Огляд антигіпертензивного та проти ожиріння ефектів вторинних метаболітів морських водоростей
Ана М. Л. Сека
1 cE3c - Центр екології, еволюції та змін навколишнього середовища/Азорська група з питань біорізноманіття та факультет наук і технологій, Університет Азорських островів, Rua Mãe de Deus, 9501-321 Понта-Делгада, Португалія
Діана Ч. Г. А. Пінто
Анотація
1. Вступ
Гіпертонія та ожиріння є ключовими показниками несприятливого стану здоров’я, які мають катастрофічні наслідки для здоров’я. Ожиріння, що визначається як надлишок жиру в організмі, вважається умовою шлюзу для ряду хронічних захворювань і є основним фактором розвитку серцево-судинних та метаболічних розладів, таких як гіпертонія, ішемічний інсульт, резистентність до інсуліну, порушення толерантності до глюкози, гіперінсулінемія та дисліпідемія [1] . Гіпертонія, стан високого кров'яного тиску, який називається "тихим вбивцею", оскільки протягом багатьох років може бути безсимптомним, перш ніж бути клінічно діагностовано, є основним фактором ризику серцево-судинних захворювань, таким як ішемічний та геморагічний інсульт, інфаркт міокарда, серцева недостатність, хронічна хвороба нирок, захворювання периферичних судин, когнітивний спад та передчасна смерть [2]. Хоча існує багато питань без відповіді щодо причин ожиріння та гіпертонії, проте, схоже, вони мають загальні патофізіологічні механізми.
Ожиріння посилює рух симпатичного нерва завдяки гіперінсулінемії та нирковому переносу норадреналіну, які посилюють ниркову канальцеву реабсорбцію натрію та, як наслідок, активні ренін-ангіотензинову систему (РАН) [3,4]. Крім того, в процесі ожиріння спостерігається посилення дисфункції ендотелію та судинний окислювальний стрес, що частково пов’язано з циркулюючими адипокінами (збільшення продукції лептину, зменшення продукції адипонектину), посилення активних форм кисню та зниження доступності оксиду азоту, що разом з ендотеліном та RAS є найважливішими факторами, що регулюють судинний тонус [3,4,5]. Патогенез гіпертонії є багатофакторним і складним, пов’язаний з різними концентраціями натрію та калію в організмі, ожирінням, резистентністю до інсуліну, високим споживанням алкоголю, низьким споживанням кальцію, стресом та захворюваннями старіння. Трьома основними факторами, що визначають артеріальний тиск, є ниркова екскреція натрію (і наслідковий вплив на плазму та загальний об'єм тіла), судинний тонус та серцева діяльність, і ці фактори контролюють серцевий викид, внутрішньосудинний об'єм та системний судинний опір [3,6 ].
З іншого боку, пошук нових препаратів від макроводоростей з фармацевтичним застосуванням у профілактиці та лікуванні гіпертонії та ожиріння передбачає виявлення чистих сполук з морських водоростей, які мають такі властивості. Насправді морські водорості утворюють велику структурну різноманітність дрібних молекул з дуже цікавою біоактивністю. Тут будуть представлені та обговорені найновіші та найсучасніші дослідження чистого вторинного метаболіту бурих, червоних та зелених макроводоростей, які виявляють значну антигіпертензивну та проти ожиріння активність. Ці властивості, безумовно, зроблять їх привабливими для фармацевтичної промисловості як сполуки свинцю при розробці нових кардіопротективних препаратів і, звичайно, звернуть увагу на цінність морських водоростей для здоров’я.
2. Антигіпертензивні сполуки водоростей
2.1. Пептиди
Біоактивні пептиди, отримані з білків макроводоростей, мають кілька корисних фармакологічних властивостей; серед них здатність діяти як гіпотензивні засоби [29]. Пептиди - це найбільш часто досліджувані природні сполуки, що пригнічують активність АПФ I, навіть ті, що виділені з інших джерел, крім макроводоростей [10,30,31]. Прикладами гіпотензивних комерційних пептидів, що генеруються з макроводоростей та із затвердженими Міністерством охорони здоров'я, праці та соціального захисту Японії FOSHU ("харчові продукти для певних цілей здоров'я") є Ameal-S 120 ® (Calpis Co., Ltd., Токіо, Японія) з Японії та Evolus ® (Valio Ltd, Гельсінкі, Фінляндія) з Фінляндії, які знижують артеріальний тиск завдяки наявності в їхній формі інгібіторів АПФ I пептидів IPP (1) і VPP (2) (Малюнок 1) [32]. Інші японські продукти включають желе Вакаме, отримане з макроводорості Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (добре відоме як wakame), яке містить пептиди FY (3), VY (4) та IY (5) (Малюнок 1) та пептид Nori S, отриманий з макроводорості Porphyra yezoensis (відповідно до поточної назви водорості [33] - це Pyropia yezoensis (Ueda) M.S. Hwang & H.G.Choi), що містить пептид AKYSY (6) (Малюнок 1) [29,32,34].
Активні пептидні структури комерційних базових продуктів з морських водоростей, що використовуються для контролю артеріального тиску.
Є дані, що невеликі пептиди розміром від 2 до 20 залишків амінокислот виявили перспективні антигіпертензивні властивості, і цей тип пептидів можна отримати з білкових гідролізатів морських водоростей [35]. Насправді ці пептиди з антигіпертензивним потенціалом виявляються, коли вони вивільняються з материнського білка шлунково-кишковими ферментами, переробкою їжі або ферментацією мікробів [29,35]. Більше того, пептиди, що інгібують АПФ I, повинні виявляти стійкість як до шлунково-кишкових протеаз, так і до пептидаз, що межують з щітками, і транспортуватися цілими до системи кровообігу для збереження фізіологічної активності [35]. Дійсно, Thierney et al. звертає увагу на той факт, що наявність інгібуючої активності АПФ I in vitro не обов'язково корелює з антигіпертензивним ефектом in vivo [36].
Антигіпертензивні пептиди, виділені з Pyropia yezoensis (Ueda) M.S.Hwang & H.G.Choi (син. Porphyra yezoensis) та Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar.
З Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, дуже популярної їжі з морських водоростей у східних країнах, яка містить 15% білка, Suetsuna et al. [42] виділив та встановив амінокислотні послідовності десяти дипептидів з інгібуючою активністю АПФ I. Серед них чотири дипептиди FY (3), IY (5) (Малюнок 1), YH (9) і KY (10) (Рис. 2), демонструють значну активність in vitro, зі значеннями IC50 3,7, 2,7, 5,1 та 7,7 мкМ відповідно [35,42], тоді як KY (10) демонструє найвищий гіпотензивний ефект in vivo (аналіз безперервного перорального прийому з 10 мг/добу/кг маси тіла у спонтанно гіпертонічних щурів), можливо, завдяки більшій стійкості до протеази, ніж до інших дипептидів [42].
Нещодавно було продемонстровано, що тетрапептид PAFG (11) (Малюнок 3) є справжнім інгібітором АПФ I і може ефективно знижувати артеріальний тиск, може застосовуватися перорально та має низьку чутливість до ферментів шлунково-кишкового тракту [43]. PAFG (11) три гідрофобні амінокислотні послідовності на С-кінці можуть сприяти його in vitro потужній неконкурентній інгібуючій активності АПФ I (IC50 35,9 мкМ). Автори стверджували, що PAFG (11) було отримано в результаті гідролізу білка Enteromorpha clathrata, і що ця водорість є однією з найпопулярніших їстівних морських зелених водоростей у країнах Північно-Східної Азії, яка з’являється майже цілий рік [43]. На жаль, морські водорості не визначені належним чином, і в AlgaeBase [33] можна знайти 58 видів з такою ж назвою. Крім того, існують автори, які припускають, що Enteromorpha та Ulva є однаковими родами [44]. Правильна ідентифікація джерела є дуже важливою, але використання позитивного контролю ще важливіше для підтвердження повідомленої діяльності, аспект, який не згадується авторами. Для наших читачів ми можемо запропонувати використання каптоприлу, синтетичного клінічного препарату, який широко застосовується як гіпотензивний засіб, що є дуже ефективним, хоча і має деякі суттєві побічні ефекти [34,45].