A resveratrol és emberi metabolitjai - hatások a metabolikus egészségre és az elhízásra

Margherita Springer

1 Nestle Egészségtudományi Intézet, Nestle Research, EPFL Innovation Park, H épület, 1015 Lausanne, Svájc; [email protected]

2 TUM Graduate School, Müncheni Műszaki Egyetem, 85748 München, Németország

Sofia Moco

1 Nestle Egészségtudományi Intézet, Nestle Research, EPFL Innovation Park, H épület, 1015 Lausanne, Svájc; [email protected]

Absztrakt

A resveratrol az egyik legszélesebb körben tanulmányozott polifenol, és rengeteg metabolikus hatást tulajdonítottak neki, amelyek potenciálisan egészségügyi előnyökkel járnak. Alacsony biohasznosulása és kiterjedt metabolizmusa miatt a resveratrol alkalmazásával végzett klinikai vizsgálatok nem mindig replikálták in vitro megfigyeléseket. Ebben az áttekintésben az emberi anyagcserét és a resveratrol biotranszformációját, valamint a molekuláris hatásmechanizmusokat tárgyaljuk a metabolikus egészség és az elhízás összefüggésében. A resveratrolról úgy írták le, hogy utánozza a kalóriakorlátozást, ami javítja az edzés teljesítményét és az inzulinérzékenységet (növeli az energiafelhasználást), valamint testzsírcsökkentő hatással bír az adipogenezis gátlásával és a zsírszövetben a lipid mobilizáció fokozásával. Ezek a több szervet érintő hatások a resveratrolt elhízás elleni bioaktív anyagként jelentik, amely potenciális terápiás alkalmazásra képes.

1. Bemutatkozás

A resveratrol (3,5,4′-trihidroxi-transz-stilbene, RSV, 1.1. Ábra) az egyik legszélesebb körben vizsgált polifenol, több mint tízezer jelentéssel az irodalomban. Ez a stilbene az évek során felkeltette az érdeklődést a népi kultúra iránt potenciális, ugyanakkor gyakran ellentmondásos egészségügyi előnyei miatt. Az RSV-t először a fehér hellebore (Veratrum grandiflorum Loes. Fil.) Gyökereiben fedezték fel 1939-ben [1], annak ellenére, hogy leginkább a vörösborban jelenlévő fitoalexinnek ismerik el [2]. Amikor az epidemiológiai vizsgálatok kimutatták a bor kardioprotektív előnyeit [3,4], az RSV-vel való összefüggés következett [5], megnyitva ezzel a teret számos tudományos kutatás előtt. Az RSV-t azóta azonosították: rák kemoprotektív [6], gyulladáscsökkentő [7], javítja az érrendszer működését [8], meghosszabbítja az élettartamot és javítja az öregedéssel kapcsolatos fenotípusokat [9,10], szemben állva a magas fokú kalória-étrend [11], utánozva a kalória-korlátozás hatásait [12], javítva a sejtek működését és általában az anyagcsere-egészséget [13].

Resveratrol és jelentett emberi metabolitok: (1) transz-resveratrol (RSV); (2) transz-rezveratrol-3-O-szulfát; (3) transz-rezveratrol-4’-O-szulfát; (4) transz-rezveratrol-3,4’-O-diszulfát; (5.) transz-rezveratrol-3-O-glükuronid; (6.) transz-rezveratrol-4’-O-glükuronid; (7) dihidroreszveratrol (DHR); (8.) 3,4’-O-dihidroxi-transz-stilbenbén; és (9.) lunularin (lásd még az 1. táblázatot).

Annak ellenére, hogy az RSV-t széles körben tanulmányozták mind in vitro, mind in vivo, hatásmechanizmusa továbbra is megfoghatatlan. Az in vitro vizsgálatok során kiderült számos hatás közül a legtöbb nem képes reprodukálni in vivo [14,15]. A tanulmányok között az ilyen nem reprodukálhatóság oka sokféle. Ennek egyik oka farmakokinetikája, mivel az emberekben az RSV nagy mértékben felszívódik orálisan (

70%), mégis szisztémás biohasznosulása gyenge (

0,5%) [16]. A radioaktív vizsgálatokban és más vizsgálatokban kimutatott, a szövetekben való felhalmozódás mellett az RSV-szulfát- és glükuronid-konjugátumokként történő gyors metabolizmus is bekövetkezik [16,17,18]. Továbbá az RSV orális bevitele esetén az egyének közötti válaszok széles skálája ismert az emberekben, és számos élelmiszer-bioaktív anyag közös jellemzője [19,20]. A bél mikrobiota [20,21] és a genetikai háttér [22,23], beleértve az enzim regioszelektivitást [24], a válaszok variációjának egyik lehetséges forrása. Ezzel szemben az in vitro vizsgálatok olyan mechanisztikus hatások tömbjét írták le, amelyek vitát váltanak ki, figyelembe véve az alkalmazott nem fiziológiai koncentrációkat, valamint az RSV-metabolitok hozzájárulásának mellőzését [25].

Annak ellenére, hogy az RSV-t széles körben tanulmányozták és számos előnnyel jár, sok nyitott kérdés marad, például: (i) az RSV aktivitása a nanomól-tartományban, vagy az emberi metabolitjai az alacsony mikromoláris tartományban; ii. ezeknek a célszövetekben való felhalmozódásának szintje, amely képes biológiai hatást kiváltani; (iii) orális dózist kap, amely előnyös szervek azok a tevékenységi helyek, amelyekben állapotok vagy betegségek vannak; (iv) fiziológiai körülmények között melyik és hány fehérje célpont modulálódik; (v) hogyan szaporodnak ezek a hatások az egyének és a populációk körében; és (vi) hogyan lehet modulálni az RSV-t terápiásán. Ebben az áttekintésben külön megvitatjuk az RSV-anyagcsere szerepét a hatásmechanizmus jobb megértése érdekében, különös hangsúlyt fektetve annak lehetséges hatásaira az anyagcsere-egészség és az elhízás kezelésében.

2. A resveratrol emberi metabolizmusa

Fitoalexinként az RSV szintje nagyban változik az élelmiszerforrások, az évszakok és a tételek között. Bizonyos ételek természetesen gazdag RSV-kben, például bor, földimogyoró és válogatott teák; az étrendi források RSV-tartalma azonban az alacsonyabb milligramm tartományban marad [30]. Az RSV magasabb szintjének adagolásához étrend-kiegészítők állnak rendelkezésre a nyílt piacon ajánlott napi adagokban, magas milligramm és gramm szint között [31]. Amint az RSV belép a gyomor-bél traktusba, gyors és kiterjedt biotranszformációt szenved, különböző szervekbe történő eloszlással (2. ábra), ami következményekkel jár biológiai hozzáférhetőségére és aktivitására.

2.1. Az RSV felszívódik és metabolizálódik a célszövetekben

A bél fő feladata az élelmiszer megemésztése, a tápanyagok energiához való hozzáférhetővé tétele, miközben megakadályozza a potenciálisan káros vegyületek felvételét. A bioaktív vegyületeket, például az RSV-t a belek xenobiotikumként érzékelhetik, és ezért a bél hámját transzcelluláris úton keresztezik a vérig [32]. Ez az út a vékonybélben lévő enterocitákon keresztül megy végbe. Az enterociták, más néven abszorpciós hámsejtek, a jelentett RSV-metabolizmus első helyei, miután passzív diffúzióval [33] vagy hordozó által közvetített transzporttal [32] internalizálták őket. Miután az RSV felszívódik az enterocitába, a többi xenobiotikumhoz hasonlóan, a gyógyszer metabolizmusának II. Fázisán megy keresztül, poláris metabolitokat termel, és könnyebben ürül a szervezetben. Pontosabban, az RSV konjugálódik szulfáttal (amelyet szulfotranszferázok, SULT-ok közvetítenek) és glükuronáttal (uridin-5′-difoszfo-glükuronozil-transzferázok, UGT-k közvetítenek).

Asztal 1

Emberi, patkány és egér resveratrol metabolitok orális beadás után különböző biofolyadékokban és szövetekben (lásd az 1. ábra szerkezetét).

MetabolitFajok és szövetek vagy Biofluid [Referencia]

transz-resveratrol	Ember: szérum [41], plazma [15,16,42], vizelet [16,20] Patkány: plazma [43,44,45], máj [44], tüdő [44], agy [44], vese [44] Egér: plazma [18,44,46], máj [18,44,46], tüdő [18,44], agy [44,46], vese [18,44], szív [18,46], gyomor [ 18], nyombél [18], bél [18], izom [18], lép [18], csecsemőmirigy [18], vizelet [18], ürülék [18]
transz-resveratrol-4’-O-glükuronid	Ember: szérum [41], plazma [42], vizelet [42] Egér: plazma [46]
transz-rezveratrol-3-O-glükuronid	Ember: szérum [41], plazma [42], vizelet [16,42] Patkány: plazma [43], máj [47], zsírszövet [47,48], vázizom [47] Egér: plazma [18,46], máj [18,46], tüdő [18], agy [46], vese [18], szív [18,46], gyomor [18], duodenum [18], bél [ 18], izom [18], lép [18], csecsemőmirigy [18], vizelet [18], ürülék [18]
transz-resveratrol-diglukuronid	Ember: plazma [49], vizelet [49] Egér: plazma [46], máj [46]
transz-rezveratrol-3-O-szulfát	Ember: plazma [42], plazma [16], vizelet [16] Patkány: zsírszövet [47,48] Egér: plazma [18,46], máj [18,46], tüdő [18], agy [46], vese [18], szív [18,46], gyomor [18], duodenum [18], bél [ 18], izom [18], lép [18], csecsemőmirigy [18], vizelet [18], ürülék [18]
transz-rezveratrol-4’-O-szulfát	Ember: plazma [42], plazma [16], vizelet [16,42] Patkány: máj [47], zsírszövet [47,48]
cisz-resveratrol-3-O-szulfát	Patkány: zsírszövet [47,48]
tran-rezveratrol-3,4’-diszulfát	Ember: plazma [42] Patkány: zsírszövet [48] Egér: plazma [18], máj [18], tüdő [18], vese [18], szív [18], gyomor [18], duodenum [18], belek [18], izom [18], vizelet [18] ], széklet [18]
transz-resveratrol-glükuronid-szulfát	Egér: plazma [46], máj [46]
dihidroreszveratrol	Ember: vizelet [20], plazma [15] Patkány: máj [47], vázizom [47]
dihidroreszveratrol-glükuronid	Ember: vizelet [16] Patkány: máj [47] Egér: plazma [46], máj [46]
dihidroreszveratrol-szulfát	Ember: vizelet [16] Patkány: máj [47], zsírszövet [47] Egér: plazma [46], máj [46]
dihidroreszveratrol-glükuronid-szulfát	Egér: plazma [46]
3,4’-dihidroxi-transz-stilbenén	Ember: vizelet [20]
lunularin	Ember: vizelet [20]

dőlt: valószínű azonosítás.

2.2. A bél mikrobioma metabolizálja az RSV-t és az RSV befolyásolja a bél mikrobiális összetételét

Az RSV és metabolitjai tovább metabolizálódhatnak a vastagbélben a bél mikrobiotájával (2. B ábra). Itt az RSV metabolitjai hidrolizálódhatnak, regenerálhatják az RSV-t, és további redukciós reakciók történhetnek. Az RSV legjobban leírt mikrobiális metabolitja a dihidroreszveratrol (DHR, 1.7. Ábra, 1. táblázat). A bélbaktériumok képesek az RSV-t DHR-be metabolizálni a két fenolgyűrű közötti kettős kötés csökkentésével. A bélbaktériumok által termelt DHR ezután felszívódhat, konjugálható és kiválasztódik a vizelettel. A DHR mellett a 3,4’-dihidroxi-transz-stil-benzént (1.8. Ábra, 1. táblázat) és a lunularint (1.9. Ábra, 1. táblázat) is azonosították az RSV bélmetabolitjaiként az emberi vizeletben. Nagy különbségeket figyeltek meg az alanyok között, amelyek közül néhány lunularin-, DHR- vagy vegyes termelőnek bizonyult ezen metabolitok szintje szerint [20]. A székletminták 16s rRNS-szekvenálását alkalmazva a lunularin-termelők a Bacteroidetes, Actinobacteria, Verrucomicrobia és Cyanobacteriumok nagyobb mennyiségével és a Firmicutes alacsonyabb mennyiségével társultak, mint akár a DHR, akár a kevert termelők. A Slackia equolifaciens és az Adlercreutzia equolifaciens baktériumtörzsekről, amelyekről korábban nem ismert, hogy metabolizálják az RSV-t, kiderült, hogy az RSV-t DHR-ként metabolizálják [20].

A bélből az RSV mikrobiális metabolitjai felszívódhatnak és eljuthatnak a májba, valamint más szövetekbe a további metabolizmus vagy kiválasztás érdekében. Bizonyos xenobiotikumok, köztük az RSV, közös jellemzője az enterohepatikus keringés, amelyben az RSV-metabolitok a májból az epébe kerülhetnek, és újra a belekbe juthatnak. A vékonybélből az RSV és a metabolitjai hidrolízist szenvedhetnek, mielőtt elérnék a portális keringést és újból a májba szállítanák. Az RSV és a metabolitok kiterjedt jelenléte a véráramban az enterohepatikus keringésnek tulajdonítható [16], 2. ábra B.

2.3. Az RSV biotranszformációja korlátozza a plazma biohasznosulását

Az RSV metabolikus sorsa a szervezetben ezért elterjedt a különböző szövetekben, anyagcseréje gyors és kiterjedt. Patkányokkal végzett preklinikai vizsgálat kimutatta, hogy az RSV csak kis része (1,5%) képes elkerülni a konjugációt és módosulatlanul bejutni a véráramba. Körülbelül 75% belép az enterocitába, míg a fennmaradó 25% közvetlenül kiválasztódik. A sejtbe jutva 60% glükuronidálódik és 13,5% szulfatálódik. Ezek a konjugátumok részben visszatérnek a belekbe (42% glükuronid és 12% szulfát), 17% glükuronidot és 1,5% szulfátot hagyva a véráramban [32,62]. Az RSV-3-O-szulfát (1.2. Ábra) és az RSV-4'-O-szulfát (1.3. Ábra) metabolitok egereknek történő beadása azt mutatta, hogy ezek a metabolitok még alacsony biohasznosulás mellett (14% és 3%) felszívódnak., illetve). Érdekes módon a szabad RSV (2%) regenerálódását figyelték meg a véráramba, ami a membrán transzporter aktivitásától függően a szulfátok in vivo hidrolízisét jelzi [63].

Számos preklinikai és klinikai tanulmány is kimutatta az RSV metabolitokat a plazmában (1. táblázat). A plazmakoncentráció az RSV biológiai hozzáférhetőségének mutatója, és meghatározza a perifériás célszövetek számára elérhető RSV és metabolitok mennyiségét. Humán vizsgálatok tekintetében az RSV plazmakoncentrációját egyszeri (2. táblázat) és ismételt adagolás (3. táblázat) után mértük a 2010 és 2018 közötti vizsgálatok során. A korábbi vizsgálatokat Cottart és mtsai. [64]. Egyszeri vagy ismételt adagolás esetén az RSV csúcsszintje a plazmában nagyon alacsony volt, tekintettel a gyenge biológiai hozzáférhetőségre.

2. táblázat

Beszámolt resveratrol plazmakoncentráció az emberekben egyetlen dózis után (vizsgálatok 2010 után).