Επίδραση της χορήγησης σκευάσματος υδατανθράκων-πρωτεϊνών σε δείκτες οξειδωτικού στρες, φλεγμονής και υποξίας μετά από άσκηση σε ανθρώπους

Abstract

The term ‘’oxidative stress’’ was introduced by Sies in 1991 as ‘’a disturbance in the prooxidant (e.g. free radicals) – antioxidant balance in favour of the former, leading to potentional damage. Free radicals are reactive compounds that are naturally produced in the human body. They can exert positive effects (e.g. on the immune system) or negative effects (e.g. lipids, proteins or DNA oxidation). To limit these harmful effects, an organism requires complex protection – the antioxidant system. This system consists of antioxidant enzymes (CAT, GPx, SOD) and non-enzymatic antioxidants (e.g. vitamin E, vitamin A, vitamin C, GSH and uric acid). An imbalance between free radical production and antioxidant defence leads to an oxidative stress state, which may be involved in aging processes and even in some pathology (e.g. cancer and Parkinson’s disease). Oxidative stress can also be increased under physiological conditions such as physical exercise. In recent years, in an effort to increase the antioxidant defense and protection of the body from the harmful effects of oxidative stress, there is an increased interest in finding natural sources of antioxidants. Some proteins from certain foods have been shown to have the ability to neutralize reactive oxygen species. Whey protein is a popular nutritional supplement which enhances the antioxidant defense, probably due to its rich cysteine content through intracellular conversion into glutathione. Whey, a by product of cheese manufacturing, was considered for a long time a waste product but in recent years is described as a functional food. In the present study, the potentional beneficial effects of whey protein were examined both in vitro and in vivo. It was found that sheep whey protein exhibited scavenging activity against free radicals (DPPH•, ABTS•+ και OH·) in vitro. Furthermore, it was studied the antioxidant activity of sheep whey protein in muscle cells C2C12 and endothelial cells EA.hy926. It was found that in both cell systems, whey protein increased GSH and TAC levels and decreased ROS, TBARS, protein carbonyls and GSSG levels. Thus, the results indicate that sheep whey protein exhibits strong antioxidant activity both in vivo and in vitro. The antioxidant activity of whey protein is probably due to the rich cysteine content that is converted intracellularly to glutathione. Finally, it was conducted a study in the C2C12 and EA.hy926 cells to determine the molecular mechanism through which whey protein exerts its antioxidant action. It was examined the effects of sheep whey protein on the transcription factor Nrf2 and on a number of antioxidant enzymes regulated by this factor. In EA.hy926 cells, it was found that whey protein increased Nrf2, SOD-1, HO-1 and CAT levels as well as the enzymatic activity of CAT, SOD and GST. In C2C12 cells, the Nrf2 levels were not affected while the levels of SOD-1, HO-1, CAT and GCS as well as the enzymatic activity of CAT, SOD and GST were increased. Thus, the results show that the molecular mechanism through which whey protein enhances the antioxidant capacity is cell specific, and it may be either Nrf2-dependent or Nrf2-independent. Finally, it was found that a supplement in a cake form containing sheep whey protein, reduced TBARS levels (a marker of lipid peroxidation) and exhibited anti-inflammatory activity, as it reduced the proinflammatory cytokine IL-6, the acute phase protein CRP and increased the anti-inflammatory protein IL-10 after exhaustive exercise in humans.

Ο όρος ‘’οξειδωτικό στρες’’ εισάχθηκε από τον Sies το 1991 ως ‘’η διαταραχή της προοξειδωτικής (π.χ. ελεύθερες ρίζες) - αντιοξειδωτικής ισορροπίας υπέρ της πρώτης, που οδηγεί σε πιθανή βλάβη’’. Οι ελεύθερες ρίζες είναι δραστικές ενώσεις που παράγονται φυσικά στον ανθρώπινο οργανισμό. Μπορούν να ασκήσουν τόσο θετικές επιδράσεις (π.χ. στο ανοσοποιητικό σύστημα) όσο και αρνητικές (π.χ. οξείδωση λιπιδίων, πρωτεϊνών ή DNA). Για τον περιορισμό αυτών των επιβλαβών επιπτώσεων, ο οργανισμός χρειάζεται ένα πολύπλοκο σύστημα προστασίας - το αντιοξειδωτικό σύστημα. Αυτό το σύστημα αποτελείται από αντιοξειδωτικά ένζυμα (CAT, GPx, SOD) και από μη-ενζυμικά αντιοξειδωτικά (π.χ. βιταμίνη E, βιταμίνη A, βιταμίνη C, GSH και ουρικό οξύ). Η διαταραχή μεταξύ της παραγωγής ελευθέρων ριζών και της αντιοξειδωτικής άμυνας οδηγεί σε μία οξειδωτική κατάσταση, που εμπλέκεται στη διαδικασία της γήρανσης και σε παθολογικές καταστάσεις (π.χ. καρκίνος, ασθένεια Parkinson). Το οξειδωτικό στρες μπορεί επίσης να αυξηθεί και κάτω υπό φυσιολογικές συνθήκες όπως η σωματική άσκηση. Τα τελευταία χρόνια, σε μια προσπάθεια να αυξηθεί η αντιοξειδωτική άμυνα και η προστασία του οργανισμού από τις επιβλαβείς επιδράσεις του οξειδωτικού στρες, υπάρχει αυξημένο ενδιαφέρον για αναζήτηση φυσικών πηγών αντιοξειδωτικών. Κάποιες πρωτεΐνες από συγκεκριμένα τρόφιμα έχει αποδειχθεί ότι έχουν την ικανότητα να εξουδετερώνουν δραστικά είδη οξυγόνου. Η πρωτεΐνη ορού γάλακτος είναι ένα δημοφιλές διατροφικό συμπλήρωμα που ενισχύει την αντιοξειδωτική άμυνα, πιθανώς λόγω του πλούσιου περιεχομένου της σε κυστεΐνη μέσω ενδοκυτταρικής μετατροπής της σε γλουταθειόνη. Ο ορός γάλακτος, ένα παραπροϊόν της παρασκευής τυριού και τυροπήγματος θεωρούνταν για αρκετό καιρό ένα προϊόν αποβλήτων αλλά τα τελευταία χρόνια περιγράφεται ως λειτουργικό τρόφιμο. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης εξετάστηκαν οι πιθανές ευεργετικές επιδράσεις της πρωτεΐνης ορού γάλακτος τόσο in vitro όσο και in vivo. H αιγοπρόβεια πρωτεΐνη ορού γάλακτος βρέθηκε ότι έχει την ικανότητα εξουδετέρωσης ελευθέρων ριζών (DPPH•, ABTS•+ και OH·) in vitro. Μελετήθηκε, επίσης, η πιθανή αντιοξειδωτική δράση της αιγοπρόβειας πρωτεΐνης ορού γάλακτος στα μυϊκά κύτταρα C2C12 και στα ενδοθηλιακά κύτταρα EA.hy926. Βρέθηκε ότι και στα δύο κυτταρικά συστήματα, η πρωτεΐνη ορού γάλακτος αύξησε τα επίπεδα της GSH και της TAC και μείωσε τα επίπεδα των ROS, των TBARS, των πρωτεϊνικών καρβονυλίων και της GSSG. Από τα αποτελέσματα παρατηρήθηκε ότι η αιγοπρόβεια πρωτεΐνη ορού γάλακτος εμφανίζει ισχυρή αντιοξειδωτική δράση τόσο in vitro όσο και in vivo. Η αντιοξειδωτική της δράση πιθανώς οφείλεται στο αυξημένο περιεχόμενο της σε κυστεΐνη μέσω ενδοκυτταρικής μετατροπής της σε γλουταθειόνη. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη στα κυτταρικά συστήματα C2C12 και EA.hy926, για τον προσδιορισμό του μοριακού μηχανισμού μέσω του οποίου η πρωτεΐνη ορού γάλακτος ασκεί την αντιοξειδωτική της δράση. Εξετάστηκε η επίδραση της αιγοπρόβειας πρωτεΐνης ορού γάλακτος στον μεταγραφικό παράγοντα Nrf2 καθώς και σε έναν αριθμό επαγόμενων αντιοξειδωτικών ενζύμων, σε πρωτεϊνικό επίπεδο. Στα κύτταρα EA.hy926, βρέθηκε ότι η πρωτεΐνη ορού γάλακτος αύξησε τα επίπεδα του Nrf2, της SOD-1, της HO-1 και της CAT καθώς και την ενζυμική δράση της CAT, της SOD και της GST. Στα κύτταρα C2C12, τα επίπεδα του Nrf2 δεν επηρεάστηκαν ενώ αυξήθηκαν τα επίπεδα της SOD-1, της HO-1, της CAT και της GCS καθώς η ενζυμική δράση της CAT, της SOD και της GST. Τέλος, βρέθηκε ότι ένα σκεύασμα σε μορφή κέικ που περιέχει αιγοπρόβεια πρωτεΐνη ορού γάλακτος, μείωσε τα επίπεδα των TBARS (δείκτης λιπιδικής υπεροξείδωσης) και εμφάνισε αντι-φλεγμονώδη δράση, καθώς οδήγησε σε μείωση της προφλεγμονώδους κυτοκίνης IL-6, της πρωτεΐνης οξείας φάσης CRP και αύξηση της αντιφλεγμονώδους κυτοκίνης IL-10 μετά από εξαντλητική άσκηση σε ανθρώπους.