L’effetto matrice nelle interazioni tra fattori nutrizionali e non...

L’effetto matrice nelle interazionitra fattori nutrizionali e non nutrizionali

Stefano [email protected]

ISS - Istituto Superiore di SanitàDipartimento di Sanità Pubblica Veterinaria e Sicurezza Alimentare

Reparto di Tossicologia Animale e Veterinaria

“Modelli di valutazione rischio-benefico in sicurezza alimentare”ISS - Roma, 23 giugno 2009

Molecole bioattive presenti negli alimenti: NUTRIENTI e NON NUTRIENTI

ALIMENTI - componenti nutrizionali:

macro-nutrienti (carboidrati, lipidi e proteine);micro-nutrienti (vitamine, sali minerali).

* Carenze e/o eccessi nutrizionali di macro- e micro-nutrienti hanno ben noti effetti sulla salute umana e sono spesso associati a ben definite malattie.

ALIMENTI – molecole biologicamente attive: diverse dai micro-nutrienti e definite come non nutrienti o interferenti endocrini di origine naturale (p.es. i fitoestrogeni o polifenoli)…

* … a differenza dei micro-nutrienti non se ne conoscono malattie da carenza!!!

Potenziali effetti benefici sulla salute sono ampiamente reclamizzati sia per i NUTRIENTI (in particolare micro-nutrienti) che per i NON NUTRIENTI…

Assenza valutazione rischio-beneficio per sovraesposizione a NON NUTRIENTI (p.es. supplementazione )

“dietary supplements” ( legge U.S.A.)"un prodotto (diverso dal tabacco) destinato ad integrare l'alimentazione, contenente o composto da:a) vitamine, b) minerali, c) erbe o altri prodotti vegetali, d) aminoacidi,e) sostanze alimentari per uso umano atte ad aumentarne il consumo totale,f) un concentrato, un prodotto metabolico, un costituente, un estratto o una combinazione degli ingredienti sopra descritti (lettere a, b, c, d, e,) . . . “La legge USA è chiara nel constatare che gli integratori sono alimenti e sono così soggetti alle leggi sugli alimenti. La legge specifica che non sono da considerarsi né medicinali, né additivi.NB: In Germania vengono regolamentati come farmaci (maggiore tutela per i cittadini tedeschi dal punto di vista della sicurezza e degli effetti avversi).

Molecole bioattive presenti negli alimenti assunte sotto forma di INTEGRATORI

12.7.2002 (IT) Gazzetta ufficiale delle Comunità europee L 183/51DIRETTIVA 2002/46/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO - 10 giugno 2002

per il riavvicinamento delle legislazioni degli Stati membri relative agli integratori alimentari

Art. 2 “«integratori alimentari»: i prodotti alimentari destinati ad integrare la dieta normale e che costituiscono una fonte concentrata di sostanze nutritive o di altre sostanze aventi un effetto nutritivo o fisiologico, sia monocomposti che pluricomposti, in forme di dosaggio, vale a dire in forme di commercializzazione quali capsule, pastiglie, compresse, pillole e simili, polveri in bustina, liquidi contenuti in fiale, flaconi a contagocce e altre forme simili, di liquidi e polveri destinati ad essere assunti in piccoli quantitativi unitari;”Art. 2 “«sostanze nutritive» o «nutrienti»: le seguenti sostanze:

i) le vitamine;ii) i minerali.” (vedi allegati I e II)

…

“Esiste un’ampia gamma di sostanze nutritive e di altri elementi che possono far parte della composizione degli integratori alimentari, ed in particolare, ma non in via esclusiva vitamine, minerali, aminoacidi, acidi grassi essenziali, fibre ed estratti di origine vegetale.”

Molecole bioattive presenti negli alimenti: CONTAMINANTI ALIMENTARI

CONTAMINANTI – altre molecole biologicamente attive (in)volontariamentepresenti negli alimenti: interferenti endocrini di origine antropogenica (p.es. residui di fitofarmaci o sostanze ad azione steroidea o steroide-simile)

Potenziali effetti dannosi sulla salute sia per azione diretta che tramite interazione con le molecole bioattive naturalmente presenti negli alimenti

2001. Analisi dei prodotti di 215 diversi fornitori (13 stati) da parte del CIO (comitato olimpicointernazionale): 94 (14,8%) campioni contenenti sostanze dopanti non dichiarate nell’etichetta.

Stati N° integratoritestati

N° di“positivi”

% di“positivi”

OlandaAustriaGBUSAItaliaSpagnaGermaniaBelgioFranciaNorvegiaSvizzeraSveziaUngheriaTotale

312237240352912930303013 62

634

85 7455415221---

94

25.8% 22.7% 18.9% 18.8% 14.3%13.8% 11.6% 6.7% 6.7% 3.3%

---

14.8%

11 diversi STERODI ANABOLIZZANTI (precursori del TESTOSTERONE E DEL NANDROLONE).Non sono stati pubblicati i nomi dei prodottipositivi.

residui della lavorazione potenzialmentetossici o sostanze dopanti aggiunte in piccoledosi per aumentare l’efficacia del prodotto ?!

Interazioni molecolari di molecole alimentari bioattive:sostanze bioattive e legami aspecifici con proteine presenti negli alimenti

Total Antioxidant Capacity (TAC)as ferric-reducing antioxidant potential

Mean (-)epicatechin levels

DC

MC

Nature (2003) 424:1013Plasma antioxidants from chocolate

SCOPO:

In soggetti umani in buona salute, valutazione della capacità antiossidante totale (TAC) e dei livelli dell’epi-catechinaconfrontando cioccolato puro (DC), cioccolatopuro+latte (DC + MK) e cioccolato al latte (MC)

RISULTATO:

Dopo 1 hr dall’ingestione di DC, la TAC plasmaticaè del 20% superiore a quella di MC e DC+MC;

I livelli plasmatici di epicatechina si abbassano dicirca il 46% in DC+MC e di circa il 69% in MC.

I livelli plasmatici di una molecola bioattivadipendono ANCHE dalla interazione con altri fattori nutritivi

Il fumo di sigaretta contiene una miscela di più di 4000 sostanze chimiche, molte delle quali bioattive e interagenti in particolare con i micronutrienti assunti mediante la dieta, p.es. vitamina C, acido folico, β-carotene, Zn++, Se++, etc...

Un alto consumo di frutta e verdura e un alto livello plasmatico di β-carotene sono associato con un minor rischio di malattie croniche quali i tumori, in particolare del polmone.

Interazioni molecolari complesse: β-carotene (pro-vitamina A), condensato di sigarettae pressione dell’ossigeno nei tessuti bersaglio (1)

Il β-carotene è uno “scavenger” liposolubile di radicali liberi le cui proprietà anti-ossidanti in vivo dipendono dal livello di tensione dell’ossigeno.

Danno lipidico (lipid peroxidation) in polmoni di ratto

All’aumentare della tensione di ossigeno (pO2 da 15 a 150 mmHg), il β-carotene non previene più il danno lipidico nel polmone del condensato di sigaretta (TAR) ma addirittura lo amplifica !Palozza et al., 2006, Carcinogenesis 27:2383–2391

pO2 polmone = circa 105-150 mmHg

pO2 altri tessuti = da 5 a 71 mmHg

β-carotene anti-OX

loss of anti-OX properties

β-carotene pro-OX


I livelli plasmatici di β-carotene sono inversamente proporzionali alla quantità di sigarette fumate:: β-carotene

(μmol/l)β-carotene (μmol/l) increase

each 1 mg dietary uptake

Non smokers 0.72 + 0.04

Lightiest smokers(< 10 cigarette/day)

0.48

Heaviest smokers(> 20 cigarette/day)

0.37

+ 0.01

Ex smokers 0.58 ---

In vitro e in vivo, il β-carotene agisce come anti-carcinogeno, MA

i suoi prodotti ossidati possono facilitare la carcinogenesi:

il fumo di tabacco è un potente ossidante capace di distruggere o ossidare il β-carotene;

a loro volta, i metaboliti ossidati del β-carotene stimolano il legame al DNA dei metaboliti del benzopirene aumentando così il rischio di danno al genoma e quindi il rischio di tumore.

Di conseguenza, un eventuale supplementazione di β-carotene in fumatori può risultare nociva alla salute !Northrop-Clewes & Thurnham (2007) Clinica Chimica Acta 377:14–38


RISULTATI analisi HPLC:La concentrazione plasmatica di vit. C aumentata in maniera analoga.

RISULTATI esperimento DNA damage (dopo vit.C intake):Significativamente diminuito dopo 3 ore dall’assunzione del succo di frutta

d’arancia (circa 18 %; P < 0.01) e costante per circa 24 ore (circa 16 %; P < 0.01).Nessun effetto osservato nella bevanda supplementata.

“Orange juice vs vitamin C:effect on hydrogen peroxide-induced DNA damage

in mononuclear blood cells”.Br J Nutr. (2007) 97(4):639-643

SCOPO: In soggetti umani in buona salute, valutazione dell’effetto antiossidante confrontandol’assunzione di vit. C da una singola porzione di succo di frutta d’arancia (300 ml contenente 150 mg vit. C) e da una bevanda supplementata della stessa quantità di vit. C.

Effetto antiossidante considerato: danneggiamento in vitro del DNA indotto da perossido di idrogeno in cellule mononucleari del sangue (MNBC).

Effetto protettivo non spiegabile con la sola presenza di vit. C:altre sostanze bioattive coinvolte o effetto matrice ?

Effetti biologici di molecole alimentari bioattive: alimento versus integratore

Effetti biologici di molecole alimentari bioattive: alimento versus integratoreIL CASO DEL LICOPENE (1)

Porrini M et al., 2005. British Journal of Nutrition 93:93Daily intake (26 days) of a formulated tomatodrink (Lyc-o-Mato®) affects carotenoid plasma and lymphocyte concentrations and improvescellular antioxidant protection

* Significantly different from each other points (P<0.0001)

Lymphoctye DNA damage after ex vivo treatment withH2O2 (500 μmol/l) evaluated by the comet assay (% DNA in tail) (n 24, means±s.d.) before and after eachintervention period. (■) before placebo; (□) after placebo; (■) before Lyc-o-mato; (░) after Lyc-o-mato.

Il licopene, un carotenoide antiossidante e antiproliferativo, è stato ipotizzatoessere il responsabile degli effetti benefici dei pomodori.

Koppes et al., 2005: prima meta-analisi (15 diversi studi di coorte) la relazione tra consumo di alcool e diabete di tipo 2 (RR).

U-shaped relationship con una significativa riduzione del 30% circa del RR nei consumatori di alcool (6-48 gr al giorno) rispetto ai consumatori forti o ai non consumatori.

In assenza di studi di intervento randomizzati a lungo-termine, questa può essere considerata la migliore evidenza disponibile.

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:BEVANDE ALCOLICHE E DIABETE DI TIPO 2: RISCHIO RELATIVO

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:ESTRATTI VEGETALI ED EFFETTI ANTI-DIABETICI

Circa 400 estratti vegetali conosciuti per il trattamento del diabete di cui solo pochissimihanno ricevuto un’attenzione medico-scientifica per valutarne l’efficacia.Dey et al., 2002, Altern Med Rev, 7(1):45-58

Gli effetti ipoglicemici di alcuni di questi estratti vegetali (p.es. piante contenentiepicatechine, alcuni frutti di bosco, agli e cipolle) sono stati confermati in modellisperimentali in vivo di diabete di tipo 2 tanto da convincere un comitato di esperti del WHO che “traditional medicinal herbs be further investigated”Bailey & Day, 1989, Diabetes Care, 12:553-564.

Animali diabetici trattati con epicatechine hanno una migliore funzione pancreatica (cellule β)Chakravarthy et al., Lancet 1981 & Life Sci 1982

NB Epicatenine contenute anche nel vino rossocosì come il resveratrolo (frutti di bosco) e la quercetina (cipolle)

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche: effetti biologiciCLASSIFICAZIONE DEI FITOESTROGENI

PHYTOESTROGENS

FLAVONOIDS

NON - FLAVONOIDSPLANT LIGNANSMatairesinol, Isolariciresinol,Secoisolariciresinol,Lariciresinol, Pinoresinol,Syringaresinol, (others)

MAMMALIANLIGNANSEnterodiol,Enterolactone

ISOFLAVONES (IFs)Genistein, Daidzein, Glycitein,Formononetin, Biochanin A,(others)

PRENYL-FLAVONOIDS8-prenylnaringenin,Xanthohumol, Isoxanthohumol, (others)

COUMESTANSCoumestrol, (others)

FLAVONOLSQuercetin, Kaempferol, Rutin, (others)

FLAVONESApigenin, Luteolin, (others)

FLAVANONESNaringenin, Hesperidin, (others)

ANTHOCYANINS / STILBENESCyanidin-3-glycoside (C3G) or kuromanin,trans-resveratrol, (others)

FLAVANOLS / CATECHINSEpigallocatechin-3-gallate (EGCG), (others)

IFs-METABOLYTESEquol, (others)

IFs-PRECURSORSDeoxybenzoins

Lorenzetti, NUTRAfoods 2005, 4(4):29-44

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:FITOESTROGENI E BEVANDE ALCOLICHE (1)

FLAVONOLI PRENILATIXanthohumol e 8-prenyl-naringenina

Lo Xanthohumol si trova esclusivamente nel luppolo (0.1-1% of dry weight) e la 8-prenyl-naringenina rappresenta il prenyl-flavonoidebioattivo che si forma durante il processo di produzione della birra(fino a 240 mg/l, in media meno di 20 mg/l (Stevens and Page, 2004).

FLAVONOLIQuercetina

Pressochè ubiquitaria in frutta e vegetali.Particolarmente abbondante in cipolle, mele, frutti di bosco e the (10-25 mg/l) (Hertog et al., 1993).Nel vino rosso tra 0.03 e 11.5 mg/ml (Paixao et al., 2008)

8-prenyl-naringenina

quercetina

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:FITOESTROGENI E BEVANDE ALCOLICHE

FLAVANOLI / CATECHINEEpicatechine e epigallocatechine

Abbondanti nel the verde, ma anche nel cioccolato e nel vino rossodove possono raggiungere concentrazioni di 270 mg/l (Frankel et al., 1995).

STILBENI Resveratrolo (3,4',5-trihydroxy-trans-stilbene)

Principalmente in uva e vino rosso.Nelle uve, il trans-resveratrolo (l’isomero bioattivo) si trova solo nelle bucce per cui il contenuto nel vino rosso è proporzionale aitempi di fermentazione.Il contenuto di trans-resveratrolo nel vino rosso oscilla tra 0.1-15 mg/l (Fremont, 2000; Cornwell et al., 2004; Opie and Lecour, 2007) e la suavariabilità dipende da cultivar, condizioni pedo-climatiche, praticheenologiche e presenza di funghi del genere Botrytis (Fremont, 2000).

LIGNANISoprattutto negli oli di semi ma a bassi livelli presenti nei cereali e negli alimenti derivati

epicatechina

resveratrolo

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:MECCANISMI D’AZIONE CLASSICI DEI FITOESTROGENI

“ …any plant substance or metabolite thatinduces biological responses in vertebrates and

can mimic or modulate the actions ofendogenous oestrogens usually by binding to

estrogen receptors.” (COT Report 2003 on Phytoestrogens and Health - UK Food Standard

Agency)

Modello sperimentale: ratti con diabete di tipo 2 indotto da streptozotocina(STZ)-nicotinamide (Pellegrino et al., 1998)

The diabetic syndrome in rats administered STZ and nicotinamide is characterized by stable, moderate hyperglycemia; glucose intolerance; and altered but significant glucose-stimulated insulinsecretion

Proprietà antidiabetiche del RESVERATROLO in ratti diabetici trattati oralmente con RESV (5 mg kg−1 b.w d−1) per 30 giorni:(Palsamy & Subramanian, 2008, Biomed Pharmacother. 62(9):598-605)

significativa (p<0.05) riduzione di glicemia, emoglobina glicosilata, uremia, acido uricoe creatinina sierici;

diminuita attività di enzimi pato-fisiologici aspartate & alanine transaminases (AST & ALT), e alkaline phosphatase (ALP);

miglioramento dei livelli plasmatici di insulina e emoglobina

Risultati comparabili con quelli del farmaco ipoglicemico orale GLICLAZIDE

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:RESVERATROLO E DIABETE: EFFETTI IN UN MODELLO ANIMALE

Durata effetto ipoglicemico tende a scomparire completamente dopo 5 ore

Su, H.-C. et al., 2006,Am J Physiol Endocrinol Metab 290: E1339-E1346

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:RESVERATROLO E DIABETE IN UN MODELLO ANIMALE (1)

Modello sperimentale:ratti con diabete indotto da streptozotocina(STZ); STZ-nicotinamide

Effetto dose-dipendente del resveratrolo (RESV) sui livelli plasmatici di GLUCOSIO

STZ-nicotinamide

STZ

CTRL

I ratti trattati con STZ o con STZ-nicotinamide + 0,5 mg/kg BW pro die RESVhanno una riduzione di circa il 22% e il 14% rispettivamente



Effetto CRONICO del resveratrolo (RESV) sui livelli plasmatici di GLUCOSIO

Su, H.-C. et al., 2006,Am J Physiol Endocrinol Metab 290: E1339-E1346

STZ + veicolo

STZ-nicotinamide + RESV

STZ-nicotinamide + veicolo

STZ + RESV

Su, H.-C. et al., 2006, Am J Physiol Endocrinol Metab 290: E1339-E1346

I ratti trattati con STZ-nicotinamide + 0,5 mg/kg BW pro die RSV mostrano anche unadiminuzione significativa dei livelli plasmatici di insulina



Effetto del resveratrolo (RESV) sui livelli plasmatici di INSULINA





Effetto del resveratrolo (RESV) sui livelli plasmatici di TRIGLICERIDI

Effetto ipolipidemico del RESV con riduzione significativa dei livelli plasmatici ditrigliceridi:

nei ratti STZ circa 50% al giorno 14nei ratti STZ-nicotinamide circa 33% al giorno 14

STZ + veicolo



STZ + RESV



Effetti del resveratrolo (RESV) sul PESO CORPOREO ed il CONSUMO DI CIBO e H2O

STZ

STZ

STZ

CTRL

CTRL

CTRL

STZ + RESV

STZ + RESV

STZ + RESV

Il trattamento con RESV ha un effetto positivoPer tutti e 3 i parametri considerati



Effetti del resveratrolo (RESV) sull’ UPTAKE di GLUCOSIO in tessuti insulina-responsive di ratti STZ

soleo

epatociti

adipociti

Il RESV migliora l’uptake di glucosioin tutti e tre i tessuti considerati (> 2 volte a 1 mM)

Stimolazione dose-dipendente della sintesi diglicogeno negli epatociti di ratti STZ

Topi ER-α knock-out, sia maschi che femmine, presentano (Heine et al., PNAS 2000):insulino-resistenza;alterata tolleranza al glucosio;iperplasia e ipertrofia degli adipociti

L’interazione E2-ER è fondamentale per l’omeostasi del glucosio.

Il RESV lega preferenzialmente ER-α (rispetto a ER-β) e induce l’attivazione (mediante fosforilazione) di ER-α e l’attivazione genica ER-α mediata (p.es. GLUT4) nei tessuti ERα-responsive

Molecole bioattive non nutrienti presenti nelle bevande alcoliche:RESVERATROLO E DIABETE: QUALE MEDIATORE?

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