АНТОЦІАНИ Й АНТОЦІАНІДИНИ ЯК КОМПОНЕНТИ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ХАРЧУВАННЯ: БІОХІМІЯ ТА ВПЛИВ НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДИНИ: (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)

І. П. Кузьмак

doi:10.11603/mcch.2410-681X.2021.i4.12746

Автор(и)

І. П. Кузьмак ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І. Я. ГОРБАЧЕВСЬКОГО МОЗ УКРАЇНИ

DOI:

https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2021.i4.12746

Ключові слова:

антоціани, антоціанідини, пігменти, антиоксиданти, ефект протизапальний, протипухлинний, протидіабетичний, офтальмологія

Анотація

Вступ. Антоціани й антоціанідини – це два типи червоно-синіх рослинних флавоноїдів, які в основному містяться у квітках і плодах вищих рослин. Головна відмінність між антоціаніном та антоціанідином полягає в тому, що антоціанін є водорозчинним вакуолярним пігментом, тоді як антоціанідин – аналогом антоціану без цукру. Антоціани утворюються в результаті додавання цукрів до різних бічних груп іона флавілію. Пігменти перебувають у глікозильованих формах. Ціанідин, дельфінідин, мальвідин, пеонідин, петунідин і пеларгонідин – це шість поширених антоціанідинів. Крім використання антоціанідів та антоціанів як природних барвників, ці кольорові пігменти є потенційними фармацевтичними інгредієнтами, які мають різні корисні ефекти для здоров’я. Наукові дослідження, такі, як дослідження на культурі клітин, моделі на тваринах і клінічні випробування на людях, показують, що антоціанідини й антоціани мають антиоксидантну та антимікробну активність, покращують зорове і неврологічне здоров’я та захищають від різних захворювань.

У цьому огляді узагальнено найновішу літературу щодо біологічних переваг дієтичних антоціанів, включаючи протипухлинну активність, протизапальну активність, нейропротекторну активність, запобігання серцево-судинним захворюванням, ожиріння та антидіабетичну активність, особливу увагу зосереджено на молекулярних механізмах дії. Даний огляд допоможе краще зрозуміти, що являють собою ці дієтичні фітохімічні речовини та як їх застосовувати на користь для здоров’я людини. У роботі використано загальнонаукові методи дослідження, що включають експертно-аналітичний огляд наукових джерел, аналіз і синтез літературних даних.

Мета дослідження – узагальнити основні знання про біохімію, регулювання біосинтезу антоціанів у рослинах, молекулярних механізмів дії, висвітлити деякі аспекти, що стосуються антиоксидантної активності антоціанів та їх біодоступності, й обговорити останні експериментальні дані, пов’язані зі сприятливим впливом на здоров’я людини.

Висновок. Аналіз літературних джерел обґрунтовує актуальність дослідження молекулярних механізмів дії антоціанів, важливість цих сполук як природних барвників, маркерів стресу для рослин і профілактики багатьох хронічних захворювань у людини та використання їх для запобігання ряду захворювань.

Посилання

Mattioli, R., Francioso, A., Mosca, L., & Silva P. (2020). Anthocyanins: A Comprehensive review of their chemical properties and health effects on cardiovascular and neurodegenerative diseases. Molecules, 25 (17), 3809. DOI: 10.3390/molecules25173809

Castañeda-Ovando, A., de Lourdes Pacheco-Hernández, M., Páez-Hernández, M.E., Rodríguez, J.A., & Galán-Vidal, C.A. (2009). Chemical studies of anthocyanins: A review. Food Chem., 113, 859-871. DOI: 10.1016/j.foodchem.2008.09.001.

Ahmed, N.U., Park, J.-I., Jung, H.-J., Hur, Y., & Nou, I.-S. (2015). Anthocyanin biosynthesis for cold and freezing stress tolerance and desirable color in Brassica rapa. Funct. Integr. Genomics, 15 (4), 383-394. DOI: 10.1007/s10142-014-0427-7.

Qiu, Z., Wang, X., Gao, J., Guo, Y., Huang, Z., & Du, Y. (2016). The tomato Hoffman's Anthocyaninless gene encodes a bHLH transcription factor involved in anthocyanin biosynthesis that is developmentally regulated and induced by low temperatures. PloS One, 11 (3), e0151067. DOI: 10.1371/journal.pone.0151067.

Hock Eng Khoo, Azrina Azlan, Sou Teng Tang & See Meng Lim (2017). Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits. Food & Nutrition Research, 61 (1), 1361779. DOI: 10.1080/16546628. 2017.1361779.

He, J. & Giusti, M.M. (2010). Anthocyanins: Natural colorants with health-promoting properties. Annu. Rev. Food Sci. Technol., 1, 163-187. DOI: 10.1146/annurev.food.080708.100754.

Hock Eng Khoo, See Meng Lim and Azrina Azlan. (2019). Evidence-based therapeutic effects of anthocyanins from foods. Pakistan Journal of Nutrition, 18, 1-11. DOI: 10.3923/pjn.2019.1.11

Tena, N., Martín, J., & Asuero, A.G. (2020). State of the art of anthocyanins: antioxidant activity, sources, bioavailability, and therapeutic effect in human health. Antioxidants (Basel, Switzerland), 9 (5), 451. DOI: 10.3390/antiox9050451

Yudina, R.S., Gordeeva, E.I., Shoeva, O.Y., Tikhonova, M.A., & Khlestkina, E.K. (2021). Anthocyanins as functional food components. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii, 25 (2), 178-189. DOI: 10.18699/VJ21.022 [in Russian].

Rana Nassour, Abdulkarim Ayash, & Kanaan Al-Tameemi. (2020). Anthocyanin pigments: Structure and biological importance Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences, 13 (4), 45-57.

Daotong Li, Pengpu Wang, Yinghua Luo, Mengyao Zhao & Fang Chen (2017) Health benefits of anthocyanins and molecular mechanisms: Update from recent decade. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57 (8), 1729-1741, DOI: 10.1080/10408398. 2015.1030064.

Eker M.E., Aaby K., Budic-Leto I., Rimac Brnčic S., El S.N., Karakaya S., Simsek S., Manach C., Wiczkowski W., & de Pascual-Teresa S. (2020). A review of factors affecting anthocyanin bioavailability: Possible implications for the inter-individual variability. Foods., 9 (1), 2. DOI: 10.3390/foods9010002.

Deroles, S. (2009). Anthocyanin biosynthesis in plant cell cultures: A potential source of natural colourants. In Anthocyanins: Biosynthesis, Functions, and Applications, Gould K, Davies K, Winefield C, Springer.

Faria, A., Fernandes, I., Mateus, N., & Calhau, C. (2013). Bioavailability of Anthocyanins. In: Ramawat K., Mérillon JM. (eds) Natural Products. Phytochemistry, Botany and Metabolism of Alkaloids, Phenolics and Terpenes. Springer, Berlin, Heidelberg. DOI: 10.1007/978-3-642-22144-6_75.

Azzini, E., Giacometti, J., & Russo, G.L. (2017). Antiobesity effects of anthocyanins in preclinical and clinical studies. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2017, 2740364. DOI: 10.1155/2017/2740364.

Rosas, María & Deis, Leonor & Martinez, Liliana & Duran, Martin & Malovini, Emiliano & Bruño, Juan. (2019). Anthocyanins in nutrition: Biochemistry and health benefits: From translational research to a humanistic approach – Volume III. Gargiulo, P.Á., Mesones Arroyo, H.L. (Eds.). Psychiatry and Neuroscience Update; Springer Nature. – Switzerland AG. DOI: 10.1007/978-3-319-95360-1_12.

Fang, J. (2014). Some anthocyanins could be efficiently absorbed across the gastrointestinal mucosa: extensive presystemic metabolism reduces apparent bioavailability. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62, 3904-3911.

Gamel, T.H., Wright, A.J., Tucker, A.J., Pickard, M., Rabalski, I., Podgorski, M., Di Ilio, N., O’Brien, C., & Abdel-Aal, E.M. (2019). Absorption and metabolites of anthocyanins and phenolic acids after consumption of purple wheat crackers and bars by healthy adults. J. Cereal Sci., 86, 60-68. DOI: 10.1016/j.jcs.2018.11.017.

Cardona, F., Andrés-Lacueva, C., Tulipani, S., Tinahones, F.J., & Queipo-Ortuño, M. I. (2013). Benefits of polyphenols on gut microbiota and implications in human health. The Journal of Nutritional Biochemistry, 24 (8), 1415-1422. DOI: 10.1016/j.jnutbio.2013.05.001.

Zhu, Y., Sun, H., He, S., Lou, Q., Yu, M., Tang, M., & Tu, L. (2018). Metabolism and prebiotics activity of anthocyanins from black rice (Oryza sativa L.) in vitro. PloS One, 13 (4), e0195754. DOI: 10.1371/journal.pone.0195754.

Lavefve, L., Howard, L.R., , & Carbonero, F., (2020). Berry polyphenols metabolism and impact on human gut microbiota and health. Food & Function, 11 (1), 45–65. DOI: 10.1039/c9fo01634a.

Park, S., Cho, S.M., Jin, B.R., Yang, H.J., & Yi, Q.J. (2019). Mixture of blackberry leaf and fruit extracts alleviates non-alcoholic steatosis, enhances intestinal integrity, and increases Lactobacillus and Akkermansia in rats. Experimental biology and medicine (Maywood, N.J.), 244 (18), 1629-1641. DOI: 10.1177/ 1535370219889319.

Smeriglio, A., Barreca, D., Bellocco, E., & Trombetta, D. (2016). Chemistry, pharmacology and health benefits of anthocyanins. Phytotherapy Research, 30 (8), 1265-1286. DOI: 10.1155/2017/2740364.

Khoo, H.E., Lim, S.M., & Azlan, A. (2019). Evidence-based therapeutic effects of anthocyanins from foods. Pak. J. Nutr., 18, 1-11. DOI: 10.3923/pjn.2019.1.11

Ali, H.M., Almagribi, W., & Al-Rashidi, M.N. (2016). Antiradical and reductant activities of anthocyanidins and anthocyanins, structure-activity relationship and synthesis. Food Chemistry, 194, 1275-1282. DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.09.003.

Kähkönen, M.P., & Heinonen, M. (2003). Antioxidant activity of anthocyanins and their aglycons. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51 (3), 628-633. DOI: 10.1021/jf025551i.

Miguel, M.G. (2011). Anthocyanins: Antioxidant and/or anti-inflammatory activities. J. Appl. Pharm. Sci., 1, 7-15. Retrieved from: http://japsonline.com/admin/php/uploads/117_pdf.pdf

Ghosh, D., & Konishi, T. (2007). Anthocyanins and anthocyanin-rich extracts: role in diabetes and eye function. Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition, 16 (2), 200-208.

Khoo, H.E., Ng, H.S., Yap, W.S., Goh, H., & Yim, H.S. (2019). Nutrients for Prevention of Macular Degeneration and Eye-Related Diseases. Antioxidants (Basel, Switzerland), 8 (4), 85. DOI: 10.3390/antiox 8040085.

Nomi, Y., Iwasaki-Kurashige, K., & Matsumoto, H. (2019). Therapeutic effects of anthocyanins for vision and eye health. Molecules (Basel, Switzerland), 24 (18), 3311. DOI: 10.3390/molecules24183311.

Grzegorz Bartosz, Michalina Grzesik-Pietrasiewicz, & Izabela Sadowska-Bartosz. (2020). Fluorescent products of anthocyanidin and anthocyanin oxidation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68 (43), 12019-12027. DOI: 10.1021/acs.jafc.0c04755.

Wallace, T.C., Slavin, M., & Frankenfeld, C.L. (2016). Systematic review of anthocyanins and markers of cardiovascular disease. Nutrients, 8 (1), 32. DOI: 10.3390/nu8010032.

Thibado, S.P., Thornthwaite, J.T., Ballard, T.K., & Goodman, B.T. (2018). Anticancer effects of Bilberry anthocyanins compared with NutraNanoSphere encapsulated Bilberry anthocyanins. Molecular and Clinical Oncology, 8 (2), 330-335. DOI: 10.3892/mco.2017.1520.

Tsakiroglou, P., VandenAkker, N.E., Del Bo’, C., Riso, P., & Klimis-Zacas, D. (2019). Role of berry anthocyanins and phenolic acids on cell migration and angiogenesis: An updated overview. Nutrients, 11 (5), 1075. DOI: 10.3390/nu11051075.

Tsuda, T. (2016). Recent progress in anti-obesity and anti-diabetes effect of berries. Antioxidants (Basel, Switzerland), 5 (2), 13. DOI: 10.3390/antiox5020013.

Winter, A.N., & Bickford, P.C. (2019). Anthocyanins and their metabolites as therapeutic agents for neurodegenerative disease. Antioxidants (Basel, Switzerland), 8 (9), 333. DOI: 10.3390/antiox8090333.

Strathearn, K.E., Yousef, G.G., Grace, M.H., Roy, S.L., Tambe, M.A., Ferruzzi, M.G., Wu, Q.L., et al. (2014). Neuroprotective effects of anthocyanin- and proanthocyanidin-rich extracts in cellular models of Parkinson’s disease. Brain Research, 1555, 60-77. DOI: 10.1016/j.brainres.2014.01.047.

Cote, J., Caillet, S., Doyon, G., Dussault, D., Sylvain, J.F., & Lacroix, M., Antimicrobial effect of cranberry juice and extracts. Food Control, 22, 2011, 1413-1418. DOI: 10.1016/j.foodcont.2011.02.024.

Pour, P.M., Fakhri, S., Asgary, S., Farzaei, M.H., & Echeverria, J. (2019). The signaling pathways, and therapeutic targets of antiviral agents: focusing on the antiviral approaches and clinical perspectives of anthocyanins in the management of viral diseases. Front. Pharmacol., 10, 1207. DOI: 10.3389/fphar.2019.01207.

Salehi, B., Sharifi-Rad, J., Cappellini, F., Reiner, Ž., Zorzan, D., Imran, M., Sener, B., et al. (2020). The therapeutic potential of anthocyanins: Current approaches based on their molecular mechanism of action. Frontiers in Pharmacology, 11, 1300. DOI: 10.3389/fphar.2020.01300.