Полифенольные растительные экстракты: влияние на нарушения углеводного и липидного обмена у лабораторных грызунов

Введение

Нарушение пищевого статуса, отрицательно влияя на здоровье человека, повышает риск многих неинфекционных заболеваний, в том числе сахарного диабета. Эффективность профилактики и лечения сахарного диабета 2-го типа (СД2) во многом зависит от диетотерапии лиц, страдающих этим алиментарнозависимым заболеванием, что определяет необходимость исследований, направленных на обоснование, разработку и оценку эффективности новых специализированных пищевых продуктов антидиабетической направленности. Одним из инновационных подходов к созданию нового поколения специализированных продуктов для диетотерапии СД2 может стать целенаправленное использование в их составе растительных минорных биологически активных веществ пищи с доказанным гипогликемическим, гипохолестеринемическим и антиоксидантным действием.

По современным представлениям, в основе патогенеза СД2 лежит инсулинорезистентность периферических тканей-мишеней и сниженная секреция инсулина. Гипергликемия, сопровождающаяся аутоокислением глюкозы, индуцирует окислительный стресс, ведущий к повреждению фосфолипидов плазматических мембран тканей-мишеней и β-клеток островков Лангерганса. Неизбежно возникает порочный круг, характеризующийся системным нарушением метаболизма и сопутствующими клиническими осложнениями.

Флавоноиды (растительные полифенолы) обладают выраженными антиоксидантными свойствами, с чем в значительной степени и связаны их потенциальные антидиабетические эффекты. Влияние флавоноидов определяется взаимодействием с клеточными мембранами, меняющим фазовое состояние липидов мембраны и ее структурную организацию [1, 2]. Не вызывает сомнения влияние полифенолов на экспрессию ядерных и цитоплазматических белков. Важной составляющей физиологической активности биофлавоноидов представляется их участие в сигнальных системах клетки.

Статья посвящена обзору данных о влиянии потребления некоторых полифенольных растительных экстрактов и/или входящих в их состав индивидуальных флавоноидов на нарушения углеводного и липидного обмена у мышей и крыс с «генетическим» или индуцированным стрептозотоцином СД.

Поиск информации осуществлялся по реферативным базам данных в сети Интернет — MEDLINE, Google Scholar, Pharmocopeia online. Для составления поисковых запросов были использованы следующие ключевые слова: blueberry leaves extract, bean coats extract, green tea extract, epigallocatechin gallate, hypoglycemic effect of extracts, hypolipidemic effect of extracts, extracts and diabetes, extracts characteristic, the content of polyphenols in the extracts.

Экстракты зеленого чая

Наиболее широко изучаемыми флавоноидами в зеленом чае и его экстрактах являются катехины и их олигомерные формы, в первую очередь — эпигаллокатехин-галлат (ЭГКГ). Этот флавоноид взаимодействует с различными молекулярными мишенями в клетке, в том числе с транскрипционным фактором NF-кB, контролирующим экспрессию генов иммунного ответа и апоптоза. Показано, что in vitro ЭГКГ блокирует разрушение RINm5F линии клеток в аденоме островковой ткани поджелудочной железы. Предотвращение цитокининдуцируемой клеточной деструкции может быть следствием снижения экспрессии синтазы оксида азота за счет ингибирования NF-кB [3]. ЭГКГ способен нормализовать многие процессы в клетке, благодаря нейтрализации повреждающего действия высоких концентраций цитокинов, возникающих в процессе воспаления. ЭГКГ защищал β-клетки поджелудочной железы от действия IL-1β и TNF-α и восстанавливал способность клеток продуцировать инсулин под действием глюкозы. При этом в цитоплазме снижались уровни продуктов окисления активными формами кислорода и окиси азота за счет подавления экспрессии генов синтазы окиси азота [4]. Перспективы использования катехинов зеленого чая в диетотерапии СД2 отмечаются во многих публикациях, однако результаты клинических исследований противоречивы [5—8].

У ZDF-крыс, потреблявших на протяжении 10 сут корм, содержащий 0,5% ЭГКГ, отмечено повышение толерантности к глюкозе и снижение уровня глюкозы в крови натощак [9]. Ежесуточное потребление мышами db/db в течение 5 нед корма, содержащего 2,5—10,0 г ЭГКГ/кг, также дозозависимо повышало толерантность к глюкозе и снижало уровень глюкозы в крови натощак. ЭГКГ влиял на экспрессию генов ферментов, включенных в метаболизм глюкозы и липидов в печени и культуре клеток крысиной гепатомы Н411Е. Липидный метаболизм в культуре клеток гепатомы Н411Е тормозился за счет снижения экспрессии генов ферментов, включенных в синтез жирных кислот (синтазы жирных кислот и стероил-КоА десатураз 1 и 2), окисления короткоцепочечной ацил-КоА дегидрогеназы, активации ацил-КоА синтазы 2, а также генов ферментов, включенных в синтез триацилглицеролов (глицерол-3-фосфат-ацетилтрансферазы) и синтез холестерина (3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА-синтазы 1 и мевалонаткиназы). Снижалась и экспрессия генов ферментов глюконеогенеза (глюкозо-6-фосфатазы, фруктозо-1,6-бифосфатазы 1) на фоне увеличения экспрессии генов фосфофруктокиназы (участвующей в гликолизе) и транспортера глюкозы ГЛЮТ-1. В этом же исследовании показано, что потребление ЭГКГ снижало экспрессию мРНК фосфоенолпируват-карбоксилазы в культуре клеток гепатомы Н411Е, а также в печени и ткани db/db мышей. Экспрессия мРНК глюкокиназы в печени db/db мышей снижалась при потреблении ЭГКГ дозозависимо. Авторы [2, 10] предполагают возможность непосредственного стимулирующего действия ЭГКГ на секрецию инсулина. Это согласуется с данными о том, что ЭГКГ предохраняет и защищает поджелудочную железу за счет своей антиоксидантной активности. Многоразовое введение ЭГКГ (по 100 мг/кг/сут в течение 5 дней) мышам-самцам линии С57BLKsJ с аутоиммунным СД, индуцированным низкими дозами стрептозотоцина, снижало и гипергликемию, и экспрессию индуцибильной NO-синтазы — фермента, связанного с повреждением β-клеток [11]. Экстракт листьев зеленого чая (в виде раствора или суспезии) в дозе 300 мг/кг оказывал выраженное антигипергликемическое действие при 3-недельном введении внутрь мышам С57BLKS/J db+/db+ и мышам ddY со стрептозотоцин-индуцированным СД, но не влиял на уровень глюкозы в крови животных контрольных групп (соответственно мыши С57BLKS/J m+/m+ и ddY–) [12].

Ежедневное введение ЭГКГ (40 мг/кг) в течение 7 сут крысам ЭГКГ со стрептозотоцин-индуцированной диабетической нейропатической альгезией снижало содержание глюкозы в сыворотке и оказывало аналгезирующее действие в тестах с подкожным введением формалина, термическим и механическим воздействиями [13]. Значительно снижалось и содержание в сыворотке малонового диальдегида (МДА) и нитритов, восстанавливалась активность супероксиддисмутазы. О гипогликемических и гиполипидемических эффектах ЭГКГ (25 мг/кг/сут в течение 8 нед) у крыс со стрептозотоциновым СД сообщают и другие авторы [14].

Внутрижелудочное введение ЭГКГ (200 мг/кг) в течение 3 нед крысам со спонтанной гипертензией (модель метаболического синдрома) существенно улучшало сосудорасширяющее действие инсулина и снижало систолическое артериальное давление. Отмечалось повышение чувствительности к инсулину и уровня адипонектина в плазме. Описан также защитный эффект подкожного введения ЭГКГ у ICR мышей с индуцированной стрептозотоцином диабетической нефропатией [15, 16]: введение ЭГКГ (100 мг/кг) в течение 16 нед снижало уровень глюкозы и креатинина в сыворотке и нормализовало морфологию почечных узелков и канальцев.

Токсичность очищенного экстракта зеленого чая, содержащего высокие концентрации ЭГКГ, оценивалась в опытах in vivo [17]. Внутрижелудочное введение ЭГКГ в дозе 2000 мг/кг оказалось смертельным для крыс; тогда как доза в 200 мг/кг не была токсичной. ЭГКГ в дозах до 500 мг/кг/сут в течение 13 нед также не приводило к гибели крыс. На основании этих исследований допустимой для человека ежедневной дозой ЭГКГ считается 5 мг/кг/сут. Для крыс-самок, потребляющих в период лактации в два раза больше корма, эта доза составляет 200 мг/кг [18].

Экстракты плодов и листьев черники

Среди природных пищевых продуктов, традиционно используемых в народной медицине при СД, особый интерес вызывает черника, содержащая в ягодах и листьях широкий спектр полифенолов [19—21]. Содержание антоцианинов в ягодах черники выше, чем в ягодах клубники, клюквы, бузины, вишни, малины [21], и составляет 300—700 мг/100 г свежих ягод [22, 23]. Помимо антоцианинов, черника содержит и флавонолы (кверцетин, катехины), дубильные вещества, эллаготанины, фенольные кислоты [24, 25]. Основными антоцианинами, найденными в ягодах и листьях черники, являются дельфинидины, цианидины, петунидины, мальвидины и пеонидины [21]. В различных сортах черники идентифицировано до 27 видов антоцианинов [26]. Через 60 мин после перорального введения мышам экстракта черники, содержащего 13 антоцианинов, в плазме животных обнаруживались в основном мальвидин-3-глюкозид и мальвидин-3-галак­тозид [27]. Содержание фенолов и способность адсорбировать кислородные радикалы в листьях черники значительно выше, чем в ее плодах [20]. Листья черники содержат дубильные вещества, фенольные соединения арбутин, гидрохинон, миртиллин, кверцетин и другие флавоноиды, тритерпеновые сапонины — урсоловую и олеоноловую кислоты, аскорбиновую кислоту. Исследования действия экстрактов из листьев черники начались в 20-е годы прошлого века. В обзорной статье того периода [28] отмечалось, что экстракты из листьев черники снижают уровень сахара в крови при легких формах СД у лиц среднего и пожилого возраста. Побочные эффекты таких экстрактов отсутствовали.

Экстракты черники проявляют высокую антиоксидантную активность in vitro [29]. Такие экстракты (содержащие 25% антоцианов) защищали культуры гепатоцитов крыс от окислительного повреждения, индуцированного гидроперекисью трет-бутила и аллилового спирта. Однако в опытах in vivo ягоды и экстракты черники не меняли экскреции с мочой 8-oxod-G (биомаркера окислительного стресса) у крыс-самцов линии F344 [30]. В то же время длительное потребление экстракта плодов черники снижало содержание МДА в головном мозге крыс штамма OXYS, подверженных ускоренному старению и высокому окислительному стрессу [31]. Не исключено, что антиоксидантное действие черники проявилось только при усиленном окислительном стрессе.

Интересны данные об ингибирующем действии экстракта кожуры ягод черники на адипогенез у крыс-самцов Spraugue—Dawley с индуцированным ожирением [32]. Гипохолестеринемический эффект ягод черники был установлен при обогащении ими рациона крыс со стрептозотоциновым СД [33]. Потребление на протяжении 8 недель рациона, обогащенного экстрактом черники, привело к снижению уровня общего холестерина (–21%) и холестерина ЛПНП (–60%) в плазме крови. Содержание холестерина ЛПВП увеличивалось, но в меньшей степени, чем у животных контрольной группы. Обогащение рациона черникой не предотвращало развитие СД, но препятствовало развитию гиперхолестеринемии. Снижение гипергликемии и повышение чувствительности к инсулину при обогащении рациона экстрактом черники с высоким содержанием антоцианинов наблюдалось у мышей линии KK-Ay [34]. Авторы объясняют эти эффекты активацией АМФ-зависимой протеинкиназы в белой жировой ткани, скелетных мышцах и печени в сочетании с ускорением транспорта глюкозы ГЛЮТ-4, подавлением синтеза глюкозы и снижением содержания липидов в печени. Увеличение экспрессии ГЛЮТ-4 или его транслокации в плазматическую мембрану может регулироваться АМФ-зависимой протеинкиназой по инсулиннезависимому механизму [35]. О потенциальной возможности использования экстрактов черники с высоким содержанием антоцианинов для профилактики связанных с диабетом нарушений зрения и ожирения свидетельствуют результаты исследования на мышах линии С57BL (black). Потребление экстракта снижало в сетчатке экспрессию генов растворимых белков хрусталика [36].

Поскольку эффективность антидиабетического действия флавоноидов в существенной мере зависит от их стабильности в желудочно-кишечном тракте, ряд авторов [37, 38] использовал обезжиренную соевую муку в качестве сорбента, избирательно концентрирующего антоцианины и другие полифенолы из соков черники, клюквы и винограда. В дальнейшем [39] обогащенную полифенолами черники обез­жиренную соевую муку добавляли к рациону с очень высоким содержанием жира (61% энергетической ценности рациона). Потребление этого продукта в течение 13 нед ad libitum мышами C57BL/6 с ожирением и гипергликемией ограничивало прирост массы тела на 5,6%, улучшало толерантность к глюкозе и снижало уровень глюкозы натощак и содержание общего холестерина в сыворотке.

Экстракты листьев черники обладают широким спектром физиологического действия. В частности, этилацетатная фракция экстракта листьев черники (Vaccinium virgatum) в дозе 20 мг/кг оказывала у мышей линии ICR антиамнезийный эффект, что открывает перспективу использования таких экстрактов при нейродегенеративных заболеваниях [40].

Экстракт листьев черники предотвращал ожирение у мышей линии C57BL/6, в течение 10 нед находившихся на высокожировом рационе. Такой экстракт снижал уровень триглицеридов в плазме и степень перекисного окисления липидов в печени. Наблюдалось уменьшение размеров адипоцитов, ингибирование их дифференцировки; значительно снижалась экспрессия специфичных для адипоцитов транскрипционных факторов и возрастала экспрессия мРНК адипонектина. Потребление экстракта повышало также чувствительность к инсулину [41].

У крыс линии OLETF с ожирением включение в 4-недельный рацион экстракта листьев черники снижало уровень липидов и С-реактивного белка в сыворотке и уменьшало накопление триглицеридов в печени [42, 43]. Потребление флавонолгликозидной и проантоцианидиновой фракций снижало содержание холестерина в сыворотке. Цельный экстракт листьев черники и его фракции снижали накопление триглицеридов в печени, что могло быть связано с активацией липолиза.

Потребление лиофилизированного порошка из листьев черники снижало уровень холестерина в печени крыс линии Sprague—Dawley, находившихся на рационе с добавлением холестерина; уменьшалось и содержание жира в печени [44].

Гипогликемические и гиполипидемические свойства экстрактов из листьев и плодов черники охарактеризованы в экспериментах in vivo и в клинических исследованиях в ряде отечественных публикаций [45—47].

Так в работе [46] белым крысам-самцам (250—300 г) натощак за 40 мин до введения глюкозы (2 г/кг массы тела) вводили настои из измельченных побегов черники волосистой, черники пазушной и голубики. Выраженное гипогликемическое действие оказал настой черники пазушной, который к 60—120 мин опыта снижал уровень глюкозы в крови относительно исходных значений более чем на 20%. Все исследуемые настои обладали глюкозурическим действием. Запатентовано применение побегов черники пазушной в качестве средства, проявляющего активизацию утилизации глюкозы мозгом при лечении сахарного диабета на основании результатов экспериментального исследования, в котором сахарный диабет моделировали путем дробного подкожного введения аллоксана (дважды с интервалом в дозе 90 мг/кг) предварительно голодавшим в течение 24 ч. крысам-самцам линии Вистар. В течение трех недель животные опытных групп перорально получали настои черники обыкновенной и черники пазушной (10 мл/кг массы тела). Применение черники пазушной способствовало утилизации глюкозы мозгом и оказывало достоверный гипогликемический и глюкозурический эффекты [47].

Экстракты створок фасоли

Богатым природным пищевым источником флавоноидов является фасоль и особенно ее створки. Наиболее широко представленной группой флавоноидов в створках фасоли являются проантоцианидины [48, 49]. Помимо полифенолов, в фасоли содержатся и многие другие биологически активные соединения, в том числе танины, фитиновая кислота, сапонины [50]. В плодах некоторых сортов фасоли обнаружен белок, гомологичный бычьему инсулину; показано его гипогликемическое действие у мышей с аллоксановым диабетом [51]. Предполагается, что антидиабетическим и антигипертензивным эффектом обладают и вещества нефенольной природы, содержащиеся в створках фасоли [52]. Охарактеризованы фенольные соединения и антиоксидантная активность створок и семядолей фасоли 25 бразильских и 3 перуанских культивируемых сортов (Phaseolus vulgaris L.) [53]. В основном в створках найдены конденсированные танины, антоцианы, флавонолы (кемпферол) и гликозиды кверцетина. Семядоли богаты такими фенольными кислотами, как феруловая, синаповая, хлорогеновая и другие гидроксикоричные кислоты. Общая антиоксидантная активность створок фасоли выше, чем у семядолей. Антиоксидантная активность черных и красных створок коррелировала с концентрацией конденсированных танинов и с общим уровнем антоцианов, тогда как антиоксидантная активность семядолей была больше связана с общим содержанием фенолов. В золотистой фасоли 96% ее основных антиоксидантных компонентов (флавоновых гликозидов; витексина и изовитексина) было обнаружено в створках [54]. Из метанольного экстракта створок фасоли Phaseolus vulgaris L. желтого цвета выделены два флавоновых гликозида: кемпферол (3,4,5,4’-тетрагидрофлавон)-3-О-β-D-глюкопи­ранозид и кемпферол 3-О-β-D-глюкопиранозид-(2-1)-О-β-D-ксилопиранозид. Благодаря присутствию этих соединений створки имеют желтый цвет [55]. При фракционировании метанольного экстракта створок черной фасоли были идентифицированы мономерная и олигомерные формы проантоцианидинов, антоцианины и флавонолы [56]. По мнению авторов этой работы, использованный метод фракционирования перспективен для выделения больших количеств смесей природных флавоноидов.

Гипогликемические и антиоксидантные свойства створок золотистой фасоли исследовались in vivo на модели СД2 [57]. Потребление экстракта створок фасоли пятимесячными мышами линии C57 BLKsL db/db +/+ снижало уровень гликированного гемоглобина и содержание глюкозы в сыворотке. Установлен также антиоксидантный эффект экстракта створок фасоли: снижение перекисного окисления липидов и повышение ферментов антиоксидантной защиты (cупероксиддисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы) в печени. У мышей KK-Ay, потреблявших створки фасоли (3 г/кг) в течение 5 нед, также снижался уровень глюкозы натощак [58]. Четырехнедельное потребление экстракта створок черной фасоли и экстракта кожуры граната мышами линии Kunming со стрептозотоциновым диабетом снижало гипергликемию, ограничивало окислительный стресс и повышало секрецию инсулина [59]. Гистологические исследования поджелудочной железы свидетельствовали о благоприятном эффекте сочетанного воздействия экстрактов на панкреатические островки. В плазме крови крыс Вистар, которым внутрижелудочно вводили экстракт створок золотистой фасоли в дозах 100, 200 и 400 мг/кг до или после теплового стресса, уровень МДА, активность лактатдегидрогеназы и NO-синтазы были значительно снижены, а общая антиоксидантная активность и уровень глутатиона повышены. Предполагается, что потребление супа из золотистой фасоли могло бы ограничивать окислительный стресс, индуцируемый различными заболеваниями [60].

Обсуждение

Анализ имеющихся публикаций позволяет заключить, что отвечающие требованиям доказательной медицины данные подтверждают благоприятное влияние растительных экстрактов с высоким содержанием полифенолов при нарушениях углеводного и/или липидного обмена. С позиций современной клинической нутрициологии для целенаправленной диетологической коррекции и/или профилактики метаболических нарушений при СД2 целесообразно использовать специализированные пищевые продукты, содержащие биологически активные вещества (БАВ) с доказанными гипогликемическими, гипохолестеринемическими и антиоксидантными свойствами. На первом этапе создания этих продуктов должны быть учтены результаты экспериментальной оценки влияния входящих в их состав БАВ на биомаркеры заболевания. Доклинические исследования на экспериментальных моделях СД направлены на обоснование включения флаваноидов в рецептуры лечебных и профилактических пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище. Вопрос об адекватности той или иной экспериментальной биомодели процессам, протекающим в организме человека, остается открытым. От того, насколько экспериментальная модель с использованием лабораторных животных отражает патологические процессы, характерные для СД2, во многом зависит выбор биологически активных минорных компонентов пищи для их включения в состав специализированных продуктов [61, 62]. Преимущества генетических биомоделей СД2 по сравнению с моделями, воспроизводимыми медикаментозным вмешательством, очевидны. Медикаментозные модели СД2 априори не могут удовлетворительно отражать развитие этого заболевания. Тем не менее они сыграли и продолжают играть определенную роль при оценке антидиабетических свойств биологически активных веществ.

Дополнительная информация

Информация о финансировании и конфликте интересов.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-36-00041).

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов: анализ публикаций, написание текста статьи — В.К. Мазо; сбор и обработка материала — Ю.С. Сидорова, В.А. Шипелин; написание текста и редактирование — А.А. Кочеткова.