Обзор биологической активности флавоноида апигенина: противовоспалительная, противоопухолевая, нейропротекторная и противовирусная

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 615.32: 547.9                                     

Флавоноиды являются обширным классом полифенольных соединений, которые представляют собой вторичные метаболиты растений и грибов. Эти органические соединения проявляют разнообразные виды биологического действия, что делает их перспективными веществами для разработки на их основе новых лекарственных средств [1, 2]. На данный момент идентифицировано свыше 7000 флавоноидов, и этот список открытых представителей продолжает расти. К одним из наиболее часто встречающихся флавоноидов можно отнести апигенин — 4',5,7-тригидроксифлавон (Рисунок). Апигенин присутствует главным образом в виде значительного количества гликозилированных веществ в овощах (петрушка, сельдерей, лук), фруктах (апельсины), травах (ромашка, тимьян, орегано, базилик) и напитках на растительной основе (чай, пиво и вино) [3]. В связи с его широким представлением в растительном мире и комплексным механизмом реализации спектра биологической активности данный флавоноид можно рассматривать в качестве перспективного соединения для терапии различных заболеваний.

Противовоспалительная активность

Результаты исследования влияния апигенина на воспалительный ответ, индуцированный липополисахаридами, свидетельствуют, что флавоноид значительно ингибирует продукцию провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-6 (IL-6), интерлейкин-1-бета (IL-1β) и фактор некроза опухоли ‑ альфа (TNF-α), модулируя множественные внутриклеточные сигнальные пути в макрофагах. Апигенин снижает продукцию IL-1β путем ингибирования активации каспазы-1 посредством нарушения сборки инфламмасомы NLRP3. Полифенольное соединение предотвращает продукцию интерлейкина-6 (IL-6) и IL-1β путем снижения стабильности мРНК посредством ингибирования активации сигнального пути ERK1/2. Кроме того, фиксируется выраженное ингибирование TNF-α и IL-1β-индуцированной активации транскрипционного фактора каппа В (NF-κB) [4].

апигенин

апигенин-7-O-β-D-глюкопиранозид

апигенин-8-С-глюкозид (витексин)        апигенин-6-С-глюкозид (изовитексин)

апигенин-7-O-в-D-глюкоронид апигенин-7-O-(6'-O-ацетил-в-D-глюкопиранозид)

Рисунок. Структурная формула апигенина и некоторых его гликозидов

Предварительная обработка апигенином индуцированного полисахаридами воспаления легких значительно индуцирует снижение соотношения влажной массы легких к сухой массе легких у мышей. Наблюдается падение уровня общего количества лейкоцитов и процента нейтрофилов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа и IL-6, IL-1β и TNF-α, а также происходит ингибирование экспрессии гена циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) [5]. Апигенин выраженно ингибирует транскрипцию NF-kB, вызванную TNF-α и активностью NF-kB p65. При этом подавление активации NF-kB этими флавоноидом обусловлено ингибированием транскрипционной активации NF-kB [6].

Противоопухолевое действие

Изучалось влияние апигенина на клетки achn786-0 и Caki-1 почечно-клеточной карциномы Установлено, что воздействие флавоноидом вызывает повреждение ДНК, остановку клеточного цикла в фазе G 2 /M, накопление р53 и апоптоз, которые в совокупности подавляют пролиферацию раковых клеток как in vitro , так и in vivo [9].

Апигенин также обладает противоопухолевой активностью против клеток гепатоцеллюлярной карциномы. Он ингибирует рост и индуцирует гибель раковых клеток HepG2. Обработка апигенином увеличивает экспрессию LC3-II и GFP-LC3. Кроме того, флавоноид индуцирует апоптоз и аутофагию посредством ингибирования пути PI3K/Akt/mTOR [10]. Изучался потенциальный химио-сенсибилизирующий эффект апигенина у резистентных к доксорубицину линии клеток гепатоцеллюлярной карциномы BEL-7402/ADM. Флавоноид значительно повышает чувствительность к доксорубицину, индуцирует экспрессию miR-520b и ингибирует ATG7-зависимую аутофагию в этих раковых клетках [11].

При терапии апигенином клеток гепатомы человека HepG2 демонстрировалось снижение жизнеспособности клеток в зависимости от дозы и времени, а также некоторые морфологические изменения. Кроме того, применение апигенина индуцирует генерацию АФК и значительно снижает уровни мРНК и активность каталазы, а также уровни внутриклеточного глутатиона [12]. Апигенин ингибирует рост клеток гепатоцеллюлярной карциномы, влияя на экспрессию транскриптома микроРНК и связанных с ними генов-мишеней [13]. Рассматриваемое полифенольное соединение дозозависимым способом ингибирует пролиферацию, миграцию и инвазию клетками PLC и Bel-7402 гепатоцеллюлярной карциномы человека. Оно снижает экспрессию Snai1 и NF-kB, обращает вспять повышение уровней маркеров эпителиально-мезенхимального перехода (EMT), стимулирует клеточную адгезию, регулирует полимеризацию актина и миграцию клеток [14].

Апигенин индуцирует апоптоз лейкозных клетках человека U937 путем инактивации Akt с сопутствующей активацией JNK, подавлением Mcl-1 и Bcl-2, высвобождением цитохрома c из митохондрий и активацией каспаз. Прерывание пути JNK показало заметное снижение индуцируемой апигенином активации каспазы и апоптоза в лейкозных клетках [15].

Флавоноид в зависимости от дозы и времени подавляет пролиферацию и клоногенную выживаемость клеточных линий рака молочной железы человека T47D и MDA-MB-231. Гибель клеток T47D и MDA-MB-231 была вызвана апоптозом, связанным с повышенным уровнем каспазы-3, расщеплением поли(АДФ-рибоза)полимеразы (PARP) и соотношениями Bax/Bcl-2 [16]. Противоопухолевое и противоинвазивное действие апигенина на карциному MDA-MB-231 молочной железы человека реализуется также через подавление экспрессии IL-6. Блокада экспрессии IL-6 снижала уровни фосфорилированного преобразователя сигнала и активатора транскрипции 3 (pSTAT3), фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-3-киназы (PI3K), фосфорилированной протеинкиназы B (pAkt) и молекул, связанных с клеточным циклом, включая циклинзависимые киназы (CDK) [17]. Апигенин индуцирует апоптоз по внешнему пути, индуцирует р53 и ингибирует передачу сигналов STAT3 и NFkB в HER2-сверхэкспрессирующих клетках рака молочной железы [18]. Флавоноид индуцирует апоптоз, повреждение ДНК и окислительный стресс в клетках рака молочной железы человека MCF-7 и MDA-MB-231 [19].

Апигенин эффективно подавляет пролиферацию клеток меланомы человека in vitro . Он ингибирует миграцию и инвазию клеток, индуцирует остановку фазы G 2 /M и апоптоз клеток.

Кроме того, апигенин способствует активации расщепленной каспазы-3 и расщепленных белков PARP и снижает экспрессию фосфорилированных (p)-ERK1/2 белков, p-AKT и p-mTOR [20]. Апигенин ограничивает рост меланомы с помощью множества механизмов, среди которых подавление экспрессии PD-L1, что оказывает двойной эффект посредством регуляции как опухолевых, так и антигенпредставляющих клеток [21].

Результаты показывают, что апигенин ингибирует жизнеспособность клеток папиллярного рака щитовидной железы BCPAP путем стимуляции выработки АФК, индукции повреждения ДНК, что приводит к остановке клеточного цикла G 2 /M через понижающую регуляцию экспрессии Cdc25C с последующей гибелью аутофагических клеток [22].

Исследования на мышиной модели ксенотрансплантата показывают, что питание апигенином подавляет рост опухоли предстательной железы, снижает пролиферацию и усиливает апоптоз. Эти эффекты коррелировали дозозависимым образом с ингибированием p-IKKa, NF-ĸB/p65, ядерными антиген пролиферирующими клетками и увеличением экспрессии расщепленной каспазы-3 [23]. Апигенин повышает чувствительность человеческих стволовых клеток рака предстательной железы CD44+ к терапии цисплатином [24]. Флавоноид ингибирует канцерогенез в клетках рака предстательной железы человека PC3-M и LNCaP C4-2B путем модуляции TGF-β-активируемых путей, связанных с прогрессированием рака и его метастазированием, в частности путей Smad2/3 и Src/ FAK /Akt [25].

Апигенин вызывает апоптоз и аутофагию в клетках рака толстой кишки HCT116. Он подавляет экспрессию как циклина B 1 , так и его активирующих структур Cdc2 и Cdc25c. Происходит экспрессия ингибиторов клеточного цикла, таких как p53 и p53-зависимого пути p21Cip1/WAF1. При этом индуцируется расщепление поли(АДФ-рибоза)полимеразы и снижение уровни прокаспазы-3, -8 и -9 [26]. Флавоноид значительно подавляет пролиферацию, миграцию, инвазию клеток колоректального рака и рост органоидов путем ингибирования сигнального пути Wnt/β-катенин [27]. Терапия апигенином приводит к остановке клеточного цикла через активацию каскада каспаз и стимуляцию апоптоза в клетках HT29 рака толстого кишечника. При этом применение флавоноида усиливает терапевтический эффект 5-фторурацила [28]. Апигенин может ингибировать эпителиальномезенхимальный переход, миграцию и инвазию клеток рака толстой кишки человека in vitro и in vivo по пути NF-kB /Snail [29]. Было обнаружено, что противоопухолевая активность апигенина в отношении клеток рака толстой кишки HT-29 обусловлена индукцией аутофагии и апоптоза через ингибирование сигнального пути m-TOR/PI3K/AKT в резистентных к цисплатину клетках рака толстой кишки [30].

Флавоноид снижает выживаемость и миграцию CD44+ стволовых клеток рака предстательной железы посредством передачи сигналов PI3K/Akt/NF-kB [31]. Апигенин можно рассматривать в качестве ингибитора белков апоптоза и ответственных за взаимодействие с Ku70–Bax, что сопровождается индукцией апоптоза в клетках рака предстательной железы и в модели ксенотрансплантата athymic nude на мышах [32]. Апигенин обладает потенциалом ингибирования IKK-β-опосредованной активации NF-kB и является в связи с этим ценным средством для лечения рака поджелудочной железы [33].

Нейропротекторная активность

Использование апигенина на крысах с моделью повреждения спинного мозга способствует значительному увеличению показателей по локомоторной рейтинговой шкалы

Бассо Битти Бреснахана. Обращалось вспять снижение активности супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы и фиксировалось повышение уровня малонового диальдегида, что указывает на его антиоксидантную роль в ответ на травму. Кроме того, лечение апигенином снижает высвобождение сывороточного IL-1β, TNF-α и молекулы межклеточной адгезии-1. Изменяется уровень экспрессии связанных с апоптозом генов Bax, Bcl-2 и каспазы-3. Данный комплекс механизмов опосредует восстановление функций нейронов крыс, что обуславливает нейропротекторный эффект [34].

Апигенин способен защищать нейроны при болезни Альцгеймера, индуцированной плюрипотентными стволовыми клетками человека, несколькими способами: уменьшая частоту спонтанных сигналов Ca2+ и снижая апоптоз, опосредованный каспазой-3 и -7. Эти данные демонстрируют широкое нейропротекторное действие апигенина против патогенеза болезни Альцгеймера на модели заболевания человека [35]. Данный флавоноид помимо снижения воспалительных агентов способен индуцировать увеличение экспрессии нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), эффект которого может быть связан с противовоспалительным и нейропротекторным эффектами [36].

Апигенин оказывает нейропротекторное действие против дегенерации периферических нервов в соответствии с четырьмя ключевыми проявлениями: деградацией аксонов, фрагментацией миелина, трансдедифференцировкой и пролиферацией шванновских клеток посредством Krox20 и внеклеточных сигнально-регулируемых киназно-независимых процессов [37]. Флавоноид ослабляет повреждение нейронов, вызванное кислородной и глюкозной депривацией/реперфузией в дифференцированных клетках PC12, главным образом, благодаря своим антиапоптозным и антиоксидантным свойствам, влияя на экспрессию Nrf2 и P53 и транскрипцию их нижестоящих генов-мишеней [38].

Введение апигенина может значительно облегчить протекание черепно-мозговой травмы (включая неврологический дефицит, отек мозга, проницаемость гематоэнцефалического барьера и апоптоз клеток коры головного мозга) после субарахноидального кровоизлияния у крыс. Между тем, лечение флавоноидом снижало уровень АФК и концентрацию малонового диальдегида и миелопероксидазы, повышало соотношение глутатиона и окисленного глутатиона, а также увеличивало количество супероксиддисмутазы и перекиси водорода в коре головного мозга через 24 часа после субарахноидального кровоизлияния. Более того, применение данного полифенольного соединения ингибировало экспрессию Bax и каспазы-3, что выраженно снижает апоптоз нейронов [39]. Апигенин защищает гематоэнцефалический барьер и улучшает раннее повреждение головного мозга путем ингибирования TLR4-опосредованного воспалительного пути у крыс с субарахноидальным кровоизлиянием, а также за счет ингибирования NF-κB и их нижестоящих провоспалительных цитокинов в коре головного мозга и путем усиления регуляции экспрессии белков плотного соединения гематоэнцефалического барьера [40].

Длительное лечение апигенином уменьшает количество микроглии Iba-1+ в гиппокампе мышей GFAP-IL6 и изменяет морфологию микроглии, что полезно при возрастном нейродегенеративном заболевании [41]. Улучшающий эффект апигенина при когнитивных нарушениях после церебральной ишемии и реперфузионного повреждения может включать множество механизмов, таких как ингибирование гистондеацетилазы, индукция экспрессии BDNF и Syn-I и регуляция ацетилирования гистонов [42]. Введение апигенина ослабляет гистопатологические изменения в тканях мозга, индуцированные 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридином. Кроме того, апигенин способен обращать вспять изменения в экспрессии и концентрации TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-10 и TGF-β. Это исследование предполагает, что апигенин может быть использован в качестве нейропротекторного средства для ослабления нейровоспаления при болезни Паркинсона [43].

Противовирусная активность

Апигенин, ингибируя формирование подмножества микроРНК, подавляет репликацию вируса гепатита С in vitro . Он снижает уровни экспрессии зрелой miR122, существенно не влияя на рост клеток. Ингибирующее действие апигенина на репликацию вируса гепатита С зависит от снижения уровней экспрессии зрелой miR122 посредством ингибирования фосфорилирования TRBP [44]. Флавоноид обладает противовирусной активностью против вирус африканской чумы свиней. Ингибирует синтез специфического белка вируса и формирование вирусной частицы, что наиболее выраженно на ранней стадии заражения [45].

Апигенин ингибирует энтеровирусную инфекцию 71 (EV71) путем нарушения ассоциации вирусной РНК с транс-действующими факторами. Он предотвращает ассоциацию РНК EV71 с белками hnRNP A 1 и A 2 . Соответственно, подавление экспрессии hnRNP A 1 и A 2 заметно снижет активность инфекции EV71 [46]. Также апигенин ингибирует репликацию энтеровируса 71, подавляя вирусную активность IRES и модулируя клеточный путь JNK [47].

Флавоноид ингибирует реактивацию вируса Эпштейна-Барр путем подавления промоторной активности двух вирусных генов Zta и Rta, что позволяет предположить, что апигенин является потенциальным соединением для предотвращения реактивации вируса [48]. Апигенин ингибирует синтез вирусной ДНК, мРНК и белков вируса буйволиной оспы, не влияя на другие этапы ж изненного цикла вируса, такие как прикрепление, проникновение и отпочкование [49]. Полифенольное соединение может служить многообещающим веществом для комплексного лечению гриппа A, поскольку оно защищает клетки от гибели и ингибирует активность вирусной нейраминидазы, что важно для подавления репликации вируса [50].

Таким образом, апигенин является перспективным флавоноидом, который способен оказывать разнообразие виды биологической активности, например, противовоспалительную, противоопухолевую, нейропротекторную и противовирусную, что позволяет его рассматривать в качестве интересного кандидата для создания на его основе новых лекарственных средств или же для включения этого полифенольного соединения в протоколы комплексного лечения различных заболеваний как биологически активной добавки.