Antioxidační, anti-proliferační a imunomodulační účinky ovoce, zeleniny a hub in vitro

Ing. Ivo Doskočil

Doctoral thesis

Antioxidant, anti-proliferative and immunomodulatory effect of fruits, vegetables and mushrooms in vitro

Abstract:

V poslední době stoupá zájem o nalezení nových druhů rostlin a hub, které mají antioxidační nebo antiproliferační aktivitu. Tento zájem je vyvolán zejména jejich možným léčivým a potravinovým využitím při mnoha onemocněních, které mohou být spojeny s oxidačním stresem, jako jsou například zánětlivá onemocnění střev, kardiovaskulární onemocnění, hypertenze nebo nádorová onemocnění. Tato práce předkládá charakterizaci in vitro antioxidační a anti proliferační aktivity vybraných 19 džusů a 28 metanolových extraktů z ovoce a zeleniny, které jsou běžnou součástí jídelníčku. Dále 13 etanolových extraktů jedlých hub řádu chorošotvarých (Popyporales). Pro stanovení antioxidační aktivity byly využity metody 2,2 diphenyl 1 picrylhydrazyl (DPPH); absorbance kyslíkových radikálů (oxygen radical absorbance capacity ORAC) a inhibice produkce oxidu dusnatého (NO). Cytotoxicita byla měřena pomocí metody MTT využívající tetrazolovou sůl 3 [4,5 dimetyltiazol 2 yl] 2,5 difenyltetrazol bromid; a pro stanovení imunomodulační aktivity byla použita metoda fagocytární aktivity lidských neutrofilních granulocytů. Dále byl zjišťován celkový obsah fenolů (TPC) a ß glukanů, jako potenciálně aktivních složek podílejících se na těchto aktivitách. Z výsledků je patrné, že z testovaných vzorků ovoce a zeleniny vykazovaly nejvyšší antioxidační aktivitu džusy (TPC = 1603,2 mg GAE/l džusu; ORAC = 438,5 umol TE/g) a extrakty (ORAC 836,6 umol TE/g; DPPH = 404,6 umol TE/g) z plodů brusnice borůvky (Vaccinium myrtillus), následované džusem z papriky (Capsicum L.)(TPC = 642,1 mg GAE/l džusu; ORAC = 127,9 umol TE/g) a extraktem z ředkve bílé (Raphanus sativus L.)(ORAC = 724,5 umol TE/g; DPPH = 52,2 umol TE/g). Z testovaných druhů ovoce a zeleniny inhibovaly produkci NO džusy z cibule kuchyňské (Allium cepa L)(snižoval produkci NO o 57 %) a mandarinka (Citrus reticulata Blanco)(o 52 %) spolu s extrakty z brokolice (Brassica oleracea var. botrytis italica) (o 21 %) a pomeranče (Citrus sinensis Pers.) (o 10 %). Z jedlých hub byl stanoven nejvyšší obsah fenolových sloučenin u Lentinus tigrinus (Bull.) (houževnatec tygrovaný) Fr. (TPC = 216,2 umol GAE/g extraktu), Ganoderma lucidum (Curtis) P. Kras (lesklokorka lesklá)(TPC = 257,9 umol GAE/g extraktu) a Royoporus badius (Pers.) A.B. De (choroš smolonohý)(TPC = 257,8 umol GAE/g extraktu). Obsah ß glukanů byl nejvyšší u Sparassis crispa (Wulfen) Fr. (kotrč kadeřavá)(117,4 mg/g extraktu). Významný efekt na fagocytární aktivitu granulocytů byl zaznamenán u Neolentinus lepideus (Fr.) Redhead & Ginns, Polyporus squamosus (Huds.) Fr. (choroš šupinatý) a S. crispa. U poslední ze zmíněných hub byl taktéž zaznamenán mírný inhibiční účinek vůči buněčné linii HT 29 kolorektálního karcinomu člověka (IC50 = 107 ug/ml extraktu). Výsledky naznačují, že některé námi testované rostliny a houby mohou být perspektivní ve snižování následků vzniklých v důsledku oxidačního stresu, který má podíl na celé řadě onemocnění a snížení toho oxidačního stresu může vést ke snížení progrese těchto onemocnění. Výsledky naznačují možný mechanismus účinku na lidské zdraví, při jejich interpretaci je však třeba brát v úvahu, že in vitro testy a screeningy jsou prvním stupněm systematického výzkumu těchto účinků a slouží pro výběr kandidátů pro návazné podrobnější studie.

Abstract:

Recently there has been an increasing interest in discovering of new species of plants and mushrooms which have antioxidant or anti proliferative activity. The interest is caused by the fact that these species have medicinal and food utilization. These properties of plants and mushrooms can be used when dealing with many diseases which may be connected with oxidative stress (inflammatory bowel disease, cardiovascular disease, hypertension, and tumour disease, etc.). The thesis propounds characteristics of in vitro antioxidant and anti proliferative activity of 19 types of juices and 28 methanol extracts of fruits and vegetables, which are common parts of a diet. In the thesis there are also characteristics of 13 ethanol extracts of edible mushrooms of the order of Polypore (Popyporales). Antioxidant activity was quantifie by 2, 2 diphenyl 1 picrylhydrazyl (DPPH), oxygen radical absorbance capacity (ORAC), and inhibition of nitric oxide (NO) production. Cytotoxicity was measured by MTT (3 (4,5 dimethylthiazol 2 yl) 2,5 diphenyltetrazolium bromide. Immunomodulatory activity was determined by an assay of phagocytic activity of human neutrophil granulocytes. Further a total phenolic content (TPC) and total beta glucan content were investigated; these are considered to be the potentially active constituents participating in mentioned activities. From the obtained results it is evident that juices (TPC = 1603.2 mg GAE/L; ORAC = 438.5 umol TE/g) and a bilberry (Vaccinium myrtillus) fruit extract (ORAC 836.6 umol TE/g; DPPH = 404.6 umol TE/g) showed the highest antioxidant activity of all tested samples of fruits and vegetables. Capsicum (Capsicum L.) juices (TPC = 642.1 mg GAE/L; ORAC = 127.9 umol TE/g) and a radish (Raphanus sativus L.) extract (ORAC 724.5 umol TE/g; DPPH = 52.2 umol TE/g) also proved to have the high values of antioxidant activity. From the tested fruits and vegetables the following inhibited to produce a nitric oxide: onion (Allium cepa L) juices (lowered the NO production by 57%), tangerine juices (Citrus reticulata Blanco)(by 52%), broccoli (Brassica oleracea var. botrytis italic) extract (by 21%), and orange (Citrus sinensis Pers.) extract (by 10%). Concerning edible mushrooms, Lentinus tigrinus (Bull.) Fr. (TPC = 216.2 umol GAE/g of extract), Ganoderma lucidum (Curtis) P. Kras (TPC = 257.9 umol GAE/g of extract), and Royoporus badius (Pers.) A.B. De (TPC = 257.8 umol GAE/g of extract) presented the highest phenolic content. Sparassis crispa (Wulfen) Fr. (117.4 mg/g of extract) had the highest content of beta glucan. Substantial effect on phagocytic activity of granulocytes was noticed in connection with Neolentinus lepideus (Fr.) Redhead & Ginns, Polyporus squamosus (Huds.) Fr., and S. crispa. In connection with the latter of mentioned mushrooms, a moderate inhibitory effect towards HT 29 human colorectal adenocarcinoma cell line (IC50 = 107 ug/ml of extract) was noticed. The results indicate that the tested plants and mushrooms can be beneficial when reducing the negative effects of oxidative stress. The oxidative stress has been recognized as a contributing factor to a whole range of diseases and the reduction of the oxidative stress may lead to the decrease in the possibility of the diseases´ progression. The results show the possible favourable effects on the human health. When evaluating the results, the following fact should be taken into consideration; the in vitro tests and screenings are considered to be the first phase of systematic research of the effects and serve for the choice of respondents for further detailed studies.

Keywords

antioxidanty, anti-proliferační účinky, ovoce, Polyporales, zelenin, buněčné linie

Keywords

vegetables, Polyporales, cell line, antioxidants, anti-proliferation effects, fruits

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 11. 2016

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.
• Reader: Matyáš Orsák, Ing., Ph.D., Přemysl Landa, externi, Kateřina Valentová, Bc., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme / field:
Animal Science / General Animal Science