2.1 A mátrix metalloproteázok gátlása flavonoidokkal

A flavonoidok MMP-gátlóként való felhasználását súlyos patológiai állapotok szabályozásában az elmúlt két évtizedben tanulmányozták, és a legtöbb flavonoid hatásosnak bizonyult az MMP-aktivitás elnyomására.

A napfényből származó ultraibolya (UV) sugárzás hatását a bőr fotoöregedésére széles körben tanulmányozták, és kimutatták, hogy az emberi bőr fibroblasztok UV-sugárzása akár in vitro, akár az emberi bőrön in vivo stimulálja az MMP-k génjeinek, köztük a mátrix metalloproteináz-1 (MMP-1, kollagenáz-1) gének túlexpresszióját, amelyek fontos szerepet játszanak az ECM komponensek lebontásában a bőr fotoöregedése során . Új fotoöregedés elleni szerek kifejlesztése érdekében Kim és munkatársai a Zostera marina tengeri termék kivonatainak MMP-1-re gyakorolt gátló hatását vizsgálták, és megállapították, hogy a luteolin elnyomta az MMP-1 expresszióját a humán bőr fibroblasztok (Hs68) sejtjeiben, míg Aslam és munkatársai kimutatták, hogy a gránátalma héjkivonat fő összetevőinek, a kvercetin, luteolin, kaempferol és naringenin jelenlétében drámaian csökkent az MMP-1 akkumulációja a fibroblasztokkal kondicionált közegben. Hasonlóképpen, a flavonoidok, mint a kvercetin, a kaempferol, az apigenin és a wogonin, MMP-1 gátlóknak bizonyultak, és gátolták az MMP-1 indukcióját is azáltal, hogy elnyomták a transzkripciós faktor, az aktivátor protein-1 (AP-1) aktiválódását 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetát (TPA) kezelt humán újszülöttkori bőr fibroblaszt kultúrában. Ezért bizonyos növényi flavonoidok előnyösek lehetnek egyes gyulladásos bőrbetegségek kezelésében és a bőr foto-öregedéssel szembeni védelmében. Továbbá, a flavonoidok apigenin és luteolin elnyomják az UV-A által kiváltott MMP-1 expressziót mitogén-aktivált protein kináz és AP-1-függő jelátvitel útján a HaCaT humán keratinocitákban, míg a metoxiflavonoid izosakuranetin gátolja az UV-B által kiváltott MMP-1 expressziót a HaCaT sejtekben az ERK1/2 kináz útvonalak elnyomása révén . A flavonoid vegyületek MMP-1 aktivitással szembeni gátló hatását befolyásoló szerkezet-aktivitás kapcsolatának vizsgálatára Sim és munkatársai több flavonoid in vitro és UV-A által indukált humán dermális fibroblasztokban kifejtett hatását vizsgálták, és kimutatták, hogy a miricetin, a kvercetin, a kaempferol, a luteolin, az apigenin és a krizin dózisfüggő módon gátolta a kollagenáz aktivitást és az MMP-1 expressziót. Azt is kimutatták, hogy a flavonoidok gátló hatása az MMP-1 expressziójára humán dermális fibroblasztokban az OH-csoportok számától és sorrendjétől függ a flavonoid szerkezetében.

Az MMP-1 inhibitorok szűrésének és az enzim-inhibitor komplex vizsgálatok további szerkezeti és biokémiai jellemzésének igényeihez igazodva Lu és munkatársai egy továbbfejlesztett módszert mutattak be az oldható humán MMP-1 katalitikus domén (cd-MMP-1) Escherichia coli-ban történő magas szintű expressziójára. Ebből a célból 17 szerkezetileg rokon flavonoidot vizsgáltak az oldható cd-MMP-1-re gyakorolt gátló hatásuk szempontjából, és hat vegyület (luteolin, fisetin, kaempferol, morin, miricetin és kvercetin) volt aktív, 10 μM-nél kisebb IC50 értékkel. Közülük a fisetint, a legerősebb inhibitort, a cd-MMP-1 vegyes típusú inhibitoraként azonosították.

Az osteoarthritis (OA) egy krónikus progresszív betegség, amely bonyolult mechanizmusokkal társul, amelyek magukban foglalják a synovitis és az ízületi porc pusztulását . A gyanú szerint a proinflammatorikus citokinek, mint például az interleukin-1β (IL-1β), az OA porc károsodását okozzák azáltal, hogy autokrin/parakrin módon indukálják az MMP expressziót a kondrocitákban . Zheng és munkatársai először mutatták ki, hogy a flavonoid krizin jelentősen gátolta az MMP-1, MMP-3 és MMP-13 IL-1β által indukált expresszióját humán OA kondrocitákban. Hasonlóképpen, a baicalin, a Scutellaria baicalensis Georgi száraz gyökeréből izolált domináns flavonoid, jelentősen megakadályozta az IL-1β által kiváltott MMP-1, MMP-3 és MMP-13 expressziót mRNS és fehérje szinten . A porclebontás terápiás potenciáljának és hatásmechanizmusainak azonosítása érdekében Lim és munkatársai megvizsgálták az apigenin és a wogonin hatását az MMP-13 indukciójára, és kimutatták, hogy ezek a természetben előforduló flavonoidok lefelé szabályozzák az MMP-13 expresszióját az IL-1β interleukinnal kezelt SW1353 humán chondrocyta sejtekben. E vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy az MMP-k expressziójának és aktivitásának gátlása vonzó stratégia az OA ellen.

A MMP-k, különösen a zselatinázok MMP-2 és MMP-9, fontos szerepet játszanak a rákos invázióban, és szinte minden ráktípusban túlzottan kifejezettnek találták őket . A zöld tea fogyasztásának összefüggése a rák kialakulásának megelőzésével több epidemiológiai megfigyelésen alapul. A zöld teában található fő flavanol, az epigallokatechin-3-gallát (EGCG) hatását vizsgálták a rákban és az angiogenezisben leggyakrabban felülreprezentált két zselatinázra (MMP-2 és MMP-9), valamint a tumorsejtek inváziójára és kemotaxisára . A vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy az EGCG dózisfüggő, kicsapódástól független módon gátolta mind az alapmembrán kollagén- és zselatinbontó metalloproteinázok, az MMP-2 és az MMP-9 aktivitását, és növelte a TIMP-1 és TIMP-2 expresszióját is, amelyek blokkolják az aktivált MMP-k aktivitását. Továbbá Cheng és munkatársai kimutatták, hogy az EGCG reverzibilis komplexet képez az MMP-2-vel, így gátolja az enzimaktivitást. Konkrétan, az EGCG nem zavarta az MMP-2 kötődését az I. típusú kollagénhez, de jelentősen fokozta mind a pro-, mind az aktivált MMP-2 kötődését a TIMP-2-höz.

A flavonoidoknak az MMP-k szekréciójával való kölcsönhatásának vizsgálatára Huang és munkatársai arról számoltak be, hogy a kvercetin elnyomta az MMP-2 és MMP-9 epidermális növekedési faktor által indukált termelését humán laphámrák A431 sejtekben. Továbbá Lin és munkatársai kimutatták, hogy a kvercetin hatékonyan elnyomta a TPA által indukált MMP-9 génexpressziót a protein kináz C/extracelluláris jel-szabályozott kináz és a c-Jun/aktivátor protein-1 kaszkádok elnyomása révén, következésképpen elnyomta a kolóniaképződést, a tumormigrációt és az inváziót a humán emlőrákos sejtekben. Dokkolás és molekuladinamikai szimulációk segítségével Saragusti és munkatársai kimutatták, hogy a kvercetin kölcsönhatásba lép az MMP-9 aktív helyének S1′ alhelyén. Továbbá a szerkezet-aktivitás kapcsolat elemzése kimutatta, hogy a flavonoid R 3′-OH és R 4′-OH szubsztitúciói relevánsak az MMP-9 aktivitással szembeni gátló tulajdonság szempontjából. Nemrégiben Lan és munkatársai kimutatták, hogy ez a flavonoid gátolta a sejtmigrációt és inváziót humán osteosarcoma sejtvonalban a hipoxia-indukálható faktor, HIF-1α, vaszkuláris endotélsejt növekedési faktor, VEGF, MMP-2 és MMP-9 expresszió in vitro szabályozásával, és hogy a kvercetin in vivo javította a tumor metasztázisát osteosarcoma meztelen egér modellben. A genistein, a hüvelyesek családjába tartozó izoflavonoid szintén szabályozza a sejtinváziót és a metasztatikus folyamatot azáltal, hogy gátolja az MMP-2 és MMP-9 aktivitást prosztata sejtvonalakban . A kóros állapotok, például a rák elleni védelmet segítő természetes vegyületek között más flavonoidokat is elemeztek, köztük a citrusfélék flavonoidját, a nobiletint. Ez a polimetoxi flavonoid gátolta a humán fibroszarkóma HT-1080 sejtek in vitro invázióját a Matrigel modellben, és transzkripcionálisan lefelé szabályozta az MMP-1 és MMP-9 expresszióját, de felfelé szabályozta a TIMP-1 expresszióját, ami arra utal, hogy a nobiletin nemcsak az MMP-k termelésének elnyomása, hanem a TIMP-1 termelésének fokozása révén is megakadályozza a daganatos sejtek invázióját . Emellett a nobiletin határozottan képes elnyomni az MMP-7 expresszióját és termelését, feltehetően az AP-1 aktivitás blokkolásával a HT-29 humán kolorektális ráksejtekben .

A természetes forrásokból származó új MMP-gátlók megtalálása érdekében Matchett et al. kimutatták, hogy a lowbush áfonyából (Vaccinium angustifolium) származó flavonoidokkal dúsított frakciók képesek lefelé szabályozni az MMP-2 és MMP-9 aktivitását a DU145 humán prosztataráksejtekben, ami arra utal, hogy a flavonoidok, különösen a lowbush áfonyából származó flavonoidok komplex tulajdonságainak további megértése lehetővé teheti a flavonoidoknak a karcinogenezis és metasztázis megelőzésében betöltött szerepének további fejlesztését és finomítását. Zheng és munkatársai továbbá a deguelin, egy több növényfajból, például a Derris trifoliata és a Mundulea sericea növényből izolált flavonoid hatását vizsgálták, és kimutatták, hogy ez a természetes vegyület az MMP-2 és MMP-9 expressziójának csökkentésével képes modulálni a humán hasnyálmirigyráksejtek migrációját és invázióját.

A baicalein MMP-2 és MMP-9 expresszióját gátló hatását in vitro vizsgálták, és kimutatták, hogy a baicalein gátolja a kolorektális ráksejtek migrációját és invázióját az MMP-2 és MMP-9 expressziójának csökkentésével a protein kináz B és az extracelluláris jel szabályozott kinázok jelátviteli útvonalának elnyomása révén . Hasonlóképpen, a baicalein jelentősen gátolja a B16F10 melanomasejtek migrációját és invázióját az MMP-2 és MMP-9 expressziójának és aktivitásának elnyomása révén. Így a baicalein potenciális jelölt lehet a kolorektális rák és a melanoma kemoterápiás kezelésének kifejlesztésére . A diozmin, egy citrusfélékből és olajfalevelekből származó glikozilált flavonoid, citotoxikus potenciált mutat az MMP-2 és MMP-9 túlterjedésének elnyomása révén az A431 bőrráksejtekben, ami ennek a polifenolos vegyületnek az antiinvazív potenciáljára utal . A HT-1080 humán fibroszarkóma sejtvonalban a Salicornia herbacea halofitából származó glikozilált flavonoidok, az izorhamnetin 3-O-b-d-glükozid és a kvercetin 3-O-b-d-glükozid esetében is kimutatták az MMP-2 és MMP-9 jelentős gátló hatását . Nemrégiben Crascì és munkatársai arról számoltak be, hogy az apigenin, a luteolin és a hozzájuk tartozó glükozidok különböző szelektivitást mutatnak az MMP-1, MMP-3, MMP-8, MMP-9 és MMP-13 ellen. Különösen az apigenin és a luteolin aglikonok nagyon szelektívek mind az MMP-9, mind az MMP-13 felé a többi MMP-vel szemben. Ugyanakkor ezek a flavonok jól képesek kölcsönhatásba lépni a metalloproteázokkal, és további fejlesztésekhez vezető vegyületek is lehetnek.