A klorogénsav alkalmazása a cukorbetegség és szövődményei ellen

Abstract

A klorogénsav (CA) egy fenolos vegyület, amely gyakran megtalálható az emberi növényi alapú étrendben. A CA számos hagyományos kínai gyógyászati készítmény fő összetevője, és az elmúlt években megállapították, hogy hipoglikémiás, hipolipidémiás, gyulladáscsökkentő, antioxidáns és egyéb farmakológiai tulajdonságokkal rendelkezik. Konkrétan a CA enyhíti a diabetes mellitus (DM) hatásait és megelőzi azt. Ezenkívül a CA jótékonyan hat a cukorbetegségből eredő szövődmények, például a diabéteszes nefropátia (DN), a diabéteszes retinopátia (DR) és a diabéteszes perifériás neuropátia (DPN) ellen is. A következőkben áttekintjük a CA alkalmazását a DM és szövődményeinek megelőzésében és kezelésében, hátteret biztosítva a további kutatásokhoz és az orvosi felhasználáshoz.

1. Bevezetés

A klorogénsav (CA), más néven 5-kávéoilkininsav (5-CQA) , a hidroxifahéjsavak családjába tartozik, és kávésavból és kininsavból képződik . A CA a növényekben az aerob légzés során a sikiminsav-útvonalban keletkezik. Ez a vegyület nemcsak az élelmiszerek, hanem a hagyományos kínai gyógyászati készítmények összetevője is . Ez utóbbiban hipoglikémiás , hipolipidémiás , antibakteriális , antioxidáns és gyulladáscsökkentő hatást fejt ki. Ebben az összefüggésben a CA hipoglikémiás és hipolipidémiás hatásai felkeltették a figyelmet, különösen a diabetes mellitus (DM) megelőzésében és kezelésében való lehetséges alkalmazásuk miatt. A DM olyan anyagcsere-betegség, amelyet kóros inzulinműködés okoz, és amelyet hiperglikémia jellemez. Fő altípusai: (1) az 1-es típusú, abszolút inzulinhiánnyal járó, és (2) a 2-es típusú, vagy nem inzulinfüggő DM, relatív inzulinhiánnyal és rezisztenciával járó.

Az Egészségügyi Világszervezet becslései szerint a DM világszerte 366 millió beteget érint, és ez a szám 2030-ra várhatóan 500 millióra nő . A DM a stroke, a szívbetegségek és a vesebetegségek magas kockázati tényezője, így súlyosan befolyásolja az életminőséget és súlyosan korlátozza a társadalmi és gazdasági fejlődést . Annak ellenére, hogy számos tanulmány számolt be a CA alkalmazásáról a DM és szövődményei ellen, ezek a tanulmányok nem voltak szisztematikusak, és az információk szétszórtak a szakirodalomban. Jelen áttekintés célja ezen információk rendszerezése a további kutatómunka és az orvosi felhasználás érdekében.

2. A CA alkalmazása a DM megelőzésére és kezelésére

2.1. A CA alkalmazása a DM megelőzésére és kezelésére. A CA hatása a glükózanyagcserére

A DM legfőbb jellemzője a tartós hiperglikémia. A DM kialakulásakor a β szigetsejtek folyamatosan és túlzottan inzulint választanak ki a vércukorszint csökkentése érdekében, ami végül a β szigetsejtek károsodását okozza és súlyosbítja a hiperglikémiát. Tartós hiperglikémia esetén a glükóztoxicitás DM krónikus szövődményeket okoz. A CA bizonyítottan csökkenti az éhomi vércukorszintet; például amikor 15 csökkent glükóztoleranciájú betegnél napi háromszor 400 mg CA-t alkalmaztak 12 héten keresztül, egy randomizált, kettős vak, placebo-kontrollált klinikai vizsgálatban . Más klinikai vizsgálatokban a CA-tartalmú zöld kávébab-kivonat 21 anyagcsere-betegségben szenvedő betegnél csökkentette az éhomi vércukorszintet, amikor a kivonatot napi kétszer 400 mg kapszulában adták be összesen 8 héten keresztül . Továbbá, a nagyrészt CA-t tartalmazó zöld kávébabkivonattal kezelt, magas zsírtartalmú étrenden élő egerek vércukorszintje hat hét után jelentősen alacsonyabb volt, mint a kontrollcsoporté, amikor a kivonat elérte a 100 mg/testtömegkilogrammot . Egy másik vizsgálatban 2. típusú DM-ben szenvedő patkányokat 11 napig kezeltek CA-tartalmú eperfa levélkivonattal, rutinnal vagy izoquercitrinnel. Míg az eperfa levélkivonat, a CA és a rutin jelentősen csökkentette a kezelt patkányok vércukorszintjét, az izoquercitrin nem mutatott nyilvánvaló hipoglikémiás hatást, ami arra utal, hogy az eperfa levélkivonatban megfigyelt hipoglikémiás hatás több mint 50%-a a CA-nak és a rutinnak tulajdonítható. Emellett alacsonyabb éhgyomri vércukorszintet és emelkedett izomglikogént találtak laboratóriumi db/db egerekben, amikor 12 héten keresztül 80 mg/kg/nap dózisú CA-t adtak be fecskendezéssel . A CA-nak a posztprandiális vércukorszintre gyakorolt hatását vizsgáló tanulmány során Tunnicliffe és munkatársai megállapították, hogy az étkezés után 60 percig CA-val kezelt patkányok vércukorszintje jelentősen alacsonyabb volt, mint a placebóval kezelt patkányoké. Végül a normálisnál alacsonyabb vércukorszintről számoltak be, amikor sztreptozotocin-nikotinamid indukálta DM patkányokat kezeltek CA-val 5 mg/kg/nap dózisban 45 napon keresztül, a kezelt és a kontroll patkányoknál 105,2 és 282,28 mg/dl szinteket mértek.

2.2. A CA hatása a lipidtartalomra

A diszfunkcionális lipidanyagcsere jól ismert magas kockázati tényező a DM-ben , és számos jelentés kiemelte a CA lipidanyagcserét javító hatását. A magas glükóz- és zsírtartalmú étrendnek kitett Wistar patkányoknál a CA javította a lipidanyagcserét, csökkentette a súlygyarapodást, a máj súlyát, a mesenterium és a mellékhere zsírjának súlyát, a máj koleszterin-, triglicerid-, szabad zsírsav- és plazma szabad zsírsavtartalmát . Hasonló megfigyelésekről számoltak be más állatkísérletekben a súlygyarapodás, a máj súlya és a plazma szabad zsírsavai tekintetében , és magas zsírtartalmú étrendnek kitett egerekben a zöld kávébabkivonat, amely nagyrészt CA-t tartalmaz, csökkentette a plazma trigliceridszintjét, az alacsony sűrűségű lipoproteineket és a magas sűrűségű lipoproteineket. Ong és munkatársai arról számoltak be, hogy a 14 napon keresztül 250 mg/kg/nap dózisban CA-val kezelt db/db egereknél a kontrollcsoporthoz képest jelentősen csökkent az összkoleszterin, a trigliceridek és a szabad zsírsavak szintje a plazmában. Ezenkívül a máj hisztomorfológiája azt mutatta, hogy a CA gátolta a zsírrészecskék képződését a kezelt egerek hepatocitáiban.

A magas glükóz- és zsírtartalmú étrendnek kitett SD-patkányoknál a CA drámaian csökkentette az összkoleszterin, az alacsony sűrűségű lipoprotein, a magas sűrűségű lipoprotein plazmában és a máj lipidtartalmát , de nem volt hatással a trigliceridekre. Ez ellentétben áll egy másik jelentéssel, amely éppen az ellenkezőjét állította; a CA hatását a trigliceridekre, de nem csökkentette a szabad zsírsavakat és az összkoleszterint a vérben, a májban vagy az izomban.

Egy vizsgálatban, amely a CA és a tetrahidrokurkumin hatását vizsgálta DM patkányok vérlipidjeire, a CA jelentősen csökkentette a koleszterin, trigliceridek, szabad zsírsavak, nagy sűrűségű lipoproteinek, kis sűrűségű lipoproteinek, nagyon kis sűrűségű lipoproteinek tartalmát a plazmában, valamint a máj és a vese lipidjeit . Végül, magas zsírtartalmú étrenddel táplált aranyhörcsögöknél a CA gátolta a súlygyarapodást azáltal, hogy csökkentette a zsigeri zsír, a plazma triglicerid-, összkoleszterin-, szabad zsírsav-, nagy sűrűségű lipoprotein- és kis sűrűségű lipoprotein-tartalmát, valamint a triglicerid- és összkoleszterintartalmat a májban és a szabad zsírsavtartalmat az izmokban .

2.3 . A CA hatása az inzulinszekrécióra és az inzulinrezisztenciára

A jelentések szerint a CA enyhíti az inzulinrezisztenciát, amely a DM közvetlen oka . Egy klinikai vizsgálatban , a CA-val 12 héten keresztül kezelt betegek éhomi vércukorszintjének és inzulinszekréciójának csökkenése arra utalt, hogy a CA javíthatja az inzulinrezisztenciát és fokozhatja az inzulinérzékenységet. Egy másik klinikai kísérletben azonban a CA nem növelte a glükagonszerű peptid-1 és a glükózfüggő inzulinstimuláló hormon szekrécióját. A CA-val előkezelt β-sejteken végzett kísérletek azt mutatták, hogy a 4 mM vagy 10 mM glükózt tartalmazó közegben történő tenyésztés után az inzulinszekréció megnövekedett . Egy másik kísérletben az INS-1E inzulinszekretáló sejtvonallal és patkány Langerhans-szigetsejtekkel az inzulinszekréció serkentését figyelték meg 50 μg/ml CA-val történő kezelés után; a hatás közel állt az 5 mM glükóz által okozott hatáshoz, míg 8,3 mM glükózban a CA jelentősen növelte az inzulinszekréciót . A magas zsírtartalmú étrendnek kitett és 20 héten keresztül 50 mg/kg CA-t kapott patkányoknál az inzulinszekréció növekedése és az inzulinrezisztencia javulása volt megfigyelhető . A magas zsírtartalmú diétával indukált elhízott egerek és a spontán elhízott egerek CA-kezelése is csökkentette a hiperinsulinaemiát és fokozta az inzulinérzékenységet, ami arra utal, hogy a CA javíthatja az elhízással összefüggő inzulinrezisztenciát . A magas zsírtartalmú tejnek kitett egereknél a CA növelte az inzulinérzékenységet és csökkentette az inzulinrezisztenciát . Végül, amikor elhízott egereket magas zsírtartalmú étrendnek tettek ki, a CA-t tartalmazó zöld kávébab kivonat adagolása dózisfüggő módon csökkentette az inzulinrezisztenciát . Más klinikai kísérletek azonban azt mutatták, hogy a máj inzulinrezisztenciájának rövid távú fruktóz-túladagolás által okozott, kávé által kiváltott, megfigyelt csökkenése nem a CA-nak vagy a koffeinnek, hanem más, nem azonosított aktív vegyületeknek tulajdonítható .

2.4 . A CA hatása a glükóz- és lipidanyagcserében szerepet játszó enzimek aktivitására

A glükóz- és lipidanyagcseréhez kapcsolódó enzimek aktivitása és természetes termékekkel történő szabályozásuk a DM megelőzésének és kezelésének kutatási fókuszába került . In vitro a CA modulálja a glükóz anyagcserében részt vevő enzimek aktivitását. Valóban, 100 μg/ml CA kompetitíven gátolta az α-amilázt, 75%-kal csökkentve annak aktivitását, hasonlóan az akarbóz gátló hatásához, ami összhangban van az Oboh és munkatársai eredményeivel. A CA gátolta az α-glükozidáz aktivitását is, de ez a hatás sokkal gyengébb volt, mint az akarbózé. Más in vitro vizsgálatok kimutatták, hogy a CA kompetitíven gátolja a glükóz-6-foszfatázt a májban és csökkenti a máj glikogén hidrolízisét, így hozzájárul a DM megelőzéséhez és kezeléséhez .

Egy korábbi vizsgálatban kimutatták, hogy a CA által megfigyelt gátlásért a 4-kaffeoil csoport felelős . A CA gátolta a sertés hasnyálmirigy α-amiláz (PPA) mindkét izoenzimjét, a PPA-I-t és a PPA-II-t, ami arra utal, hogy az α-amiláz inhibitorok felhasználhatók a DM megelőzésére és kezelésére. A CA modulálhatja a lipidanyagcserében részt vevő enzimek aktivitását is. Wenna és munkatársai kimutatták, hogy az Eucommia ulmoides CA-tartalmú kivonata vagy a tiszta CA csökkentette a lipid és a koleszterin bélrendszeri felszívódását és további átalakulását, valamint a máj koleszterinszintézisét is. Ebben a vizsgálatban azonban a hasnyálmirigy-lipáz aktivitásának gátlása erősebb volt az Eucommia ulmoides kivonat esetében, mint a kontroll CA azonos koncentrációja esetén, ami arra utal, hogy a kivonat más hatékony szinergista összetevőket is tartalmazhat. Végül, a magas zsírtartalmú étrendnek kitett elhízott egerekben a CA a zsírsav-szintáz, a HMG-CoA reduktáz és a koleszterin-aciltranszferáz aktivitásának gátlásával szabályozta a lipidanyagcserét.

2.5. A CA hatása a DM jelátviteli útvonalakra

Az inzulin közvetíti a glükóz anyagcserét a szervezetben, és biológiai aktivitását a receptorokkal való kölcsönhatás után fejti ki. A jel ezután elsősorban egy tirozin-kináz útvonalon keresztül jut el a sejt belsejébe. Az inzulin jelátvitelben az inzulinreceptor szubsztrát (IRS), a foszfatidil-inozitol-3-kináz (PI3K) és a szerin/treonin kináz (Akt), valamint a glükóz transzporter (GLUT) vesz részt, amelyek az inzulinrezisztencia molekuláris mechanizmusával kapcsolatos jelenlegi kutatások fókuszában állnak .

A Sonchus oleraceus fő fenolsava, amely javította az inzulinérzékenységet a HepG2 sejtekben . Emellett csökkentette a magas inzulinkoncentráció által okozott IRS-1 expresszió csökkenését, megakadályozta a PI3K/Akt útvonal inaktiválódását, és megakadályozta a GLUT4 szintjének magas glükóz expozíció után megfigyelt csökkenését is. Ezek az eredmények összhangban vannak Liang és munkatársai eredményeivel, ahol a korábban magas zsírtartalmú tejnek kitett, CA-val kezelt egerek a GLUT-4 mRNS-szint növekedését mutatták a vázizomzatban. A Sonchus oleraceusból származó fenolsav-kivonatban a CA-n kívül azonban más komponensek is felelősek lehetnek ezért a hatásért. Hasonlóképpen, hogy a tirozin-kináz útvonalra gyakorolt hatást a CA vagy más komponensek fejtik-e ki, továbbra sem ismert.

A magas zsírtartalmú étrendnek kitett patkányok bélszegmenseiben Peng és munkatársai kimutatták a GLUT2 downregulációjának elnyomását a CA beadása után. Az állatkísérletek továbbá azt mutatták, hogy ezt a downregulációt a CA által elősegített adenozin-5-monofoszfát-aktivált protein kináz (AMPK) aktiválása közvetíthette. Ezek a szerzők valóban kimutatták, hogy a CA elősegítette az AMPK és az Akt foszforilációját, hogy növelje a GLUT4 plazmamembránokba történő szállítását, és ezáltal megkönnyítse a glükóz szállítását. Valójában a GLUT4 transzport nem volt megfigyelhető az AMPKa1/2 kiütése vagy az AMPK gátlása után. Kimutatták azt is, hogy a CA elősegíti a GLUT4 expresszióját és transzlokációját, végül gátolja a máj glükóztermelését, de ez a gátlás eltűnt az AMPK gátlása vagy kiütése után . Mindazonáltal a CA metabolitja, a kávésav, és nem maga a CA lehet végső soron felelős az AMPK aktiválásáért a vázizomzatban a glükóztranszport elősegítése érdekében.

2.6. A CA hatása az oxidatív stresszre és a gyulladásos válaszra

Az oxidatív stressz és a gyulladásos válasz kulcsfontosságú tényezők a 2. típusú DM kialakulásában és fejlődésében . Ezek a tényezők a β szigetsejtek károsodását eredményezik , felgyorsítják az inzulinrezisztenciát , és fokozzák a DM-hez kapcsolódó szövődmények kialakulását . Ezért a DM megelőzésének és kezelésének előnyös lenne az oxidatív stressz és a gyulladásos válasz enyhítése.

A DM modell patkányoknál a CA beadása csökkentette a lipid hidrogén-peroxid tartalmát és növelte a vérben lévő nem enzimatikus antioxidánsok, mint a glutation (GSH), C-vitamin, E-vitamin és ceruloplazmin tartalmát , ami arra utal, hogy a CA véd a streptozotocin-nicotinamid-indukált oxidatív stressznek kitett DM ellen. A májban és a vesében a CA csökkentette a tiobarbitursavval reagáló anyagok és a hidroperoxid szintjét, és fokozta a szuperoxid-dizmutáz (SOD), a kataláz (CAT), a glutation-peroxidáz (GSH-Px) és a glutation-S-transzferáz (GST) aktivitását. A májban és a fehér zsírszövetben a CA gátolta az F4/80 és a CD68 fehérje- és mRNS-expresszióját, és enyhítette a gyulladásos választ . Ezenkívül a CA védőhatást gyakorolt a sztreptozotocin (STZ) hatásának kitett inzulinszekretáló-IE (INS-1E) sejtekre . Ebben a vizsgálatban a CA elősegítette az INS-1E sejtek inzulinszekrécióját, és növelte a GSH-tartalmat és a GSH-Px aktivitást. Emellett csökkentette a reaktív oxigénfajok (ROS) termelését és a sejtek STZ által okozott morfológiai változásait, így védte a β-sejteket.

3.1. A CA hatása a diabéteszes nefropátiára (DN)

A DN a DM egyik leggyakoribb mikrovaszkuláris szövődménye és egyben a DM betegek egyik fő halálozási oka . Történt néhány kísérlet a CA alkalmazására a DN megelőzésében és kezelésében. Kísérleti DM patkányokban a CA csökkentette a vese malondialdehid (MDA) szintjét, növelte a SOD és GSH-Px aktivitást, és csökkentette az oxidatív stresszel és a gyulladásos válasszal kapcsolatos faktorok (IL-6, TNF-α és IL-1β) expresszióját a vesében . Ebben a vizsgálatban a patológiai vizsgálat megállapította, hogy a CA csökkentette a glomeruláris hipertrófiát és a mezangiális mátrix kiterjedését. Egy másik állatkísérlet összhangban volt ezekkel az eredményekkel, azt mutatta, hogy a CA fokozta a SOD, GSH-Px és CAT aktivitást a vesében, csökkentette az MDA-szintet, lecsökkentette a ciklooxigenáz 2 (COX-2) fehérje expresszióját, és csökkentette a mezangiumsejtek proliferációját és mezangium-expanzióját. Így a fenti eredmények arra utalnak, hogy a CA megelőzheti és kezelheti a DN-t azáltal, hogy enyhíti az oxidatív stresszt és a gyulladásos választ a vesében.

3.2. A CA hatása a diabéteszes retinopátiára (DR)

A DR a DM mikrovaszkuláris szövődménye, amely világszerte a látásromlás fő oka a középkorú és idős embereknél . Ezért a CA szerepe a DR megelőzésében és kezelésében intenzív kutatás tárgyát képezi. A DM egerek kezelése lonckivonattal, amelyről nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiával kimutatták, hogy főként CA-t tartalmaz, elnyomta az STZ által kiváltott retina vaszkuláris proliferációt és csökkentette a szérumban a vaszkuláris endotél növekedési faktor (VEGF) tartalmát . Továbbá, sejtes és állatkísérletekben a CA ellensúlyozza a hipoxia-indukálható faktor 1-α hatását, és csökkenti a VEGF expresszióját a DR során, így javítja a retina neovaszkularizációját. Ezek az eredmények összhangban vannak a differenciálódási klaszterek retinális immunfluoreszcens festésével és a szövettani megfigyelésekkel . Ezenkívül DM patkányokban a CA javította az occludin, egy szoros kötésfehérje és a vér-retinális gát egyik összetevőjének csökkenését, és gátolta a VEGF-ek kifejeződését . Összességében a fenti eredmények azt mutatják, hogy a CA enyhítheti a DR hatását a retina éráteresztő képességével összefüggésben.

3.3. A CA hatása a diabéteszes perifériás neuropátiára (DPN)

A DM egyik leggyakoribb krónikus szövődménye a diabéteszes szisztémás betegség, amely elsősorban perifériás neuropátiában nyilvánul meg . Ezért a vizsgálatok a CA diabéteszes neuropátiára gyakorolt hatására irányultak. DM egerekben a CA javította a külső hallójárat hallási funkcióját, enyhítette a központi hallójárat diszfunkcióját, hozzájárult a cochleáris külső szőrsejtek sérülésének helyreállításához, megelőzte a neuromát és védte a fülszőrsejteket . Ezek a hatások összhangban vannak a CA hallásfunkciót javító hatásával. Továbbá, egy mechanikus karomnyomás teszt segítségével a CA hatékonyan enyhítette a DM által kiváltott neuropátiás fájdalmat, valószínűleg a vércukorszint csökkentésén és az oxidatív stressz enyhítésén keresztül .

4. Összegzés és kilátások

A CA egy olyan természetes termék, amely számos forrásból nyerhető, és széles farmakológiai skálával rendelkezik. A meglévő hipoglikémiás gyógyszerekkel összehasonlítva alacsony toxicitással vagy mellékhatásokkal rendelkezik. Multiszisztémás és multicélú farmakológiai hatásai miatt a CA hasznos klinikai gyógyszerré válhat a DM-re jellemző komplex patogenezis és a kapcsolódó szövődmények kezelésében. A jelen áttekintés azonban azt mutatja, hogy a CA e célra történő alkalmazása még mindig számos korlátot tartalmaz. Először is, annak ellenére, hogy a CA-t különböző körülmények között alkalmazzák a DM megelőzésére és kezelésére, a hatásmechanizmus és a specifikus célpontok továbbra is tisztázatlanok. Másodszor, a DM-ben alkalmazott CA adagolását további bizonyítékokkal kell megerősíteni. Harmadszor, a korábbi erőfeszítések csak a DN-re, DR-re és DPN-re összpontosítottak, de ezek a vizsgálatok nem foglalják magukban a diabéteszes cerebrovaszkuláris betegségeket és a diabéteszes szívbetegségeket. Negyedszer, lehetőség van a CA nyugati hipoglikémiás gyógyszerekkel vagy más hagyományos kínai gyógyszerekkel való kombinált alkalmazására. Ezek csökkentett toxicitást és fokozott hatékonyságot eredményezhetnek a DM legkiemelkedőbb hatásának, a vércukorszintnek a megtámadásában. Végül, a CA mint a DM megelőzésére és kezelésére szolgáló új gyógyszer kifejlesztéséhez a stabilitás, az oldhatóság és az orális abszolút biológiai hozzáférhetőség javítása szükséges.

Érdekütközések

A szerzők kijelentették, hogy nincsenek érdekellentétek.

Megköszönések

Ezt a munkát a Hunan tartományi oktatási osztály tudományos kutatási alapja (No. 17C0123) és a Hunan tartományi egészségügyi és tervezési üzleti bizottság tudományos kutatási alapja (No. C2017010) támogatta. A szerzők köszönetüket fejezik ki az EditSprings (https://www.editsprings.com/) cégnek a nyelvi szakértői szolgáltatásokért.