Interacciones de flavonoides-macromoléculas en enfermedades humanas con enfoque en Alzheimer, aterosclerosis y cáncer

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Resumen: Los flavonoides, una clase de polifenoles, que se consumen a diario en nuestra dieta, están asociados con un riesgo reducido de enfermedades crónicas relacionadas con el estrés oxidativo (OS), como enfermedades cardiovasculares, enfermedades neurodegenerativas, cáncer yinflamación. La implicación de los flavonoides en las enfermedades crónicas relacionadas con el SG se ha atribuido tradicionalmente a su actividad antioxidante. Sin embargo, la evidencia de estudios recientes indica que el impacto beneficioso de los flavonoides puede atribuirse a su interacción con las macromoléculas celulares, en lugar de ejercer un efecto antioxidante directo. Esta revisión proporciona una descripción general de la investigación en evolución reciente sobre las interacciones entre los flavonoides y las lipoproteínas, las proteínas, la cromatina, el ADN y las moléculas de señalización celular que están involucradas en las enfermedades crónicas relacionadas con el OS; se centra en los mecanismos por los que los flavonoides atenúan el desarrollo de las mencionadas enfermedades crónicas a través de los efectos directos e indirectos sobre la expresión génica y las funciones celulares. La revisión actual resume los datos de la literatura y de nuestra investigación reciente y luego compara las interacciones de flavonoides específicos con sus objetivos, centrándose enflavonoiderelaciones estructura-actividad. Además, se presentan los diversos métodos para evaluar las interacciones flavonoide-proteína y flavonoide-ADN. Nuestro objetivo es arrojar luz sobre la acción de los flavonoides en el cuerpo, más allá de su actividad antioxidante directa bien establecida, y proporcionar información sobre los mecanismos por los cuales estas pequeñas moléculas, consumidas diariamente, influyen en las funciones celulares.

Palabras clave:flavonoide; antioxidante; estrés oxidativo; inflamación; alzhéimer; aterosclerosis; cáncer

1. Introducción

Flavonoidesson una clase de polifenoles en las plantas que se consumen ampliamente en nuestra dieta. Tienen un esqueleto estructural general C6-C3-C6, en el que las dos unidades C6 (Anillo A y Anillo B) son de naturaleza fenólica. Los flavonoides se pueden dividir en diferentes subgrupos, como flavonas, flavonoles, flavanonas, flavanonoles, flavan{4}}oles y antocianinas (Figura 1). Mientras que en la mayoría de los flavonoides, el anillo B está unido en la posición C2 del anillo C, en algunos, como las isoflavonas y las isoflavanas, el anillo B está conectado en la posición C3 [1].

Dietéticoflavonoidesson productos naturales que se encuentran ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Muchos alimentos y bebidas, como frutas, verduras, legumbres, cereales integrales, chocolate, especias, té y vino, son fuentes ricas en flavonoides [1]. Durante décadas, los investigadores y los fabricantes de alimentos se han interesado cada vez más en los flavonoides, debido a sus propiedades antioxidantes, su gran abundancia en nuestra dieta y su papel sugerido en la prevención de diversas enfermedades asociadas con el SG, como el cáncer, cardiovasculares y enfermedades neurodegenerativas [2-5]. La literatura reciente proporciona evidencia creciente de que los efectos de los flavonoides están mediados por mecanismos distintos a la actividad antioxidante clásica impulsada por su propiedad química de donar un electrón o quelar metales de transición [6,7]. Explorar sus modos de acción fundamentales podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los mecanismos por los cuales los flavonoides influyen en las funciones biológicas.

2. Actividades biológicas de los flavonoides

2.1. Flavonoides como antioxidantes

Con respecto a su actividad antioxidante,flavonoidesSe cree que previenen enfermedades relacionadas con el SG a través de la eliminación directa de especies reactivas de oxígeno (ROS) mediante la donación de un átomo de hidrógeno, la activación de enzimas antioxidantes, la actividad quelante de metales (como el hierro y el cobre) y el alivio de la oxidación. estrés causado por el óxido nítrico (NO) [1,8–11]. La actividad antioxidante, sin embargo, no puede ser la única explicación de los efectos celulares in vivo de los flavonoides, ya que la actividad antioxidante se expresa en concentraciones de flavonoides superiores a 10 µM, pero su concentración en la circulación no supera los 2 µM [12]. Los flavonoides de la dieta se absorben poco en el intestino, se metabolizan mucho o se eliminan rápidamente. Durante el curso de la absorción, los flavonoides se conjugan en el intestino delgado y luego en el hígado. Este proceso incluye principalmente metilación, sulfatación y glucuronidación. Este es un proceso de desintoxicación metabólica común a muchos xenobióticos que restringe sus efectos tóxicos potenciales y facilita su eliminación biliar y urinaria al aumentar su hidrofilia [13]. Estudios recientes han sugerido que los efectos biológicos de los flavonoides pueden estar mediados por diferentes mecanismos que aún no se han explorado completamente. La presente revisión se centra en el modo de acción de los flavonoides a través de su interacción con macromoléculas, tales como lipoproteínas, proteínas celulares y séricas, y ADN y ARN (Figura 2）

2.2. Interacciones de flavonoides con macromoléculas

2.2.1. Interacciones flavonoides-proteínas

Las interacciones moleculares de proteínas y ácidos nucleicos con compuestos de bajo peso molecular son un área de fundamental interés [14]. En bajas concentraciones, las moléculas, como iones, metabolitos y osmolitos, pueden afectar proteínas, como enzimas, receptores, anticuerpos y factores de transcripción [15]. El efecto puede ser a nivel estructural, funcional o conformacional [7]. Los flavonoides de la dieta son un buen ejemplo de moléculas pequeñas que median los efectos celulares, que son fundamentales para las cascadas de señalización intracelular [16]. Los efectos de los complejos flavonoides-enzimas formados por la interacción de los flavonoides con, por ejemplo, hidrolasas, oxidasas y quinasas, sobre la estructura y actividad de las enzimas han sido ampliamente explorados. Las investigaciones han sugerido que los flavonoides interactúan selectivamente con diferentes componentes de las proteínas quinasas y alteran su estado de fosforilación, regulando así múltiples vías de señalización celular [17]. Del mismo modo, se ha descubierto que los flavonoides actúan como ligandos de los receptores nucleares, provocando su proliferación o activación y modulando la homeostasis energética. La apigenina y el kaempferol suprimieron directamente la interacción entre el receptor relacionado con el estrógeno (ERR) y su coactivador, el coactivador del receptor activado por proliferadores de peroxisomas-1 (PGC-1). Por el contrario, la luteolina suprimió la actividad de PGC-1 al promover la degradación de PGC-1, lo que provocó la supresión de la actividad de ERR en las células HeLa [7,18]. Los flavonoides, como la glabridina y el glabreno, también pueden interactuar y modular las actividades endógenas de los receptores de estrógeno en las células del músculo liso y endotelial humano, por lo que pueden retrasar e incluso prevenir las enfermedades cardiovasculares y el desarrollo de cáncer de mama y de ovario en mujeres posmenopáusicas. [19]. Además, también se ha investigado la capacidad de los flavonoides para interactuar con la albúmina sérica y otras proteínas séricas [20,21]. Las interacciones proteína-flavonoides reversibles o irreversibles dependen del pH, la temperatura y las concentraciones de proteínas y flavonoides [22]. Aunque aún se desconoce el destino biológico de los complejos proteína-flavonoides in vivo, se descubrió que los flavonoides afectan diversas enfermedades humanas relacionadas con el SG, como el cáncer y las enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas [23–25].

Métodos para caracterizar las interacciones flavonoides-proteínas

Se han realizado varios estudios para caracterizar las interacciones entre los flavonoides y las proteínas de la dieta, principalmente proteínas séricas y relacionadas con los alimentos, por ejemplo, albúmina sérica y -caseína [26–30]. Las interacciones flavonoides-proteínas ocurren principalmente por enlaces no covalentes que se derivan de interacciones hidrofóbicas, de van der Waals, puentes de hidrógeno e interacciones iónicas, que pueden cambiar las conformaciones de las proteínas y las actividades enzimáticas [31]. Las interacciones no covalentes entre flavonoides y proteínas son débiles y reversibles. Los estudios también han proporcionado información sobre las reacciones covalentes entre los flavonoides y las proteínas. Los flavonoides pueden oxidarse fácilmente y reaccionar covalentemente con las cadenas laterales de amino y tiol de una proteína mediante unión irreversible [32]. Se han desarrollado numerosos métodos, en su mayoría espectroscópicos, para caracterizar las interacciones no covalentes entre flavonoides y proteínas (Tabla 1) [33–36].

La espectroscopia UV-visible se utiliza para predecir las interacciones flavonoides-proteínas y proporcionar información sobre la naturaleza de esas interacciones. La absorción de proteínas a 280 nm está relacionada con los aminoácidos aromáticos triptófano, tirosina y fenilalanina, que pueden estimularse aún más con la interacción con los flavonoides [37]. La espectroscopia de dicroísmo circular se utiliza para el análisis cuantitativo de los cambios conformacionales, -hélice y -cambios de hoja, en proteínas debido a interacciones no covalentes con moléculas pequeñas, como los flavonoides [38]. La espectroscopia infrarroja transformada de Fourier también se utiliza para determinar los cambios en la estructura secundaria de las proteínas como resultado de las interacciones de los flavonoides. Este método permite interpretar la estructura secundaria a partir de la forma de la banda de amida I, ubicada alrededor de 1650-1660 cm [38]

Las propiedades termodinámicas de la interacción de unión entre los flavonoides y las proteínas se pueden estudiar mediante calorimetría de titulación isotérmica, un método que se basa en medir el calor que se desarrolló durante la asociación molecular [39]. Vitali et al. evaluó las interacciones de unión entre cuatro flavonoides (kaempferol, luteolina, quercetina y resveratrol) y la albúmina sérica humana y la isoforma 1 de la glutatión S-transferasa Pi utilizando la resonancia de plasmones de superficie de dispersión de Taylor (SPR), una técnica altamente sensible y sin etiquetas para estudiar la interacciones no covalentes de biomoléculas, especialmente entre proteínas, y entre proteínas y moléculas pequeñas [40].

El ensayo de extinción de la fluorescencia con triptófano (Trp) es otro método sensible, selectivo y ampliamente utilizado para determinar las interacciones entre los flavonoides y las proteínas [21,41,42]. La excitación de proteínas a 280-290 nm induce la emisión de fluorescencia en el rango de 340-350 nm debido a la presencia de Trp. la extinción de la fluorescencia en este rango se puede atribuir a la unión de flavonoides. Al utilizar este método, el mecanismo de extinción, estático (formación de complejos entre el polifenol y la proteína) o dinámico (colisión del fluoróforo con el inhibidor), se puede determinar utilizando la ecuación de Stern-Volmer y calculando la constante de Stern-Volmer y la constante de velocidad de extinción. . Para el enfriamiento estático, se puede calcular la constante de unión y el número de sitios de unión en la molécula de proteína y luego se pueden caracterizar las propiedades termodinámicas. Finalmente, los cálculos de acoplamiento se pueden usar para predecir el ajuste del ligando evaluado dentro de la proteína, donde la forma es complementaria al sitio de unión. El modelado computacional complementa los datos experimentales sobre la unión de proteínas y flavonoides y permite la detección a gran escala de diferentes objetivos proteicos seleccionados de las estructuras que están disponibles en el Banco de datos de proteínas (PDB) [43].

2.2.2. Interacciones de flavonoides con ADN y cromatina

Existe una gran cantidad de evidencia en la literatura científica de la regulación del genoma por parte de los flavonoides a través de la expresión génica y alteraciones cromosómicas [24,51], aunque el mecanismo de acción preciso aún no está claro [48,52]. Se ha demostrado que los flavonoides, como la quercetina y el EGCG, penetran las membranas celulares y se acumulan en el núcleo de las células intestinales y hepáticas humanas [53,54]. La estructura de la quercetina permite la intercalación de tipo hidrofóbico de su segmento más hidrofóbico en el interior de la hélice del ADN [55]. La quercetina se intercala con dúplex de ADN y ARN y se une preferentemente a ADN tríplex y tetraplex en células de cáncer de próstata humano (DU 145) [53]. Aunque el mismo número de grupos OH, que están principalmente implicados en el mecanismo de transferencia de hidrógeno, están presentes en el kaempferol y la luteolina, esta última muestra una afinidad ligeramente superior por el ADN. Esto podría deberse a la presencia de OH en su posición 30. De hecho, las relaciones estructura-actividad en las interacciones flavonoides-ADN se han detectado ampliamente. Se propone que la afinidad de los flavonoides por el ADN aumenta a lo largo de la misma secuencia que exhibe su actividad biológica [44]. Tras el tratamiento del ADN con EGCG o quercetina, se observaron varios efectos, incluido el daño del ADN, en los linfocitos periféricos humanos [56,57]. Los estudios muestran que EGCG inhibe las actividades de varias proteínas de la cromatina, como la proteína de unión al elemento de respuesta cAMP, la ADN polimerasa, la ADN metiltransferasa y la ADN topoisomerasa en los pulmones humanos y las células de adenoma colorrectal y en el hígado, los pulmones y los riñones de los ratones [6,24 ]. Es probable que estas reacciones se vean afectadas por la unión de EGCG al ADN y al ARN, o a las proteínas que se unen a los ácidos nucleicos en varios tipos de interacción. Si bien se conocen las interacciones de los flavonoides, como el resveratrol, la quercetina, el EGCG y la genisteína, con el ADN, la ubicación precisa de los sitios de unión de los flavonoides en el ADN, el modo de interacción y su función en el genoma no se conocen por completo. comprendido.

Métodos para CaracterizarFlavonoide–Interacciones de ADN
La unión covalente de moléculas pequeñas al ADN se observó por primera vez a principios de la década de 1980 [58]. Después de determinar la unión covalente de [14C], la quercetina al ADN, se argumentó que los flavonoides tienen actividades bioquímicas conflictivas (efecto mutagénico por un lado y efecto anticancerígeno por el otro) [44]. Además de la unión covalente, los flavonoides pueden interactuar con el ADN por intercalación, unión al surco y unión al esqueleto. Se han utilizado varios métodos para dilucidar las interacciones no covalentes entre los flavonoides y el ADN, incluidas las técnicas electroquímicas y de SPR, el dicroísmo lineal, la absorción, la fluorescencia y las espectroscopias de resonancia magnética nuclear [44–46]. Se investigó la unión de 10 agliconas y glucósidos de flavonoides con dúplex de ADN utilizando espectrometría de masas de ionización por electropulverización (ESI-MS) [47]. El análisis ESI-MS y SPR mostraron que exactamente tres moléculas de EGCG se unen a oligómeros de ADN monocatenario poli(dT) 18 mer a través de un grupo hidroxilo del grupo trihidroxifenilo en EGCG. Tras la unión, el EGCG protegió a los oligómeros de ADN de doble cadena de la fusión a ADN de cadena sencilla [59].

Hoy en día, la simulación computacional y la espectroscopia se adoptan principalmente para explorar información biofísica (p. ej., modo de interacción) sobre las interacciones entre los flavonoides y el ADN [60]. Los experimentos que se realizaron en los últimos años han sugerido sitios de unión de ADN de consenso específicos para los flavonoides. La quercetina, por ejemplo, se une a la secuencia dúplex del dodecámero CGCGAATTCGCG, cuya estructura no unida se resolvió hace muchos años (PDB ID: 1BNA) [61]. Actualmente, el genoma completo de un organismo se puede revelar utilizando tecnologías de secuenciación de próxima generación (NGS), como las máquinas de secuenciación paralela masiva de Illumina o Sanger. Además, siguiendo protocolos especializados, es posible extraer el ADN en regiones específicas o con funciones específicas y luego usar NGS para obtener la secuencia de ADN. Chem-seq (captura de afinidad química junto con secuenciación de ADN masivamente paralela) es una nueva aplicación de NGS, que se utilizó recientemente para extraer y secuenciar regiones de ADN que estaban unidas a moléculas pequeñas. Este método permite capturar regiones de cromatina unidas a moléculas pequeñas sin información previa, es decir, con un marcador imparcial e inespecífico [49]. Los estudios más recientes ya han ilustrado la capacidad de aislar interacciones conocidas entre fármacos y cromatina utilizando Chem-seq [49,50]. Atrahimovich et al. utilizó la técnica Chem-seq para caracterizar las interacciones entre la quercetina y el ADN celular y demostró su efecto posterior en la transcripción posterior [48]. Los resultados muestran que la quercetina se une a la cromatina de los monocitos y modula la expresión de genes que están involucrados en el ciclo celular y el desarrollo celular [48]. Con la aplicación Chem-seq, se pueden determinar las interacciones de los flavonoides con el ADN y la cromatina para estudiar su importancia. Esta capacidad podría ser extremadamente importante para la medicina y la salud humana, y beneficiosa para el diseño de intervenciones dietéticas y medicamentos apropiados para el tratamiento del cáncer.

3. Los flavonoides atenúan las enfermedades humanas a través de interacciones directas con proteínas, lipoproteínas y ADN

3.1. Interacciones de los flavonoides con proteínas clave involucradas en la inflamación

Inflamacióncaracteriza la respuesta protectora del sistema inmunitario, que implica la producción de varias citocinas y quimiocinas proinflamatorias, que aumentan la producción de interferón, proteasas, NO y ROS [62]. Las citocinas también inducen la expresión de ciclooxigenasa-2 (COX-2), una enzima que cataliza la producción de prostaglandinas (PG), que son mediadores clave de la inflamación [63]. La xantina oxidasa (XO) es otra fuente crítica de ROS que contribuye a la inflamación. Las condiciones inflamatorias conducen a un aumento de los niveles de XO y, por lo tanto, a una mayor generación de ROS y formación de peroxinitritos. El peroxinitrito es una poderosa especie reactiva de nitrógeno (RNS) acompañada de OS, que se produce por la reacción de NO y radicales superóxido [64].

Se han propuesto varios mecanismos de acción para explicar la actividad antiinflamatoria de los flavonoides in vivo, como la actividad antioxidante y la modulación de la producción de citocinas proinflamatorias y la expresión génica [11]. Curiosamente, los flavonoides afectan el proceso inflamatorio no solo al reducir la expresión de citocinas y otros marcadores inflamatorios relacionados, sino también al interactuar con proteínas relacionadas coninflamación. Se ha demostrado que los flavonoides modulan la actividad de las enzimas que metabolizan el ácido araquidónico (AA), como la fosfolipasa A2 (PLA2), la COX y la lipoxigenasa (LOX), y la enzima productora de NO, la óxido nítrico sintasa (NOS). La inhibición de estas enzimas por los flavonoides reduce la producción de AA, PG, leucotrieno y NO, que son mediadores cruciales deinflamación. Por lo tanto, la inhibición de estas enzimas por parte de los flavonoides es definitivamente uno de los mecanismos celulares importantes de la antiinflamación [65].

La quercetina fue el primer inhibidor flavonoide descubierto de PLA2, a partir de neutrófilos humanos. Se demostró que la quercetina inhibe selectivamente la PLA2 secretora del grupo II [66]. Asimismo, la rutina inhibía selectivamente la PLA2-II humana del líquido sinovial, mientras que era un inhibidor débil de la PLA2-I humana del jugo pancreático. Cuando se compararon diferentes flavonoides por su capacidad para inhibir PLA2, los pequeños cambios en la estructura parecieron influir tanto en la inhibición general de PLA2 como en la selectividad del grupo II. Se encontró que la posición de los grupos hidroxilo es un aspecto importante del anillo C-2, 3-doble enlace. Los grupos hidroxilo en las posiciones 3' y 4' en el anillo B parecían ser importantes para la inhibición selectiva de PLA2-II, mientras que el grupo hidroxilo 5-en el anillo A, la insaturación , y el 4-oxi en el anillo C parecía ser importante para la capacidad general de los flavonoides para inhibir la actividad de PLA2 [67]; la inhibición de PLA2 dependía en gran medida de la posición de los grupos hidroxilo en los anillos A, B y C, mientras que se suponía que los grupos hidroxilo en las posiciones 5, 6 y 7 del anillo A eran necesarios para unirse a PLA2. Por lo tanto, la quercetina, el kaempferol y la galangina mostraron una alta actividad inhibidora sobre PLA2, mientras que la naringina demostró una actividad inhibidora más baja [68].

COX produce PG y tromboxanos y existe en al menos dos isoformas diferentes, COX-1 y COX-2. COX-1 es una enzima constitutiva que está presente en casi todos los tipos de células. Mientras que la COX-2 es una enzima inducible que se expresa en gran medida en elinflamación-tipos de células relacionadas, incluidos macrófagos y mastocitos [69]. Debido a que produce PG, la COX-2 está estrechamente asociada con tipos agudos y crónicos de trastornos inflamatorios. Se ha descubierto que algunos flavonoides, como luteolina, 3',4'-dihidroxiflavona, galangina y morina, catequina y epicatequina, inhiben la COX de la médula renal de rata con IC50 de 100–130 µM [70]. En plaquetas agregadas con trombina humana, se reveló que ciertos flflavonoides, como la crisina y la apigenina, son inhibidores de la COX con IC50 de 13 y 18 µM, mientras que la miricetina y la quercetina a 10 µM ejercen una fuerte inhibición de la LOX. En particular, la reducción del doble enlace C-2, 3- y la glicosilación redujeron las actividades inhibidoras de los flavonoides [71]. El análisis in-silico demostró que la quercetina podría inhibir parcialmente la enzima COX-2 al unirse a la subunidad A, que tiene actividad de peroxidasa y sirve como fuente de ROS [72].

En general,flavonoidespuede estar principalmente involucrada en lainflamaciónproceso a través de la inhibición y regulación de enzimas que modulan citocinas proinflamatorias o moléculas pequeñas, como ROS y RNS.

3.2. Interacciones de los flavonoides con proteínas clave en la enfermedad de Alzheimer (EA)

La DA es una enfermedad neurodegenerativa muy extendida, que se caracteriza por marañas neurofibrilares, placas seniles y pérdida sináptica, que finalmente provocan la muerte neuronal [78,79]. La EA es una forma de demencia, que se caracteriza por una pérdida progresiva de la memoria, una disminución de las habilidades del lenguaje y otras alteraciones cognitivas, y afecta con mayor frecuencia a los ancianos [80]. La etiología de la EA no está clara; sin embargo, se consideran una variedad de factores en la fisiopatología de la enfermedad, como la formación de placas de proteína amiloide (A), niveles bajos de acetilcolina, estrés oxidativo y modificaciones postraduccionales anormales de la proteína tau [81,82]. La escisión secuencial de la proteína precursora de amiloide forma agregados de péptidos A de 39 a 43 aminoácidos, que se adhieren a las neuronas como placas de amiloide insolubles. A se genera a partir de la proteína precursora de amiloide mediante la enzima que escinde la proteína precursora de amiloide en el sitio -1 (BACE-1, -secretasa) y -secretasas [83,84]. Por lo tanto, se supone que la inhibición de BACE-1 desempeña un papel importante en la prevención de la EA [85].

El neurotransmisor acetilcolina juega un papel importante en el proceso de aprendizaje y memoria en el hipocampo. Dos enzimas, la acetilcolinesterasa (AChE) y la butirilcolinesterasa (BChE) están involucradas en la hidrólisis de la acetilcolina, disminuyendo su nivel durante el desarrollo de la EA. Por lo tanto, la inhibición de AChE y BChE es una estrategia muy deseable para el tratamiento de la EA [86–88]. Los fármacos clínicamente aprobados tacrina, donepezilo, galantamina y rivastigmina mejoraron la memoria a corto plazo y los niveles cognitivos a través de la inhibición de la AChE. Las desventajas de estos fármacos y sus efectos secundarios graduales, como efectos secundarios periféricos, hepatotoxicidad y trastornos del tracto gastrointestinal, han alentado a los investigadores a desarrollar inhibidores de AChE más efectivos [89–91].
Los flavonoides son productos naturales prometedores con potencial neuroprotector, que previenen la aparición o retrasan la progresión de enfermedades neurodegenerativas relacionadas con la edad. El mecanismo por el cual los flavonoides previenen o retrasan la progresión de la EA podría ser a través de la interacción directa con enzimas clave que están involucradas en esta enfermedad [81,85,92–95]. Shimmyo et al. examinó el potencial de los flavonoles y las flavonas para inhibir BACE-1. Descubrieron que cuatro flavonoles: miricetina, quercetina, kaempferol y morina, y una flavona: apigenina, inhiben directamente la actividad de la enzima BACE-1 de manera dependiente de la concentración, con valores IC50 de 2.8, 5.4, 14.7, 21.7, y 38,5 µM, respectivamente [95]. Los estudios en ratones transgénicos TASTPM envejecidos (un modelo de EA) mostraron que la administración oral de (-)-epicatequina reduce la patología A a través de la inhibición indirecta, no catalítica de BACE-1 y no a través de la modulación de la actividad secretasa [96]. ]. Se descubrió que la epigalocatequina-3-galato (EGCG) y la curcumina reducían la regulación al alza de BACE-1 mediada por A en cultivos neuronales, lo que, curiosamente, aumentó el procesamiento no amiloidogénico de la proteína precursora de amiloide al mejorar la escisión de -secretasa [95 ]. Pueyo et al. revisó la literatura sobre flavonoides naturales y sintéticos con actividad inhibidora de AChE. Encontraron 128 flflavonoides de este tipo: 41 flflavonas, 21 flflavanonas, 35 flflavonoles, 25 isoflflavonas y seis chalconas. Entre ellos, ocho flavonoides sintéticos inhibieron la AChE con IC50 < 100="" nm.="" tres="" flavonoides="" naturales,="" la="" acaciina="" de="" las="" flores="" de="" chrysanthemum="" indicum="" y="" la="" desmetilanhidroicaritina="" y="" el="" kaempferol="" de="" las="" raíces="" de="" sophora="" flavescens,="" inhibieron="" la="" ache="" con="" valores="" de="" ic50="" de="" 3,2,="" 6,7="" y="" 3,3="" nm,="" respectivamente="" [97].="" orhan="" et="" al.="" examinó="" varios="" derivados="" de="" flavonoides="" por="" su="" inhibición="" de="" ache="" y="" bche.="" a="" una="" concentración="" de="" 1="" mg/ml,="" la="" quercetina="" fue="" la="" más="" eficaz="" contra="" la="" ache,="" con="" una="" inhibición="" del="" 76,2="" %,="" y="" la="" genisteína="" mostró="" la="" inhibición="" más="" alta="" (65,7="" %)="" de="" la="" bche,="" seguida="" por="" la="" luteolina-7-o-rutinósido="" y="" la="" silibinina="" (54,9="" %).="" por="" ciento="" y="" 51.4="" por="" ciento,="" respectivamente)="" [98,99].="" en="" otro="" estudio,="" citrus="" junos="" tuvo="" un="" efecto="" inhibidor="" significativo="" sobre="" la="" ache="" in="" vitro="" e="" in="" vivo,="" y="" el="" compuesto="" activo="" se="" identificó="" como="" naringenina,="" un="" importante="" derivado="" de="" la="" flavanona="" [100].="" lee="" et="" al.="" examinó="" el="" efecto="" inhibitorio="" de="" las="" flavanonas="" cítricas="" sobre="" bace-1,="" ache="" y="" bche.="" entre="" todas="" las="" flflavanonas="" examinadas,="" la="" hesperidina="" demostró="" la="" mejor="" inhibición="" de="" bace-1,="" ache="" y="" bche,="" con="" valores="" ic50="" de="" 10,02,="" 22,80="" y="" 48,09="" µm,="" respectivamente.="" los="" estudios="" cinéticos="" revelaron="" que="" todas="" las="" flavanonas="" eran="" inhibidores="" no="" competitivos="" de="" bace-1="" y="" colinesterasa="">

La hiperfosforilación de las proteínas tau con la posterior acumulación en forma de ovillos neurofibrilares es uno de los principales contribuyentes a las disfunciones cognitivas y uno de los primeros marcadores de la EA. Se sabe que varias quinasas, como GSK-3b y CDK5/p25, contribuyen a la fosforilación de las proteínas tau y están implicadas en la patogenia de la EA. Los flavonoides que inhiben las actividades de varias quinasas pueden usarse en la prevención de la EA. Se ha demostrado que la terapia con el flavonoide morina reduce la hiperfosforilación de tau in vitro e in vivo en las neuronas del hipocampo de animales transgénicos (ratones 3xTg-AD) [103]. La quercetina inhibió la actividad de la PI3-quinasa y la cianidina 3-O-glucósido también proporcionó una protección significativa contra las disfunciones cognitivas que son inducidas por la administración de A en modelos animales, mediada por la modulación de GSK{{9} }b/tau. [104,105].

En general, los flavonoides pueden ejercer sus acciones neuroprotectoras potenciales al interactuar con proteínas clave que están involucradas en la EA. Una mejor comprensión de las interacciones entre flavonoides y proteínas en la EA podría ser una estrategia prometedora para desarrollar nuevas terapias neuroprotectoras para la prevención y el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas.

3.3. Interacciones de los flavonoides con proteínas y lipoproteínas clave en la aterosclerosis

La aterosclerosis es otra enfermedad que se ha demostrado que los flavonoides atenúan. El primer paso en la aterosclerosis es la acumulación de lipoproteínas de baja densidad (LDL), el principal transportador de colesterol, en la pared arterial. Las lipoproteínas de alta densidad (HDL), por otro lado, son un importante factor antiaterogénico en la sangre, que mantiene el nivel de colesterol en todo el cuerpo en un estado constante. Se han identificado más de 80 proteínas en el proteoma de HDL, y las apolipoproteínas A1 y A2 representan aproximadamente el 65 % y el 15 % de la masa proteica, respectivamente. Las otras proteínas incluyen una variedad de enzimas, como la paraoxonasa 1 (PON1). PON1 es responsable de muchas de las propiedades antiaterogénicas de HDL. Las correlaciones entre PON1, HDL y aterosclerosis, tanto in vivo como in vitro, han sido bien establecidas [106,107]. Además de la salida de colesterol, la HDL tiene otras actividades biológicas potentes: antioxidante [108], antiinflamatoria [109], antiapoptótica [110] y vasodilatadora [111]. Estas actividades no dependen necesariamente de la cantidad de HDL, pero probablemente dependen de su calidad [112,113]. Con respecto a la salud cardiovascular, anteriormente hemos demostrado que el flavonoide glabridina, extraído de la raíz de regaliz, actúa como un excelente antioxidante y demuestra propiedades antioxidantes aditivas y antiaterogénicas. La glabridina se une a la PON1 recombinante (rePON1) y protege su Cys284 de la oxidación por parte del componente aterosclerótico hidroperóxido de ácido linoleico (LA-OOH). Esta capacidad específica de la glabridina es única; laflavonoidela catequina no muestra ninguna afinidad de unión a rePON1 [21]. Se exploró más a fondo la asociación entre la estructura de los flavonoides y sus efectos sobre la actividad de rePON1. Se caracterizaron las interacciones de 12 flavonoides representativos de diferentes subclases químicas con rePON1 [42]. Además, se examinó el potencial de los complejos rePON1-flavonoides para prevenir la oxidación de LDL, un proceso clave en la aterogénesis. La catequina, que no se une a rePON1, aceleró la oxidación de LDL; por el contrario, la glabridina demostró una alta afinidad de unión a rePON1 y mejoró su efecto protector contra la oxidación de LDL [42]. Además, hemos observado constantemente interacciones de flavonoides específicos con la partícula HDL o sus proteínas unidas, apolipoproteína A1 y PON1. Hemos demostrado que la quercetina y la punicalagina se unen a la partícula de HDL y aumentan sus propiedades antiinflamatorias [41], mientras que, al unirse a la partícula de LDL o a su apolipoproteína B100 unida, la punicalagina indujo la entrada de LDL a las células macrófagas J774A.1, que puede disminuir los niveles de LDL circulantes [114]. En general, se ha descubierto que los flflavonoides y los polifenoles en general inhiben los síntomas de la aterosclerosis y reducen su desarrollo a través de interacciones específicas de flflavonoides con proteínas y lipoproteínas séricas y celulares.

3.4. Flavonoides como agentes anticancerígenos a través de la interacción con el ADN y la cromatina

Las actividades anticancerígenas de los flavonoides podrían ser el resultado de la interacción de estos compuestos naturales con biomoléculas (ADN, ARN y proteínas). Reconocemos que los flavonoides de la dieta pueden unirse al ADN de manera específica o estocástica y cambiar su función [115]. Amplios estudios in vitro sugieren que los flavonoides disminuyen de manera efectiva la proliferación celular, inducen la apoptosis y reducen el riesgo de metástasis [24]. Los efectos quimiopreventivos de los flavonoides, incluidos la luteolina, el galato de epigalocatequina, la quercetina, la apigenina y la crisina, se demostraron centrándose en la protección contra el daño del ADN causado por varios factores cancerígenos. Esos flavonoides protegen selectivamente las células normales e inducen mecanismos de muerte celular en las células cancerosas de los pulmones humanos y en las células de adenoma colorrectal durante la quimioterapia o la radioterapia [24]. Se descubrió que los flavonoides, a saber, quercetina, miricetina, kaempferol, apigenina y luteolina, que son liposolubles y débilmente ácidos, pueden difundirse libremente a través de la membrana celular y acumularse específicamente dentro de las células leucémicas K562 [116]. Por lo tanto,

se da a entender que es más probable que los flavonoides se unan al ADN o las proteínas en el núcleo de la célula cancerosa y que interrumpan específicamente la regulación del genoma del cáncer. Además, los resultados in-silico han demostrado que la quercetina, en particular, interactúa bien con el ADN G-quadruplex, que está relacionado con la telomerasa. La quercetina actúa como agente terapéutico contra el cáncer a través de la regulación de la actividad de la telomerasa [117]. Al comparar los perfiles de unión experimentales y computacionales, un nuevo estudio confirmó que la quercetina tiene la mayor afinidad de unión con el ADN entre los flavonoides estudiados. Además, el estudio reveló que los flavonoides pueden alterar la conformación del ADN e inhibir la amplificación del ADN, muestran una inducción impresionante de la detención del ciclo celular y pueden promover la apoptosis en las células cancerosas HepG2, MCF-7 y A549 [60] Para lograr las dosis terapéuticas efectivas utilizadas en los estudios preclínicos, se debe dar importancia a las técnicas de administración de fármacos mejoradas y dirigidas, a fin de lograr la máxima eficiencia con los mínimos efectos secundarios adversos. Los avances en los sistemas de administración de fármacos basados ​​en nanotecnología abren mejores oportunidades para aumentar la solubilidad, mejorar la biodisponibilidad y mejorar las capacidades de direccionamiento de los flavonoides [118]. Las nanopartículas basadas en liposomas, liposomas de polietilenglicol, basados ​​en níquel, basados ​​en lecitina y nanocintas son transportadores moleculares adecuados para la administración de fármacos flavonoides a los tejidos diana. Se informó que las nanopartículas se usaron con éxito para administrar quercetina en tumores sólidos en modelos in vitro e in vivo de cánceres del sistema nervioso central, pulmones, colon, hígado y senos [119].
Por lo tanto, numerosos estudios respaldan el potencial de los flavonoides como productos naturales para la salud en la quimioprevención del cáncer. Sin embargo, se necesitan más estudios para configurar su mecanismo de acción para mejorar nuestra comprensión de los procesos epigenéticos que pueden proporcionar una base más racional para combinar compuestos dietéticos específicos en un entorno clínico [24].

Dana Atrahimovich 1,2, Dorit Avni 3 y Soliman Khatib 1,2,*

1 Laboratorio de Compuestos Naturales y Química Analítica, MIGAL–Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Israel; Danaa@migal.org.il
2 Departamento de biotecnología, Tel-Hai College, Upper Galilee 12210, Israel
3 Laboratorio de esfingolípidos, metabolitos bioactivos y modulación inmunitaria, MIGAL—Galilee Research Institute, Kiryat Shmona 11016, Israel; dorita@migal.org.il* Correspondencia: solimankh@migal.org.il; Tel.: más 972-4-6953512; Fax: más 972-4-6944980

4. Conclusiones

Contribuciones de autor:DA (Dana Atrahimovich), redacción: preparación y edición del borrador original, DA (Dorit Avni) redacción de la sección de 'Interacciones de los flavonoides con proteínas clave implicadas en la inflamación' y edición; SK supervisión, redacción—revisión y edición. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.
Fondos:Esta investigación no recibió financiación externa.
Conflictos de interés:Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

Dana Atrahimovich 1,2, Dorit Avni 3 y Soliman Khatib 1,2,*

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