Syntheses of flavonoids and studies of immunomodulatory/neuroprotectant effects of educts and metabolites
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Erforschung funktioneller Eigenschaften ausgewählter Flavonoide wurde eine Strategie zur Interaktion synthetischer, chemisch-analytischer und Bioaktivitäts-Studien gewählt. Im ‚FlavoNet’-Netzwerk waren folgende Partner am Projekt beteiligt, G. Eisenbrand and H. Korr, Kaiserslautern und Aachen (Pharmakokinetik), J. Köhrle, Berlin (Endokrinologie), D. Marko, Karlsruhe (Chemoprävention), P. Sand, Regensburg (Genexpression), P. Scheller, Würzburg (Cytotoxizität), W. Scheppach, Würzburg (interventionsstudien mit Ileostomie-Probanden), wodurch kooperative Studien sowohl auf in vitro-, als auch ex vivo- und in vivo-Ebene gewährleistet waren. Im Bereich Synthese wurden 14C-markierte Flavonoide, d.h. Hispidulin (4’5,7-Trihydroxy-6-methoxyflavon) (1), ein wirksamer Benzodiazepinrezeptor-Ligand, und die Anthocyanidine Pelargonidin und Delphinidin hergestellt. Bei in-vitro-Studien zu Struktur-Aktivitäts-Beziehungen Flavonoid-induzierter Cytotoxizität wurden bei 24 Flavonoiden zu verstärkter Cytotoxizltät führende Strukturelemente ermittelt, d.h. C2-C3-Doppelbindung, C4-Carbonylfunktion und ortho-Hydroxylierung (B-Ring). Die Gesamtzahl der OH-Substituenten, ein maßgeblicher Faktor für die Löslichkeit, zeigte eine negative Korrelation zur Cytotoxizität, Methoxylierung führte dagegen zur Verstärkung cytotoxischer Eigenschaften. Mittels Schweine-Caecum als anaerobem ex-vivo-Modell durchgeführte Studien zum intestinalen Abbau von Flavonoiden aus unterschiedlichen Klassen zeigten die Bedeutung von Ringspaltungs-, Demethylierungs- und Hydroxylierungs-Reaktionen; als Hauptmetabolite wurden aromatische Carbonsäuren und Phloroglucin gefunden. Die caecale Metabolisierung von 1 führte zu Scutellarein (4’,5,6,7-Tetrahydroxyflavon), einem wirksamen alpha-Glukosidase-Inhibitor. Einige Flavonoide, darunter 1 und dessen Metabolit Scutellarein, zeigten ausgeprägte Superoxid-abfangende Aktivität. Bei nachfolgend durchgeführten Genexpressionsstudien wurde auf das RNA-spezifische Adenosin-Deaminase-Gen (ADAR) fokussiert, für das unter dem Einfluss von Flavonoiden abnehmende Expressionsraten beobachtet wurden. Dieses Ergebnis wurde durch Realtime RTPCR und auch auf der Proteinebene mittels Western Blot bestätigt. Ferner wurde der Effekt von Scutellarein auf ADAR (und damit auf das "RNA editing") an der Q/R-Seite der AMPA Rezeptorunterheit GluR2 ermittelt. Die in diesem Teil des Projektes erarbeiteten Resultate öffnen neue Wege zum Verständnis einer Flavonoidwirkung bei neurologischen, immunologischen und virologischen Fragestellungen. Bei den in Tierversuchen (Maus) durchgeführten Studien zur Pharmakokinetik und Metabolisierung von [2-14C]-1 wurde erstmals das Überschreiten der Blut-Hirn- Schranke von 1 in vivo aufgezeigt. Gehirn, Fett und Milz enthielten ausschließlich 1, während Hispidulin-Monoglucuronid und Cirsimaritin (4’,5-Dihydroxy-6,7-dimethoxyflavon) in Blut, Leber und Nieren gefunden wurden. LC-MS-Studien von Blut und Nieren ergaben ferner den Hinweis auf einen polaren, vermutlich Sulfat-konjugierten Metaboliten von 1. Mit Ileostomie-Probanden bei Gabe von Apfel- bzw. Heidelbeer-Polyphenolen ausgeführte Interventionsstudien ergaben eine strukturabhängige Verfügbarkeit der Inhaltsstoffe. Der Hauptteil der Apfel-Polyphenole wurde im Intestinum absorbiert oder metabolisiert; die Wiederfindungen in den Ileostoma-Beuteln lag zwischen Null und 33%. Wesentlich höhere Anteile wurden dagegen, abhängig vom Zuckerrest, nach Verzehr von Heidelbeer-Anthocyanen gefunden; hier lagen die Gehalte in den Ileostoma-Beuteln bei bis zu 85%. Im Hinblick auf die Funktionalität der Polyphenole könnte damit der unmetabolisierte Anteil im Kolon chemopräventiv wirksam werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Kahle, K., Kraus, M., Scheppach, W., Ackermann, M., Ridder, F., Richling, E. (2006) Studies on apple and blueberry fruit constituents: Do the polyphenols reach the colon? Mol. Nutr. Food Res. 50: 418-423.
- Kavvadias, D. Sand, P.; Kuresh, A.; Zeeshan, M.; Rice-Evans, C.; Baur, R.; Sigel, E.; Rausch, W.-D.; Riederer, P., Schreier, P. (2004) The flavone hispidulin, a benzodiazepine receptor ligand with positive allosteric properties, traverese the blood-brain barrier and exhibits anticonvulsive effects. Brit. J. Pharmacol. 142: 811-820.
- Labib, S., Erb, A., Kraus, M., Wickert, T., Richling E. (2004) The pig caecum model ¿ a suitable tool to study the intestinal metabolism of flavonoids. Mol. Nutr. Food Res. 48: 326-332.
- Labib, S., Hummel, S., Richling, E., Humpf, H.-U., Schreier, P. (2006) Use of the pig caecum metabolism of hispidulin and other flavones as well as flavonols. Mol. Nutr. Food Res., 50: 78-86.
