BIULETYN
        Wydziału Farmaceutycznego
   Akademii Medycznej w Warszawie

       Biul. Wydz. Farm. AMW, 2004, 2, 10-17
           http://biuletynfarmacji.wum.edu.pl/


Wersja pdf do pobrania

 

IZOPROSTANY - NOWE BIOMARKERY LIPIDOWEJ PEROKSYDACJI IN VIVO

Andrzej Tokarz, Małgorzata Jelińska, Agnieszka Ozga

Otwórz bibliografię

w osobnym oknie

Katedra i Zakład Bromatologii, Wydział Farmaceutyczny Akademii Medycznej w Warszawie
ul. Banacha 1, 02-097 Warszawa
Tel./faks: 5720 785, e-mail:
tokarz@farm.amwaw.edu.pl

Otrzymany 10.02.2004; zaakceptowany 16.03.2004; zamieszczony 19.04.2004 

STRESZCZENIE
Odkrycie izprostanów jako produktów nieenzymatycznej peroksydacji lipidów stworzyło nową płaszczyznę badań związanych z rolą wolnych rodników w fizjologii i patofizjologii. Zastosowanie analizy ilościowej tych związków z wykorzystaniem metod fizycznych i immunologicznych stanowi istotny postęp w badaniach dotyczących wpływu wolnych rodników na patogenezę ludzkich chorób. Ze względu na powszechne występowanie izoprostanów w płynach biologicznych, takich jak mocz, krew, płyn mózgowo-rdzeniowy, a także w wydychanym powietrzu, trwają prace nad możliwościami wykorzystywania danych analitycznych, określających ich poziom,  w diagnostyce chorób przewlekłych, w których to etiologię włączony jest stres oksydacyjny.
Oznaczanie ilościowe izoprostanów stwarza również możliwości prowadzenia prac zmierzających do optymalizacji składu diety pod względem zawartości substancji przeciwutleniających i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, oraz suplementacji odpowiednimi składnikami.

SŁOWA KLUCZOWE:
izoprostany, wskaźniki, stres oksydacyjny
.

Received 10.02.2004; accepted 16.03.2004; published 19.04.2004

ABSTRACT
isoprostanes - new biomarkers in lipid peroxidation IN VIVO
The discovery of isoprostanes, which are products of non-enzymatic lipid peroxidation, resulted in the research on the new role of free radicals in physiology and pathophysiology. Isoprostane quantitative analysis, by use of physical and immunological methods, is a great achievement in the evaluation of free radical impact on many diseases in human. Isoprostanes occur commonly in biological liquids such as urine, blood, cerebro-spinal fluid and in the air breathed out. For that reason attempts are made to apply isoprostanes in the diagnosis of chronic diseases, which may be caused by oxidative stress.
Quantification of isoprostanes also gives the possibilities to optimize the diet by supporting proper amounts of antioxidants and polyunsaturated fatty acids and by supplementation with beneficial components.

KEY WORDS:
isoprostanes, biomarkers, oxidative stress.

 

Wstęp

Izoprostany są nową klasą naturalnych związków powstających in vivo w wyniku wolnorodnikowej peroksydacji wielonienasyconych kwasów tłuszczowych [1]. Peroksydacja lipidów jest najlepiej poznanym procesem indukowanym przez wolne rodniki. Powstające w ten sposób mediatory, szczególnie pochodne kwasu arachidonowego, pełnią ważną fizjologicznie i farmakologicznie funkcję. Mogą być również wykorzystywane jako selektywne wskaźniki ostrych stanów zapalnych i chorób degeneracyjnych będących następstwem stresu oksydacyjnego [2]. Arachidonian i niektóre inne kwasy tłuszczowe C20 z wiązaniami podwójnymi poprzedzielanymi grupami metylenowymi, są źródłem powstawania eikozonoidów - biologicznie czynnych związków znanych jako prostaglandyny (PG), tromboksany (TX) i leukotrieny (LT) (ryc.1) [3].

Kwas arachidonowy (AA)  zawarty w fosfolipidach  błon plazmatycznych jest uwalniany  przez  fosfolipazę A2 i następnie metabolizowany w trzech szlakach enzymatycznych:
1 - szlak cyklooksygenezy-1 (COX-1) lub cykloksygenezy-2 (COX-2) wytwarzający labilne endonadtlenki, z których formowane są prostaglandyny, tromboksany i prostacykliny (PGI);
2 - szlak lipoksygenezy wytwarzający leukotrieny;
3 - także cytochrom P-450 może służyć jako katalizator dla biotransformacji AA do różnych utlenionych metabolitów, włączając epoksydy i serię  hydroksykwasów tłuszczowych [1].

 

Ryc. 1. Schemat enzymatycznego formowania prostanoidów [3].

Nowa biochemiczna droga przemiany AA została odkryta zarówno u ludzi, jak i u zwierząt. Wolontariuszom podawano wysokie dawki niesteroidowych leków przeciwzapalnych takich jak: ibuprofen, indometacynę i naproksen, w celu całkowitego zahamowania cyklooksygenazy i wytwarzania PG. U tych osób we krwi i moczu pojawiły się duże ilości prostanoidów [1]. Te naturalne produkty, formowane in vivo przez nieenzymatyczny, wolnorodnikowy mechanizm peroksydacji wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, nazwano izoprostanami (izoP) [2].

W przeciwieństwie do enzymatycznego formowania prostaglandyn i leukotrienów, które wymaga wolnego kwasu arachidonowego, F2-izoP są formowane in situ w fosfolipidach i uwalniane przez fosfolipozę A2. Uwolnione izoprostany krążą we krwi i są wydalane z moczem.

Od czasu odkrycia izoprostanów zgromadzono wiele dowodów potwierdzających, że są one niezawodnym markerem oksydacyjnych uszkodzeń in vivo i in vitro, stosunkowo łatwym w ilościowym oznaczaniu w płynach biologicznych. Podwyższoną zawartość izoP w moczu i krwi opisano w kilku zespołach chorobowych związanych z nadmiernym wytwarzaniem wolnych rodników. Są to między innymi: palenie papierosów, marskość wątroby wywołana alkoholem, nowotwory a także miażdżyca [4].

Rozwój metod analitycznych: GC/MS, GC/tandem MS, immuno/GC/MS pozwolił na szczegółową analizę czynników wpływających na formowanie izoprostanów. Wykonano wiele testów w celu optymalizacji diety i dawek antyoksydantów: witamin E i C, obniżających syntezę izoP.

Stabilność w płynach ustrojowych, specyficzność w stosunku do peroksydacji lipidów, synteza in vivo i względna obfitość w płynach ustrojowych sprawia, że izoprostany należą do najbardziej wiarygodnych biomarkerów peroksydacji lipidów i stresu oksydacyjnego [5].

 

Mechanizm powstawania izoprostanów

Formowanie struktur podobnych do prostaglandyn, jako produktów peroksydacji AA in vitro, było pierwszy raz opisane przez Mehelicha i współpracowników w 1990 roku. Związki te, określone jako F2-izoP, posiadały pierścień 1,3-dihydroksycyklopentanowy z grupami hydroksylowymi głównie w konformacji cis i były formowane z AA zgodnie z mechanizmem wolnorodnikowym. Związki analogiczne do F2-izoP mogą być formowane z innych kwasów tłuszczowych [6].

Ryc. 2. Schemat mechanizmu formowania izoprostanów [2].

Mechanizm formowania izoprostanów został przedstawiony na ryc. 2. Reaktywne formy tlenu (RFT) takie jak: HO., RO., ROO., O2, NO.  i inne mogą oderwać atom wodoru z wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, np. z AA, i propagować reakcję łańcuchową. Inicjowane wolnorodnikowe oderwanie atomu wodoru, jakie występuje na atomach węgla 13, 10 i 7 w cząsteczkach AA, może powodować powstanie trzech form rodnikowych, które następnie poddane procesowi wewnętrznej cyklizacji, poprzez redukcję wodorem form prostaglandynowych, prowadzą do utworzenia czterech regioizomerów posiadających pierścień typu F. Przy czym, każdy z tych regioizomerów teoretycznie może wytworzyć osiem racemicznych diastereomerów. Tak więc w powyższym procesie mogą być wygenerowane 64 różne związki, jakkolwiek w różniących się ilościach [2].

Każdy z czterech regioizomerów (typu III-VI) teoretycznie może być odniesiony do ośmiu racemicznych diastereoizomerów. Ponadto na uwagę zasługuje możliwość tworzenia się izoprostanów drogą dwóch szlaków peroksydacyjnych [1,6] poprzez endonadtlenkowy mechanizm przedstawiony na ryc. 2 oraz dioksetanowy, pokazany na ryc.3.

Ryc. 3. Mechanizm dioksetanowego formowania izoprostanów [6].

W nomenklaturze izoprostanów oparto się na czterech typach izoprostanów jako głównych przedstawicielach pochodnych związków wywodzących się z kwasu arachidonowego. Na ile to było możliwe, zachowano też elementy znanej nomenklatury prostaglandyn. I tak dla określenia izoprostanów wykorzystany został skrót "izoP", aby uniknąć pomyłek ze skrótem IP, oznaczającym fosforan inozytolu. Główne klasy izoprostanów zostały oznaczone literami D, E, F, G i H w celu podkreślenia typu cyklopentanowego pierścienia, podobnie do oznaczeń wykorzystanych w nazewnictwie prostaglandyn, np. PGE – pochodne izoprostany oznaczono jako iPE, a pochodne PGF jako iPF.

Ilość podwójnych wiązań w łańcuchach bocznych wyrażona jest odpowiednią cyfrą 1, 2, 3 lub 4, co stanowi także analogię do nomenklatury prostaglandyn. Symbole a lub b są wykorzystane dla wykazania stereochemii dwóch grup OH w pierścieniu cyklopentanu. Przedrostek a oznacza obecność dwóch grup OH rzutowanych pod płaszczyzną cząsteczki, przedrostek b oznacza położenie grupy OH ponad płaszczyzną pierścienia cyklopentanu. W sytuacji gdy jedna grupa OH jest w położeniu a, a druga w b, oznaczenie a ma pierwszeństwo.

Cyframi rzymskimi od I do VI oznaczono izo-P wywodzące się z kwasu eikozapentaenowego (EPA), a cztery typy pochodzące od AA oznaczono cyframi od III do VI. Podstawą kwalifikacji były trzy rodzaje łańcuchów bocznych i lokalizacja grup OH.

Kwas eikozapentaenowy (EPA) jest niezbędnym kwasem tłuszczowym, który podlega przemianom z udziałem cyklooksygenazy i lipooksygenazy. W organizmie wbudowany jest w fosfatydyloetanoloaminę i fosfatydylocholinę, co oznacza, że in vivo jest uwalniany przez fosfolipazę A2. Indukowana wolnorodnikowa peroksydacja EPA prowadzi do powstania izoprostanów. Ze względu jednak na obecność pięciu podwójnych wiązań w EPA istnieje możliwość sformowania sześciu klas izoP, określonych jako F3-izoprostany. Wobec istnienia sześciu typów izoP, z których każdy może tworzyć 16 diastereoizomerów, teoretycznie istnieje możliwość powstania 96 F3-izoprostanowych izomerów [8].

W przypadku kwasu g-linolenowego (C-18, n-6) formowane są izoP klasy III i IV. Różnią się one od pochodnych AA tym, że mają łańcuchy krótsze o dwa atomy węgla. Związki te opisuje się stawiając przedrostek di-nor np. dinor- iPF1a-IV i dinor- i PF1a-III [1]. Z kwasu a-linolenowego (C-18, n-3) powstają dwie klasy izoP.  Ze względu na obecność podwójnego wiązania przy C-16, powstające klasy izoP są typami I i II. Związki te występują w świecie roślin, stąd też ich określenie fitoprostany - F1. Kwas a-linolenowy występuje powszechnie w błonach chloroplastów, w mniejszych ilościach znajduje się on w nasionach i olejach. Znaczne ilości tego związku zawiera plankton morski [9]. Powstające izoP opisywane są jako dinor- iPF1a-I  i  dinor- iPF1a-II . Kwas dokozaheksaenowy (C-22 n-3, DHA) jest związkiem obecnym w dużych ilościach w strukturach mózgu, gdzie jego udział wynosi 30% względem kwasów tłuszczowych fosfatydyloetanoloaminy zawartej w błonach komórkowych. W korze mózgowej jego ilość dochodzi do 35%. Fosfolipidy receptorów siatkówki  oka zawierają od 20 do 25% tego kwasu, a w jądrach jest on głównym kwasem wielonienasyconym. DHA posiada 6 podwójnych wiązań, co powoduje, że w wyniku peroksydacji powstaje aż osiem typów izoprostanów, których jeszcze nie nazwano [1].

W celu uporządkowania powyższych informacji w Tabeli 1 przedstawiono wzory strukturalne i rodzaje odpowiadających im typów izoprostanów powstających w wyniku przemian peroksydacyjnych AA, EPA, DHA.

Tabela 1. Klasyfikacja typów izoprostanów [7].

Nowa klasyfikacja

AA

EPA

DHA

Dawna klasyfikacja

Typ I

 

typ-I-EPA.gif

typ-I-DHA.gif

Typ VI

Typ II

 

typ-II-EPA.gif

typ-II-DHA.gif

Typ V

Typ III

typ-III-AA.gif

typ-III-EPA.gif

typ-III-DHA.gif

Typ IV

Typ IV

typ-IV-AA.gif

typ-IV-EPA.gif

typ-IV-DHA.gif

Typ III

Typ V

typ-V-AA.gif

typ-V-EPA.gif

typ-V-DHA.gif

Typ II

Typ VI

typ-VI-AA.gif

typ-VI-EPA.gif

typ-VI-DHA.gif

Typ I

Typ VII

 

 

typ-VII-DHA.gif

 

Typ VIII

 

 

typ-VIII-DHA.gif

 

 

Powstawanie izoprostanów in vivo

W ludzkim, świeżym osoczu pochodzącym od zdrowych dawców można wykrywać obecność F2-izoP na poziomie 35 + 6 pg/ml. Ponieważ duże ilości izoP mogą być wytwarzane in vitro, zastanawiano się, czy ich oznaczenia przedstawiają rzeczywistą wartość powstałych endogennie związków, czy też były one formowane in vitro przez autooksydację lipidów osocza krwi. Ta druga możliwość wydaje się mało prawdopodobna z dwóch powodów. Po pierwsze - osocze zawiera znaczne ilości przeciwutleniaczy, co może powodować, że peroksydacja lipidów jest hamowana do czasu całkowitego zużycia endogennego askorbinianu. Stwierdzono ponadto, że we krwi znajdującej się w strzykawkach zawierających jeden z syntetycznych przeciwutleniaczy - butylohydroksytoluen (BHT), nie występowało obniżenie zawartości izoprostanów. Wykazano też, że stężenie F2- izoP w moczu, w porównaniu do krwi zdrowych dawców, było wyższe i wynosiło ok. 1,6 + 0,6 ng/mg kreatyniny.

Mocz zawiera znikomą ilość lipidów i dlatego jest mało prawdopodobne, aby tak znaczne ilości izoprostanów mogły być syntetyzowane in vitro. Potwierdzeniem tego przypuszczenia jest fakt, że zawartość izoP w moczu nie wzrasta po jego 5-dniowej inkubacji w temp. 37oC [4]. Przekonującym dowodem świadczącym o powstawaniu izoprostanów in vivo było stwierdzenie wzrostu ich zawartości w osoczu krwi szczurów poddanych działaniu czterochlorku węgla (CCl4) lub herbicydu - parakwatu, dla wywołania oksydacyjnych uszkodzeń. Zawartość izoprostanów wzrastała 200-krotnie w porównaniu do grupy kontrolnej zwierząt [2]. Szybkość tworzenia się F2- izoP dodatnio korelowała z rozmiarem uszkodzeń wątroby, co potwierdzano wzrostem aktywności aminotransferazy alaninowej (ALA) w osoczu krwi. Stężenia F2- izoP wzrastały szybko i osiągały maksymalny poziom po 4 godz. od podania CCl4, podczas gdy aktywność ALA wzrastała wolniej i tendencja ta utrzymywała się przez 24 godz. F2- izoP tworzyły się w znacznie mniejszych ilościach u szczurów karmionych hepatotoksycznymi dawkami tioacetamidu lub N-(4-hydroksyfenylo)acetamidu (paracetamolu), związkami, które nie są metabolizowane do form rodnikowych. Stwierdzono ponadto, że po podaniu CCl4 znacznie szybciej wzrastało stężenie F2- izoP w formie zestryfikowanej z fosfolipidami wątroby niż wolnych izoP we krwi. Sugeruje to, że F2- izoP są początkowo estryfikowane, a później powoli uwalniane do krążenia głównego [10]. F2- izoprostany dotychczas oznaczane były głównie w moczu, jednak pierwotne źródło, z którego pochodzą niezmetabolizowane związki obecne w moczu, nie jest znane [2].

 

Metabolizm izoprostanów

Nasza wiedza o metabolizmie izoprostanów nadal pozostaje niepełna. Wykonano między innymi doświadczenie na szczurach, którego celem było określenie szybkości zanikania 8-izo-PGF2a. W eksperymencie związek ten podawano we wlewie dożylnym. Wlew przerywano w różnych odstępach czasu i pobierano próbki krwi dla oznaczenia stężenia 8-izo-PGF2a. Ustalono, że czas półtrwania tego związku we krwi wynosi ok. 16 minut i, podobnie jak dla innych prostanoidów, płuca są głównym miejscem oczyszczania układu krwionośnego z F2- izoP. Fakt ten został poparty doświadczeniem, w którym wydłużono tętnicę wątroby szczura przez utworzenie zespolenia wrotno-czczego i całkowite wyeliminowanie usuwania 8-izo-PGF2a z krwi przez wątrobę. Spowodowało to wydłużenie czasu półtrwania 8-izo-PGF2a jedynie z 16 do 21 minut [11].

Wykorzystując znakowany izotopowo 8-izo-PGF2a udało się ostatnio ustalić podstawowy metabolit tego związku u ludzi. Jest nim występujący w moczu 2,3-dinor-5,6-dihydro-8-izo-PGF2a (ryc. 4).

 

Ryc. 4. Schemat formowania głównego metabolitu 8-izo-PGF2a w moczu ludzi [11].

Metabolit ten reprezentuje 29% wszystkich możliwych do wyekstrahowania i odzyskiwanych z moczu promieniotwórczych związków.

 

Biologiczne skutki działania izoprostanów

Niektóre izoprostany znane są z biologicznych efektów in vitro wywieranych na prostaglandyny poprzez błonowe receptory. Ich wolnorodnikowy mechanizm formowania się w lipidach błonowych może być przyczyną zmian w płynności i integralności błon komórkowych. Jednym z lepiej poznanych izoprostanów jest 8-izo-PGF2a , odznaczający się  właściwościami zwężania naczyń w nerkowym i płucnym układzie krążenia, a także  indukowania syntezy DNA w komórkach mięśni gładkich [12]. Stymuluje ponadto mitogenezę i modyfikuje funkcję płytek krwi, ułatwiając agregację przy podprogowych stężeniach typowych agonistów płytek krwi takich jak ADP i trombina. Działania te są możliwe dzięki interakcjom z receptorem TXA2 lub ze specyficznymi receptorami i jako rezultat blokowania farmakologicznych antagonistów receptorów TXA2 [13].

Podobnie inny F2-izoP, 12epi-PGF2a , aktywuje receptory PGF2a i stymuluje reakcje proliferacji w fibroblastach [14].

Formowanie izoprostanów in situ w fosfolipidach może modyfikować funkcjonowanie komórki. Podczas procesu bruzdkowania komórki może nastąpić uwolnienie związku takiego jak 8-izo-PGF2a , który modyfikuje funkcje płytek krwi, np. adhezji i aktywacji. Formowanie izoprostanów w monocytach może modyfikować niektóre aspekty ich funkcji, jak np. ekspresja czynników tkankowych. Podobnie formowanie izoprostanów w utlenionych lipoproteinach o niskiej gęstości (LDL) może zakończyć się ich wychwytem przez makrofagi i utworzeniem komórek piankowatych. Izoprostany mogą także modyfikować funkcjonowanie komórek mięśni gładkich naczyń oraz gromadzić się w tych komórkach w pobliżu blaszek miażdżycowych [15].

8-izo-PGE2 jest potencjalnym czynnikiem zwężającym naczynia w stopniu porównywalnym do 8-izo-PGF2a. Odkrycie to było nieoczekiwane, ponieważ w większości systemów syntetyzowane przez cyklooksygenazę PGE2 i PGF2  mogą wywierać przeciwne działania biologiczne, co jest uwarunkowane różnicami w strukturze pierścienia. W tym układzie PGE2 jest czynnikiem rozszerzającym naczynia, podczas gdy PGF2a odznacza się właściwościami zwężenia naczyń. Stwierdzenie, że 8-izo PGE2 i 8-izo-PGF2a  są potencjalnymi czynnikami zwężającymi naczynia w układzie naczyniowym nerek sugeruje, że raczej stereochemia łańcucha bocznego niż struktura pierścienia może być ważnym czynnikiem determinującym działanie biologiczne izoprostanów [11].

Oznaczanie ilościowe izoprostanów jako wskaźników oksydacyjnego stresu.

Odkrycie mechanizmu formowania izoprostanów i opracowanie metod oznaczania ilościowego i jakościowego tych związków pozwoliło na wykorzystanie ich do praktycznej oceny oksydacyjnego stresu in vivo. Kilka czynników sprawia, że wyniki ilościowego oznaczania F2-izoprostanów mogą być praktycznym wskaźnikiem peroksydacji lipidów. Przede wszystkim związki te są stabilne i stanowią specyficzne produkty indukowanej wolnorodnikowej peroksydacji lipidów. Ponadto, występują w wykrywalnych ilościach jako formy zestryfikowane w tkankach, a jako formy wolne w płynach biologicznych. Jest to ważne, ponieważ pozwala na określenie prawidłowego, fizjologicznego poziomu izoprostanów w organizmie, tak że niewielki nawet wzrost ich zawartości może być wykryty w warunkach łagodnego oksydacyjnego stresu.

W badaniach porównawczych, których celem było jednoczesne oznaczenie izoprostanów i dialdehydu malonowego (MDA), powstających podczas utleniania wywołanego za pomocą układu Fe/ADP/askorbinian w mikrosomach uzyskanych z wątroby szczura, wykazano, że przy zachowaniu tendencji wzrostowych obydwu markerów powstawało blisko 25000 razy więcej MDA niż Fe2a-izoP [16]. Natomiast przy zastosowaniu CCl4 jako stymulatora oksydacji lipidów mikrosomalnych in vivo, zawartość zestryfikowanych Fe2a-izoP wzrosła w wątrobie blisko 85-krotnie, zaś MDA mniej niż 3-krotnie. Przyczyna tego zjawiska pozostaje niewyjaśniona.

Wykazano więc, że ilościowe oznaczanie izoP jest bardzo wiarygodnym i praktycznym wskaźnikiem oksydacyjnych uszkodzeń in vivo. Tym bardziej, że próba TBARS nie jest specyficzna dla MDA, ani MDA nie jest specyficznym markerem peroksydacji lipidów.

Oznaczanie zatem ilościowe izoprostanów dostarcza bardzo wiarygodnego i czułego wskaźnika przemian peroksydacyjnych lipidów in vivo, pozwalając na oszacowanie udziału wolnych rodników w patofizjologii wielu chorób w sposób, który wcześniej nie był możliwy [17]. Na liście chorób, którym towarzyszy stres oksydacyjny, dzisiaj już można wymienić między innymi takie stany patologiczne jak: choroby neurodegeneracyjne (Alzheimera, Huntingtona, Creutzfelda-Jakoba, stwardnienie rozsiane MS) [18,19], alkoholowa choroba wątroby [20], uszkodzenia wywołane paleniem tytoniu [21], skleroderma [11], hipercholesterolemia i miażdżyca [22,23], astma [24], zapalenia płuc [25,26] i cukrzyca [27].

Mózg jest szczególnie wrażliwy na oksydacyjne uszkodzenia ze względu na wysokie zużycie tlenu, zwiększony poziom żelaza (pełniącego rolę katalizatora) i nadających się do utleniania substratów (głównie błonowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych) oraz niskie poziomy enzymów antyoksydacyjnych (katalazy i peroksydazy glutationowej). Nawet jeśli reaktywne rodniki są zdolne atakować i uszkadzać krytyczne cząsteczki, włączając DNA i białka komórkowe, wysoka zawartość nienasyconych lipidów powoduje, że to ich peroksydacja jest podstawą oksydacyjnych uszkodzeń mózgu.

Oznaczanie zawartości izoprostanów w płynie mózgowo-rdzeniowym stwarza wyjątkową możliwość ujawnienia występowania oksydacyjnego stresu i peroksydacji lipidów w mózgu osób żyjących. Ponadto dogodną metodą pomiarów stężenia izoprostanów u badanych osób jest analiza osocza krwi, a sposobami nieinwazyjnymi jest oznaczanie tych związków w moczu i wydychanym powietrzu. Przeprowadzone badania wykazują, że izoprostany oznaczane w osoczu i w wydychanym powietrzu osób chorych na astmę mogą być wskaźnikiem stopnia nasilenia choroby, dzięki czemu staje się możliwe wykorzystanie ich w monitoringu procesu leczenia.

 

Związki przeciwutleniające w ochronie organizmu przed skutkami peroksydacji lipidów

Ludzie dotknięci miażdżycą lub innymi chronicznymi schorzeniami są narażeni na większy stres oksydacyjny. W związku z tym, aby przeciwdziałać jego następstwom, wskazane jest przyjmowanie większych ilości antyoksydantów. Znalazło to odbicie w aktualnych zaleceniach Instytutu Żywności i Żywienia odnośnie norm określających zapotrzebowanie np. na kwas askorbinowy, gdzie określa się bezpieczny i zalecany poziom spożycia zróżnicowany odpowiednio do wieku i stanu fizjologicznego osób poddanych leczeniu lub profilaktyce [28]. Stan zaopatrzenia w kwas askorbinowy ma istotne znaczenie w zapobieganiu chorobom sercowo-naczyniowym. Wiele danych wskazuje obecnie, że do utrzymania optymalnego stanu zdrowia niezbędne jest większe niż obecne spożycie witaminy C.

Przeprowadzone badania medyczne wykazały, że niektóre składniki roślin warzywnych lub zielarskich mają, poza wartościami odżywczymi, również duże znaczenie zapobiegawcze w wielu chorobach cywilizacyjnych. Składniki te w zachodniej medycynie określono jako substancje profilaktyczne, które choć nie są potrzebne człowiekowi każdego dnia, mają jednak do spełnienia w organizmie ważną rolę. Uczestniczą one w różnorodnych procesach metabolicznych, naprawczych, odtruwających i adaptacyjnych ustroju, wpływając pośrednio na ogólny stan zdrowia, zapobiegając przy tym stanom patologicznym [29]. Składnikami tymi są przede wszystkim barwniki roślinne różnych klas: antocyjaniny (barwniki czerwonofioletowe), flawonoidy właściwe (barwniki żółte), procyjanidy i taniny (związki prekursorowe barwników i garbników). Zalicza się też do nich niektóre kwasy polifenolowe, jak kwas kawowy, chlorogenowy, ferulowy, galusowy i elegowy, oraz pochodne siarki, jak tiocyjaniny, izotiocyjaniny i siarczki alkilowe, a także związki obficie występujące w czosnku, cebuli i innych roślinach warzywnych z rodziny Cruciferae [28].

Czynniki wpływające na poprawę zdrowia określane są obecnie jako fitaminy dla podkreślenia ich zbliżonego działania fizjologicznego do witamin. Farmacja sklasyfikowała fitaminy jako fenolowe antyoksydanty (flawonoidy, polifenole), fitoestrogeny (izoflawony, ligniny), tiozwiązki (sulfidy, tiole, izotiocyjaniany) i karotenoidy. Według aktualnej definicji, fitaminy są wspomagającymi funkcje fizjologiczne organizmu substancjami z roślin żywieniowych. Dotychczas wiele związków fitochemicznych poddano szczegółowym badaniom laboratoryjnym w celu określenia ich udziałów w procesach promowania bądź hamowania zjawiska nowotworzenia [30].

Należy podkreślić, że nie można w bezpośredni sposób odnosić danych eksperymentalnych, dotyczących poszczególnych związków fitochemicznych, do całej populacji ludzkiej. Ludzie bowiem spożywają urozmaicony pokarm o dużej zawartości tych substancji, które dodatkowo ulegają wzajemnym interakcjom oraz reagują z innymi makro- i mikroskładnikami żywności, w zależności od regionalnej diety. Ponadto, wobec braku niezawodnych biomarkerów, precyzyjne określenie ilości związków fitochemicznych przyjmowanych z żywnością stanowi nie lada problem i wyzwanie. Dodatkowo należy uwzględnić fakt, że dotychczas nie określono zawartości tych związków w wielu produktach żywnościowych. Wobec powyższego, dane epidemiologiczne dotyczące wpływu spożywania związków fitochemicznych na częstość występowania nowotworów sprawiają wiele trudności interpretacyjnych. Brakuje nie tylko odpowiedzi na pytanie, w jakim stopniu związki fitochemiczne są wchłaniane w organizmie, ale w również jaki jest ich metabolizm, a przede wszystkim nie ma informacji na temat dopuszczalnego dziennego zapotrzebowania [31].

 

Podsumowanie

Odkrycie izoprostanów jako produktów nieenzymatycznej peroksydacji lipidów stworzyło nową płaszczyznę badań związanych z rolą wolnych rodników w fizjologii i patofizjologii. Analiza ilościowa tych związków w płynach biologicznych (mocz, krew, płyn mózgowo-rdzeniowy) z wykorzystaniem metod fizycznych (chromatografia gazowa, HPLC w połączeniu ze spektrometrią masową) oraz immunologicznych otwiera nowe możliwości badań na temat optymalizacji składu diety pod względem zawartości wszelkich związków o właściwościach przeciwutleniających, a także problemów dotyczących suplementowania żywności.

 

Wykaz stosowanych skrótów

izoP - izoprostany
PG - prostaglandyny
PGI - prostacykliny 
TX - tromboksany
LT - leukotrieny
AA - kwas arachidonowy
EPA - kwas eikozapentaenowy
DHA - kwas dokozaheksaenowy
COX-1- szlak cyklooksygenezy-1
COX-2 - szlak cykloksygenezy-2
GC - chromatografia gazowa
HPLC - wysokosprawna chromatografia cieczowa
MS - spektrometria masowa
RFT - reaktywne formy tlenu
BHT - butylohydroksytoluen
ALA - aminotransferaza alaninow
a
ADP - difosforan adenozyny
LDL - lipoproteiny o niskiej gęstości
MDA - dialdehyd malonowy

 

Bibliografia

1.      Rokach J., Khanapure S.P., Hwang S.W., Adiyamen M., Lawson J.A., FitzGerald G.A.: The Isoprostanes Perspective. Prostaglandins. 1997;54,6,823-851.

2.      de Zwart L.L., Meerman J.H., Commandeur J.N., Vermeuln N.H.: Biomarkers of Free Radical Damage Applications in Experimental Animals and in Humans. Free Redical Biology&Medicine 1999, 26, 1-2, 202-226.

3.      Mayes P.A.: Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i eikozanoidów. Biochemia Harpera. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1995, 275-283.

4.      Morrow J.W., Chen Y., Brame C.J., Yang J., Sanchez S.C., Xn J., Zeckert W.E.: The Isoprostanes: Unique Prostaglandin – like Products of Free Radical Initiated Lipid Peroxidation. Drug Metabolism Reviews 1999;31,1,117-139.

5.      England T., Bealty E., Rehman A., Nourooz-Zadek J., Pereira P., O’Reily J.: The Steady-State Levels of Oxidative DNA Damage and of Lipids Peroxidation (F2-Isoprostanes) are not Correlated in Healthy Human Subjects. Free Redical Research, 2000;32,4,355-362.

6.      Lawson J.A., Rokach J., FitzGerald G.A.: Isoprostanes: Formation, Analysis and Use as Indices of Lipid Peroxidation in Vivo. J.Biol.Chem. 1999;274,35,24441-24444.

7.      Rokach J., Khanapure S.P., Hwang S.W., Adiyaman M., Lawson J.A., FitzGerald G.A.: Nomenclature of Isoprostanes: A Proposol. Prostaglandins, 1997;54,6,853-873.

8.      Nourooz-Zadeh J., Halliwell B., Anggard E.E.: Evidence for the Formation of F3-Isoprostanes During Peroxidation of Eicosapentaenoic Acid. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1997;236,2,467-472.

9.      Imbush R., Muller MD: Formation of Isoprostanes F(2) – like Compounds (Phytoprostane F(1) – from a-Linolenic Acid in Plants. Free Radical Biology&Medicine 2000;28,5,720-726.

10.  Heagher E.A., FitzGerald G.A.: Indices of Lipid Peroxidation in Vivo: Strenghts and Limitations. Free Radical Biology&Medicine. 2000;28,12,1745-1750.

11.  Roberts L.J., Morrow J.D.: The Generation and Action of Isoprostanes. Biochemia et Biophysica Acta. 1997;1345,2,121-135.

12.  Takahashi K., Nammour T.M., Fukunaga M., Ebert J., Morrow J.D., Roberts LJII, Hoover R.L., Badr K.F.: Glomerular actions of a free redical-generated novel prostaglandin, 8-epi-prostaglandin F2a, in the rat: evidence for interaction with thromboxane A2 receptors. J.Clin. Invest. 1992;90,136-141.

13.  Fukunaga M., Makita N., Roberts LJII, Morrow J.D., Takahashi k., Badr K.F.: Evidence for the existence of F2-isoprostane receptors on rat vascular smooth muscle cells. Am. J. Physiol. 1983;264,C1619-1624.

14.  Kunapuli P., Lawson I.A., Rokach J.A., FitzGerald G.A.: Functional characterization of the ocular PGF2a receptor: activation by the isoprostane 12-epi-PGF2a. J. Biol Chem. 1997;272,27147-27154.

15.  Ferro D., Basili S.,Pratico D., Julieno L., FitzGerald G.A., Violi F.: Vitamin E reduces monocyte tissue factor expression in cirrhotic patients. Blood 1999;93,2945-2950.

16.  Roberts L.J., Morrow J.D.: Measurements of F2 – Isoprostanes as an Index of Oxidative Stress in Vivo. Free Radical Biology&Medicine 2000;28,4,505-513.

17.  Souvignet C., Cracowski J.L., Stanke-Labesque F., Bessard G.: Are Isoprostans a Clinical Marker for Antioxidant Drug Investigation. Fundamental&Clinical Pharmacology, 2000;14,1,1-10.

18.  Pratico D., Lee M-Y, Trojanowski J.Q., Rokach J., FitzGerald G.A.: Increased F2 – Isoprostanes in Alzheimer’s Disease: Evidence for Enhanced Lipid Peroxidation in Vivo. FASEB J. 1998;12,1777-1783.

19.  Geco A., Minghetti L., Levi G.: Isoprostanes, Novel Markers of Oxidative Injury Help Understanding the Pathogenesis of Neurodegenerative Diseases. Neurochemical Research,2000; 25,9-10,1357-1364.

20.  Meagher E.A., Barry O.P., Burke A., Lucey M.R., Lawson J.A., Rokach J.U., FitzGerald G.A.: Alcohol – Induced Generation of Lipid Peroxidation Products in Humans. Journal of Clinical Investigation 1998;104,6,805-813.

21.  Obwegeser R., Oguogho A., Ulm H., Berghammer P., Sinzinger H.: Maternal Cigarette Smoking Increases F2 – Isoprostanes and Reduces Prostacyclin and Nitric Oxide in Umbilical Vassels. Prostaglandins&Other Lipid Mediators 1999;57,4,269-279.

22.  Davi G., Alessandrini P., Mezzetti A., Minotti G., Bucciarelli T., Constantini F., Cipollone F., Ciabattoni G., Patrono C.: In vivo of 8.epi – Prostaglandin F2a is Increased in Hypercholesterolemia. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology, 1997;17,11,3230-3235.

23.  Gniwotta C., Morrow J.W., Roberts L.J., Kuhn H.: Prostaglandin F2 – like compounds, F2 – Isoprotanes are Present in Inceused Amonats in Human Atherosclerotic Lesions. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vescular Biology, 1997;17,11,3236-3241.

24.  Wood L.G., FitzGerald D.A., Gibson P.G., Cooper D.M., Garg M.L.: Lipid Peroxidation as Determined by Plasma Isoprostanes is Related to Diseuse Severity in Mild Asthma. Lipids 2000;35,9,967-974.

25.  Pretico D., Basili S., Vieri M., Cordova C., Violi F., FitzGerald G.A. : Chronic Obstructive Pulmonary Disease is Associated with on Increuse in Urinary Levels of Isoprotane F2a-III, an Index of Oxidant Stress. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1998;158,1709-1714.

26.  Montuschi P., Ciabattoni G., Paredi P., Pantelidis P., du Bois R.M., Kharitonov S.A., Barnes P.J.: 8-Isoprostane as a Biomarker of Oxidative Stress in Interstitial Lung Diseases. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1998;158, 1524-1527.

27.  Davi G., Ciabattoni G., Consoli A., Mezetti A., Falco A., Santarone S., Pennese E., Vitacolonna E., Bucciarelli T., Patrono G.: In Vivo Formation of 8-iso Prostaglandin F2 alpha and Platelet Acivation in Diabetes Mallitus: Effect of Improved Metabolic Control and Vitamin E Supplementation. Circulation 1999;99,22,224-229.

28.  Bułhak-Jachymczyk B., Niedźwiecka-Kącik D., Penczenko-Kresowska B., Wartanowicz M., Ziemlański Ś.: Normy żywienia człowieka – fizjologiczne podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, I, 2001;78-432.

29.  Hesik J.: Usprawnienia dietetyczne procesów metabolicznych. Co to są fitaminy? Postępy Fitoterapii 2001;6(2-3),9-11.

30.  Greenwald P., Clifford C.K., Milner J.A.: Diet and cancer prevention. European J. of Cancer 2001;37, 948-965.

31.  Troszyńska A., Honke J., Kozłowska H.: Naturalne substancje nieodżywcze (NSN) pochodzenia roślinnego jako składniki żywności funkcjonalnej. Postępy Fitoterapii 2000;2,17-21.