12.1.2 Biological Functions

Nu hebben anthocyanen een hoge voedingsinteresse vanwege hun bijdrage aan de menselijke gezondheid. Er zijn veel bewijzen in de literatuur van de gezondheidsvoordelen die een anthocyaanrijk dieet biedt (Fang, 2015; Fernandes et al., 2017; Jamar et al., 2017; Kong et al., 2003; Lila et al., 2016; Pojer et al., 2013; Santos-Buelga et al., 2014). Vroege rapporten suggereerden dat de gezondheidsbevorderende effecten van anthocyanen uitsluitend het gevolg waren van hun antioxiderende eigenschappen. Recente studies hebben echter beoordeeld dat anthocyanen ook rollen spelen op anti-inflammatoire, celsignalering, en genexpressiepaden (Lila et al., 2016).

Anthocyanen hebben een sterke antioxidantcapaciteit, zodat ze mogelijk vrije-radicalen-gerelateerde schade zouden kunnen voorkomen. Hun chemische structuur is geschikt om hydrogenen of elektronen te doneren aan vrije radicalen, evenals om ze te scharrelen en te verplaatsen door hun aromatische structuur. Zij zijn in staat een breed scala van reactieve zuurstof- (ROO-, O2, O2–, OH-), stikstof- (NO-) en chloorsoorten en alkyl- en peroxyl-vrije radicalen te neutraliseren, waarbij een stabiel fenoxylradicaal ontstaat. Het antioxiderende vermogen komt voort uit de aanwezigheid van hydroxylgroepen op de posities 3′ en 4′ van de B-ring, die stabiliteit verschaft aan de gevormde radicaal. Bovendien fungeren vrije hydroxylgroepen op de posities 3 (ring C) en 5 (ring A) als elektronendonoren (Heim et al., 2002). In vitro studies hebben aangetoond dat de antioxidantwerking van anthocyanen afhangt van hun chemische structuur, en dat de efficiëntie toeneemt bij toename van het aantal hydroxylgroepen in ring B. De antioxidantwerking van cyanidine neemt echter af met de aanwezigheid van glycosidegroepen op positie 3 van ring C (Seeram en Nair, 2002). Daarnaast beïnvloeden het catecholgedeelte in de B-ring, het oxoniumion in de C-ring, evenals het hydroxylerings- en methyleringspatroon, de acylering en de glycosylering, de antioxiderende eigenschap (Pojer et al, 2013).

Diverse studies hebben beoordeeld dat de oxidatieve activiteit van anthocyanen en aglyconen gelijkwaardig is aan die van klassieke antioxidanten zoals vitamine C en E; ook blijken ze betere antioxidanten te zijn dan α-tocoferol (Fukumoto en Mazza, 2000). Bovendien toonden Heinonen e.a. (1998) een lineaire correlatie aan tussen het anthocyaangehalte en de antioxidante werking in sommige vruchten zoals bramen, rode frambozen, zwarte frambozen en aardbeien. In vivo tests met gezonde vrijwilligers hebben aangetoond dat de dagelijkse inname van anthocyanen uit acai-pulp en -sap antioxidantwerking in plasma en urine veroorzaakt (Mertens-Talcott et al., 2008). De vrijwilligers hadden ’s morgens na het nachtvasten 7 ml/kg van de acaibessenproducten ingenomen en plasma- en urinemonsters werden 12 en 24 uur na consumptie geanalyseerd, waarbij de toename van de antioxidantactiviteit werd aangetoond.

Inflammatie is de beschermende reactie van lichaamsweefsels op schadelijke prikkels, zoals ziekteverwekkers, beschadigde cellen, of irriterende stoffen. De stimulering van ontsteking is te wijten aan cyclooxygenase (COX)-enzymen die arachidonzuur omzetten in prostaglandinen. De expressie van het COX-1 isozyme komt in de meeste weefsels voor; COX-2 wordt echter geüpreguleerd in ontstoken cellen, en deze regulatie wordt gemedieerd door cytokinen (Bowen-Forbes et al., 2010). Cyanidine-3-glucosiderijke extracten blijken een effect te hebben op de expressie van genen die immuun-, ontstekings- en apoptotische processen reguleren; dit effect is waargenomen wanneer cyanidine NF-κB beïnvloedt, een eiwitcomplex dat een belangrijke rol speelt bij de transcriptionele activiteit die in de kern plaatsvindt (Pascual-Teresa, 2014). Dit effect is ook in verband gebracht met een downregulatie van COX-2 en stikstofoxidesynthase (iNOS) die verantwoordelijk zijn voor de ontstekingsremmende en immuunreactie op verschillende inducers. Sommige studies hebben de remmende werking van anthocyanen aangetoond: Bowen-Forbes et al. (2010) constateerden dat extracten van de Jamaicaanse Rubus spp. resulteerden in een matige COX-remmende activiteit (27,5%-33,1%) bij concentraties van 100 μg/mL in hexaan in in-vitro assays. Intuyod et al. (2014) gaven een anthocyaninerijk extract (cyanidine en delphinidine) aan hamsters in een in vivo experiment en ontdekten dat anthocyanen de accumulatie van fibreus weefsel verminderden en ontstekingsniveaus verlaagden zonder effect op de motorische functie. Van delphinidin en cyanidin is aangetoond dat ze COX-2 expressie remmen, terwijl pelargonidin, peonidin en malvidin dat niet deden (Pojer et al., 2013).

De antioxidantcapaciteit van anthocyanen is gerelateerd aan hun preventieve functie bij verschillende ziekten, die worden veroorzaakt door de aanwezigheid van reactieve oxidatieve species die celschade veroorzaken op verschillende plaatsen, zoals membranen, cytoplasma en celkern. Gezien hun ontstekingsremmende werking zouden anthocyanen een rol kunnen spelen bij de behandeling van ziekten waarbij weefselontsteking optreedt. Voordelen werden waargenomen bij de preventie of behandeling van niet-overdraagbare chronische ziekten zoals cardiovasculaire, neurologische en cognitieve veranderingen, kanker, obesitas of diabetes, evenals bij andere pathologische processen zoals veroudering of veranderingen van het gezichtsvermogen.

Een aantal studies heeft aangetoond dat de consumptie van polyfenolen de incidentie van coronaire hartziekten vermindert, die te wijten zijn aan bloedplaatjesaggregatie, hypertensie, hoog plasma-lipoproteïne (LDL) cholesterol met lage dichtheid, en vasculaire endotheeldisfunctie. Het cardioprotectieve effect van anthocyanen kan in verband worden gebracht met de toename van de serum antioxidant capaciteit, die beschermt tegen LDL-oxidatie, en anti-inflammatoire en anti-bloedplaatjes activiteiten (Erlund et al., 2008; Thompson et al., 2017). Sommige auteurs evalueerden het effect van de antioxidantwerking van bessen op de oxidatie van LDL, en verkregen dat chokeberry- en druivenextract de totale cholesterol-, LDL- en triglycerideniveaus verlaagden, terwijl het de high-density lipoproteïne (HDL) cholesterol verhoogde (Kong et al., 2003; Valcheva-Kuzmanova et al., 2007), waardoor atherosclerose werd voorkomen. Hassellund et al. (2013) constateerden een toename van het HDL-cholesterol en suiker in plasma van prehypertensieve mannen na inname van anthocyaninen, evenals een toename van polyfenolen in plasma, hoewel er geen ander gunstig effect op korte termijn werd waargenomen. Thompson et al. (2017) evalueerden het effect van anthocyaninesuppletie (320 mg/dag) bij 26 pro-thrombotische personen met overgewicht en obesitas, waarbij de vermindering van de vorming van bloedplaatjesaggregaten met 29% werd waargenomen.

De antimutagene en anticarcinogene eigenschappen van anthocyanen werden onthuld in een groot aantal in vitro en in vivo assays. Preventie van de ontwikkeling van kanker is van essentieel belang, en het identificeren van de verbindingen die de vermeerdering van tumorcellen kunnen remmen, kan een cruciaal proces zijn. Daartoe moet de productie van hydroperoxide of de toename van de DNA-synthese worden beheerst. Aangetoond is dat de antioxiderende capaciteit van anthocyanen de hydroperoxideniveaus in in vivo assays vermindert, wanneer ratten gedurende 12 weken op een vitamine E deficiënt dieet werden gehouden, om de gevoeligheid voor oxidatieve schade te verhogen, en vervolgens werden aangevuld met anthocyanidine extracten. Consumptie van anthocyanen verbeterde de plasma antioxidant capaciteit en verminderde de hydroperoxide en 8-oxo-deoxyguanosine concentraties in de lever, welke indicatoren zijn van respectievelijk lipide peroxidatie en DNA schade (Ramírez-Tortosa et al., 2001).

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat sommige bessenextracten en geïsoleerde anthocyanen helpen om neurologische en cognitieve veranderingen te voorkomen. Er is verondersteld dat anthocyanen beschermende effecten kunnen uitoefenen op cognitie, waaronder geheugen en uitvoerende verwerking, hetzij door een direct effect op de hersenfunctie of indirect door het verlagen van de bloeddruk (Kent et al., 2017). Anthocyanen passeren de hematoencephale barrière en verbinden zich met het DNA-molecuul in de hippocampus en de hersenschors, waardoor het gestabiliseerd wordt tegen oxidatieve schade (Passamonti et al., 2005). Shukitt-Hale et al. (2005) toonden aan dat cognitief gedrag en neuronale functies kunnen worden verbeterd wanneer het dieet van ratten wordt aangevuld met aardbeien en bosbessen. Kent et al. (2017) toonden aan dat dagelijkse consumptie van een anthocyaanrijk kersensap de verbale vloeiendheid verbeterde, evenals het kortetermijn- en langetermijngeheugen van 49 oudere volwassenen (+ 70 jaar) met milde tot matige dementie.

Er is gesuggereerd dat anthocyanen het vermogen hebben om het gezichtsvermogen te verbeteren, op verschillende manieren: (i) verbetering van het nachtzicht door toename van netvliespigmenten; (ii) verbetering van de circulatie binnen netvlieshaarvaten; (iii) vermindering van degeneratie en diabetische retinopathie; (iv) preventie van glaucoom en andere visusziekten (Pojer et al., 2013). Ohgami et al. (2005) gaven anthocyaanrijke extracten aan ratten met oogaandoeningen, waarbij ze een vermindering van ontstekingen en een verbetering van de gezichtsscherpte constateerden. Onlangs evalueerden Nakamura et al. (2014) het effect van delphinidin 3,5-O-diglucoside, aanwezig in de maquibes, voor de preventie van droge oogziekten. De anthocyanine bleek de vorming van reactieve zuurstofspecies uit het lacrimale klierweefsel te onderdrukken en de traanafscheiding te behouden.

Obesitas is een ontstekingsziekte die wordt geassocieerd met de onbalans van energie-inlaat/uitlaat en wordt gekenmerkt door de overmatige accumulatie van vetweefsel; hypertrofie van het vetweefsel leidt tot metabole disfuncties door de productie van adipocytokines. Type 2-diabetes wordt geassocieerd met een tekort aan insuline, wat een hoog glucoseniveau in het bloed veroorzaakt. Anthocyanen interageren met adiponectine, dat een van de belangrijkste adipocytokines is, waardoor adipocytendisfunctie wordt gedempt (Jamar et al., 2017; Gowd et al., 2017). Tsuda en collega’s (2004, 2006) experimenteerden met adipocyten geïsoleerd uit vetweefsel van ratten en mensen, en constateerden dat anthocyanen de secretie van adipocytokines (adiponectine en leptine) versterken, hoewel het mechanisme moet worden opgehelderd. Anderzijds is aangetoond dat een groot aantal polyfenolen, waaronder cyanidine, de synthese remmen van α-glucosidase, een van de belangrijkste enzymen die verantwoordelijk zijn voor de vertering van koolhydraten in glucose. Remming verlaagt de glucoseconcentratie in het bloed en daarmee het risico op diabetes (Tadera et al., 2006).

De antioxidantcapaciteit van anthocyanen is verantwoordelijk voor hun anti-verouderingseigenschappen, aangezien de meest geaccepteerde theorie voor veroudering de beschadiging is van DNA, eiwitten, lipiden en andere cellulaire bestanddelen door vrije radicalen/oxidatieve stress (Soto et al., 2015). Verschillende studies hebben het effect van anthocyanenconsumptie aangetoond bij het voorkomen van huid- en hersenveroudering (Rojo et al., 2013; Soto et al., 2015; Wei et al., 2017).