Antioxidantes en la prevención de enfermedades crónicas Dra. María Nieves García Casal Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas

ESPECIES REACTIVAS DE OXIGENO

ROS, metabolitos del oxígeno que pueden arrancar electrones de otras moléculas (oxidar), donar electrones (reducir) o incorporarse a moléculas (modificación oxidativa). La mayoría de ROS poseen e- no apareado en su última capa y por lo tanto son radicales. Un importante radical es el superóxido (O2.-), formado cuando 1 e-, reduce al O2. El anión superóxido es de particular importancia porque puede actuar como oxidante o como reductor en sistemas biológicos y además da origen a otros ROS. Otros ROS incluyen radical hidroxilo (OH.), radical peroxilo (LOO.) y radicales alkoxi (Lo.).

Otras moléculas como peroxinitritos (OONO-), ácido hipocloroso (HOCl-) y peróxido de hidrógeno (H2O2) no son radicales, pero tienen fuertes propiedades oxidantes por lo que se consideran ROS. Otro grupo relevante de moléculas se han definido recientemente como RNS, especies reactivas del nitrógeno e incluyen óxido nítrico (NO), el radical dióxido de nitrógeno (NO2), y el catión nitrosolium (NO+). El peroxinitrito (OONO-) es considerado ROS y RNS y resulta de la reacción de superóxido (O2.-) y NO.

Fig. 1. Pathways for production of ROS in mammalian cells Fig. 1. Pathways for production of ROS in mammalian cells. Shown are enzymes thought important in hypertension, which can donate electrons to oxygen to form O2·–. A 2-electron of oxygen can form H2O2. H2O2 can also be formed by the action of (SOD) on O2·– and is further reduced to water by either catalase or glutathione peroxidases (Gpx). O2·– and H2O2 can undergo reactions with transition metals to form OH. ROS can react with lipids to form biologically active lipid radicals. Gpx, glutathione peroxidases; H2O2, hydrogen peroxide; OH, hydroxyl radical; SOD, superoxide dismutase.

Enfermedades cardiovasculares: HTA y arteriosclerosis

HIPERTENSION ARTERIAL ROS juegan un papel importante en desarrollo de HTA, principalmente debido a exceso de anión superóxido (O2.- ) y a inactivación y baja disponibilidad de NO en musculatura vascular y riñones.

El anión superóxido (O2.- ) se origina en células endoteliales, musculares lisas y adventicias por NAD(P)H oxidasa que produce O2.- por reducción del oxígeno, usando NAD(P)H, como dador de e-. NAD(P)H oxidasa genera superóxido y la angiotensina II puede estimularla. Superóxido reacciona con NO produciendo peroxinitrito (ONOO-) que inactiva a NO y además es un fuerte oxidante. Se desacopla la NO sintetasa que en lugar de oxidar Arg a NO, va a reducir oxígeno molecular a anión superóxido. EL DAÑO ENDOTELIAL SOBRE NO ESTA ASOCIADO A UN DOBLE EFECTO: SINTESIS DISMINUIDA Y AUMENTO EN LA INACTIVACION OXIDATIVA DE NO.

Efecto neto de ROS sobre tensión arterial y arteriosclerosis Disfunción endotelial Aumento contractilidad del vaso Crecimiento células musculares lisas arteriales Invasión por monocitos Peroxidación lipídica Inflamación Aumento deposición proteínas de matriz extracelular

Fig. 4. Vascular effects of ROS contributing to hypertension.

TRATAMIENTO Se ha sugerido que el manejo de ROS podría modular la TA (Aumento antioxidantes y/o disminución generación ROS) Efecto AO sobre HTA no concluyente luego de por lo menos 7 grandes estudios (Vit E, carotenoides), solo el ASAP (Antioxidant Supplementation in Atherosclerosis Prevention) con 520 sujetos, demostró que la suplementación con vitaminas E y C por 6 años redujeron la progresión de aterosclerosis carotídea

La Canadian Hypertension Society y la American Heart Association recomiendan consumir una dieta balanceada con alto contenido en antioxidanes (aumento de frutas, vegetales y cereales integrales, pero NO recomiendan suplementación con AO para control de HTA.

HIPOTESIS DE LA MODIFICACION OXIDATIVA. ARTERIOSCLEROSIS HIPOTESIS DE LA MODIFICACION OXIDATIVA.

PAPEL DE ANTIOXIDANTES EN ESTE PROCESO Se ha encontrado que el uso de antioxidantes orales disminuye la velocidad de progreso e inclusive la regresión de la lesión. Aumentando el contenido de vitamina E en LDL se reduce la incidencia de Ruptura de placa ateromatosa Adhesión plaquetaria Vasoespasmo El uso combinado de antioxidantes orales y disminución de lípidos dieta, tiene mayor efecto en detener el avance de la lesión.

Diabetes

Evidencia creciente indica que el stress oxidativo, puede jugar un rol importante en la progresión  de la diabetes por inducción de resistencia a la insulina en los tejidos periféricos, y la alteración de la secreción de insulina por la células β-pancreáticas Uno de los mecanismos que pueden estar implicados es el desbalance entre ROS y los antioxidantes, lo cual resulta en un daño oxidativo

Algunos mecanismos propuestos para el desarrollo de complicaciones en diabetes mellitus son: Glicosilación aumentada de endoproductos, lo cual aumenta la producción de superóxido Alteraciones en el metabolismo de glutatión el cual juega un rol fundamental en la defensa antioxidante Descontrol de la actividad de SOD y catalasa enzimas importantes en la defensa antioxidante. Exposición de vasos sanguineos a ROS lo cual podría explicar la etiología de las alteraciones micro y macrovasculares presentes en la diabetes mellitus

Estos efectos además de contribuir al daño oxidativo conducen a alteraciones en el potencial redox de la célula con la consecuente activación de genes redox-sensibles, como es el caso de NFkB, que se transloca al núcleo y activa una variedad de genes blanco ligados al desarrollo de complicaciones de la diabetes, como por ejemplo en la retina, donde se ha demostrado que la activación de  NFkB es uno de los eventos tempranos en el desarrollo de retinopatía.

Cáncer

Entre los principales eventos que afectan la evolución del cáncer esta la desregulación de la proliferación celular y la evasión de la apoptosis (muerte celular programada). Stress oxidativo e inflamación favorecen carcinogenesis por diferentes mecanismos que incluyen daño directo a ADN y alteración vías señalización celular. Como respuesta el organismo recurre al aumento de la síntesis de las defensas AO enzimáticas, mediada por factores de transcripción los que destaca el factor 2 relacionado con NF-E2 (Nrf-2). Fitoquímicos y en general AO activan señalización de Nrf-2 que favorece la transcripción de un grupo de enzimas que incluyen NAD(P)H:Quinona oxidoreductasa (NQO-1), Superóxido dismutasa (SOD), Glutatión-S- transferasa (GST), Hemoxigenasa-1 (HO-1), g-glutamil cistein ligasa (GCL).

El aumento de ROS activa otros factores de transcripción como el factor nuclear kappa B (NF-kB) y la proteína activadora 1 (AP-1) que actúan como interruptores moleculares que convierten células normales en pre malignas. A parte del efecto directo de ROS sobre ADN y cáncer, se ha postulado un papel de la inflamación en carcinogénesis. Ciertos mediadores pro inflamatorios como citoquinas, prostaglandinas, NO, leucotrienos promueven la transformación neoplásica por alteración en cascada de señalización celular. Varias IL y el TNF han sido implicados en promoción de tumorigénesis en animales experimentales.

FIGURE 1 Role of oxidative stress and inflammation in carcinogenesis Surh, Y.-J. et al. J. Nutr. 2005;135:2993S-3001S

Antioxidantes en prevención y tratamiento de cáncer Se han utilizado carotenoides, vitaminas A, E y C, así como algunos fitoquímicos para el tratamiento del cáncer El uso de estos compuestos no se considera la cura para el cáncer, pero ha sido demostrado que pueden utilizarse para retrasarlo o prevenir su aparición e inclusive hay reportes de remisión. Debido a recientes avances sobre carcinogénesis, se puede “actuar” a diferentes niveles del proceso para evitarlo o tratarlo. Prevenir inflamación, como ataque temprano al proceso.

Antioxidantes en el tratamiento y prevención de enfermedades crónicas no transmisibles

ANTIOXIDANTES El aumento de la prevalencia de las enfermedades crónicas no transmisibles (ECNT), ha conducido a un mayor interés por estudiar el papel de la dieta, ya que parece haber una relación inversa entre la aparición de ECNT y patrones alimentarios que involucran un alto consumo de frutas y verduras . El efecto protector de los alimentos de origen vegetal, se atribuye a diversos nutrientes y fitoquímicos con actividad antioxidante, aunque no se ha encontrado una clara relación entre el consumo de nutrientes antioxidantes con la prevalencia de ECNT.

Todos actúan transformando ROS en formas mas estables, menos dañinas El sistema de defensa antioxidante para contrarrestar ROS incluye Sistemas enzimáticos endógenos que incluyen catalasa, glutatión reductasa y SOD, así como glutatión ureato y coenzima Q. Factores exógenos como selenio, vitaminas A, E y C, carotenoides, polifenoles, etc. Recientemente se describió el sistema hemoxigenasa-biliverdin-reductasa (HO-BVR) como antioxidante. HO es una enzima microsomal que transforma hemo en Fe, monóxido de carbono y biliverdina. Esta ultima es reducida por BVR a bilirrubina que es un potente antioxidante intracelular. Todos actúan transformando ROS en formas mas estables, menos dañinas

VITAMINA C Antioxidante mas importante en fluidos extracelulares es capaz de atrapar superóxido (O2-), peróxido de hidrógeno (H2O2), radical hidroxilo (ºOH), radical peroxilo (ROOº) y singlete de oxígeno( ºO2).

CAROTENOIDES Los carotenoides forman sistemas amplios de dobles enlaces conjugados, responsables de su actividad antioxidante. Los carotenoides con por lo menos 11 dobles enlaces conjugados, son 5 veces mas efectivos que los retinoides confiriendo resistencia oxidativa.

Son capaces de desactivar singlete de oxígeno ( ºO2) y radicales peroxilo (ROOº) y su papel en la prevención de cáncer ha sido ampliamente demostrado. Parecen tener efecto protector diferencial dependiendo del tejido. Se ha encontrado un papel directo del licopeno protegiendo contra el cáncer de próstata y de luteína y zeaxantina en degeneración macular.

VITAMINA A Vitamina liposoluble, poderoso antioxidante por atrapar radicales peroxilo (ROOº). Es mas eficiente que la vitamina E en las membranas, pero no en solución probablemente debido a que la vitamina A no posee un extremo polar . En sistemas in vitro se ha encontrado que la actividad antioxidante de vitamina A es: Retinol > retinal >> retinil palmitato > Ac. retinoico

VITAMINA E Principal antioxidante liposoluble que juega un importante papel inhibiendo la peroxidación lipídica y el daño a membranas.

Radical peroxilo Hidroperóxido Radical peroxilo Hidroperóxido La vitamina E evita o rompe la propagación de la oxidación lipídica formando un hidroperóxido lipídico relativamente estable y constituyéndose en un radical hidroperoxil que luego es regenerado con ayuda de otros antioxidantes.

Otros fitoquímicos

Curcumina Pigmento amarillo aislado de Cúrcuma longa (uso como colorante y componente del curry) Inhibe carcinogénesis por Disrupción complejo Nrf-2 – Keap-1 activando Nrf-2 y defensa antioxidante Suprime expresión de c-Jun y c-Fos, evitando activación de proliferación celular Inhibe traslocación de NF-kB, porque bloquea la fosforilación de IkBa.

Fitoalexina presente en uvas, vino tinto, maní, ostras, nueces. Resveratol Fitoalexina presente en uvas, vino tinto, maní, ostras, nueces. Efecto antitumorigénico por inhibición de citocromo P450 e inducción de NAD(P)H:quinona oxidoreductasa. Inhibe activación de NF-kB y AP-1 RESVERATROL

Epigalocatequina galato Polifenol antioxidante presente en té verde, con propiedades quimioprotectoras. Favorece síntesis de glutatión peroxidasa, glutatión-S-oxidasa, SOD y catalasa. Inhibe activación de NF-kB y AP-1 Epigalocatequina galato

Acido cafeico El fenil éster del ácido cafeico (CAPE), presente en café y el propóleo de abejas de la miel es un antioxidante con propiedades antitumorigénicas porque: Favorece traslocación de Nrf-2 y unión a ARE, que resulta en producción de Hemoxigenasa-1 Suprime actividad de NF-kB sin afectar IkBa. Acido cafeico

Isotiocianatos Compuesto quimioprotector presente en vegetales como el brócoli. El sulforafano y sus análogos inhiben carcinogénesis inducida en modelos animales. Induce producción de AO por activación de Nrf-2, que resulta en producción de Hemoxigenasa-1 y glutatión Inhibe unión de NF-kB a ADN in vitro en CA de próstata

Otros antioxidantes

-2 Nombre Selenio Número atómico 34 Valencia +2,-2,4,6 Estado de oxidación -2 Electronegatividad  2,4 Radio covalente (Å)  1,16 Radio iónico (Å) 1,98 Radio atómico (Å)  1,40 Configuración electrónica [Ar]3d104s24p4 Primer potencial de ionización (eV) 9,82 Masa atómica (g/mol)

Selenio Elemento esencial de la glutatión peroxidasa Esta involucrado en actividad de hemoxigenasa, metabolismo de glutatión, metabolismo CHO y lípidos Involucrado en síntesis de hormonas tiroideas y funcionamiento de neutrófilos Se encuentra como Se-met o Se-cys en pan, cereales, nueces, carne, pescado y el contenido en los alimentos varia mucho dependiendo de la composición de los suelos

Melatonina N-acetil 5 metoxitriptamina es un producto hormonal de la glándula pineal que tiene funciones sobre reproducción, respuesta inmunitaria e inhibición de stress oxidativo por atrapar ROS. Varios estudios muestran disminución de la peroxidación lipídica en ratas diabéticas tratadas con melatonina y en tratamiento de neuropatía diabética. N-acetil cisteína Atrapa ROS y aumenta contenido de glutatión intracelular. Este efecto antioxidante es “doble”: por una parte N-acetil cisteína es precursor de cys que se requiere para la síntesis de glutatión y por otra parte su capacidad AO per se, de atrapar ROS que “ahorra” uso del glutatión. .

Acido lipoico (AL) Compuesto derivado del ácido octanoico, usado como antioxidante y detoxificante de metales pesados. AL se reduce a ácido dihidroxilipoico, atrapando ROS y además inhibe directamente NF-kB. Se ha usado en el tratamiento de diabetes mejorando flujo sanguíneo, conducción nerviosa y captación de glucosa. Dobesilato de calcio Atrapa ROS. Su administración en ratas diabéticas mejora función vascular.

Antioxidantes en la dieta

Se ha reportado que la inclusión de antioxidantes en la dieta se asocia a prevención de cáncer, enfermedades cardiovasculares, enfermedades neurológicas y envejecimiento. Además de vitaminas A,C,E se recomienda el uso de caroteniodes y compuestos fenólicos como flavonoides (antocianinas, flavonoides, catequinas).

Algunas bebidas como el té, vino tinto, chocolate y café, son ricos en antioxidantes, que también se asocian con actividad antimicrobiana y antiviral, quelantes de Fe, regulación de expresión génica y mejorar función endotelial.

Estudio 2008, reporta actividad antioxidante por lo menos por 4 métodos experimentales (debido a variación contenido antioxidantes y limitaciones en métodos de detección) y señala alta capacidad antioxidante (por orden mayor a menor) en vino tinto, te verde, jugo naranja, jugo de uvas, jugo vegetales y jugo manzana.

Comparación de la capacidad antioxidante de frutos con y sin cáscara ALAN, dic. 2006, vol.56, no.4, p.361-365.

Comparación de la capacidad antioxidante de alimentos crudos y cocidos ALAN, dic. 2006, vol.56, no.4, p.361-365.

Aunque la mayoría de las evidencias científicas apuntan a un efecto beneficiosos de antioxidantes en la dieta disminuyendo la generación de ROS, algunos estudios muestran que el exceso de ciertos nutrientes como Fe, vitamina E, b-caroteno, pueden actuar como oxidantes y causar daño celular. Debe considerarse este aspecto sobre todo cuando se usan antioxidantes de forma terapéutica

An important question being raised by nutritionists today is whether available scientific data support an important role for polyphenols in the prevention of pathologic conditions that represent an important public health burden, such as cardiovascular diseases, cancers, and osteoporosis. More broadly, when can we consider scientific knowledge sufficient to allow specific public health implications and recommendations? The history of the relationship between ß-carotene and cancer illustrates the complexity of the research process leading to the demonstration of a causal relationship between nutritional factors and the prevention of disease. The ß-carotene story, which has developed in the past 30 y, is particularly significant and illustrative because of apparent controversies that are far from resolved. This is an extremely interesting example from which many lessons can be learned. For ß-carotene, we need to collect sufficient information from experimental, clinical, and epidemiologic research before we support any specific public health recommendations. The same principles must be applied to recommendations regarding polyphenols (in particular, which polyphenols, at which doses, to achieve which benefits for which populations). If these questions are not answered, then we run the risk of needing to renounce recommendations regarding polyphenols in the future, damaging the credibility of nutritional recommendations for public health. American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 81, No. 1, January 2005

GRACIAS!!