Ana M. L. Seca

1 cE3c - Centrul pentru ecologie, evoluție și schimbări de mediu/Azorean Biodiversity Group și Facultatea de Științe și Tehnologie, Universitatea Azore, Rua Mãe de Deus, 9501-321 Ponta Delgada, Portugalia

Diana C. G. A. Pinto

Abstract

1. Introducere

Hipertensiunea și obezitatea sunt valori cheie pentru sănătatea care au implicații dezastruoase asupra sănătății. Obezitatea, definită ca exces de grăsime corporală, este considerată condiția de intrare pentru mai multe boli cronice și este un factor major în dezvoltarea tulburărilor cardiovasculare și metabolice, cum ar fi hipertensiunea arterială, accident vascular cerebral ischemic, rezistența la insulină, toleranța afectată a glucozei, hiperinsulinemia și dislipidemia [1] . Hipertensiunea arterială, o afecțiune a hipertensiunii arteriale numită „ucigașul tăcut”, deoarece poate fi asimptomatică de ani de zile înainte de a fi diagnosticată clinic, este un factor de risc major modificabil al bolilor cardiovasculare, cum ar fi accident vascular cerebral ischemic și hemoragic, infarct miocardic, insuficiență cardiacă, boală renală cronică, boală vasculară periferică, declin cognitiv și moarte prematură [2]. Deși există multe întrebări fără răspuns despre cauzele obezității și hipertensiunii, se pare că acestea au mecanisme fiziopatologice comune.

Obezitatea mărește traficul nervos simpatic din cauza hiperinsulinemiei și a revărsării renale a noradrenalinei, care mărește reabsorbția tubulară renală a sodiului și, în consecință, activă sistemul renină-angiotensină (RAS) [3,4]. În plus, în procesul de obezitate există o creștere a disfuncției endoteliale și a stresului oxidativ vascular atribuit parțial adipokinelor circulante (producția crescută de leptină, scăderea producției de adiponectină), speciile de oxigen reactiv amplificat și disponibilitatea redusă de oxid nitric care împreună cu endotelina și RAS sunt cei mai importanți factori care reglează tonusul vascular [3,4,5]. Patogeneza hipertensiunii este multifactorială și complexă, fiind legată de concentrațiile diferite de sodiu și potasiu din organism, obezitate, rezistență la insulină, aport ridicat de alcool, aport scăzut de calciu, stres și boli ale îmbătrânirii. Cei trei factori principali care determină tensiunea arterială sunt excreția renală de sodiu (și impactul rezultat asupra plasmei și volumului total al corpului), tonusului vascular și performanței cardiace, iar acești factori controlează debitul cardiac, volumul intravascular și rezistența vasculară sistemică [3,6 ].

Pe de altă parte, căutarea de noi medicamente din macroalge cu aplicare farmaceutică în prevenirea și tratamentul hipertensiunii și obezității implică identificarea compușilor puri din alge marine care prezintă astfel de proprietăți. De fapt, algele marine produc o mare diversitate structurală de molecule mici cu bioactivități foarte interesante. Aici vor fi prezentate și discutate cele mai recente și avansate studii asupra metaboliților secundari puri din macroalgele maro, roșu și verde, care prezintă activități anti-hipertensive și anti-obezitate semnificative. Aceste proprietăți le vor face cu siguranță atractive pentru industria farmaceutică ca compuși de plumb în dezvoltarea de noi medicamente cardioprotectoare și, bineînțeles, vor atrage atenția asupra valorii sănătății algelor marine.

2. Compuși anti-hipertensivi de alge marine

2.1. Peptide

Peptidele bioactive derivate din proteine ​​macroalge posedă mai multe proprietăți farmacologice benefice; printre acestea, capacitatea de a acționa ca agenți antihipertensivi [29]. Peptidele sunt cei mai frecvent studiați compuși naturali care inhibă activitatea ACE I, chiar și cei izolați din alte surse decât macroalge [10,30,31]. Exemple de peptide comerciale hipotensive generate de macroalge și cu FOSHU („alimente pentru utilizări specifice pentru sănătate” aprobate de Ministerul Sănătății, Muncii și Bunăstării din Japonia) afirmații antihipertensive aprobate sunt Ameal-S 120 ® (Calpis Co., Ltd., Tokyo, Japonia) din Japonia și Evolus ® (Valio Ltd, Helsinki, Finlanda) din Finlanda, care scad tensiunea arterială datorită prezenței în formularea lor a peptidelor IPP inhibitori ai ECA I (1) și VPP (2) (Figura 1) [32]. Alte produse japoneze includ Wakame Jelly, obținut din macroalga Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar (bine cunoscută sub numele de wakame), care conține peptidele FY3), VY (4) și IY (5) (Figura 1) și peptida Nori S, obținută din Poralyra yezoensis macroalgă (denumirea actuală acceptată în consecință, AlgaeBase [33] este Pyropia yezoensis (Ueda) MS Hwang & H.G. Choi) care conține peptida AKYSY6) (Figura 1) [29,32,34].

generală

Structuri peptidice active ale produselor de bază din alge marine utilizate pentru controlul tensiunii arteriale.

Există dovezi că peptidele mici, cu dimensiuni cuprinse între 2 și 20 de reziduuri de aminoacizi, au dezvăluit proprietăți antihipertensive promițătoare, iar acest tip de peptide pot fi obținute din hidrolizate de proteine ​​din alge marine [35]. De fapt, aceste peptide cu potențial antihipertensiv sunt dezvăluite atunci când sunt eliberate din proteina mamă de enzimele digestive, procesarea alimentelor sau prin fermentarea microbiană [29,35]. Mai mult, peptidele inhibitoare ale ECA I trebuie să prezinte rezistență atât la proteazele gastrointestinale, cât și la peptidazele de la marginea periei și să fie transportate intacte în sistemul circulator pentru a păstra activitatea fiziologică [35]. Într-adevăr, Thierney și colab. atrage atenția asupra faptului că prezența activității inhibitoare a ECA I in vitro nu se corelează neapărat cu un efect antihipertensiv in vivo [36].

Peptide antihipertensive izolate din Pyropia yezoensis (Ueda) M. S. Hwang și H. G. Choi (syn. Porphyra yezoensis) și Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar.

De la Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, un aliment cu alge marine foarte popular în țările orientale care conține 15% proteine, Suetsuna și colab. [42] au izolat și au stabilit secvențele de aminoacizi a zece dipeptide cu activitate inhibitoare a ECA I. Dintre acestea, patru dipeptide FY (3), IY (5) (Figura 1), YH9) și KY (10) (Figura 2), prezintă activitate in vitro semnificativă, cu valori IC50 de 3,7, 2,7, 5,1 și respectiv 7,7 μM, [35,42], în timp ce KY (10) prezintă cel mai mare efect hipotensiv in vivo (test de perioadă de administrare orală continuă cu 10 mg/zi/kg greutate corporală la șobolani hipertensivi spontan), probabil datorită rezistenței mai mari împotriva proteazei decât alte dipeptide [42].

Recent, s-a demonstrat că tetrapeptida PAFG (11) (Figura 3) este un adevărat inhibitor al ECA I și poate reduce în mod eficient tensiunea arterială, poate fi administrat oral și are o susceptibilitate scăzută a enzimelor gastrointestinale [43]. PAFG (COM)11) trei secvențe de aminoacizi hidrofobi la C-terminal pot contribui la activitatea sa inhibitoare in vitro puternică necompetitivă a ACE I (IC50 35,9 µM). Autorii au susținut că PAFG (11) a fost obținut din hidroliza proteinei Enteromorpha clathrata și că această algă este una dintre cele mai populare alge marine marine comestibile din țările din nord-estul Asiei, apărând aproape pe tot parcursul anului [43]. Din păcate, algele marine nu sunt identificate în mod corespunzător, iar în AlgaeBase [33] pot fi găsite 58 de specii cu același nume. Mai mult, există autori care sugerează că Enteromorpha și Ulva sunt aceleași genuri [44]. Identificarea corectă a sursei este foarte importantă, dar utilizarea unui control pozitiv este și mai importantă pentru validarea activității raportate, aspect care nu este menționat de autori. Pentru cititorii noștri, putem sugera utilizarea captoprilului, un medicament clinic sintetic utilizat pe scară largă ca antihipertensiv, care este foarte eficient, deși prezintă unele efecte secundare semnificative [34,45].

Peptide antihipertensive izolate din Enteromorpha clathrata, Ulva rigida C.Agardh și Palmaria palmata (Linnaeus) F.Weber și D.Mohr.

Două peptide mici, IP (12) și AFL (13) (Figura 3), au fost obținute din proteina Ulva rigida C.Agardh, printr-o procedură care implică hidroliza cu pepsină plus bromelină și mai multe etape de purificare [46]. Aceste peptide au dezvăluit activitatea inhibitoare a ECA I, IP (12) (IC50 87,6 μM) și AFL13) (IC50 65,9 μM) și peptidă12) s-au dovedit a fi necompetitive în timp ce peptida (13) acționează ca un inhibitor ECA competitiv [46]. Testele de stabilitate au arătat că ambele peptide sunt stabile la căldură și peptide (13) este hidrolizat de mucoasa intestinală peptidaze la o dipeptidă mai activă, FL (14) (Figura 3) (IC50 16,0 μM) acționând ca un inhibitor necompetitiv al ECA I, chiar dacă este mai puțin activ decât captoprilul (IC50 0,77 μM) [46].

Hidroliza termolizinică a proteinei Palmaria palmata (Linnaeus) F.Weber și D. Mohr (bine cunoscută sub numele de dulse) a produs mai multe peptide inhibitori ai ECA I, cel mai promițător fiind LRY (8) (Figura 2) urmată de VYRT15) (Figura 3) [40]. Cantitățile absolute de peptide pentru a inhiba 50% din 1,0 U ACE I sunt, respectiv, 0,044 μmol și 0,14 μmol. Deși autorii au exprimat valoarea activității într-o unitate cunoscută și acceptabilă cu indicații relevante ale cantității de enzime, conversia acesteia într-o unitate mai frecventă și comparabilă precum valoarea IC50 în μM este dificilă și din acest motiv este imposibil să promovăm potențialul peptidelor. Peptida (15) a fost obținută din ficobiliproteina originală Palmaria palmata, în special din ficoeritrina subunității α, în timp ce peptida (8) a fost obținut de la subunitățile β ficoeritrin, ficocianină și aloficocianină [40].

Mai recent, o nouă peptidă cu activitate inhibitoare ECA a fost izolată din principala macroalgă roșie cultivată în China cu o puternică valoare economică și ecologică Gracilariopsis lemaneiformis (Bory de Saint-Vincent) EYDawson, Acleto și Foldvik, după hidroliza proteinelor algice cu tripsină [47] . Noua peptidă a fost identificată ca QVEY (16) (Figura 3) și a arătat o valoare IC50 de 474,36 μM [39], un nivel neinteresant de activitate având în vedere aplicarea sa ca medicament.

Din rezultatele menționate mai sus, se poate deduce că ingestia regulată de alge marine ar putea fi eficientă pentru menținerea tensiunii arteriale la un nivel sănătos, datorită activității lor puternice de inhibare a ECA a peptidelor. Din peptidele raportate până astăzi, este evident că dipeptida (5) și pentapeptida (6) (Figura 1) sunt cei mai puternici inhibitori ai ECA I izolați din alge marine.

Inhibitor renin-peptidic izolat din Palmaria palmata (Linnaeus) F.Weber & D.Mohr.

Sistemul de chinină-oxid nitric funcționează împreună cu sistemul RAS pentru a regla tensiunea arterială. Intermediarul implicat în sistemul kinin-oxid nitric, bradikinina, activează Ca 2+/oxid nitric sintetic dependent de calmodulină (eNOS), care catalizează conversia argininei în oxid nitric (NO), ducând la o scădere a tensiunii arteriale. Există dovezi că eliminarea eNOS și deficiența de NO pot duce la hipertensiune clinică [57]. Prin urmare, peptidele bogate în arginină pot fi, de asemenea, considerate o strategie pentru terapia cu hipertensiune arterială, odată ce acționează ca o sursă de oxid nitric, care, la rândul său, joacă roluri fiziologice importante în endoteliul vascular și, prin urmare, poate produce efecte vasodilatatoare in vivo în timpul hipertensiunii [58] . Efectul peptidelor bogate în arginină ca antihipertensiv a fost revizuit recent [59], iar majoritatea peptidelor bogate în arginină au fost obținute din alimente. Cu toate acestea, unele specii de macroalge precum Porphyra spp., Chondrus crispus spp. și Ulva pertusa Kjellman conțin niveluri ridicate de arginină [60]; astfel, cel puțin aceste specii ar trebui privite ca surse potențiale de peptide antihipertensive bogate în arginină.

Luând în considerare aplicarea excelentă a peptidelor inhibitori ai ECA I în promovarea sănătății cardiovasculare, optimizarea procedurilor de extracție a atras atenție și discuții despre criteriile de selectare a metodelor de extracție și calitatea extractelor [22,35,61]. De exemplu, recent, extracția cu hidroliza celulazei și a-amilazei a fost comparată cu metoda convențională de macerare. Cele două proceduri au fost testate pe mai multe alge marine brune și a fost evident că extractele procedurii de macerare au fost mai puțin bogate în compuși cu activitate inhibitoare a ECA I [62]. Cu toate acestea, autorii au propus că activitatea inhibitoare a ECA I a extractelor obținute prin extracție enzimatică se poate datora prezenței florotaninelor și carbohidraților și nu a peptidelor [62].

2.2. Florotanine

Polimerizarea floroglucinolului oferă o familie de compuși naturali importanți, florotaninele, care sunt foarte hidrofile și au o gamă largă de dimensiuni moleculare, variind între 126 Da și 650 kDa. Apariția lor în algele brune este foarte frecventă, în special la speciile Ecklonia, și sunt recunoscute și activitățile lor biologice benefice, cum ar fi activitățile anticanceroase, antidiabetice, antialergice, antioxidante și antihipertensive [63,64,65,66].

Implicarea florotaninelor în activitatea inhibitoare a ECA I propusă de Olivares-Molina și Fernández [62] nu este ciudată, deoarece a fost detectată anterior. De exemplu, din extractul etanolic de Ecklonia cava Kjellman au fost izolate florotanine care au prezentat o activitate potențială de inhibare a ECA și din care cea mai activă a fost diecolul (18) (Figura 5), ​​cu un inhibitor ECA IC50 1,47 ± 0,04 mM [67]. Dieckol (COM)18) s-a dovedit a fi un inhibitor necompetitiv împotriva ECA I, cu efect inductibil asupra producției de NO în celulele EAhy926 și fără a avea efecte citotoxice, deși capacitatea sa inhibitoare nu este comparabilă cu cea prezentată de captopril (IC50 0,025 ± 0,90 μM) [67]. Atragem atenția cititorului asupra faptului că captoprilul este un medicament clinic utilizat pe scară largă ca antihipertensiv. IC50 scăzut raportat pare să fie în concordanță cu acesta; cu toate acestea, abaterea standard asociată este de câteva ori mai mare decât valoarea medie IC50, ceea ce este inacceptabil. În opinia noastră, aceasta ar putea fi o eroare tipografică.

Florotanine antihipertensive izolate din Ecklonia cava Kjellman și Ecklonia stolonifera Okamura.

Compusul dieckol (18) a fost, de asemenea, izolat din alga brună comestibilă Ecklonia stolonifera Okamura împreună cu florofucofuroeckol A (19) (Figura 5), ​​cu compusul 19 fiind un inhibitor al ECA I mult mai puternic (cu o valoare IC50 de 12,74 ± 0,15 μM) decât compusul 18, deși nu este atât de activ ca captoprilul [68].

6,6′-bieckol (20) (Figura 5) izolată din Ecklonia cava Kjellman, inhibă enzima ACE cu o valoare IC50 de 0,42 mM [69], fiind mai puțin activă decât florofucofuroeckol A (19) (Figura 5). În plus, Ko et al. [69], utilizând studii de andocare, a stabilit că 6,6′-bieckol (20) (Figura 5), ​​ar putea interacționa cu buzunarele S1, S′1 și S′2 ale ACE și apoi să restrângă activitatea ACE; folosind testul celulelor endoteliale ale venei ombilicale umane (HUVECs), acestea demonstrează că 6,6'-bieckol generează oxid nitric endotelial (eNOS) mediate de oxid nitric (NO) prin activarea Akt; și folosind modele de șobolani hipertensivi spontan, 6,6′-bieckol (20) (Figura 5) determină o reducere mare a tensiunii arteriale sistolice la o doză de 20 mg/kg greutate corporală și injectată pe cale orală. Aceste rezultate sunt indicatori buni că 6,6′-bieckol (20) are potențial de a fi utilizat în tratamentul hipertensiunii.

Relațiile structură-activitate a florotaninelor sunt incomplete, dar se pare că o porțiune dibenzo-1,4-dioxină poate fi crucială pentru a promova ECA și inhibarea. Mai mult, un inel suplimentar de dibenzofuran poate crește, de asemenea, efectul inhibitor [68]. Există dovezi că activitatea inhibitoare a florotaninelor ACE I se datorează capacității lor de legare a proteinelor și, prin urmare, scăderii eficienței ACE I după legare [67]. Această capacitate de legare a proteinelor depinde de lungimea și structura florotaninului, aparent pentamerii sau hexamerii floroglucinolului sunt inhibitori mai buni [70].

2.3. Polizaharide

Endotelina 1 (ET 1), compusul predominant al sistemului endotelinei, acționează prin căile intracelulare ale celor doi receptori ai endotelinei (ETA și ETB). Celulele endoteliale reglează tonusul vascular și provoacă reacții mitogene și pro-inflamatorii. Există dovezi că blocarea receptorilor de endotelină, în special subtipul ETA, poate fi o strategie pentru tratarea patologiilor cardiovasculare majore [71,72,73].

Sulfat de D-polimanuronic (21) (Figura 6), un compus de tip carbohidrat, poate fi obținut de la alga brună Pelvetia canaliculata (Linnaeus) Decaisne & Thuret și, de asemenea, demonstrează in vivo potența hipotensivă acută și profilactică. Sulfat de D-polimanuronic (21) a prezentat o potență terapeutică (50 mg/kg) comparabilă cu cea a captoprilului (14 mg/kg). Rezultatele indică faptul că sulfatul de D-polimanuronic (21) promovează creșterea conținutului de NO și a scăzut concentrațiile de Ang II și ET 1 [74], în principal prin reducerea dependentă de doză și/sau prevenirea creșterii tensiunii arteriale sistolice și prin scăderea ritmului cardiac cu reducerea tensiunii arteriale [74].