Μελέτη του ρόλου συστατικών των στύλων του φυτού Crocus sativus και άλλων ενδημικών ειδών Crocus σε νευροπροστατευτιούς μηχανισμούς με έμφαση στη νόσο του Alzheimer

• Κύριος συγγραφέας: Παπανδρέου, Μαγδαληνή
• Άλλοι συγγραφείς: Μαργαρίτη, Μαριγούλα
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2010
• Θέματα: Κρόκος Κοζάνης; Κροκίνες; Στύλοι; Ακετυλοχολινεστεράση; Μνήμη/Μάθηση; Κυτταρικές σειρές; Οξειδωτικό στρες; Ελεύθερες ρίζες; Νόσος του Alzheimer; Crocus sativus; Crocins; Styles; Acetylcholinesterase; Learning/Memory; Cell lines; Oxidative stress; Free radicals; Alzheimer's disease; 616.831

Στόχος: Η νόσος του Alzheimer (ΝΑ) είναι η πιο κοινή μορφή άνοιας, η παθολογία της οποίας χαρακτηρίζεται εν μέρει από την εναπόθεση ινιδίων που σχηματίζονται από την αμυλοειδική πρωτεΐνη β (Αβ), τα οποία οδηγούν στην καταστροφή των χολινεργικών νευρώνων, πρωτίστως στον εγκεφαλικό φλοιό και τον ιππόκαμπο. Η εκτεταμένη αυτή απώλεια των νευρώνων είναι προοδευτική και έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή γνωστικών εγκεφαλικών λειτουργιών και τη δημιουργία σοβαρότατης, μη αναστρέψιμης άνοιας. Η Αβ-επαγόμενη τοξικότητα συνοδεύεται από ποικίλα γεγονότα, συμπεριλαμβανομένου του οξειδωτικού στρες (O.S) το οποίο χαρακτηρίζεται από αύξηση των επιπέδων των ενεργά αντιδρώντων ειδών οξυγόνου (ROS) όπως το Η2Ο2. Έρευνες αναφέρουν ότι οι τοξικοεπαγόμενες κυτταρικές βλάβες, συνεισφέρουν σημαντικά στην νευροτοξικότητα και την παθολογία της ΝΑ. Με τα πρόσφατα δεδομένα να υποδηλώνουν άμεση συσχέτιση της ΝΑ με την εναπόθεση της Αβ, το οξειδωτικό στρες και την απώλεια της χολινεργικής διαβίβασης, το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας έχει στραφεί, είτε στην ενίσχυση της αντιοξειδωτικής άμυνας του οργανισμού, είτε στη ρύθμιση του μεταβολισμού της αμυλοειδικής προ-πρωτεΐνης ΑΡΡ προς το μη-αμυλοειδογενές μονοπάτι καθώς επίσης και προς την ενίσχυση των μνημονικών διεργασιών. Τα φυσικά προϊόντα αποτελούν πηγή χρήσιμων φαρμακευτικών σκευασμάτων (π.χ. η γαλανταμίνη είναι ένα από τα εγκεκριμένα φαρμακευτικά σκευάσματα για τη ΝΑ) τα συστατικά των οποίων αποτελούν έναυσμα για το σχεδιασμό αποτελεσματικότερων φαρμάκων, σε σχέση κυρίως με τις ανεπιθύμητες δράσεις. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον μεταξύ των φυτών για τον ελλαδικό χώρο έχει το φυτό Crocus sativus L., το οποίο καλλιεργείται στο χωριό Κρόκος της Κοζάνης για τους κόκκινους στύλους του, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρύτατα στη διατροφή ως άρτυμα (κρόκος ή σαφρόν). Ο κρόκος, πέραν των ιδιοτήτων του ως καρύκευμα, αποτελεί ένα φυτικό σκεύασμα με σημαντικές ιατρικές ιδιότητες, το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί κατά κόρον στην παραδοσιακή ιατρική. Οι στύλοι του κρόκου περιέχουν ασυνήθιστα υδρόφιλα καροτενοειδή, τις κροκίνες, οι οποίες είναι γλυκοζίτες της κροκετίνης. Σκοπός της συγκεκριμένης διατριβής ήταν η μελέτη των νευροπροστατευτικών μηχανισμών των συστατικών των στύλων του φυτού Crocus sativus και άλλων ενδημικών ειδών Crocus με έμφαση στη νόσο του Alzheimer. To εκχύλισμα των στύλων του C. sativus (CSE) και τα συστατικά του, καθώς και άλλα ενδημικά είδη Crocus χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση: (α) των αντιοξειδωτικών τους ιδιοτήτων και της επίδρασης τους στη συσσωμάτωσης της Αβ, τόσο in vitro, όσο και σε κυτταρικές καλλιέργειες (SH-SY5Y, HEK293, CHOAPP770) και (β) των μνημονικών διεργασιών, της οξειδωτικής κατάστασης του εγκεφάλου και της ενεργότητας της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) ενήλικων και γηραιών αρσενικών Balb-c μυών μετά από ενδοπεριτοναϊκή χορήγηση CSE (7-ημερών) (30 & 60 mg/Kg βάρος σώματος) (n = 9/ομάδα). Μεθοδολογία: Οι αντιοξειδωτικές ιδιότητες του εκχυλίσματος των στύλων προσδιορίστηκαν με εκτίμηση της ισοδύναμης με το Trolox ικανότητας να δεσμεύει ελεύθερες ρίζες (TEAC) και της ικανότητας αναγωγής του σιδήρου (FRAP), ενώ η επίδραση των φυτικών εκχυλισμάτων στη συσσωμάτωση ινιδίων της Αβ μελετήθηκε με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου παρουσία δωδεκυλοθειικού νατρίου (SDS-PAGE), τη μέθοδο της θειοφλαβίνης Τ και της δέσμευσης σε DNA. Η επίδραση των φυτικών εκχυλισμάτων στο μεταβολισμό της ΑΡΡ πραγματοποιήθηκε τόσο στα κυτταρικά πρωτεϊνικά εκχυλίσματα, όσο και στο θρεπτικό μέσο μετασχηματισμένων CHO κυττάρων (CHOAPP770), με ανάλυση κατά Western και με ανοσοκατακρήμνιση, ενώ οι επιπτώσεις του H2O2-επαγόμενου οξειδωτικού στρες, προσδιορίστηκαν με μέτρηση της κυτταρικής ζωτικότητας (ΜΤΤ assay), των επιπέδων ελευθέρων ριζών (DCF-DH2 assay) και της ενεργότητας της κασπάσης-3. Η αξιολόγηση της συμπεριφοράς των πειραματοζώων, πραγματοποιήθηκε με το τεστ παθητικής αποφυγής. Η μελέτη της αντιοξειδωτικής/αντι-αποπτωτικής δράσης των φυτικών εκχυλισμάτων σε ενήλικες και γηραιούς μύες πραγματοποιήθηκε σε ολικό εγκεφαλικό ομογενοποίημα και εκτιμήθηκε υπολογίζοντας την ικανότητα αναγωγής του σιδήρου (FRAP), των συγκεντρώσεων του ασκορβικού οξέος, της γλουταθειόνης, της μηλονικής διαλδεϋδης και της κασπάσης-3. Η μελέτη της πιθανής ανασταλτικής δράσης των εκχυλισμάτων στην ενεργότητα της AChE μελετήθηκε με τη μέθοδο του Ellman, ενώ ο τύπος αναστολής, προσδιορίστηκε με κινητικές μελέτες. Αποτελέσματα: Τα αποτελέσματα μας έδειξαν ότι, in vitro, τα εκχυλίσματα των στύλων των ειδών Crocus παρουσίασαν υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα από αυτή της τομάτας και του καρότου, καθώς και σημαντική δοσο- και χρονο-εξαρτώμενη ανασταλτική επίδραση στη δημιουργία ινιδίων της Αβ. Η trans-κροκίνη-4, ο διγεντιοβιοζυλ-εστέρας της κροκετίνης, το κύριο καροτενοειδές συστατικό του εκχυλίσματος των στύλων, προκάλεσε αναστολή της συσσωμάτωσης της Αβ ακόμη και σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις από αυτή της διμεθυλοκροκετίνης (ένα συνθετικό ανάλογο της κροκετίνης το οποίο δεν φέρει σάκχαρα στα άκρα του), υποδηλώνοντας έτσι ότι η δράση των καροτενοειδών ενισχύεται από την παρουσία των σακχάρων. Εν συγκρίσει με τον C. sativus, ο C. boryi και ο C. niveus παρουσίασαν πολύ πιο ισχυρή αντιαμυλοειδική δράση, γεγονός που πιθανότατα να οφείλεται στη διαφορετική σύσταση τους. Στις κυτταρικές καλλιέργειες, τα αποτελέσματα ελέγχου του μεταβολισμού της ΑΡΡ με ανοσοαποτύπωση κατά Western, έδειξαν ότι μόνον το ολικό εκχύλισμα των στύλων του C. sativus, καθώς και η σαφρανάλη, μια εκ των επιμέρους συστατικών του, αύξησε τα επίπεδα έκκρισης των αμυλοειδικών (sAPPβ) και μη-αμυλοειδικών (sAPPα) μορφών της ΑΡΡ, στο θρεπτικό μέσο καλλιέργειας των CHOAPP770 κυττάρων. Η trans-κροκίνη-4 αύξησε τα επίπεδα έκκρισης των sAPPβ, γεγονός που υποδηλώνει την πιθανή εμπλοκή των μονάδων σακχάρων στη διαδικασία της αμυλοειδογένεσης. Δεν παρατηρήθηκε καμία μεταβολή στα επίπεδα έκφρασης της ολικής πρωτεΐνης (holoAPP), γεγονός που υποδηλώνει ότι η αύξηση των sAPPα/β στο θρεπτικό μέσο μπορεί να οφείλεται στη μετατόπιση της ισορροπίας του μεταβολισμού της ΑΡΡ προς το μονοπάτι της α- ή της β-εκκριτάσης. Επιπροσθέτως, ανοσοκατακρήμνιση της Αβ έδειξε ότι παρουσία των φυτικών εκχυλισμάτων, καμία μεταβολή δεν παρατηρήθηκε ούτε και στην αμυλοειδογένεση, στο σχηματισμό δηλαδή συσσωμάτων της Αβ, μεγάλου μοριακού βάρους, παρά την τάση προς αύξηση του p3 υπολείμματος. Η αύξηση που παρατηρήθηκε στην παραγωγή των διμερών δομών της Αβ παρουσία των συστατικών του C. sativus, εν συγκρίσει με τα ολικά εκχυλίσματα των στύλων των ειδών Crocus, υποδηλώνει ότι τα καροτενοειδή εμπλέκονται κατά κάποιον τρόπο στην διαδικασία της αμυλοειδογένεσης, ενισχύοντας τη δημιουργία και σταθερότητα των διμερών. Επώαση των κυττάρων με H2O2 οδήγησε σε μείωση της κυτταρικής ζωτικότητας, η οποία συνοδεύτηκε και από αύξηση των επιπέδων των ROS και ενεργοποίηση της κασπάσης-3. Τα ανωτέρω, αντιστράφηκαν πλήρως, ύστερα από επώαση των SH-SY5Y κυττάρων με εκχυλίσματα από τα τρία είδη Crocus, με τον C. sativus να είναι αποτελεσματικότερος όλων, ενώ εξίσου αποτελεσματικά ήταν και τα επιμέρους συστατικά του C. sativus, με το βαθμό αποτελεσματικότητας να διαμορφώνεται ως εξής: CRT≥Σαφρανάλης ακόμη και στις υψηλές συγκεντρώσεις Η2Ο2. Στην HEK293 κυτταρική σειρά, η συγχορήγηση της CRT και της σαφρανάλης με διαβαθμιζόμενες συγκεντρώσεις Η2Ο2, οδήγησε σε προστασία έναντι του Η2Ο2-επαγόμενου οξειδωτικού στρες και της παραγωγής ROS, εν αντιθέσει με το ολικό εκχύλισμα κρόκου, το οποίο δεν επέδειξε προστατευτική δράση. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι τα επιμέρους συστατικά του C. sativus προστάτευσαν έναντι της κυτταροτοξικότητας του H2O2 σε όλα τα κυτταρικά συστήματα, μέσω μείωσης του οξειδωτικού φορτίου και της παραγωγής ROS. Αντιθέτως, επώαση των υπό μελέτη φυτοχημικών σε κυτταρικό σύστημα επιβαρυμένο με Αβ (μετασχηματισμένη CHO κυτταρική σειρά) προκάλεσε επιμέρους επιδείνωση της Η2Ο2-επαγόμενης τοξικότητας. Παρόλα αυτά, η χορήγηση κρόκου οδήγησε σε αύξηση των κυτταρικών επιπέδων της GSH, ενώ εξίσου σημαντική ήταν και η μείωση που παρατηρήθηκε στα επίπεδα της MDA, με το βαθμό αποτελεσματικότητας να διαμορφώνεται ως εξής: C. boryi=C. niveus=CRT≥Σαφρανάλης. Τα αποτελέσματα της χορήγησης CSE σε μύες έδειξαν στατιστικώς σημαντική βελτίωση στη μνήμη/μάθηση των ενηλίκων και γηραιών μυών. Παρατηρήθηκαν επίσης μειωμένα επίπεδα υπεροξείδωσης λιπιδίων και κασπάσης-3, αύξηση της συγκέντρωσης της ανηγμένης γλουταθειόνης και του ασκορβικού οξέος στον εγκέφαλο των μυών που τους χορηγήθηκε CSE. Επιπλέον, η δραστικότητα της διαλυτής σε άλας και σε απορρυπαντικό μορφής της AChE μειώθηκε στατιστικώς σημαντικά στους ενήλικες μύες μετά από χορήγηση CSE, σε αντίθεση με τους αντίστοιχους γηραιούς, όπου δεν παρατηρήθηκε καμία αλλαγή. Επιπροσθέτως, in vitro ανάλυση της ενεργότητας της AChE, έδειξε ότι παρουσία των απομονωθέντων κροκινών και της σαφρανάλης, παρατηρήθηκε δοσοεξαρτώμενη αναστολή της ενεργότητας του εν λόγω ενζύμου (μη-συναγωνιστική αναστολή) –όμοια με αυτή της γαλανταμίνης- εν αντιθέσει με το ολικό εκχύλισμα των στύλων των ειδών Crocus το οποίο δεν ήταν και τόσο δραστικό. Αυτός ο τύπος αναστολής υποδηλώνει ότι το σημείο πρόσδεσης τους βρίσκεται στο αλλοστερικό τμήμα του ενζύμου της AChE, το οποίο κατέχει, πιθανότατα, κύριο ρόλο και στη διέγερση της εναπόθεσης ινιδίων της Αβ. Συμπεράσματα: Η έλλειψη αποτελεσματικής θεραπείας έναντι της ΝΑ, κάνει τη χρήση φυτικών σκευασμάτων, πολλαπλών στόχων και με ισχυρές νευροπροστατευτικές ιδιότητες, να θεωρείται ως μια πολλά υποσχόμενη θεραπεία, η οποία θα είναι αποτελεσματική έναντι των μηχανισμών που υπόκεινται των νευροεκφυλιστικών ασθενειών, π.χ. του οξειδωτικού στρες, της συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών, των συμπεριφορικών και μνημονικών αλλαγών κ.ά. Τα αποτελέσματα μας συγκλίνουν προς αυτή την κατεύθυνση, καθότι υποδηλώνουν την πιθανή χρήση των συστατικών των στύλων του C. sativus στην αναστολή της αμυλοειδογένεσης και της εναπόθεσης της Αβ στον ανθρώπινο εγκέφαλο, ενώ καταδεικνύουν, για πρώτη φορά, ότι η ευεργετική για τη μνήμη δράση που παρατηρήθηκε ύστερα από χορήγηση κρόκου στους ενήλικους και γηραιούς μύες, συσχετίζεται πιθανότατα με την υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα του εγκεφάλου και εν μέρει, την αναστολή της ενεργότητας της AChE (για την περίπτωση των ενηλίκων μυών). Παρόλα αυτά όμως, καμία αλλαγή δεν παρατηρήθηκε στα επίπεδα της AChE των γηραιών μυών, που είχαν λάβει εκχύλισμα κρόκου, παρά την ενίσχυση των αντιοξειδωτικών συστημάτων του οργανισμού, γεγονός που ενισχύει τη σπουδαιότητα της ενσωμάτωσης μιας υγιεινούς διατροφής για τη λειτουργία του εγκεφάλου, από την πρώιμη ενηλικίωση. Το γεγονός, όμως, ότι οι στύλοι του C. sativus αποτελούν μέρος της διατροφής μας ως άρτυμα (κρόκος, σαφράνι ή ζαφορά) μεγεθύνει την αξία αυτών των πειραματικών ευρημάτων αφού θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν άμεσα. Η ταυτοποίηση των κροκινών ως ένα από τα κύρια δραστικά φυτοχημικά θα μπορούσε να αξιοποιηθεί στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών μέσων για τη νόσο του Alzheimer. Όμως, επιπρόσθετες μελέτες απαιτούνται προκειμένου να διερευνήσουμε την αποτελεσματικότητα αυτού του φυτικού εκχυλίσματος και των συστατικών του ως αντιαμυλοειδικά σκευάσματα.