Эффект показали на молекулярном уровне, в культуре клеток и у трансгенных червей
Итальянские исследователи обнаружили в хмеле вещества, которые подавили патологические процессы, лежащие в основе болезни Альцгеймера, на молекулярном уровне, в культуре клеток и у трансгенных модельных круглых червей. Отчет о работе опубликован в журнале ACS Chemical Neuroscience.
С увеличением средней продолжительности жизни населения постоянно растет распространенность нейродегенеративных заболеваний, преимущественно связанных с накоплением в центральной нервной системе патологических белковых агрегатов и, как следствие, постепенной гибелью нейронов и деменцией. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2017 году подобное состояние наблюдалось у 50 миллионов жителей Земли, к 2050 году это число может утроиться. Более половины случаев деменции представлены болезнью Альцгеймера, в основе которой лежит накопление в нервной ткани бета-амилоида 42 и тау-белка, их цитотоксичность, нарушения клеточного метаболизма, окислительный стресс, снижение уровня ацетилхолина, выброс цитокинов с развитием воспаления и апоптоз клеток.
Действенных способов остановить начавшуюся нейродегенерацию в настоящее время не существует. Ситуация осложняется тем, что, во-первых, клинические симптомы появляются значительно позже, чем начинаются молекулярные изменения в нервной системе, а во-вторых, многофакторность заболевания обусловливает низкую эффективность фармпрепаратов с узконаправленным механизмом действия. В поисках выхода некоторые научные группы делают ставку на превентивные стратегии, основанные на диете и нутрицевтике — употреблении пищевых продуктов и добавок с набором природных соединений, действующих на различные звенья патологического процесса. Так, было показано, что экстракты обыкновенного хмеля (Humulus lupulus) — одного из основных компонентов пива, который содержит множество биологически активных веществ — могут улучшать мозговые функции у пожилых людей с субъективным когнитивным снижением, однако механизмы подобного эффекта изучены не были.
Сотрудники Миланского университета Бикокка, Института фармакологических исследований имени Марио Негри и Миланского государственного университета под руководством Кристины Айрольди (Cristina Airoldi) приготовили для анализа экстракты наиболее распространенных в пивоварении сортов хмеля: Cascade, Saaz, Tettnang и Summit. Для имитации их закладки на стадии варки пива использовали кипящую воду, в холодный напиток — смесь воды с этанолом в соотношении 9:1 при 30 градусах Цельсия. Химический состав обоих экстрактов оказался схожим, но первый способ давал больший выход (28–32 против 17–21 процентов по массе), и для дальнейшей работы авторы остановились на нем.
Ядерная магнито-резонансная спектроскопия и ультрапроизводительная жидкостная хроматография с масс-спектрометрией высокого разрешения определили в экстрактах 42 фенольных и полифенольных соединения, относящиеся преимущественно к хлорогеновым кислотам, проантоцианидинам и гликозилированным флавоноидам.
Количественный химический анализ антиоксидантных свойств экстрактов показал их выраженную общую восстановительную способность и активность в нейтрализации свободных радикалов. Наиболее высокими эти параметры оказались у сорта Tettnang — 93 миллиграмма эквивалентов галловой кислоты на грамм и 616–676 микромоль эквивалентов тролокса на грамм соответственно. В эксперименте на клеточной линии человеческой нейробластомы SH-SY5Y начатая за час обработка экстрактами этого сорта в концентрации 0,25 и 0,1 миллиграмма на миллилитр эффективно предотвращала 40-процентное снижение выживаемости клеток под действием 100-микромолярного раствора перекиси водорода в течение суток.
Экстракты всех четырех сортов в концентрации 0,25 миллиграмма на миллилитр резко снижали агрегацию бета-амилоида 42 под действием тиофлафина Т, а в концентрации 0,5 миллиграмма на миллилитр повышали выживаемость клеток SH-SY5Y при суточной экспозиции с 10-микромолярным раствором этого олигопептида. Наименьшую эффективность продемонстрировал сорт Cascade, наибольшую — Tettnang.
Анализ отдельных фракций экстракта показал, что наибольшей анти-бета-амилоидной активностью обладают 4-O-ферулоилхинная и 5-O-кумароилхинная кислоты, рутин, кверцетин-3-(6"-малонил)-неогеспериозид, процианидиновые димеры типа B и, в меньшей степени, еще некоторые хлорогеновые кислоты и полифенолы.
Дальнейшие эксперименты на клетках SH-SY5Y продемонстрировали, что помимо прямого подавления агрегации бета-амилоида экстракт хмеля усиливает в них экспрессию маркеров макроаутофагии (беклин-1, LC3 и p62) и селективной шапероновой аутофагии (LAMP2A и hsc70) — механизмов очистки клеток от дисфункциональных компонентов, в том числе патологических белковых депозитов.
В опыте на модельных трансгенных круглых червях Caenorhabditis elegans CL2006, вырабатывающих бета-амилоид, экстракт хмеля Tettnang начиная с 10 микрограмм на миллилитр дозозависимо предотвращал паралич, вызванный отложением олигомерных и фибриллярных форм этого пептида в мышцах. Концентрация полумаксимального ингибирования (IC50) составила 12,37 микрограмма на миллилитр.
Как пишут авторы работы, полученные результаты свидетельствуют, что хмель служит источником биологически активных молекул с синергичной и мультитаргетной активностью в отношении ранних событий развития болезни Альцгеймера. Это указывает на возможность использования растения для изготовления нутрицевтических препаратов для профилактики заболевания.
В 2018 году американские биотехнологи представили генетически модифицированные дрожжи, вырабатывающие ароматические компоненты хмеля — терпеновые спирты гераниол и линалоол. Приготовленное с их использованием пиво обладало более выраженным вкусом и ароматом, чем обычный американский эль, при этом производство было проще и дешевле. Двумя годами ранее бельгийские, британские и нидерландские ученые продемонстрировали, что подходящая музыка может значительно улучшить субъективное восприятие вкуса пива.
Но оказал эффект на гемодинамический ответ при выполнении когнитивной задачи
Небольшое клиническое исследование американских ученых показало, что ежедневный прием 1000 миллиграмм уролитина А в течение месяца не изменил показатель опосредованной потоком дилатации артерий, который характеризует здоровье эндотелия, у людей с ожирением. Однако, как сообщается в JAMA Network Open, прием этой биологически активной добавки увеличивал гемодинамический ответ в головном мозге при выполнении задания на рабочую память.