Eva Martínez-Pinilla

1 Laborator de neurofarmacologie celulară și moleculară, Departamentul de Neuroștiințe, Centrul de Cercetări Medicale Aplicate, Universitatea din Navarra, Pamplona, ​​Navarra, Spania

Ainhoa ​​Oñatibia-Astibia

2 Colegiul Oficial al Farmaciștilor din Gipuzkoa, San Sebastián, Spania

Rafael Franco

3 Laborator de Neurobiologie Moleculară, Departamentul de Biochimie și Biologie Moleculară, Facultatea de Biologie, Universitatea din Barcelona, ​​Barcelona, ​​Spania

Abstract

Consumul de cacao a început în America și la mijlocul secolului al XVI-lea s-a răspândit rapid în Europa. Dincolo de a fi considerată un obicei plăcut datorită gustului său bogat dulce persistent, ciocolata a fost considerată un nutrient bun și chiar un medicament. În mod tradițional, beneficiile pentru sănătate ale cacao au fost asociate cu conținutul ridicat de antioxidanți ai boabelor de cacao Theobroma. Cu toate acestea, efectul psihoactiv direct datorat metilxantinelor din cacao este notabil. Teobromina și cofeina, în proporțiile găsite în cacao, sunt responsabile pentru gustul alimentelor/băuturilor. Acești compuși influențează într-un mod pozitiv stările noastre de spirit și starea noastră de vigilență. Teobromina, care se găsește în cantități mai mari decât cofeina, pare să se afle în spatele mai multor efecte atribuite aportului de cacao. Principalele mecanisme de acțiune sunt inhibarea fosfodiesterazelor și blocarea receptorilor adenozinici. Sunt explorate alte mecanisme pentru a înțelege mai bine beneficiile pentru sănătate asociate consumului de teobromină. Spre deosebire de ceea ce se întâmplă la alte mamifere - animale de companie - incluse, teobromina este sigură pentru oameni și are mai puține efecte nedorite decât cofeina. Prin urmare, teobromina merită atenție ca una dintre cele mai atractive molecule din cacao.

INTRODUCERE

pentru

Structura chimică a xantinei, cofeinei, teobrominei și adenozinei.

CONȚINUTUL DE TEOBROMĂ ȘI CAFEINĂ ÎN CACAU

Efectele fiziologice ale componentelor din cacao și, în special, ale teobrominei, merită să fie examinate îndeaproape pentru a înțelege mai bine proprietățile consumului de cacao. Diferențele dintre cafea și cacao percepute de consumatori se datorează în principal moleculelor lor cele mai abundente: cofeina din cafea și teobromina din cacao. Mai mult, conținutul ridicat de carbohidrați din produsele din cacao poate fi un factor suplimentar de luat în considerare.

Pe lângă potențialul psihoactiv dovedit de cacao, conținutul de cofeină și teobromină este în totalitate sau parțial responsabil pentru gustul acestui aliment. Voluntarilor umani care consumă o băutură plus o capsulă care conține cei doi compuși, în cantități echivalente cu cele găsite în 50 g de ciocolată neagră (19 mg cofeină și 250 mg teobromină), le-a plăcut băutura mai mult decât atunci când împerecherea a fost cu o capsulă care conțin placebo ( Smith și Blackburn, 2005). Aceste rezultate, probabil mediate de receptorii de adenozină, sunt concludente cu privire la acțiunile de întărire ale metilxantinelor la doze și proporții găsite în cacao. Este important de reținut că nici cofeina, nici teobromina nu sunt substanțe dependente (a se vedea Institutul Național pentru Abuzul de Droguri, 2014) și, de asemenea, nu se află pe lista substanțelor dopante furnizate de Agenția Mondială Anti-Doping (vezi Agenția Mondială Anti-Doping (WADA), 2014.

STUDII TEOBROMINE LA MAMIFERE: SIGURANȚĂ ȘI TOXICITATE

Efectele in vivo ale drogurilor xenobiotice sau sintetice necesită utilizarea modelelor animale. Cu toate acestea, teobromina pare a fi toxică la unele mamifere, inclusiv la animalele de companie (Smit, 2011). Toxicitatea animalelor de laborator este un factor de luat în considerare în extrapolarea datelor la oameni. Motivele acestei toxicități nu sunt bine stabilite, dar sugerează fără echivoc că mecanismele de acțiune ale teobrominei la om pot fi diferite de cele observate la alte mamifere. Datorită acestor fapte, farmacologia moleculară a teobrominei, în special efectul acesteia asupra receptorilor adenozinici, trebuie revizuită folosind probe și celule de țesut uman sau sisteme heterologe care exprimă proteine ​​umane. Cunoașterea efectelor adverse la unele animale a determinat probabil un număr relativ mare de studii clinice care demonstrează că teobromina nu este toxică pentru oameni (Pendleton și colab., 2012, 2013; Baggott și colab., 2013), dar are beneficii într-o varietate de condiții (vezi mai jos). Trebuie remarcat faptul că legătura dintre consumul de cacao și riscul de preeclampsie la femeile gravide, descrisă anterior, nu a fost dovedită. Cu toate acestea, recenziile sistematice recente sugerează beneficiile aportului de cacao în prevenirea hipertensiunii gestaționale (Klebanoff și colab., 2009; Mogollon și colab., 2013).

RECEPTORI DE CAFEINA, TEOBROMINA ȘI ADENOZINA

Principalele efecte farmacologice ale cofeinei, în mare parte datorită similitudinii sale structurale cu molecula de adenozină (Figura (Figura 1), 1), includ inhibarea fosfodiesterazelor (enzime care degradează al doilea mesager, AMPc), reglarea nivelurilor de calciu intracelular și antagonismul a receptorilor de adenozină (Choi și colab., 1988; McPherson și colab., 1991; Chen și Chern, 2011; Johnson și colab., 2012; Tazzeo și colab., 2012). Aceste acțiuni primare duc la efectele fiziologice bine descrise ale cofeinei ca stimulent al SNC (Smit și colab., 2004; Ciruela și colab., 2006). Mai mult, această metilxantină poate efectua și alte procese periferice, cum ar fi relaxarea mușchilor netezi sau stimularea diurezei și a contracției musculare cardiace (Tazzeo și colab., 2012). Cofeina este metabolizată în principal de ficat și, interesant, unul dintre metaboliții săi este teobromina (Becker și colab., 1984).

Ca metilxantine, cofeina și teobromina (Figura (Figura 1), 1), sunt blocante ale receptorilor adenozinici, care sunt receptori cuplați cu proteina G care simt prezența adenozinei extracelulare. Adenozina este atât un metabolit intermediar, cât și o moleculă mesageră care își exercită acțiunea asemănătoare hormonilor în periferie și acționează ca un neuroreglator puternic în SNC. Au fost identificate patru subtipuri de receptori pentru compus: A1, A2A, A2B și A3, larg distribuite în corpul uman, deși cu expresie diferențială de celule/țesuturi. Fiziologia creierului este dependentă de variațiile concentrației de adenozină care afectează receptorii de adenozină din neuroni. În acest sens, o modalitate rapidă de a începe activitățile zilnice este perturbarea efectului adenozinei din creier prin utilizarea blocanților receptorilor săi specifici. Din punct de vedere tehnic, astfel de blocante sunt numite „antagoniști” și, prin urmare, cofeina și teobromina sunt antagoniști ai receptorilor adenozinici. Dovezi în creștere în ultimul deceniu indică faptul că teobromina are acțiuni psihoactive la om care sunt calitativ diferite de cele ale cofeinei (Mitchell și colab., 2011; Baggott și colab., 2013). Efectul teobrominei asupra tensiunii arteriale (van den Bogaard și colab., 2010) este, de asemenea, calitativ diferit de cel al cofeinei (Mitchell și colab., 2011), dar motivele acestor diferențe nu sunt stabilite.

Teobromina este utilă în astm și în alte probleme ale căilor respiratorii, cum ar fi tusea pentru care nu a fost dezvoltat niciun medicament definitiv. Codeina este foarte eficientă, dar metabolismul său la compuși care acționează asupra receptorilor opioizi limitează utilizarea acesteia (Prieto-Lastra și colab., 2006). O alternativă naturală și siguranță ar putea fi teobromina, deoarece este capabilă să prevină tusea provocată de acidul citric la cobai și de capsaicina (o componentă iritantă a ardeilor iute) la om. Acest studiu dublu-orb controlat cu placebo a fost completat cu studii in vitro folosind preparate pentru nervul vag uman în care teobromina inhiba efectul de depolarizare a capsaicinei (Usmani și colab., 2005). Având în vedere aceste rezultate, teobromina pare să suprime tusea prin inhibarea activării nervilor aferenți. Două studii clinice au fost finalizate pentru a testa acțiunea antitusivă a teobrominei, dar nu sunt disponibile încă rezultate. Într-una dintre ele (identificator> NCT01416480 în clinictrials.org) 300 mg capsule de teobromină au fost utilizate pentru efecte antitusive în bronșita acută. Într-un al doilea studiu (identificator> NCT01656668 în clinictrials.org), capsulele de 300 mg teobromină au fost evaluate în tuse frecventă pe termen lung. Rămâne de stabilit dacă consumul de cacao poate fi util pentru a preveni tusea sau pentru a reduce intensitatea tusei.

De remarcat, van Zyl și colab. (2008) au raportat că difuzia teobrominei în substructurile pulmonare este mai mare decât cea a altor medicamente utilizate în terapia bolilor respiratorii. Autorii sugerează că nu numai lipofilicitatea, ci și poziția grupărilor alchil în inelul purinic afectează capacitatea cofeinei și a teobrominei de a traversa membranele biologice. Capacitatea diferențială de penetrare și acumulare a țesuturilor poate explica de ce teobromina poate obține efecte mai mari decât cofeina. Deși teobromina poate avea o afinitate mai mică pentru receptori decât cafeina, eficacitatea teobrominei poate deveni mai mare dacă traversează cu ușurință membranele și atinge concentrații interstițiale ridicate.

Beneficiile teobrominei asupra tusei par a fi legate de potențialul său antiinflamator, precum și de modularea reactivității căilor respiratorii (Mokry și colab., 2009). Inhibitorii neselectivi ai fosfodiesterazei sunt deja eficienți în suprimarea hiperreactivității căilor respiratorii. Din cele douăzeci de enzime existente care scindează mononucleotide ciclice (AMPc/cGMP), fosfodiesteraza patru este o alegere bună ca țintă terapeutică în suprimarea tusei (Mokry și Nosalova, 2011). Cortijo și colab. (1993) au arătat o îmbogățire a fosfodiesterazei patru în țesutul bronșic uman și o bună corelație între inhibarea enzimei și potența bronhorelaxării. Recent, Sugimoto și colab. (1994, 2014) au demonstrat că efectul potențial antitumoral al teobrominei în proliferarea malignă a glioblastomului rezultă din reglarea fosfodiesterazei patru, a protein kinazei B, a proteinei kinazei activate mitogen p38 și a factorului nuclear-kappa B., metilxantinele sunt capabile să regleze în jos citokinele pro-inflamatorii, cum ar fi interferonul-gamma sau factorul de necroză tumorală-alfa (Harris și colab., 2010). În afară de efectul direct de teobromină asupra fosfodiesterazelor, rezultatele sunt consistente cu blocarea receptorilor de adenozină care afectează negativ activitatea adenilat ciclazei, adică a celor cuplați la proteinele Gi (receptorii A1 și A3).

EFECTELE INDEPENDENTE ALE RECEPTORULUI ADENOZINIC AL TEOBROMINEI

În ciuda faptului că acționează în principal ca un antagonist al adenozinei, teobromina poate avea acțiuni care nu sunt mediate de blocarea acestor receptori. Teobromina și alte componente principale ale unui extract hidroalcoolic de guarana sunt capabile să reducă toxicitatea celulară cauzată de generarea de oxid nitric (Bittencourt și colab., 2013). Este puțin probabil ca reducerea stresului oxidativ, deteriorarea ADN-ului și peroxidarea lipidelor în celule de către extractul de gurana să fie mediate prin blocarea receptorilor de adenozină.

În ultimii ani, teobromina a început să fie studiată pe scară largă pentru a căuta mecanisme comune și diferențiale cu cofeina. Teobromina și cofeina sunt metilxantine care pot forma complexe non-covalente de stivuire cu ATP (Gattuso și colab., 2011) și afectează metabolismul celular și/sau structura ADN și ARN (Johnson și colab., 2012). De fapt, teobromina și cofeina sunt capabile să se lege de ADN la concentrații milimolare (Johnson și colab., 2012) și teobromina poate interacționa și cu ARN (Johnson și colab., 2003). Cu toate acestea, consecințele fiziologice complete ale acestor descoperiri nu sunt încă cunoscute. O ipoteză propune că interacțiunea susținută cu ADN și ARN după consumul de metilxantine în cacao, ar putea duce la inducerea sau reprimarea expresiei genice. Oleaga și colab. (2012) au arătat că un extract polifenolic de cacao modifică expresia genelor din celulele cancerului de sân uman. În consecință, o posibilitate atractivă este impactul asupra expresiei genelor cu potențial de reducere a riscului de boli neurodegenerative. Rapoarte recente au indicat că consumul cronic de cafea duce la un risc redus de boală Alzheimer și Parkinson (Maia și de Mendonça, 2002; Costa și colab., 2010; Eskelinen și colab., 2011; Messerli, 2012). Acest efect benefic este total legat de un consum continuu la mijlocul vieții, adică aportul de produse care conțin metilxantină reduce neurodegenerarea mai târziu în viață (Pelligrino și colab., 2010; Klaassen și colab., 2013; Haller și colab., 2014).

Efectul teobrominei în bolile respiratorii nu se datorează inhibării mediatorilor inflamației în astm, histamină sau substanța cu reacție lentă a anafilaxiei (Hillyard și colab., 1984). O nouă țintă diferențială a metilxantinelor este poli (ADP-riboză) polimeraza-1, o enzimă nucleară care este slab inhibată de cofeină, dar semnificativ inhibată de teobromină (Geraets și colab., 2006). În acest sens, Ahmad și colab. (2015) au arătat recent că inhibarea poli (ADP-ribozei) polimerazei-1 reduce semnificativ pneumonia cauzată de gamma-caragenan. Dovezi recente demonstrează neovascularizarea într-un model animal de astm (Wagner și colab., 2015). Interesant este că teobromina poate reduce neovascularizarea care însoțește creșterea tumorii și metastaza (Gil și colab., 1993) și, prin urmare, poate reduce atât simptomele acute, cât și angiogeneza în astm.

Expunerea la muștar de azot provoacă inflamații pulmonare și reglarea în sus a proteinelor de stres oxidativ din macrofage. Analogul teobrominei, pentoxifilina, este eficient în reducerea inflamației și creșterea numărului de macrofage cu proprietăți antiinflamatorii de reparare a plăgilor (Sunil și colab., 2014). Concentrația de adenozină la locurile de inflamație este notabilă (Cronstein și colab., 1999) și, în consecință, poate activa receptorii de adenozină prezenți în celulele pulmonare și în macrofage. Blocarea receptorilor de adenozină și/sau inhibarea fosfodiesterazelor pot sta la baza modificărilor fenotipice cauzate de metilxantinele din macrofagele activate după inhalarea muștarului.

Un studiu pilot a fost dezvoltat pentru a testa dacă teobromina a fost capabilă să protejeze suprafața smalțului molarilor umani. Rezultatele acestui studiu in vitro au arătat că două concentrații diferite de teobromină au reușit să păstreze structura dinților tratați timp de trei zile cu hidroxil-etil-celuloză acidă pentru demineralizare (Kargul și colab., 2012). Acest efect protector nu se poate datora receptorilor adenozinici, deoarece aceștia nu sunt prezenți pe suprafețele smalțului. Beneficiile teobrominei la acest nivel au fost atinse la concentrații relativ ridicate. De fapt, cacao conține carbohidrați care pot fi metabolizați de bacteriile din gură și cauzează cariile dentare, astfel încât poate fi luată precauție pentru a considera aportul de cacao ca un protector pentru dinți. Alternativa de cacao fără zahăr ar putea duce la beneficii pentru reducerea aportului caloric și prevenirea cariilor dentare.

Alte efecte ale teobrominei independente de receptorii adenozinei sunt demonstrate în protecția cardiovasculară prin creșterea semnificativă a nivelurilor plasmatice ale colesterolului HDL și scăderea în cele LDL. Au fost efectuate studii clinice la voluntari care luau cacao pentru a evalua efectul acestei substanțe asupra nivelurilor de lipoproteine ​​plasmatice (Kris-Etherton și colab., 1994; Mursu și colab., 2004; Wang-Polagruto și colab., 2006; Baba și colab., 2007; Mellor și colab., 2010; Khan și colab., 2012). Rezultatele studiului clinic> NCT01481389 (clinictrials.org) sugerează că teobromina, dar nu și flavonoidele, este responsabilă pentru creșterea nivelului de HDL la persoanele care iau produse din cacao (Neufingerl și colab., 2013). Mecanismul efectului de creștere a HDL este probabil multifactorial și nu neapărat legat de blocada receptorilor de adenozină. Probabil pe baza unui efect diuretic la câini (Macnider, 1917), teobromina a fost considerată utilă pentru scăderea în greutate și este suplimentată preparatelor de ceai din plante (Khazan și colab., 2014). Cu toate acestea, nu există nici suficiente date pentru a confirma potențialul de scădere în greutate la oameni, nici mecanismul de bază presupus.

CONCLUZIE

În ultimele decenii, un progres remarcabil a permis înțelegerea unora dintre mecanismele moleculare care stau la baza beneficiilor dovedite pentru sănătate ale consumului de cacao la om. În afară de conținutul ridicat de antioxidanți, dovezile solide indică metilxantinele ca jucători cheie în efectele benefice. Cafeina a fost considerată clasic cu un potențial mai mare decât alte metilxantine. Studii recente au evidențiat potențialul teobrominei, care poate acționa ca o moleculă protectoare antitumorală, antiinflamatoare sau cardiovasculară, fără efectele secundare nedorite descrise pentru cofeină. Principalele mecanisme de acțiune ale teobrominei sunt inhibarea fosfodiesterazelor și blocarea receptorilor adenozinici, dar, în mod interesant, prezintă alte efecte independente ale receptorilor adenozinici, precum reducerea stresului oxidativ celular sau reglarea expresiei genelor. În acest sens, teobromina ar putea fi considerată o alternativă naturală și sigură în tratamentul unor boli umane și poate servi ca un compus principal pentru dezvoltarea de medicamente noi

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricărei relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretată ca un potențial conflict de interese.