2.1 Inhibice matrixových metaloproteáz flavonoidy

V posledních dvou desetiletích byla studována možnost využití flavonoidů jako inhibitorů MMP při regulaci závažných patologických stavů a většina flavonoidů se ukázala jako účinná při potlačování aktivity MMP.

Účinky ultrafialového (UV) záření ze slunečního světla na fotostárnutí kůže byly široce studovány a ukázalo se, že UV záření lidských kožních fibroblastů, ať už in vitro nebo na lidské kůži in vivo, stimuluje nadměrnou expresi genů MMP, včetně matrixové metaloproteinázy-1 (MMP-1, kolagenáza-1), které hrají důležitou roli při degradaci složek ECM během fotostárnutí kůže . Za účelem vývoje nových látek proti fotostárnutí Kim a kol. zkoumali inhibiční účinek extraktů z mořského produktu Zostera marina na MMP-1 a zjistili, že luteolin potlačuje expresi MMP-1 v buňkách lidských kožních fibroblastů (Hs68), zatímco Aslam a kol. prokázali, že akumulace MMP-1 v médiu podmíněném fibroblasty byla dramaticky snížena v přítomnosti kvercetinu, luteolinu, kaempferolu a naringeninu, hlavních složek extraktu ze slupek granátového jablka. Podobně se ukázalo, že flavonoidy, jako jsou kvercetin, kaempferol, apigenin a wogonin, jsou inhibitory MMP-1 a také inhibují indukci MMP-1 potlačením aktivace transkripčního faktoru, aktivátorového proteinu-1 (AP-1) v kultuře lidských neonatálních dermálních fibroblastů ošetřených 12-O-tetradekanoylforbol-13-acetátem (TPA). Některé rostlinné flavonoidy proto mohou být prospěšné pro léčbu některých zánětlivých kožních onemocnění a pro ochranu kůže před fotostárnutím . Flavonoidy apigenin a luteolin navíc potlačují expresi MMP-1 vyvolanou UV-A zářením prostřednictvím mitogenem aktivované proteinkinázy a signalizace závislé na AP-1 v lidských keratinocytech HaCaT, zatímco methoxyflavonoid isosakuranetin inhibuje expresi MMP-1 vyvolanou UV-B zářením v buňkách HaCaT prostřednictvím potlačení ERK1/2 kinázové dráhy . Aby prozkoumali vztah mezi strukturou a aktivitou flavonoidních sloučenin na jejich inhibiční účinky proti aktivitě MMP-1, Sim et al. zkoumali účinky několika flavonoidů in vitro a v lidských dermálních fibroblastech indukovaných UV-A a prokázali, že myricetin, kvercetin, kaempferol, luteolin, apigenin a chrysin inhibují aktivitu kolagenázy, a to v závislosti na dávce, a expresi MMP-1 . Také ukázali, že inhibiční účinky flavonoidů na expresi MMP-1 v lidských dermálních fibroblastech závisí na počtu a pořadí OH skupin ve struktuře flavonoidu.

Aby vyhověl požadavkům na screening inhibitorů MMP-1 a další strukturní a biochemickou charakterizaci studií komplexu enzym-inhibitor, Lu a spol. uvedli zdokonalenou metodu pro expresi rozpustné lidské katalytické domény MMP-1 (cd-MMP-1) na vysoké úrovni v Escherichia coli. Za tímto účelem byl testován inhibiční účinek 17 flavonoidů příbuzné struktury na rozpustný cd-MMP-1 a šest sloučenin (luteolin, fisetin, kaempferol, morin, myricetin a kvercetin) bylo aktivních s hodnotou IC50 nižší než 10 μM. Z nich byl fisetin, nejsilnější inhibitor, identifikován jako inhibitor cd-MMP-1 smíšeného typu.

Osteoartróza (OA) je chronické progresivní onemocnění spojené s komplikovanými mechanismy, které zahrnují synovitidu a destrukci kloubní chrupavky . Předpokládá se, že prozánětlivé cytokiny, jako je interleukin-1β (IL-1β), způsobují poškození chrupavky při OA tím, že autokrinním/parakrinním způsobem indukují expresi MMP v chondrocytech . Zheng et al. poprvé prokázali, že flavonoid chrysin významně inhibuje IL-1β indukovanou expresi MMP-1, MMP-3 a MMP-13 v lidských chondrocytech OA. Podobně baicalin, dominantní flavonoid izolovaný ze suchého kořene Scutellaria baicalensis Georgi, pozoruhodně zabránil expresi MMP-1, MMP-3 a MMP-13 vyvolané IL-1β na úrovni mRNA a proteinu . Za účelem identifikace terapeutického potenciálu pro degradaci chrupavky a mechanismů jejího působení Lim et al. zkoumali účinky apigeninu a wogoninu na indukci MMP-13 a prokázali, že tyto přirozeně se vyskytující flavonoidy snižují expresi MMP-13 v lidských chondrocytárních buňkách SW1353 ošetřených interleukinem IL-1β . Výsledky těchto studií ukázaly, že inhibice exprese a aktivity MMP je atraktivní strategií proti OA.

MMP, zejména gelatinázy MMP-2 a MMP-9, hrají důležitou roli při invazi rakoviny a bylo zjištěno, že jsou nadměrně exprimovány téměř u všech typů rakoviny . Souvislost konzumace zeleného čaje s prevencí vzniku rakoviny vychází z několika epidemiologických pozorování. Byl zkoumán vliv hlavního flavanolu obsaženého v zeleném čaji, epigalokatechin-3-gallátu (EGCG), na dvě gelatinázy nejčastěji nadměrně exprimované při rakovině a angiogenezi (MMP-2 a MMP-9) a na invazi a chemotaxi nádorových buněk . Výsledky této studie ukázaly, že EGCG inhibuje v závislosti na dávce a nezávisle na vysrážení aktivitu obou metaloproteináz MMP-2 a MMP-9, které rozkládají kolagen a želatinu bazální membrány, a také zvyšuje expresi TIMP-1 a TIMP-2, které blokují aktivitu aktivovaných MMP. Cheng a kol. navíc prokázali, že EGCG tvoří s MMP-2 reverzibilní komplex, čímž inhibuje enzymatickou aktivitu. Konkrétně EGCG nezasahoval do vazby MMP-2 na kolagen typu I, ale významně zvyšoval vazbu pro- i aktivovaného MMP-2 na TIMP-2.

K výzkumu interakce flavonoidů se sekrecí MMP Huang et al. uvedli, že kvercetin potlačuje produkci MMP-2 a MMP-9 vyvolanou epidermálním růstovým faktorem v buňkách lidského skvamózního karcinomu A431. Lin et al. dále prokázali, že kvercetin účinně potlačuje expresi genu MMP-9 indukovanou TPA prostřednictvím potlačení kaskád proteinkinázy C/extracelulárním signálem regulované kinázy a c-Jun/aktivátorového proteinu-1 s následným potlačením tvorby kolonií, nádorové migrace a invaze buněk lidského karcinomu prsu. Saragusti et al. pomocí dokování a simulací molekulární dynamiky ukázali, že kvercetin interaguje v podmístě S1′ aktivního místa MMP-9. Analýza vztahu mezi strukturou a aktivitou navíc ukázala, že flavonoidní substituce R 3′-OH a R 4′-OH mají význam pro inhibiční vlastnosti vůči aktivitě MMP-9. Lan et al. nedávno prokázali, že tento flavonoid inhibuje buněčnou migraci a invazi v lidské buněčné linii osteosarkomu regulací exprese faktoru indukovaného hypoxií, HIF-1α, růstového faktoru vaskulárních endoteliálních buněk, VEGF, MMP-2 a MMP-9 in vitro a že kvercetin zlepšuje metastazování nádoru in vivo na modelu nahé myši s osteosarkomem. Genistein, isoflavonoid z čeledi bobovitých, rovněž reguluje buněčnou invazi a metastatický proces inhibicí aktivity MMP-2 a MMP-9 u buněčných linií prostaty . Mezi přírodními sloučeninami, které pomáhají chránit před patologickými stavy, jako je rakovina, byly analyzovány i další flavonoidy, včetně citrusového flavonoidu nobiletinu. Tento polymethoxy flavonoid inhiboval in vitro invazi lidských fibrosarkomových buněk HT-1080 v modelu Matrigel a transkripčně snižoval expresi MMP-1 a MMP-9, ale zvyšoval expresi TIMP-1, což naznačuje, že nobiletin zabraňuje nádorové invazi nejen potlačením produkce MMP, ale také zvýšením produkce TIMP-1 v nádorových buňkách . Nobiletin má také výraznou schopnost silně potlačovat expresi a produkci MMP-7, pravděpodobně blokováním aktivity AP-1 v buňkách lidského kolorektálního karcinomu HT-29 .

S cílem najít nové inhibitory MMP z přírodních zdrojů Matchett et al. prokázali, že flavonoidy obohacené frakce z borůvek nízkého keře (Vaccinium angustifolium) mohou snižovat aktivitu MMP-2 a MMP-9 v buňkách lidského karcinomu prostaty DU145, což naznačuje, že další poznání komplexních vlastností flavonoidů, zejména těch z borůvek nízkého keře, může umožnit další rozvoj a upřesnění úlohy flavonoidů v prevenci karcinogeneze a metastazování. Zheng a spol. dále zkoumali účinky deguelinu, flavonoidu izolovaného z několika rostlinných druhů, jako jsou Derris trifoliata a Mundulea sericea, a prokázali, že tato přírodní sloučenina je schopna modulovat migraci a invazi v buňkách lidského karcinomu pankreatu snížením exprese MMP-2 a MMP-9. Zkoumali také, zda je tato sloučenina schopna modulovat migraci a invazi v buňkách lidského karcinomu pankreatu.

Účinky baicaleinu při inhibici exprese MMP-2 a MMP-9 byly studovány in vitro a ukázaly, že baicalein inhibuje migraci a invazi buněk kolorektálního karcinomu snížením exprese MMP-2 a MMP-9 prostřednictvím potlačení signální dráhy proteinkinázy B a extracelulárního signálu regulovaných kináz . Podobně baicalein významně inhibuje migraci a invazi u buněk melanomu B16F10 potlačením exprese a aktivity MMP-2 a MMP-9. Baicalein by tak mohl být potenciálním kandidátem pro vývoj chemoterapeutické léčby kolorektálního karcinomu a melanomu . Diosmin, glykosylovaný flavonoid z citrusových druhů a olivových listů, vykazuje cytotoxický potenciál potlačením nadměrné exprese MMP-2 a MMP-9 v buňkách rakoviny kůže A431, což naznačuje antiinvazivní potenciál této polyfenolické sloučeniny . Významný inhibiční účinek na MMP-2 a MMP-9 v lidské fibrosarkomové buněčné linii HT-1080 byl prokázán také u glykosylovaných flavonoidů z halofytu Salicornia herbacea, isorhamnetin 3-O-b-d-glukosidu a kvercetin 3-O-b-d-glukosidu . Nedávno Crascì et al. uvedli, že flavony apigenin, luteolin a jejich příslušné glukosidy vykazují různou selektivitu vůči MMP-1, MMP-3, MMP-8, MMP-9 a MMP-13. V roce 2010 se objevily další studie. Zejména aglykony apigenin a luteolin jsou velmi selektivní vůči MMP-9 i MMP-13 ve vztahu k ostatním MMP. Tyto flavony však mají dobrou schopnost interagovat s metaloproteázami a mohou být také vedoucími sloučeninami pro další vývoj

.