Przeciwcukrzycowe właściwości fitoestrogenów

Wiele wyników, uzyskiwanych w badaniach in vitro oraz in vivo, wskazuje na korzystny wpływ fitoestrogenów na homeostazę glukozy i metabolizm lipidów. Jest to bardzo ważne w leczeniu i zapobieganiu wielu chorobom takim jak: cukrzyca (szcze-gólnie typu 2), otyłość, nadciśnienie, miażdżyca czy zespół metaboliczny. Istnieje bardzo wiele mechanizmów odpowiadających za przeciwcukrzycowe działanie fito-estrogenów. Związane są one, m.in.: z hamowaniem przez te związki aktywności enzymów odpowiadających za metabolizm węglowodanów, zmniejszaniem wchłaniania glukozy z jelit, regulacją wydzielania insuliny, działaniem antyoksydacyjnym, wpływem na zawartość frakcji lipidowych w osoczu oraz na metabolizm lipidów czy

oddzia-Fitoestrogeny w walce z cukrzycą

ływaniem na ścieżki sygnałowe i geny (ich aktywność i transkrypcję) odpowiedzialne za metabolizm glukozy w organizmie [19, 20, 33].

Dobrze poznanym zastosowaniem fitoestrogenów jest ich działanie łagodzące objawy okresu okołomenopauzalnego. Menopauza charakteryzuje się znacznym zmniejszeniem stężeń endogennych estrogenów. Wahaniom hormonalnym towarzyszą zmiany: masy ciała, rozmieszczenia i formowania tkanki tłuszczowej, metabolizmu energetycznego, wydzielania insuliny czy insulinowrażliwości komórek, co w kon-sekwencji może prowadzić do rozwinięcia się w tym okresie cukrzycy typu 2 [34].

Badania wykazują, iż krótkoterminowe zastosowanie fitoestrogenów u kobiet z cukrzycą typu 2, po okresie menopauzy, powoduje u nich redukcję insulinooporności, poprawia kontrolę glikemii i wpływa na regulacje poziomu lipidów. Regulacja ta powoduje obniżenie ryzyka powikłań sercowo-naczyniowych [35]. Długoterminowe badania z użyciem suplementów izoflawonowych wskazują na potencjalną korzystną regulację parametrów związanych z poziomem glikemii u kobiet po menopauzie [36].

Niektórzy autorzy zwracają jednak uwagę na małą ilość badań długoterminowych i niespójność wyników w obrębie eksperymentów krótkoterminowych prowadzonych w tym zakresie [34, 36]. Pomimo tego, iż na chwilę obecną nie można zalecić pow-szechnego stosowania fitoestrogenów to stanowią one ważny komponent zdrowego schematu żywieniowego w zapobieganiu i uzupełnieniu leczenia cukrzycy typu 2 w okresie okołomenopauzalnym [36].

Fitoestrogeny są uważane za związki o dużym potencjale działania przeciwcukrzy-cowego, jednak ze względu na niepełne dane dotyczące mechanizmów i ich specy-ficznego działania względem danego organizmu, potrzebne są dalsze badania w tym zakresie [19, 20, 33]. Terapia fitoestrogenowa może dawać bardzo zróżnicowane wyniki u różnych pacjentów. Działanie fitoestrogenów i jego siła zależy od wielu czynników takich jak: polimorfizm enzymów odpowiedzialnych za biodostępność fitoestrogenów, zróżnicowanie osobnicze flory jelitowej metabolizującej te związki do aktywniej działających pochodnych, występowanie i gęstość rozmieszczenia danych receptorów estrogenowych, farmakokinetyka danego związku, rodzaj fitoestrogenu oraz wielkość przyjętej dawki [20, 31, 33, 37]. Wątpliwości związane z przeciwcukrzycowym działa-niem fitoestrogenów wskazują jak ważne jest ciągłe poznawanie ich mechanizmów oddziaływania na organizm oraz określenie ewentualnych skutków ubocznych w trakcie ich długotrwałego stosowania. Może się to przyczynić do ich optymalnego wykorzystania w profilaktyce i terapii stanu przedcukrzycowego, cukrzycy oraz jej powikłaniach.

4.3. Izoflawony

Izoflawony należą do rodziny izoflawonoidów. Ich budowa chemiczna odznacza się występowaniem struktury charakterystycznej dla izoflawonoidów tzw. difenylo-propanu (C6-C3-C6), czyli dwóch pierścieni aromatycznych oraz trzeciego pierścienia powstałego z połączenia trójwęglowego łańcucha z atomem tlenu [38, 39]. W obrębie tej grupy związków możemy wyróżnić: daidzeinę, genisteinę, biochaninę A oraz formononetynę. Nasiona soi warzywnej stanowiące najważniejsze źródło izofla-wonów, zawierają ok. 128 mg izoflawonów/100 g [40]. W ostatnich latach obserwuje się wzrost zainteresowania izoflawonami ze względu na tzw. „fenomen japoński”

związany z rzadszym występowaniem chorób przewlekłych u Japończyków

spo-Katarzyna Urbisz, spo-Katarzyna Szałabska-Rąpała, Maria Zych

żywających soję od wczesnych lat życia względem ludzi z populacji zachodniej [33].

Wymienia się bardzo wiele korzyści związanych z suplementacją i spożyciem izofla-wonów, np. zmniejszenie objawów związanych z okresem menopauzy, chorobą wieńcową, niektórymi nowotworami czy osteoporozą [24]. Wiele badań potwierdza, iż przyjmowane izoflawony, w połączeniu ze zdrowym stylem życia, mogą wpływać na regulowanie poziomu glukozy, zmniejszanie insulinooporności i ograniczać ryzyko wystąpienia cukrzycy [38, 41]. W przypadku izoflawonów sojowych ich działanie może być wspomagane przez białko sojowe, które według danych literaturowych również ma właściwości przeciwcukrzycowe [41]. Fitoestrogeny z grupy izoflawonów wykazują szeroką gamę, często jeszcze nie całkiem poznanych, mechanizmów działania przeciwcukrzycowego.

4.3.1. Genisteina

Genisteina jest izoflawonem sojowym. W roślinach może występować w formie aglikozydu (genisteiny) lub w postaci β-glikozydu (genistyny), który może być prze-kształcany do właściwego aglikonu, przez bakteryjne glikozydazy w jelitach [41].

Podobnie jak wszystkie fitoestrogeny wykazuje zdolność wiązania się z receptorem estrogenowym mając 20-krotnie większe powinowactwo do receptora ERβ niż do ERα. Wykazuje zarówno działanie agonistyczne jak i antagonistyczne względem receptora estrogenowego. Posiada ona raczej niską biodostępność ze względu na słabą rozpuszczalność w wodzie [42, 43]. Badania in vitro wskazują, że genisteina może wykazywać korzystne działanie, zarówno w cukrzycy typu 2, jak i typu 1, w którym stymulowała sekrecję insuliny [43]. Ma zdolność do obniżania stężenia glukozy we krwi, co potwierdzają badania in vivo prowadzone z wykorzystaniem myszy, u których jej poziom uległ redukcji po 5-6 tygodniach stosowania izoflawonu. W tym samym badaniu genisteina obniżała stężenie hemoglobiny glikowanej, glukagonu oraz regulo-wała zawartość lipidów w osoczu tych zwierząt. Podnosiła u nich także poziom glukokinazy w wątrobie oraz hamowała glukozo-6-fosfatazę (G6Pase), karboksykinazę fosfoenolopirogronianu (PEPCK), syntazę kwasów tłuszczowych (FAS), β-oksydację i palmitoilotransferazę karnityny (CPT) w tym narządzie [41]. Taka regulacja wyżej wymienionych enzymów wskazuje na blokowanie syntezy glukozy w wątrobie przez genisteinę i jest wykazywana w pracach innych autorów [42, 44]. Badanie prowadzone na szczurach z wywołaną za pomocą streptozotocyny (STZ) cukrzycą również potwierdziło wpływ genisteiny na obniżenie stężenia hemoglobiny glikowanej i pod-wyższenie poziomu insuliny [45]. Podwyższanie poziomu insuliny może być związane z podnoszeniem przez genisteinę wewnątrzkomórkowego gradientu jonów wapnia Ca²⁺ ważnego czynnika pozwalającego na egzocytozę insuliny poza komórkę [42].

Genisteina wykazuje również działania wspomagające leczenie powikłań cukrzy-cowych. W przypadku retinopatii cukrzycowej normalizuje przepuszczalność naczyń siatkówki u badanych zwierząt. W chorobach sercowo-naczyniowych zmniejsza uszkodzenie miocytów komorowych serca [45]. Badania prowadzone na myszach z wywołaną cukrzycą typu 2 ukazują korzystny wpływ genisteiny na zaburzenia rozrodczości wywołane w przebiegu tej choroby. U mężczyzn stosowanie genisteiny stymuluje proces spermatogenezy [46]. Działanie związane z jej wpływem na stan nefropatii cukrzycowej, jest głównie związane ze zmniejszaniem poziomu stresu oksydacyjnego, który jest jednym z kluczowych czynników wpływających na

wystą-Fitoestrogeny w walce z cukrzycą

pienie tego powikłania cukrzycowego. Obniża ona poziom markera peroksydacji lipidów, jakim jest malonylodialdehyd (MDA) oraz wpływa na wzrost (obniżonej w przebiegu cukrzycy) aktywności enzymów antyoksydacyjnych – dysmutazy ponad-tlenkowej (SOD) czy peroksydazy glutationowej (GPx) [45]. Jej wpływ na obniżanie poziomu stresu oksydacyjnego, poprzez zwalczanie wolnych rodników i usprawnianie systemu antyoksydacyjnego organizmu, ukazują również inni autorzy [46, 47].

Genisteina wykazuje również właściwości ochronne względem komórek β-trzustki, co jest szczególnie istotne w cukrzycy typu 1, w przebiegu której są one niszczone w wyniku reakcji autoimmunologicznej. U szczurów z wywołaną zastosowaniem STZ cukrzycą wykazywała ochronny, zależny od dawki, wpływ na komórki β-trzustki tych zwierząt, co skutkowało u nich podniesieniem poziomu insuliny w surowicy [47]. Inne badania potwierdzają korzystny wpływ genisteiny na przeżywalność komórek β-trzustki, utrzymanie ich masy i wzrost ich liczby w obrębie tego narządu [42, 44].

Dane z badań in vitro wskazują, że genisteina zwiększa także pobór glukozy przez komórki [48]. Niektóre izoflawony sojowe takie jak biochanina A, formononetyna i opisywana genisteina są poddawane modyfikacjom w celu zwiększenia ich rozpusz-czalności oraz poprawy biodostępności. Modyfikacje polegają na wprowadzaniu atomu fluoru, estryfikacji kwasem acetylo-felurowym, tworzeniu koordynatów z pierwiastkami śladowymi np. chromem Cr³⁺, pochodnych sulfonianowych czy izo-propylowych. Niektóre powstałe pochodne wykazują większe właściwości przeciw-cukrzycowe niż ich pierwowzory, a stosowane w połączeniu z podstawowymi izo-flawonami np. genisteiną wykazują synergistyczne działanie [43]. Genisteina działa również poprzez mechanizm epigenetyczny hamując metylację DNA oraz histonów [33].

4.3.2. Daidzeina

Daidzeina to izoflawon sojowy, różniący się od genisteiny brakiem obecności grupy hydroksylowej (OH) w szkielecie węglowym. W roślinach daidzeina występuje głównie w postaci glikozydu – daidzyny, który jako nieaktywny związek biologiczny pozostaje niezmodyfikowany podczas produkcji i obróbki żywności. Ważną rolę dla leczniczego działania daidzeiny odgrywa flora jelitowa, zwłaszcza szczepy Bifido-bacterium i Lactobacillus, dzięki którym nieaktywny glikozyd jest metabolizowany do aglikonu posiadającego aktywność biologiczną. Na aktywność, biodostępność oraz metabolizm daidzeiny wpływają czynniki takie jak wiek, nawyki żywieniowe czy obecność konkretnych szczepów flory jelitowej [18]. Daidzeina jest bardzo często stosowana oraz badana pod względem jej zastosowań leczniczych łącznie z genisteiną, gdyż związki te wykazują bardzo podobne mechanizmy działania. Jednym ze wspól-nych mechanizmów działania przeciwcukrzycowego tych związków jest aktywacja receptorów PPARγ oraz zwiększanie ekspresji transportera glukozy typu 4 (GLUT 4), co skutkuje zwiększonym poborem glukozy przez komórki, zwiększeniem ich insulinowrażliwości oraz powoduje stymulację różnicowania adipocytów. Autorzy podkreślają, iż stymulacja ta jest większa, gdy daidzeina oraz genisteina zostaną zastosowane łącznie (wystąpienie addycyjnego efektu działania) [49]. Wspólny jest również mechanizm aktywacji przez oba izoflawony kinazy białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK) i translokacji transportera glukozy GLUT 4. Mechanizm ten jest kluczem do osiągnięcia homeostazy energetycznej komórek i zwiększenia przez nie poboru glukozy [18, 42, 48, 50]. Razem z genisteiną daidzeina wpływa hamująco na

Katarzyna Urbisz, Katarzyna Szałabska-Rąpała, Maria Zych

G6Pase, PEPCK, FAS, β-oksydację i CPT w wątrobach myszy z wywołaną cukrzycą [41]. Inny eksperyment przeprowadzony na myszach wskazał, iż połączenie daidzyny oraz glicytyny obniżało stężenie glukozy oraz hemoglobiny glikowanej we krwi zwierząt oraz wpływało na zmniejszenie u nich poziomu stresu oksydacyjnego przez wzrost zawartości zredukowanej formy glutationu w wątrobie czy obniżanie w surowicy stężenia markera stresu oksydacyjnego 8-hydroksy-2-deoksyguanozyny [51]. Daidzeina podana w iniekcji myszom z wywołaną cukrzycą powodowała u nich zwiększenie tolerancji glukozy. Badania wskazują na hamowanie α-glukozydazy i α-amylazy przez daidzeinę, co może uczynić ją w przyszłości skutecznym zamiennikiem akarbozy dla pacjentów z cukrzycą [52]. Daidzeina wykazuje korzystny wpływ na regulację poziomu lipidów oraz leptyn we krwi. Zmniejsza ona również syntezę czynników prozapalnych np. czynnika martwicy nowotworu (TNF-α) czy interleukiny-6 (IL-6) oraz obniża poziom stresu oksydacyjnego [18, 49, 52]. Po aglikozylacji daidzeina może zostać dalej przekształcona do swoich metabolitów: dihydrodaidzeiny, desmetylo-angolensyny oraz equolu [18, 24]. Equol posiada bardzo podobne do swojego związku macierzystego mechanizmy działania przeciwcukrzycowego. Wiele badań potwierdza jego potencjalne, korzystne działanie w leczeniu i profilaktyce cukrzycy. Część autorów uważa, że to equol jest odpowiedzialny za lecznicze działania daidzeiny a zdolność do jego produkcji jest wyznacznikiem siły jej działania leczniczego [24].

4.3.3. Biochanina A

Biochanina A jest O-metylowanym izoflawonem. Jest związkiem słabo rozpusz-czalnym w wodzie [53]. Podobnie jak w przypadku innych izoflawonów, źródło biochaniny A stanowią rośliny z rodziny bobowatych (Fabaceae) – koniczyna łąkowa, soja warzywna czy lucerna siewna. Jest ona także głównym izoflawonem występującym w nasionach ciecierzycy pospolitej [43, 54]. Jej farmakologiczne właściwości obejmują działania: antyoksydacyjne, antykancerogenne, neuroprotekcyjne, hepatoprotekcyjne, antyalergiczne estrogenopodobne, regulujące metabolizm glukozy oraz lipidów [53-55].

Regulacja poziomu glukozy we krwi oraz gospodarki lipidowej przez biochaninę A czyni ją potencjalnym komponentem w walce z cukrzycą typu 1 i 2. Obniża ona poziom lipidów w organizmie, jednocześnie wpływając na metabolizm i transport cholesterolu. Pomaga to w zachowaniu prawidłowej masy ciała i przeciwdziała otyłości [53, 56]. Efekt hipoglikemiczny jest osiągany w dużej mierze dzięki aktywacji przez biochaninę A receptorów PPARα. Wpływa ona również na podniesienie poziomu, krążącej we krwi, insuliny oraz podnosi wrażliwość komórek na jej działanie. Zmniejsza poziom glukozy w osoczu, obniża współczynnik insulinooporności (HOMA-IR), zwiększając z kolei zapas glikogenu wątrobowego. U szczurów z wywołaną cukrzycą potwierdzono ochronne działanie biochaniny A na komórki β-trzustki. Badania na szczurach z wywołaną cukrzycą wykazały kurczenie się wysepek trzustkowych oraz naciek tłuszczowy w ich obrębie. Po zastosowaniu biochaniny A rozmiar wysepek był prawidłowy a naciek tłuszczowy znacznie mniejszy [53-55]. Ważnym mechanizmem działania przeciwcukrzycowego biochaniny A jest wywoływanie przez nią wzrostu wydzielania i poziomu adiponektyny oraz obniżenia poziomu rezystyny u szczurów z wywołaną cukrzycą. Związki te odgrywają bardzo istotną rolę w metabolizmie węglowodanów i lipidów [55]. Biochanina A może wykazywać potencjalnie korzystne działanie w leczeniu powikłań cukrzycy poprzez inhibicję glikozylacji insuliny oraz

Fitoestrogeny w walce z cukrzycą

hemoglobiny, a także swoje właściwości antyoksydacyjne [53, 57]. Związek ten wykazuje również skuteczność w leczeniu retinopatii cukrzycowej u szczurów z wywołaną cukrzycą, poprzez hamowanie stanu zapalnego w siatkówce oraz redukcję angiogenezy w jej obrębie. Zmniejszanie poziomu czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) przez biochaninę A, jest prawdopodobnym mechanizmem obniżenia inten-sywności procesu angiogenezy [57]. Działania antyoksydacyjne związku obejmują zwiększenie poziomu nieenzymatycznych antyoksydantów np. glutationu (GSH) oraz aktywności enzymów antyoksydacyjnych takich jak SOD i katalaza (CAT) obserwo-wane u szczurów z wywołaną cukrzycą. U zwierząt stwierdzano także obniżenie stężenia osoczowego markera stresu oksydacyjnego MDA oraz podniesienie całkowitego statusu antyoksydacyjnego (TAS) [53, 55, 56]. Biochanina A wpływa na metabolizm glukozy również poprzez regulacje, zaburzonej w przebiegu cukrzycy, aktywności enzymów odpowiadających za metabolizm glukozy takich jak G6Pase oraz fruktozo-1,6-bisfosfataza w nerkach i wątrobach szczurów z cukrzycą [54]. Niektórzy autorzy twierdzą, iż przeciwcukrzycowe działanie biochaniny A oraz wzmacnianie przez nią wrażliwości komórek na insulinę, jest spowodowane tym, iż zwiększa ona ekspresję i aktywację genu SIRT 1 (ang. silent mating type information regulation 2 homolog 1) kodującego białko sirtuinę [21].

4.3.4. Formononetyna

Formononetyna to izoflawon, którego źródło stanowią rośliny strączkowe takie jak:

zielony groszek, fasola, korzenie lukrecji (Glycyrrhiza glabra), nasiona soi, kwiaty/ziele koniczyny łąkowej czy korzenie niektórych gatunków z rodzaju Astragalus (traganek) [58, 59]. Posiada wiele mechanizmów działania przeciwcukrzycowego, co stwarza możliwości jej zastosowania w leczeniu obu najważniejszych typów cukrzycy.

Podobnie jak biochanina A jest aktywatorem receptorów PPAR tak ważnych w meta-bolizmie glukozy, regulacji gospodarki lipidowej, co pomaga zapobiegać cukrzycy oraz dyslipidemiom. U szczurów z wywołaną za pomocą STZ cukrzycą formono-netyna obniżała stężenie glukozy we krwi oraz normowała poziom lipidów takich jak cholesterol, lipoprotein o wysokiej gęstości (HDL), lipoprotein o niskiej gęstości (LDL) i triglicerydów (TG) [60]. W badaniu tym wykazano także inne mechanizmy działania tego izoflawonu np. wpływała ona na wzrost zawartości glikogenu wątro-bowego. U szczurów z cukrzycą zauważono również zwiększoną ekspresję genu SIRT 1 w tkankach trzustki. Działanie kodowanej przez gen sirtuiny 1 (deacetylazy histonowej klasy III) jest związane z regulacją metabolizmu glukozy i lipidów, produkcji insuliny i zwiększaniem wrażliwości komórek na jej działanie [60]. W cukrzycy typu 1 wywołanej u myszy za pomocą aloksanu, formononetyna hamowała apoptozę komórek β-trzustki, wspomagała ich regenerację, wydzielanie insuliny, normowała poziom glikogenu wątrobowego. Zwiększała także poziom mRNA dla glukokinazy oraz transportera glukozy GLUT 2 w tkankach trzustki badanych zwierząt [61]. W badaniach in vitro prowadzonych na komórkach linii HepG2 wykazano znaczący wzrost poboru glukozy przez komórki pod wpływem zastosowanej formononetyny – lepszy efekt był widoczny po długotrwałym stosowaniu fitoestrogenu [48]. Formononetyna wykazuje również właściwości antyoksydacyjne i przeciwzapalne. Poprzez hamowanie aktywacji czynnika transkrypcyjnego NF-kβ zmniejsza stan zapalny i chroni komórki β-trzustki.

U szczurów z wywołaną cukrzycą zmniejszała ona poziom cytokin prozapalnych

Katarzyna Urbisz, Katarzyna Szałabska-Rąpała, Maria Zych

w nerkach zwierząt [58, 60, 61]. Działanie antyoksydacyjne formononetyny jest widoczne u szczurów z wywołaną cukrzycą typu 2, u których zastosowanie fitoestrogenu wywołało wzrost aktywności enzymów antyoksydacyjnych SOD oraz CAT, zawartości nieenzymatycznych przeciwutleniaczy np. GSH oraz obniżenie zawartości markera peroksydacji lipidów MDA w nerkach badanych zwierząt. Właściwości te w połączeniu ze zwiększoną ekspresją SIRT 1 oraz redukcją ilości czynników prozapalnych mogą być potencjalnym mechanizmem działania formononetyny w leczeniu i zapobieganiu nefropatii cukrzycowej [58, 62].

5. Lignany

Lignany to bioaktywne, złożone kompleksy polifenolowe, utworzone poprzez połączenie dwóch reszt alkoholu koniferylowego, szeroko rozpowszechnione w świecie roślinnym. Uważa się, iż ich właściwości prozdrowotne wynikają głównie z aktyw-ności przeciwutleniającej – zdolaktyw-ności do neutralizacji wolnych rodników [26, 63]. Przy normalnych poziomach estradiolu lignany zachowują się jak antagoniści estrogenu, ale już w okresie pomenopauzalnym u kobiet (przy niskim poziomie estradiolu) wykazują działanie podobne (ale słabsze w swoim zakresie) do estrogenów. Dodatkowo lignany mogą wpłynąć na syntezę 2-hydroksyestrogenu a przez to hamować wiązanie estrogenu i testosteronu z receptorami na globulinie wiążącej hormony płciowe (działanie kanceroprotekcyjne). Dodatek grupy hydroksylowej w położeniu orto do monofenolu, w szkielecie lignanu, wpływa na wzrost jego właściwości antyoksydacyjnych [26].

Lignany stosowane są w profilaktyce i zwalczaniu objawów klimakterium, cukrzycy, chorób serca i naczyń krwionośnych, chorób neurodegeneracyjnych oraz jako szeroko pojęte antyoksydanty [26, 63].