Hsu H.B., Lee S.T., Wen Tung W., Lin W.W.: Inhibition of iNOS gene expression by quercetin is mediated by the inhibition of IkappaB kinase, nuclear flavonoids in neurodegenerative diseases factorkappa B and STAT1, and depends on heme oxygenase1 induction in mouse BV2 micro
glia. Eur. J. Pharmacol. 2005, 521: 9–20.
40. Kao T.K., Ou Y.C., Raung S.L., Lai C.Y., Liao S.L., Chen C.J.: Inhibi
tion of nitric oxide production by quercetin in endotoxin/cytokine
stimulated microglia. Life Sci. 2010, 86: 315–321.
41. Vauzour D., Vafeiadou K., RiceEvans C., Williams R.J., Spencer J.P.E.:
Activation of prosurvival Akt and ERK1/2 signalling pathways un
derlie the antiapoptotic effects of flavanones in cortical neurons. J.
Neurochem. 2007, 103: 1355–1367.
krystalicznej indywiduów chemicznych oraz bu
dowy komórki elementarnej kryształu wykorzystu
je się zazwyczaj metody oparte na badaniach mono
kryształów, zaś do analizy składu fazowego układu – metody polikrystaliczne.
Podczas oddziaływania promieniowania rentge
nowskiego z materią zachodzą trzy główne zjawi
ska, tj. rozproszenie niespójne (efekt Comptona), powstawanie spójnego promieniowania rozpro
szonego oraz emisja charakterystycznego promie
niowania rentgenowskiego. Gdy promienie pada
ją na ciało krystaliczne, to interferencja spójnego promieniowania rozproszonego na atomach skut
kuje selektywnym wzmocnieniem promieniowa
nia rozproszonego. Wzmocnienie następuje tylko w określonych kierunkach, w innych zaś docho
dzi do osłabienia lub nawet wygaszenia promie
niowania. Gdy promienie odbiegają od pierwotne
go kierunku, są nazywane wiązkami (promieniami) ugiętymi. Kąt zawarty pomiędzy wiązką pierwotną
Wstęp
Rentgenograficzne metody analizy strukturalnej mają zastosowanie w badaniu monokryształów oraz próbek polikrystalicznych. Do badania struktury The application of X-ray powder diffraction in pharmacy · X-ray powder diffraction is the most technologically advanced method of X-ray studies. It is used to determine the precise spacing value and intensities profiles of reflections. The method has been used successfully in the quantitative and qualitative identification phase, studies of stress and defects in the crystal structure. Therefore, as a rapid and non-destructive measuring method can be used for study of pharmacologically active substances, assess the impact of physical and technological factors during storage as well as preparation of various formulations.
Keywords: X-ray powder diffraction, XRPD, API, polymorphs.
© Farm Pol, 2016, 72(11): 752–757