12.1.2 Biologiset toiminnot

Tänä päivänä antosyaanit ovat ravitsemuksellisesti erittäin kiinnostavia, koska ne edistävät ihmisten terveyttä. Kirjallisuudessa on paljon todisteita antosyaanirikkaan ruokavalion tarjoamista terveyshyödyistä (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). Varhaisissa raporteissa esitettiin, että antosyaanien terveyttä edistävät vaikutukset johtuivat yksinomaan niiden antioksidanttisista ominaisuuksista. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on kuitenkin arvioitu, että antosyaaneilla on rooleja myös anti-inflammatorisilla, solusignalointi- ja geeniekspressiopoluilla (Lila ym., 2016).

Antosyaaneilla on vahva antioksidanttikapasiteetti, joten ne voisivat mahdollisesti ehkäistä vapaiden radikaalien aiheuttamia vaurioita. Niiden kemiallinen rakenne on riittävä luovuttamaan vapaille radikaaleille vetyjä tai elektroneja sekä haukkaamaan ja siirtämään niitä aromaattisen rakenteensa kautta. Ne pystyvät keräämään monenlaisia reaktiivisia happi- (ROO-, O2, O2–, OH-), typpi- (NO-) ja kloorilajeja sekä vapaita alkyyli- ja peroksyyliradikaaleja tuottaen vakaan fenoksyyliradikaalin. Antioksidanttikapasiteetti johtuu hydroksyyliryhmien läsnäolosta B-renkaan 3′- ja 4′-asemissa, mikä antaa muodostuneelle radikaalille vakautta. Lisäksi vapaat hydroksyyliryhmät asemissa 3 (rengas C) ja 5 (rengas A) toimivat elektronin luovuttajina (Heim et al., 2002). In vitro -tutkimukset ovat osoittaneet, että antosyaanien antioksidanttivaikutus riippuu niiden kemiallisesta rakenteesta, ja tehokkuus lisääntyy, kun rengas B:n hydroksyyliryhmien määrä kasvaa. Syanidiinin antioksidanttivaikutus kuitenkin vähenee, kun rengas C:n asennossa 3 on glykosidiryhmiä (Seeram ja Nair, 2002). Lisäksi B-renkaan katekoliyksikkö, C-renkaan oksoniumioni sekä hydroksylaatio- ja metylaatiomalli, asylaatio ja glykosylaatio vaikuttavat antioksidanttiseen ominaisuuteen (Pojer ym., ), 2013).

Vaihtelevissa tutkimuksissa on arvioitu, että antosyaanien ja aglykonien oksidatiivinen aktiivisuus vastaa klassisten antioksidanttien, kuten C- ja E-vitamiinien, aktiivisuutta; lisäksi ne näyttävät olevan parempia antioksidantteja kuin α-tokoferoli (Fukumoto ja Mazza, 2000). Lisäksi Heinonen ja muut (1998) osoittivat, että antosyaanipitoisuuden ja antioksidanttivaikutuksen välillä on lineaarinen korrelaatio eräissä hedelmissä, kuten karhunvatukoissa, punaisissa vadelmissa, mustissa vadelmissa ja mansikoissa. Terveillä vapaaehtoisilla tehdyt in vivo -kokeet ovat osoittaneet, että acai-massan ja -mehun antosyaanien päivittäinen saanti tuottaa antioksidanttista aktiivisuutta plasmassa ja virtsassa (Mertens-Talcott ym., 2008). Vapaaehtoiset olivat ottaneet 7 ml/kg acai-marjatuotteita aamulla yöpaaston jälkeen, ja plasma- ja virtsanäytteet analysoitiin 12 ja 24 tunnin aikana nauttimisen jälkeen, mikä paljasti antioksidanttisen aktiivisuuden lisääntymisen.

Tulehdus on elimistön kudosten suojareaktio haitallisiin ärsykkeisiin, kuten patogeeneihin, vaurioituneisiin soluihin tai ärsyttäviin aineisiin. Tulehduksen stimulointi johtuu syklooksygenaasi (COX) -entsyymeistä, jotka muuttavat arakidonihappoa prostaglandiineiksi. COX-1-isoentsyymin ilmentyminen on yleistä useimmissa kudoksissa, mutta COX-2:n ilmentyminen lisääntyy tulehtuneissa soluissa, ja tätä säätelyä välittävät sytokiinit (Bowen-Forbes ym., 2010). Syanidiini-3-glukosidi-pitoisten uutteiden on havaittu vaikuttavan sellaisten geenien ilmentymiseen, jotka säätelevät immuniteetti-, tulehdus- ja apoptoottisia prosesseja; tämä vaikutus on havaittu, kun syanidiini vaikuttaa NF-κB:hen, proteiinikompleksiin, jolla on tärkeä rooli ytimessä tapahtuvassa transkriptionaalisessa toiminnassa (Pascual-Teresa, 2014). Tämä vaikutus on liittynyt myös COX-2:n ja typpioksidisyntaasin (iNOS) alaregulaatioon, jotka ovat vastuussa tulehduksenvastaisesta ja immuunivasteesta erilaisille induktoreille. Jotkin tutkimukset ovat osoittaneet antosyaanien estävän vaikutuksen: Bowen-Forbes et al. (2010) havaitsivat, että jamaikalaisten Rubus spp. uutteet johtivat kohtalaiseen COX:ää estävään aktiivisuuteen (27,5-33,1 %) pitoisuuksilla 100 μg/ml heksaanissa in in vitro -määrityksissä. Intuyod et al. (2014) antoivat antosyaanirikasta uutetta (syanidiini ja delfinidiini) hamstereille in vivo -kokeessa ja havaitsivat, että antosyaanit vähensivät kuitukudoksen kertymistä ja vähensivät tulehdustasoja ilman vaikutusta motoriseen toimintaan. Delfinidiinin ja syanidiinin on osoitettu estävän COX-2:n ilmentymistä, kun taas pelargonidiini, peonidiini ja malvidiini eivät estäneet sitä (Pojer ym., 2013).

Antosyaanien antioksidanttikapasiteetti liittyy niiden ennaltaehkäisevään tehtävään erilaisissa sairauksissa, jotka syntyvät reaktiivisten oksidatiivisten lajien aiheuttamien soluvaurioiden seurauksena eri paikoissa, kuten kalvoissa, sytoplasmassa ja ytimessä. Koska antosyaanit vaikuttavat tulehdusta ehkäisevästi, ne voisivat osallistua sellaisten sairauksien hoitoon, joihin liittyy kudostulehdus. Hyötyjä on havaittu ei-tarttuvien kroonisten sairauksien, kuten sydän- ja verisuonitautien, neurologisten ja kognitiivisten muutosten, syövän, liikalihavuuden tai diabeteksen sekä muiden patologisten prosessien, kuten ikääntymisen tai näkökyvyn muutosten, ehkäisyssä tai hoidossa.

Monissa tutkimuksissa on osoitettu, että polyfenolien nauttiminen vähentää sepelvaltimotautien esiintyvyyttä, jotka johtuvat verihiutaleiden aggregaatiosta, verenpainetaudista, korkeasta plasman matalan tiheyden lipoproteiinien (LDL) kolesterolista ja verisuonten endoteelin toimintahäiriöstä. Antosyaanien sydäntä suojaava vaikutus saattaa liittyä seerumin antioksidanttikapasiteetin lisääntymiseen, joka suojaa LDL:n hapettumiselta, sekä tulehdusta ja verihiutaleiden muodostumista estäviin vaikutuksiin (Erlund ym., 2008; Thompson ym., 2017). Jotkut kirjoittajat arvioivat marjojen antioksidanttitoiminnan vaikutusta LDL:n hapettumiseen ja saivat tulokseksi, että aronia- ja viinirypäleuute alensi kokonaiskolesteroli-, LDL- ja triglyseridipitoisuuksia, kun taas se lisäsi suuren tiheyden lipoproteiinien (HDL) kolesterolipitoisuutta (Kong ym., 2003; Valcheva-Kuzmanova ym., 2007) ja ehkäisi näin ateroskleroosia. Hassellund ym. (2013) havaitsivat antosyaanien nauttimisen jälkeen prehypertensiivisten miesten plasman HDL-kolesteroli- ja sokeripitoisuuden nousua sekä polyfenolien määrän lisääntymistä plasmassa, vaikka muuta hyödyllistä vaikutusta lyhyellä aikavälillä ei havaittu. Thompson ym. (2017) arvioivat antosyaanilisän (320 mg/vrk) vaikutusta 26:lla pro-tromboottisella ylipainoisella ja lihavalla henkilöllä ja havaitsivat verihiutaleiden aggregaattien muodostumisen vähenevän 29 %:lla.

Antosyaanien antimutageeniset ja antikarsinogeeniset ominaisuudet paljastuivat suuressa määrässä in vitro- ja in vivo -kokeita. Syövän kehittymisen ehkäisy on tärkeää, ja sellaisten yhdisteiden tunnistaminen, jotka voivat estää kasvainsolujen lisääntymistä, voi olla ratkaiseva prosessi. Tätä tarkoitusta varten olisi valvottava hydroperoksidin tuotantoa tai DNA-synteesin lisääntymistä. Antosyaanien antioksidanttikapasiteetin osoitettiin vähentävän hydroperoksiditasoja in vivo -määrityksissä, kun rotille annettiin 12 viikon ajan E-vitamiinipuutteista ruokavaliota, joka lisäsi alttiutta hapettumisvaurioille, ja sen jälkeen antosyanidiiniuutteita. Antosyaanien nauttiminen paransi plasman antioksidanttikapasiteettia ja vähensi maksan hydroperoksidi- ja 8-okso-deoksiguanosiinipitoisuuksia, jotka ovat lipidiperoksidaation ja DNA-vaurion indikaattoreita (Ramírez-Tortosa ym., 2001).

Eroissa tutkimuksissa on arvioitu, että jotkin marjauutteet ja eristetyt antosyaanit auttavat ehkäisemään neurologisia ja kognitiivisia muutoksia. On oletettu, että antosyaaneilla voi olla suojaavia vaikutuksia kognitioon, mukaan lukien muistiin ja toimeenpanevaan prosessointiin, joko vaikuttamalla suoraan aivotoimintaan tai epäsuorasti alentamalla verenpainetta (Kent ym., 2017). Antosyaanit ylittävät hematoenkefaalisen esteen ja liittyvät DNA-molekyyliin hippokampuksessa ja aivokuoressa, mikä vakauttaa sitä hapettumisvaurioita vastaan (Passamonti ym., 2005). Shukitt-Hale et al. (2005) osoittivat, että kognitiivista käyttäytymistä ja hermoston toimintoja voidaan parantaa, kun rottien ruokavaliota täydennetään mansikoilla ja mustikoilla. Kent ym. (2017) osoittivat, että antosyaanirikkaan kirsikkamehun päivittäinen nauttiminen paransi verbaalista sujuvuutta sekä lyhyt- ja pitkäkestoista muistia 49:llä iäkkäämmällä aikuisella (+ 70 vuotta), joilla oli lievä tai keskivaikea dementia.

On ehdotettu, että antosyaanit pystyvät parantamaan näkökykyä useilla tavoilla: (i) parantamalla yönäköä lisäämällä verkkokalvon pigmenttejä; (ii) parantamalla verenkiertoa verkkokalvon kapillaareissa; (iii) vähentämällä degeneraatiota ja diabeettista retinopatiaa; (iv) ehkäisemällä glaukoomaa ja muita näön sairauksia (Pojer et al., 2013). Ohgami et al. (2005) antoivat antosyaanirikkaita uutteita rotille, joilla oli silmänpuutos, ja havaitsivat tulehduksen vähenemisen ja näöntarkkuuden lisääntymisen. Äskettäin Nakamura ym. (2014) arvioivat maqui-marjan sisältämän delfinidiini-3,5-O-diglukosidin vaikutusta kuivasilmäisyyden ehkäisyyn. Antosyaanin havaittiin tukahduttavan reaktiivisten happilajien muodostumista kyynelrauhaskudoksesta ja säilyttävän kyynelnesteen erityksen.

Obesiteetti on tulehduksellinen sairaus, joka liittyy energian sisääntulon ja ulostulon epätasapainoon, ja sille on ominaista rasvakudoksen liiallinen kerääntyminen; rasvakudoksen hypertrofia johtaa aineenvaihdunnan toimintahäiriöihin rasvakudoksen sytokiinien tuotannon kautta. Tyypin 2 diabetekseen liittyy insuliinin puute, joka aiheuttaa veren korkeita glukoosipitoisuuksia. Antosyaanit ovat vuorovaikutuksessa adiponektiinin kanssa, joka on yksi tärkeimmistä adiposytokiineista, mikä lieventää rasvasolujen toimintahäiriöitä (Jamar ym., 2017; Gowd ym., 2017). Tsuda ja työtoverit (2004, 2006) tekivät kokeita rottien ja ihmisten rasvakudoksesta eristetyillä adiposyyteillä ja havaitsivat, että antosyaanit tehostavat adiposytokiinien (adiponektiinin ja leptiinin) eritystä, joskin mekanismi pitäisi selvittää. Toisaalta monien polyfenolien, myös syanidiinin, osoitettiin estävän α-glukosidaasin synteesiä, joka on yksi tärkeimmistä entsyymeistä, jotka vastaavat ravinnon hiilihydraattien pilkkomisesta glukoosiksi. Inhibitio vähentää veren glukoosipitoisuutta ja siten diabeteksen riskiä (Tadera ym., 2006).

Antosyaanien antioksidanttikapasiteetti on vastuussa niiden ikääntymistä estävistä ominaisuuksista, sillä hyväksytyin teoria ikääntymisestä on vapaiden radikaalien/hapettumisstressin aiheuttama DNA:n, proteiinien, lipidien ja muiden solujen ainesosien vaurioituminen (Soto ym., 2015). Useat tutkimukset ovat osoittaneet antosyaanien kulutuksen vaikutuksen ihon ja aivojen ikääntymisen estämisessä (Rojo ym., 2013; Soto ym., 2015; Wei ym., 2017).