12.1.2 Biological Functions

Nowadays, anthocyanins have a high nutritional interest due to their contribution to human health. W literaturze istnieje wiele dowodów na korzyści zdrowotne zapewniane przez dietę bogatą w antocyjany (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). Wczesne doniesienia sugerowały, że prozdrowotne działanie antocyjanów wynikało wyłącznie z ich właściwości antyoksydacyjnych. Jednak ostatnie badania oceniły, że antocyjany odgrywają również role na szlakach przeciwzapalnych, sygnalizacji komórkowej i ekspresji genów (Lila et al., 2016).

Antocyjany mają silną zdolność antyoksydacyjną, dzięki czemu mogą potencjalnie zapobiegać urazom związanym z wolnymi rodnikami. Ich struktura chemiczna jest odpowiednia do oddawania hydrogenów lub elektronów wolnym rodnikom, jak również do zmiatania i przemieszczania ich przez ich strukturę aromatyczną. Są one w stanie zmiatać szeroki zakres reaktywnych form tlenu (ROO-, O2, O2–, OH-), azotu (NO-) i chloru, a także wolne rodniki alkilowe i peroksylowe, tworząc stabilny rodnik fenoksylowy. Zdolność antyoksydacyjna wynika z obecności grup hydroksylowych w pozycjach 3′ i 4′ pierścienia B, co zapewnia stabilność utworzonego rodnika. Ponadto, wolne grupy hydroksylowe w pozycjach 3 (pierścień C) i 5 (pierścień A) działają jako donory elektronów (Heim et al., 2002). Badania in vitro wykazały, że działanie antyoksydacyjne antocyjanów zależy od ich struktury chemicznej, a efektywność wzrasta wraz ze wzrostem liczby grup hydroksylowych w pierścieniu B. Natomiast aktywność antyoksydacyjna cyjanidyny maleje wraz z obecnością grup glikozydowych w pozycji 3 pierścienia C (Seeram i Nair, 2002). Poza tym, cząsteczka katecholowa w pierścieniu B, jon oksoniowy w pierścieniu C, jak również wzór hydroksylacji i metylacji, acylowania i glikozylacji, wpływają na właściwości przeciwutleniające (Pojer i in., 2013).

Różne badania oceniły, że aktywność oksydacyjna antocyjanów i aglikonów jest równoważna aktywności klasycznych przeciwutleniaczy, takich jak witaminy C i E; wydają się one również lepszymi przeciwutleniaczami niż α-tokoferol (Fukumoto i Mazza, 2000). Ponadto Heinonen et al. (1998) wykazali liniową korelację pomiędzy zawartością antocyjanów a działaniem przeciwutleniającym w niektórych owocach, takich jak jeżyny, czerwone maliny, czarne maliny i truskawki. Badania in vivo przeprowadzone z udziałem zdrowych ochotników wykazały, że dzienne spożycie antocyjanów z miąższu i soku acai wywołuje aktywność antyoksydacyjną w osoczu i moczu (Mertens-Talcott et al., 2008). Ochotnicy przyjmowali 7 mL/kg masy produktów z jagód acai rano po nocnym poście, a próbki osocza i moczu były analizowane w ciągu 12 i 24 godzin po spożyciu, ujawniając wzrost aktywności antyoksydacyjnej.

Zapalenie jest reakcją ochronną tkanek organizmu na szkodliwe bodźce, takie jak patogeny, uszkodzone komórki lub czynniki drażniące. Za stymulację zapalenia odpowiedzialne są enzymy cyklooksygenazy (COX), które przekształcają kwas arachidonowy w prostaglandyny. Ekspresja izozymu COX-1 jest powszechna w większości tkanek, jednak w komórkach objętych stanem zapalnym dochodzi do zwiększenia ekspresji COX-2, a w regulacji tej pośredniczą cytokiny (Bowen-Forbes et al., 2010). Stwierdzono, że ekstrakty bogate w cyjanidyny-3-glukozydy mają wpływ na ekspresję genów regulujących procesy immunologiczne, zapalne i apoptotyczne; efekt ten zaobserwowano, gdy cyjanidyny oddziałują na NF-κB, kompleks białkowy, który ma ważną rolę w aktywności transkrypcyjnej zachodzącej w jądrze (Pascual-Teresa, 2014). Efekt ten został również powiązany z downregulacją COX-2 i syntazy tlenku azotu (iNOS) odpowiedzialnych za odpowiedź przeciwzapalną i immunologiczną na różne czynniki indukujące. Niektóre badania wykazały hamujące działanie antocyjanów: Bowen-Forbes i wsp. (2010) zaobserwowali, że ekstrakty z jamajskich Rubus spp. powodowały umiarkowane działanie hamujące COX (27,5%-33,1%) w stężeniu 100 μg/mL w heksanie w testach in vitro. Intuyod i wsp. (2014) dostarczyli ekstrakt bogaty w antocyjany (cyjanidynę i delfinidynę) chomikom w eksperymencie in vivo i stwierdzili, że antocyjany zmniejszyły akumulację tkanki włóknistej i obniżyły poziom stanu zapalnego, bez wpływu na funkcje motoryczne. Wykazano, że delphinidin i cyanidin hamują ekspresję COX-2, podczas gdy pelargonidin, peonidin i malvidin nie (Pojer et al., 2013).

Zdolność antyoksydacyjna antocyjanów jest związana z ich funkcją zapobiegawczą w różnych chorobach, które są wytwarzane przez obecność reaktywnych gatunków utleniających powodujących uszkodzenia komórek w różnych miejscach, takich jak błony, cytoplazma i jądro. Biorąc pod uwagę ich aktywność przeciwzapalną, antocyjany mogą uczestniczyć w leczeniu chorób związanych z zapaleniem tkanek. Korzyści zaobserwowano w zapobieganiu lub leczeniu niezakaźnych chorób przewlekłych, takich jak zmiany sercowo-naczyniowe, neurologiczne i poznawcze, nowotwory, otyłość lub cukrzyca, a także inne procesy patologiczne, takie jak starzenie się lub zmiany wzroku.

Właściwości antymutagenne i antykancerogenne antocyjanów ujawniono w dużej liczbie badań in vitro i in vivo. Zapobieganie rozwojowi nowotworów jest niezwykle istotne, a identyfikacja związków, które mogą hamować namnażanie się komórek nowotworowych może być kluczowym procesem. W tym celu należy kontrolować produkcję wodoronadtlenku lub wzrost syntezy DNA. Zdolność antyoksydacyjna antocyjanów została wykazana w celu zmniejszenia poziomu wodoronadtlenku w badaniach in vivo, gdy szczury były utrzymywane na diecie z niedoborem witaminy E przez 12 tygodni w celu zwiększenia podatności na uszkodzenia oksydacyjne, a następnie ponownie uzupełnione ekstraktami antocyjanidyn. Spożywanie antocyjanów poprawiło zdolność antyoksydacyjną osocza i zmniejszyło stężenie wodoronadtlenku i 8-okso-deoksyguanozyny w wątrobie, które są wskaźnikami peroksydacji lipidów i uszkodzenia DNA, odpowiednio (Ramírez-Tortosa et al., 2001).

Różne badania oceniły, że niektóre ekstrakty z jagód i wyizolowane antocyjany pomagają zapobiegać zmianom neurologicznym i poznawczym. It has been hypothesized that anthocyanins may exert protective effects on cognition, including memory and executive processing, either through a direct effect on brain function or indirectly by reducing blood pressure (Kent et al., 2017). Antocyjany przekraczają barierę hematoencefaliczną i przyłączają się do cząsteczki DNA w hipokampie i korze mózgowej, stabilizując ją w ten sposób przed uszkodzeniem oksydacyjnym (Passamonti i in., 2005). Shukitt-Hale i wsp. (2005) wykazali, że zachowanie poznawcze i funkcje neuronów mogą ulec poprawie, gdy uzupełni się dietę szczurów o truskawki i borówki. Kent et al. (2017) wykazali, że codzienne spożywanie soku wiśniowego bogatego w antocyjany poprawiło płynność słowną, a także pamięć krótkotrwałą i długotrwałą 49 starszych dorosłych (+ 70 lat) z łagodną do umiarkowanej demencją.

Zasugerowano, że antocyjany mają zdolność do poprawy wzroku, w następstwie kilku sposobów: (i) poprawa widzenia nocnego poprzez zwiększenie pigmentów siatkówki; (ii) poprawa krążenia w obrębie naczyń włosowatych siatkówki; (iii) zmniejszenie degeneracji i retinopatii cukrzycowej; (iv) zapobieganie jaskrze i innym chorobom wzroku (Pojer et al., 2013). Ohgami i wsp. (2005) podawali ekstrakty bogate w antocyjany szczurom z wadą wzroku, obserwując zmniejszenie stanu zapalnego i wzrost ostrości widzenia. Ostatnio Nakamura i wsp. (2014) oceniali wpływ delficyny 3,5-O-diglukozydu, zawartej w maqui berry, w profilaktyce choroby suchego oka. Stwierdzono, że antocyjanina tłumiła powstawanie reaktywnych form tlenu z tkanki gruczołów łzowych i zachowała wydzielanie łez.

Otyłość jest chorobą zapalną związaną z zaburzeniem równowagi wlotu/wylotu energii i charakteryzuje się nadmiernym nagromadzeniem tkanki tłuszczowej; przerost tkanki tłuszczowej prowadzi do dysfunkcji metabolicznych poprzez produkcję adipocytokin. Cukrzyca typu 2 związana jest z niedoborem insuliny, co powoduje wysoki poziom glukozy we krwi. Antocyjany wchodzą w interakcję z adiponektyną, która jest jedną z najważniejszych adipocytokin, łagodząc dysfunkcję adipocytów (Jamar i wsp., 2017; Gowd i wsp., 2017). Tsuda i współpracownicy (2004, 2006) eksperymentowali z adipocytami wyizolowanymi z tkanki tłuszczowej szczurów i ludzi, obserwując, że antocyjany zwiększają wydzielanie adipocytokin (adiponektyny i leptyny), choć mechanizm powinien zostać wyjaśniony. Z drugiej strony wykazano, że duża liczba polifenoli, w tym cyjanidyna, hamuje syntezę α-glukozydazy, która jest jednym z kluczowych enzymów odpowiedzialnych za trawienie węglowodanów pokarmowych do glukozy. Inhibicja obniża stężenie glukozy we krwi, a tym samym ryzyko wystąpienia cukrzycy (Tadera i in., 2006).

Zdolność antyoksydacyjna antocyjanów jest odpowiedzialna za ich właściwości przeciwstarzeniowe, ponieważ najbardziej akceptowaną teorią starzenia się jest uszkodzenie DNA, białek, lipidów i innych składników komórkowych przez wolne rodniki/stres oksydacyjny (Soto i in., 2015). W kilku badaniach wykazano wpływ spożycia antocyjanów w zapobieganiu starzenia się skóry i mózgu (Rojo i in., 2013; Soto i in., 2015; Wei i in., 2017).

.