© Borgis - Postępy Fitoterapii 4/2012, s. 220-225
*Agnieszka Greń
Aktywność antyoksydacyjna preparatów z morwy białej, fasoli zwykłej oraz miłorzębu japońskiego w cukrzycy generowanej podaniem streptozotocyny
Antioxidant activities of white mulberry, phaseolus vulgaris and ginkgo biloba preparations in streptozotocin diabetic mice
Zakład Fizjologii Zwierząt i Toksykologii, Instytut Biologii, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie
Kierownik Zakładu: dr hab. Grzegorz Formicki, prof. UP
Summary
In the course of diabetes, an increase in oxidative stress occurs as a result of uncontrolled formation of free radicals (ROS). Basic protection is provided by the so-called enzymatic triad: superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx). The main component of the non-enzymatic antioxidative barrier is glutathione (GSH). One of the treatment strategies is using plant compounds or preparations as protective agents that support the therapy of diabetes. The aim of this work was to investigate the antihyperglycemic, antioxidant and antihyperlipidemic effects of the aqueous extract of white mulberry, Ginkgo biloba and Phaseolus vulgaris on streptozotocin (STZ) – induced diabetic mice.
Diabetes was induced in Swiss albino mice by the administration of STZ (65 mg/kg b.w.) intraperitoneally. Aqueous extract of white mulberry, Phaseolus vulgaris and Ginkgo biloba were administered by oral gavage once a day for a period of 15 days. The effect of the extracts on enzymatic and non-enzymatic antioxidants of defence systems such as SOD, CAT, GPx and GSH levels in blood serum was studied.
Our results showed that white mulberry, Phaseolus vulgaris and Ginkgo biloba extracts reduced the blood glucose. As a result of studies carried out it was found that diabetes increases the oxidative stress causing perturbation of the redox homeostasis of the body. The applied plant preparations do not lead to full metabolic control, however, they may have potential protective activity through the stimulation of the antioxidative system in the body.
Wstęp
Cukrzyca jest poważnym zagrożeniem dla zdrowia publicznego, a liczba chorych na tę chorobę szybko wzrasta. Ponad 220 milionów ludzi na świecie choruje na cukrzycę i liczba ta może być dwa razy większa już w 2030 roku (1). Zgodnie z definicją podaną przez American Diabetes Association (ADA) pojęcie cukrzyca odnosi się do choroby metabolicznej o różnorodnej etiologii, charakteryzującej się przewlekłą hiperglikemią z zaburzeniami metabolizmu węglowodanów, tłuszczów i białek, na skutek defektu wydzielania i/lub działania insuliny. Cukrzyca powoduje przewlekłe uszkodzenie, dysfunkcję i niewydolność różnych narządów.
W przebiegu cukrzycy zwiększenie stresu oksydacyjnego występuje w wyniku niekontrolowanego powstawania wolnych rodników (ROS). Stres oksydacyjny wzrasta na skutek zwiększenia stężenia glukozy, stymulacji szlaku poliolowego oraz zmniejszenia enzymatycznych i nieenzymatycznych mechanizmów obronnych (2, 3). Wiele prac doświadczalnych wskazuje na udział wolnych rodników w patogenezie cukrzycy (4). Podstawową ochroną przed wolnymi rodnikami jest tzw. triada enzymatyczna: dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), katalaza (CAT) i peroksydaza glutationowa (GPx). Z kolei, głównym składnikiem nieenzymatycznej bariery antyoksydacyjnej jest glutation zredukowany (GSH).
Wyniki badań potwierdzają, że przeciwutleniacze, zdolne do neutralizowania wolnych rodników, są skuteczne w zapobieganiu rozwoju eksperymentalnej cukrzycy w modelach zwierzęcych (5, 6). Stąd jedną ze strategii leczenia cukrzycy jest stosowanie roślinnych preparatów o działaniu przeciwutleniającym.
Morwa (Morus alba L.), a przede wszystkim ekstrakt z liści tej rośliny, to naturalny lek stosowany od setek lat w medycynie tradycyjnej. Liście morwy zawierają liczne związki biologicznie czynne, między innymi fitosterole, w tym β-sitosterol, stigmasterol, kampesterol, glukozyd β-D-sitosterolu, olejki eteryczne; kwasy: octowy, propionowy, walerianowy, salicylowy; aminokwasy: kwas asparaginowy i kwas glutaminowy; witaminy: A, B1, B2, C; mikroelementy: cynk, miedź, bor, mangan, żelazo i inne (7). Ponadto, morwa zawiera alkaloid 1,5-didezoksy-1,5-imino-D-sorbitol=1-dezoksynojirimycinę (DNJ) oraz jego pochodne. Związek ten, rozpuszczalny w wodzie, występuje tylko w liściach morwy i wykazuje właściwości przeciwcukrzycowe (8). DNJ jest skutecznym inhibitorem α-glukozaminidazy, hamuje reakcję katalizowaną przez α-glukohydrolazę, dzięki czemu spowalnia rozkład zawartej w żywności skrobi na cukry proste, takie jak glukoza, co z kolei prowadzi do obniżenia poposiłkowej hiperglikemii (9, 10). Innym składnikiem morwy, wpływającym na gospodarkę węglowodanową, jest flawonoid glikozydowy kwercetyna, który hamuje działanie enzymu reduktazy aldozy (ALR2), odpowiedzialnego za syntezę sorbitolu z nadmiaru glukozy. Podwyższony poziom sorbitolu może prowadzić do powikłań w funkcjonowaniu układu nerwowego, oczu i nerek, szczególnie u diabetyków. Ponadto kwercetyna chroni komórki, błony komórkowe i DNA przed uszkodzeniami spowodowanymi działaniem wolnych rodników, co odgrywa ważną rolę w profilaktyce wielu chorób, m.in. cukrzycy (11).
Fasola zwykła (Phaseolus vulgaris L.) powoduje obniżenie poziomu glukozy w surowicy krwi (12). Składnikami fasoli wykazującymi właściwości przeciwcukrzycowe są β-sitosterol i stigmasterol. Fitosterole te są w stanie zwiększyć produkcję insuliny, hormonu naturalnie obniżającego stężenie glukozy we krwi. Jest to możliwe poprzez pobudzanie trzustki do wytwarzania insuliny. Ponadto zawarty w liścieniach zarodka fasoli inhibitor α-amylazy zapobiega trawieniu skrobi (13, 14). Działanie przeciwutleniające związane jest z obecnością flawonoidów i fitosteroli.
Miłorząb japoński (Ginkgo biloba L.) był używany w tradycyjnej chińskiej medycynie przez tysiące lat. Jest wszechstronnie badany ze względu na jego korzystne efekty w leczeniu i zapobieganiu wielu chorób. Ekstrakt z miłorzębu poprawia przepływ krwi, chroni komórki przed uszkodzeniami oksydacyjnymi wywołanymi przez wolne rodniki, wzmacnia pamięć (15, 16, 17). Po podaniu ekstraktów z miłorzębu zaobserwowano obniżenie poziomu glukozy we krwi. Frakcja flawonoidów zawarta w wyciągu z Ginkgo biloba znacząco hamuje aktywność α-amylazy oraz α-glukozydazy (18). Ma działanie przeciwutleniające wynikające z bezpośredniego osłabienia reaktywnych form tlenu na drodze chelatowania niektórych pro-oksydacyjnych jonów metali, np. miedzi i żelaza, co prowadzi do blokowania ich zdolności generowania wolnych rodników. Z kolei promowanie ekspresji białek antyoksydacyjnych zwiększa metabolizm przeciwutleniaczy, takich jak glutation (19, 20). Struktura chemiczna flawonoidów, składająca się z pierścienia aromatycznego i wiązania podwójnego, wydaje się reagować wybiórczo z rodnikami hydroksylowymi (21).
Streptozotocyna (STZ) jest często stosowana do wywołania cukrzycy u zwierząt doświadczalnych, poprzez jej toksyczny wpływ na komórki β trzustki (22). Cytotoksyczne działanie STZ jest związane z wytwarzaniem reaktywnych form tlenu (ROS), prowadzące do uszkodzeń oksydatywnych (23).
Istnieje wiele strategii poszukiwań skutecznych metod leczenia lub łagodzenia powikłań towarzyszących cukrzycy. Ekstrakty o potencjalnym działaniu przeciwcukrzycowym mogą stabilizować wahania stężenia cukru we krwi, zwiększać wrażliwość komórek na insulinę, łagodzić stany zapalne lub zmniejszać powstawanie wolnych rodników. Stąd celem eksperymentu była analiza wpływu preparatów z morwy białej, fasoli zwykłej oraz miłorzębu japońskiego na wybrane parametry systemu antyoksydacyjnego w zwierzęcym modelu cukrzycy.
Materiał i metody
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. World Health Organization. Prevalence of diabetes worldwide. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs312/en/index.html. 2. Maritim AC, Sanders RA, Watkins JB. Diabetes, oxidative stress, and antioxidants: a review. J Biochem Mol Toxicol 2003; 17(1):24-38. 3. Al-Rawi NH. Oxidative stress, antioxidant status and lipid profile in the saliva of type 2 diabetics. Diabet Vasc Dis Res 2011; 8(1):22-8. 4. Matteucci E, Giampietro O. Oxidative stress in families of type 1 diabetic patients. Diabet Care 2000; 23(8):1182-6. 5. Kubisch HM, Wang J, Bray TM i wsp. Targeted overexpression of Cu/Zn superoxide dismutase protects pancreatic β-cells against oxidative stress. Diabet 1997; 46(10):1563-6. 6. Naziroglu M, Cay M. Protective role of intraperitoneally administered vitamin E and selenium on the oxidative defense mechanisms in rats with diabetes induced by streptozotocin. Biol Stress Elem Res 2001; 47:475-88. 7. Asano N, Oseki K, Tomioka E i wsp. N-containing sugars from Morus alba and their glycosidase inhibitory activities. Carbohydr Res 1994; 17, 259(2):243-55. 8. Jeszke M, Kobus-Cisowska J, Flaczek E. Liście morwy jako źródło naturalnych substancji biologicznie aktywnych. Post Fitoter 2009; 3:175-9. 9. Asano N, Yamashita T, Yasuda K i wsp. Polyhydroxylated alkaloids isolated from mulberry trees (Morus alba L.) and silkworms (Bombyx mori L.). J Agric Food Chem 2001; 49(9):4208-13. 10. Nakanishi H, Onose S, Kitahara E i wsp. Effect of environmental conditions on the α-glucosidase inhibitory activity of mulberry leaves. Biosci Biotechnol Biochem 2011; 23, 75(12):2293-6. 11. Knekt P, Kumpulainen J, Järvinen R i wsp. Flavonoid intake and risk of chronic diseases. Am J Clin Nutr 2002; 76, (3):560-8. 12. Helmstädter A. Beans and diabetes: Phaseolus vulgaris preparations as antihyperglycemic agents. J Med Food 2010; 13(2):251-4. 13. Obiro WC, Zhang T, Jiang B. The nutraceutical role of the Phaseolus vulgaris alpha-amylase inhibitor. Br J Nutr 2008; 100:1-12. 14. Moreno J, Altabella T, Chrispeels MJ. Characterization of alpha-amylase-inhibitor, a lectin-like protein in the seeds of Phaseolus vulgaris. Plant Physiol 1990; 92:703-9. 15. Smith PF, Maclennan K, Darlington CL. The neuroprotective properties of the Ginkgo biloba leaf: A review of the possible relationship to platelet-activating factor (PAF). J Ethnopharmacol 1996; 50:131-9. 16. Mahadevan S, Park Y. Multifaceted therapeutic benefits of Ginkgo biloba L. chemistry, efficacy, safety, and uses. J Food Sci 2008; 73:R14-9. 17. Parsad D, Pandhi R, Juneja A. Effectiveness of oral Ginkgo biloba in treating limited, slowly spreading vitiligo. Clin Exp Dermatol 2003; 28:285-7. 18. Tanaka S, Han LK, Zheng YN i wsp. Effects of the flavonoid fraction from Ginkgo biloba extract on the postprandial blood glucose elevation in rats. Yakugaku Zasshi 2004; 124(9):605-11. 19. Smith JV, Luo Y. Elevation of oxidative free radicals in Alzheimer’s disease models can be attenuated by Ginkgo biloba extract EGb 761. J Alzheimers Dis 2003; 5:287-300. 20. Gohil K, Packer L. Global gene expression analysis identifies cell and tissue specific actions of Ginkgo biloba extract, EGb 761. Cell Mol Biol 2002; 48:625-31. 21. Zimmermann M, Colciaghi F, Cattabeni F i wsp. Ginkgo biloba extract: from molecular mechanisms to the treatment of Alzheimer’s disease. Cell Mol Biol 2002; 48:613-23. 22. Acharya JD, Ghaskadbi SS. Islets and their antioxidant defense. Islets 2010; 2(4):225-35. 23. Szkudelski T. The mechanism of alloxan and streptozotocin action in B cells of the rat pancreas. Physiol Res 2001; 50(6):537-46. 24. Siddiqui O, Sun Y, Liu JC i wsp. Facilitated transdermal transport of insulin. J Pharmac Sci 1987; 76(4):341-5. 25. Paglia DE, Valentine WN. Studies on the quantitative and qualitative characterization of erythrocyte glutathione peroxidase. J Lab Clin Med 1967; 70(1):158-69. 26. Flohe L, Otting F. Superoxide dismutase assays. Met Enzym 1984; 105:93-104. 27. Aebi H. Catalase in vitro. Met Enzym 1984; 105:121-6. 28. Sedlak J, Lindsay RH. Estimation of total, protein-bound, and nonprotein sulfhydryl groups in tissue with Ellman’s reagent. Anal Biochem 1968; 25(C):192-205. 29. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Analyt Biochem 1976; 72(1-2):248-54. 30. Hiramatsu K, Arimori S. Increased superoxide production by mononuclear cells of patients with hypertriglyceridemia and diabetes. Diabetes 1988; 37(6):832-7. 31. Wolff SP, Jiang ZY, Hunt JV. Protein glycation and oxidative stress in diabetes mellitus and ageing. Free Rad Biol Med 1991; 10(5):339-52. 32. Yang X, Yang L, Zheng H. Hypolipidemic and antioxidant effects of mulberry (Morus alba L.) fruit in hyperlipidaemia rats. Food Chem Toxicol 2010; 48(8-9):2374-9. 33. Katsube T, Yamasaki M, Shiwaku K i wsp. Effect of flavonol glycoside in mulberry (Morus alba L.) leaf on glucose metabolism and oxidative stress in liver in diet-induced obese mice. J Sci Food Agric 2010; 90(14):2386-92. 34. Naowaboot J, Pannangpetch P, Kukongviriyapan V i wsp. Antihyperglycemic, antioxidant and antiglycation activities of mulberry leaf extract in streptozotocin-induced chronic diabetic rats. Plant Foods Hum Nutr 2009; 64(2):116-21. 35. Wattanapitayakul SK, Chularojmontri L, Herunsalee A i wsp. Screening of antioxidants from medicinal plants for cardioprotective effect against doxorubicin toxicity. Basic Clin Pharmacol Toxicol 2005; 96(1):80-7. 36. Reyes-Bastidas M, Reyes-Fernández EZ, López-Cervantes J i wsp. Physicochemical, nutritional and antioxidant properties of tempeh flour from common bean (Phaseolus vulgaris L.). Food Sci Technol Int 2010;16(5):427-534. 37. Barrett ML, Udani JK. A proprietary alpha-amylase inhibitor from white bean (Phaseolus vulgaris): a review of clinical studies on weight loss and glycemic control. Nutr J 2011; 17:10-24. 38. Tripathi UN, Chandra D. Anti-hyperglycemic and anti-oxidative effect of aqueous extract of Momordica charantia pulp and Trigonella foenum graecum seed in alloxan-induced diabetic rats. Ind J Biochem Biophys 2010; 47(4):227-33. 39. Panda SP, Haldar PK, Bera S i wsp. Antidiabetic and antioxidant activity of Swietenia mahagoni in streptozotocin-induced diabetic rats. Pharmac Biol 2010; 48(9):974-9. 40. Smith JV, Luo Y. Studies on molecular mechanisms of Ginkgo biloba extract. Appl Microbiol Biotechnol 2004; 64:465-72.
