PROTECTIVE ROLE OF DIETARY BIOACTIVE COMPOUNDS: MECHANISMS AND HYPOTHESIS [article]

GAIA BONACINA
2010
Scientific evidences support the protective role of diets rich in fruit and vegetables against chronic diseases, like cancer and cardiovascular disease. In particular two classes of chemopreventive phytochemicals, i.e. isothiocyanates presence in Cruciferae and anthocyanins (ACNs) presence in berries and other colored fruits and vegetables, are considered in this thesis. Cruciferae and especially Brassica genus contain high concentration of constituents with antioxidant properties (e.g.
more » ... rties (e.g. carotenoids, vitamin C, folate) as well as glucosinolate precursors of isothiocyanates (ITCs) and indoles that modulate xenobiotic biotransformation enzymes, such as Glutathione S-Transferase (GST). The protective effect of broccoli (Brassica oleracea L. var. italica) was tested through two different study protocols: a regular-intake intervention study with daily consumption of one serving of steamed broccoli for 10 days and a single-meal study (i.e. single consumption of broccoli, 250g). Analyzed broccoli resulted to be a good source of antioxidant compounds (carotenoids, vitamin C) and glucosinolates as ITCs. Subjects involved in the study were young male smokers recruited on the basis of anthropometric characteristics, food habits and their GSTM1 genotype. Thirty subjects were enrolled for the regular-intake study. A single blind randomized cross-over experimental design was scheduled. Fasting blood samples were collected at the beginning and at the end of each treatment period (0, 10, 30, 40 days). Concentration of carotenoids, lutein, β-carotene and folate was assessed in plasma and serum samples. Lymphocytes were used for the determination of biomarkers of oxidative stress: cell resistance against oxidative stress, endogenous DNA damage (i.e. oxidized purines), in vitro DNA repair activity and mRNA expression of OGG1, NUDT1 and HO-1 levels. Cell protection against H2O2-induced DNA damage was higher after broccoli diet with respect to control diet in the whole group of subjects. Folate and lutein concentrations increased significantly after broccoli diet. Broccoli intake caused a more consistent and significant effect of protection against DNA damage in GSTM1 null (-27.6%) subjects compared to GSTM1 positive (-13.1%) individuals (p<0.05). Oxidized purines decreased significantly (p<0.05) after broccoli intake (-22.6%) while no effect of polymorphism was observed. DNA repair activity and OGG1, HO-1 and NUDT1 mRNA expression levels did not differ throughout the intervention study. Twelve volunteers were selected for the single-meal study. Fasting blood samples were collected before broccoli consumption and after 3, 6, 8 and 24 h from broccoli intake in order to evaluate: cell resistance to oxidative DNA damage, bioavailability of bioactive compounds (folate, lutein, β-carotene and vitamin C) and total GST activity. In particular, serum folate, plasma vitamin C and β-carotene concentrations significantly increased. Furthermore, plasma GST activity increased significantly in individuals with GSTM1 positive genotype at 6 h with respect to 3 h and 24 h but not compared to baseline. Interestingly, ex-vivo induced DNA damage was significantly reduced after 24 h from broccoli consumption. V Riassunto Evidenze scientifiche dimostrano il ruolo protettivo frutta e verdura nei confronti delle malattie croniche, come cancro e patologie cardiovascolari. In particolare due classi di composti chemopreventivi sono stati presi in considerazione in questa tesi: isotiocianati (Cruciferae) ed antocianine (ACN) (bacche e vegetali colorati). Le Cruciferae, specialmente il genere Brassica contengono un'elevata concentrazione di composti ad attività antiossidante (carotenoidi, vitamina C e folati) e glucosinolati, precursori di isotiocianati (ITCs) e indoli che modulano enzimi di biotrasformazione degli xenobiotici, come la Glutatione-S-Trasferasi (GST). L'effetto protettivo dei broccoli (Brassica oleracea L. var. italica) è stato valutato tramite due protocolli: uno studio d'intervento con consumo regolare di una porzione di broccoli cotti a vapore al giorno per 10 giorni, e uno studio singola porzione (250g). I broccoli analizzati sono una buona fonte di composti ad attività antiossidante (carotenoidi, vitamina C) e glucosinolati come ITCs. I soggetti coinvolti nello studio erano giovani maschi fumatori reclutati sulla base di caratteristiche antropometriche, abitudini alimentari e genotipo GSTM1. Trenta soggetti sono stati arruolati per lo studio sul consumo regolare (singolo cieco randomizzato cross-over), raccogliendo i campioni di sangue all'inizio e alla fine di ogni periodo di trattamento (0, 10, 30, 40 giorni). La concentrazione di carotenoidi, luteina, β-carotene e folati è stata determinata in plasma e siero. I linfociti sono stati usati per determinare biomarker di stress ossidativo: resistenza del DNA contro stress ossidativo, danno endogeno al DNA (purine ossidate), attività di riparazione del DNA ed espressione dell'mRNA di OGG1, NUDT1 e HO-1. La protezione contro danno al DNA indotto da H2O2 era più elevata dopo la dieta broccoli rispetto alla dieta controllo in tutto il gruppo di soggetti, con concomitante aumento delle concentrazioni di folati e luteina, e diminuzione delle purine ossidate (-22,6%). Si è visto un effetto più consistente di tutela contro i danni del DNA in individui con genotipo GSTM1 nulli (-27,6%) rispetto ai soggetti GSTM1 positivo (-13,1%) (p <0,05). L'attività di riparazione del DNA e i livelli di espressione di mRNA di OGG1, HO-1 e NUDT1 non differivano per tutto lo studio di intervento. Dodici volontari sono stati selezionati per lo studio a singolo pasto, raccogliendo i campioni di sangue prima del consumo di broccoli e dopo 3, 6, 8 e 24 ore, valutando: resistenza del DNA contro stress ossidativo, biodisponibilità di folati, luteina, β-carotene e vitamina C e attività totale della GST. Il consumo del pasto di broccoli ha determinato un aumento dei valori plasmatici di folati, vitamina C e βcarotene e attività della GST, e una riduzione del danno al DNA indotto ex-vivo in modo maggiore nei soggetti con genotipo GSTM1 positivo. In conclusione, questi due studi dimostrano che 10 giorni di consumo di broccoli cotti al vapore potrebbero migliorare la difesa contro i danni del DNA, ma non influenzano l'attività di riparazione del DNA in giovani fumatori sani. Inoltre, una singola porzione di broccoli al vapore è in grado di ridurre il danno al DNA e di modulare l'attività di GST. Anche se preliminari, i nostri dati suggeriscono una interazione "dieta/profilo genetico".
doi:10.13130/bonacina-gaia_phd2010-12-17 fatcat:uctqxd77tbeapa3y2fbfigzjya