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.