Riassunto analitico
Un elevato consumo di frutta e verdura è stato associato ad una minore incidenza di malattie croniche. La protezione fornita da frutta e verdura è dovuta alla presenza di vari composti bioattivi come polifenoli.
I polifenoli subiscono un intenso metabolismo nel tratto gastrointestinale (GIT) dopo l'ingestione e compaiono nel sangue come metaboliti glucuronidati, solfati e metilati e raramente superano concentrazioni nM nel plasma.
Inoltre, parte di polifenoli non viene assorbita nel piccolo intestino, ma passano al colon dove vengono degradati dalla microflora intestinale a acidi fenolici e metaboliti aromatici. Questi composti a basso peso molecolare vengono assorbiti nel flusso sanguigno prima di essere escreti in quantità molto superiori a quelle dei metaboliti assorbiti nel piccolo intestino.
Quindi, è molto importante conoscere il metabolismo e la biodisponibilità di polifenoli per selezionare i composti "giusti" a "concentrazioni giuste" negli studi in vitro.
Viceversa, le melanoidine, composti polimerici scuri formati nell'ultimo stadio della reazione di Maillard, non sono metabolizzati e assorbiti nel GIT. Pertanto, il GIT stesso può essere il sito d’azione di melanoidine.
Polifenoli e melanoidine possono svolgere un ruolo importante nella prevenzione di diverse malattie associate a stress ossidativo, come le malattie cardiovascolari, il diabete e il cancro. Si stima che fino all’80% delle malattie cardiovascolari, il 90% di diabete di tipo II, e il 30% delle malattie tumorali possono essere prevenute con modifiche dello stile di vita, tra cui una dieta sana e corretta.
In questo progetto di dottorato alcune attività biologiche di composti bioattivi alimentari come polifenoli, loro metaboliti e melanoidine sono state valutate.
Particolare enfasi è stata data all'attività antidiabetica e antitumorale di questi composti.
Nei capitoli 2 e 3 è stata valutata l'attività inibitoria in vitro dei polifenoli del melograno (ellagitannini e acido ellagico), melanoidine e procianidine del cacao sull'attività dell' α-glucosidasi e α-amilasi a livello gastro-intestinale. L' IC50 mostra che punicalagina, punicalina e acido ellagico sono efficaci inibitori dell' α-glucosidasi sia nel saggio enzimatico sia nella digestione in vitro.
Nello studio del cacao, la bevanda ha mostrato un' attività inibitoria dose-dipendente contro α-glucosidasi (IC50 7,87 mg / mL). Dopo il frazionamento, il 56% delle attività inibitoria è stata trovata nella frazione a basso peso molecolare (LMWF), mentre le frazioni intermedie e ad alto peso molecolare, contenente melanoidine, hanno contribuito per circa il 47%. Le procianidine sono state identificate come i composti più attivi nella LMWF.
Nel capitolo 4, si è valutata l'azione dei metaboliti di polifenoli sulle complicanze diabetiche a livello sistemico mediante la capacità di inibizione dei prodotti della glicazione avanzata (AGE).
Due metaboliti colonici (ac. protocatecuico e 3,4-diidroxifenilacetico) sono risultati in grado di inibire la formazione di AGE come la carbossimetillisina. Il meccanismo molecolare di inibizione è stato determinato da una combinazione di tecniche immunochimiche, ultrafiltrazioni e spettrometria di massa.
Nei capitoli 5 e 6, si è valutato l'effetto di metaboliti degli ellagitannini del melograno (urolitina A) e melanoidine, prima e dopo la digestione gastro-intestinale, su cellule coloncancerigene. Gli effetti anti-proliferativi e apoptotici, e l'espressione proteica è stata valutata mediante citometria di flusso ed analisi Western Blot, rispettivamente.
I risultati hanno dimostrato che l'urolitina A esercita un effetto additivo in combinazione con farmaci chemioterapici, causando un notevole arresto del ciclo cellulare e un aumento dell'apoptosi. Inoltre anche le melanoidine, testate a concentrazioni raggiungibile nel colon, esercitano un'azione antitumorale sulle cellule di adenocarcinoma del colon.
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Abstract
High intakes of fruit and vegetables have been associated with a lower incidence of chronic diseases. The protection supplied by fruit and vegetables is due to the presence of various bioactive compounds such as (poly)phenols.
Dietary (poly)phenols undergo an intensive metabolism in the gastrointestinal tract (GI) after ingestion and appear in the bloodstream as glucuronide, sulfate and methyl metabolites and rarely exceeds nM concentrations in plasma.
In addition, part of (poly)phenols are not absorbed in the small intestine, but pass
to the colon where they are degraded by intestinal microflora to small phenolic acids
and aromatic metabolites. These low molecular weight compounds can be absorbed into the bloodstream before being excreted in amounts that far exceed those of metabolites absorbed in the small intestine.
Thus, it is very important to know the metabolism and bioavailability of (poly)phenols in order to select the “right compounds” at “right concentrations” in the in vitro studies.
Vice versa, dietary melanoidins, the brown polymeric compounds formed in the last stage of the Maillard reaction, are not metabolized and absorbed in the GI. Therefore, the GI itself can be the main site of action of food melanoidins.
Polyphenols and dietary melanoidins can play an important role in prevention of various diseases associated with oxidative stress, such as cardiovascular diseases, diabetes and cancer. It is estimated that up to 80% of cardiovascular disease, 90% of type II diabetes, and 30% of cancer diseases can be prevented with lifestyle modifications, including a healthy and proper diet.
In this PhD project some biological activity of food bioactive compounds as (poly)phenols and their metabolites and food-derived melanoidins have been investigated.
Special emphasis was given to the antidiabetic and anticancer activity of these compounds.
In chapters 2 and 3 the in vitro inhibitory activity of pomegranate polyphenols (ellagitannins and ellagic acid) and cocoa melanoidins and procyanidins on α-glucosidase and α-amylase activity at gastro-intestinal level was evaluated. IC50 values showed that punicalagin, punicalin and ellagic acid are effective inhibitors of α-glucosidase both in the enzymatic assay and during the digestion of potatoes.
In the cocoa study, cocoa brew showed a dose-dependent inhibitory activity against α-glucosidase (IC50 7.87 mg/mL). After fractionations, 56% of the inhibitory activity was found in the low molecular weight fraction (LMWF) whereas intermediate and high molecular weight fractions, containing melanoidins, contributed for about 47%. Procyanidins were identified as the most active compounds present in the LMWF.
In chapter 4, the action of polyphenols metabolites on diabetic complications at systemic level was evaluated by the assessment of the inhibition of advanced glycation endproducts (AGE) formation.
Two colonic metabolites (protocatechuic and 3,4-dihydroxyphenilacetic acids) were found to be able to inhibit AGE and carboxymethyllysine formation. The molecular mechanism of inhibition was revealed by a combination of immunochemical, ultrafiltration and mass spectrometry experiments.
In chapters 5 and 6, the effect of pomegranate ellagitannins metabolites (urolithin A) and food-derived melanoidins, before and after gastro-intestinal digestion, on colon cancer cells has been investigated. The anti-proliferative and apoptotic effects, and protein expression was assessed by flow cytometry and western blot analysis, respectively.
The results demonstrated that urolithin A exerts an additive effect in combination with chemoterapeutic drugs due to a great increase in cell cycle arrest as well as a slight increase of apoptosis induction. Also food melanoidins, tested at concentration attainable in the colon, exerted an anti-cancer action on adenocarcinoma colon cells.
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