2.1 Inhibarea metaloproteazelor matriciale de către flavonoide

Capacitatea de a utiliza flavonoidele ca inhibitori ai MMP în reglarea condițiilor patologice severe a fost studiată în ultimele două decenii și majoritatea flavonoidelor s-au dovedit a fi eficiente în suprimarea activității MMP-urilor.

Efectele iradierii ultraviolete (UV) de la lumina soarelui asupra fotoîmbătrânirii pielii au fost studiate pe scară largă și s-a demonstrat că iradierea UV a fibroblastelor pielii umane, fie in vitro, fie pe pielea umană in vivo stimulează supraexprimarea genelor MMP-urilor, inclusiv a metaloproteinazei matriciale-1 (MMP-1, colagenază-1), care joacă un rol important în degradarea componentelor ECM în timpul fotoîmbătrânirii pielii . Pentru a dezvolta noi agenți antifotoîmbătrânire, Kim et al. au examinat efectul inhibitor al extractelor din produsul marin Zostera marina asupra MMP-1 și au constatat că luteolina a suprimat expresia MMP-1 în celulele fibroblastelor de piele umană (Hs68), în timp ce Aslam et al. au demonstrat că acumularea MMP-1 în mediul condiționat de fibroblaste a fost redusă în mod dramatic în prezența quercetinei, luteolinei, kaempferolului și naringeninei, constituenți majori ai extractului din coaja de rodie. De asemenea, s-a dovedit că flavonoidele, cum ar fi quercetina, kaempferolul, apigenina și wogonina, sunt inhibitori ai MMP-1 și, de asemenea, au inhibat inducerea MMP-1 prin suprimarea activării factorului de transcripție, proteina activatoare-1 (AP-1) în cultura de fibroblaste dermice umane neonatale tratate cu 12-O-tetradecanoilforbol-13-acetat (TPA). Prin urmare, anumite flavonoide vegetale pot fi benefice pentru a trata unele afecțiuni inflamatorii ale pielii și pentru a proteja pielea de fotoîmbătrânire. Mai mult, flavonoidele apigenină și luteolină suprimă expresia MMP-1 indusă de UV-A prin intermediul semnalizării dependente de proteina kinaza activată de mitogen și AP-1 în keratinocitele umane HaCaT, în timp ce metoxiflavonoidul isosakuranetin inhibă expresia MMP-1 indusă de UV-B în celulele HaCaT prin suprimarea căilor kinazei ERK1/2 . Pentru a investiga relația structură-activitate a compușilor flavonoizi asupra efectelor lor inhibitorii împotriva activității MMP-1, Sim et al. au examinat efectele mai multor flavonoide in vitro și în fibroblastele dermice umane induse de UV-A și au demonstrat că miricetina, quercetina, kaempferolul, luteolina, apigenina și crisina au inhibat activitățile colagenazei, într-o manieră dependentă de doză, și expresia MMP-1. De asemenea, ei au arătat că efectele inhibitoare ale flavonoidelor asupra expresiei MMP-1 în fibroblastele dermice umane depind de numărul și ordinea grupărilor OH din structura flavonoidelor.

Pentru a se potrivi cerințelor de screening al inhibitorilor MMP-1 și pentru caracterizarea structurală și biochimică ulterioară a studiilor complexe enzimă-inhibitor, Lu et al. au raportat o metodă îmbunătățită pentru exprimarea la nivel înalt a domeniului catalitic uman solubil al MMP-1 (cd-MMP-1) în Escherichia coli. În acest scop, au fost testate 17 flavonoide cu structură apropiată pentru efectul lor inhibitor asupra cd-MMP-1 solubil, iar șase compuși (luteolină, fisetină, kaempferol, morin, miricetină și quercetină) au fost activi cu o valoare IC50 mai mică de 10 μM. Dintre aceștia, fisetina, cel mai puternic inhibitor, a fost identificată ca un inhibitor de tip mixt al cd-MMP-1.

Osteoartrita (OA) este o boală cronică progresivă asociată cu mecanisme complicate care implică sinovita și distrugerea cartilajului articular . Se suspectează că citokinele proinflamatorii, cum ar fi interleukina-1β (IL-1β), cauzează leziuni ale cartilajului OA prin inducerea expresiei MMP în condrocite într-o manieră autocrină/paracrină . Zheng et al. au arătat pentru prima dată că flavonoidul chrysin a inhibat în mod semnificativ expresia indusă de IL-1β a MMP-1, MMP-3 și MMP-13 în condrocitele OA umane. În mod similar, baicalina, un flavonoid predominant izolat din rădăcina uscată de Scutellaria baicalensis Georgi, a împiedicat în mod semnificativ expresia MMP-1, MMP-3 și MMP-13 indusă de IL-1β la nivelul ARNm și al proteinelor . Pentru a identifica potențialul terapeutic pentru degradarea cartilajului și mecanismele sale de acțiune, Lim et al. au examinat efectele apigeninei și wogoninei asupra inducerii MMP-13 și au arătat că aceste flavonoide naturale reduc expresia MMP-13 în celulele condrocite umane SW1353 tratate cu interleukina IL-1β. Rezultatele acestor studii au arătat că inhibarea expresiei și activității MMP-urilor este o strategie atractivă pentru a contracara OA.

MMP-urile, în special gelatinazele MMP-2 și MMP-9, joacă un rol important în invazia cancerului și s-a constatat că sunt supraexprimate în aproape toate tipurile de cancere . Asocierea consumului de ceai verde cu prevenirea apariției cancerului se bazează pe mai multe observații epidemiologice. A fost examinat efectul principalului flavanol prezent în ceaiul verde, epigallocatechina-3-galatină (EGCG), asupra a două gelatinaze cel mai frecvent supraexprimate în cancer și angiogeneză (MMP-2 și MMP-9) și asupra invaziei și chemotaxei celulelor tumorale . Rezultatele acestui studiu au arătat că EGCG a inhibat într-o manieră dependentă de doză, independentă de precipitare, activitatea ambelor metaloproteinaze care degradează colagenul și gelatina din membrana bazală, MMP-2 și MMP-9, și a crescut, de asemenea, expresia TIMP-1 și TIMP-2, care blochează activitatea MMP-urilor activate. Mai mult, Cheng et al. au arătat că EGCG formează un complex reversibil cu MMP-2, inhibând astfel activitatea enzimatică. Mai exact, EGCG nu a interferat cu legarea MMP-2 la colagenul de tip I, dar a îmbunătățit semnificativ atât legarea pro- cât și activată a MMP-2 la TIMP-2.

Pentru a investiga interacțiunea flavonoidelor cu secreția de MMPs, Huang et al. au raportat că quercetina a suprimat producția de MMP-2 și MMP-9 indusă de factorul de creștere epidermică în celulele de carcinom scuamos uman A431. Mai mult, Lin et al. au arătat că quercetina a suprimat în mod eficient expresia genei MMP-9 indusă de TPA prin suprimarea cascadelor proteinei kinazei C/ kinaza reglată de semnalul extracelular și c-Jun/proteina activatoare-1, cu suprimarea consecventă a formării de colonii, a migrației tumorale și a invaziei de către celulele de carcinom mamar uman. Prin utilizarea simulărilor de andocare și de dinamică moleculară, Saragusti et al. au arătat că quercetina a interacționat în subsitetul S1′ al situsului activ al MMP-9. Mai mult, analiza relației structură-activitate a demonstrat că substituțiile R 3′-OH și R 4′-OH ale flavonoidelor au fost relevante pentru proprietatea inhibitorie împotriva activității MMP-9. Recent, Lan et al. au demonstrat că acest flavonoid a inhibat migrația și invazia celulară în linia celulară de osteosarcom uman prin reglarea factorului indus de hipoxie, HIF-1α, a factorului de creștere a celulelor endoteliale vasculare, VEGF, a expresiei MMP-2 și MMP-9 in vitro și că quercetina a ameliorat metastaza tumorală in vivo în modelul de osteosarcom la șoareci nude. Genisteina, un izoflavonoid din familia leguminoaselor, reglează, de asemenea, invazia celulară și procesul metastatic prin inhibarea activității MMP-2 și MMP-9 în liniile celulare de prostată . Dintre compușii naturali care contribuie la protecția împotriva stărilor patologice precum cancerul, au fost analizate și alte flavonoide, inclusiv flavonoidul nobiletin din citrice. Acest polimetoxi flavonoid a inhibat in vitro invazia celulelor de fibrosarcom uman HT-1080 în modelul Matrigel și a redus transcripțional expresia MMP-1 și MMP-9, dar a crescut-o pe cea a TIMP-1, sugerând că nobiletinul previne invazia tumorală nu numai prin suprimarea producției de MMP, ci și prin creșterea producției de TIMP-1 în celulele tumorale . De asemenea, nobiletina are o capacitate distinctă de a suprima puternic expresia și producția de MMP-7, probabil prin blocarea activității AP-1 în celulele canceroase colorectale umane HT-29.

Pentru a găsi noi inhibitori de MMPs din resurse naturale, Matchett și colab. au demonstrat că fracțiunile îmbogățite cu flavonoide din afinele de tip lowbush blueberry (Vaccinium angustifolium) pot reduce activitățile MMP-2 și MMP-9 în celulele umane de cancer de prostată DU145, sugerând că o înțelegere mai aprofundată a proprietăților complexe ale flavonoidelor, în special a celor din afinele de tip lowbush blueberry, poate permite dezvoltarea și rafinarea în continuare a rolului flavonoidelor în prevenirea carcinogenezei și a metastazelor. Mai mult, Zheng et al. au explorat efectele deguelinei, un flavonoid izolat din mai multe specii de plante, cum ar fi Derris trifoliata și Mundulea sericea, și au demonstrat că acest compus natural a fost capabil să moduleze migrația și invazia în celulele canceroase pancreatice umane prin reglarea în jos a expresiei MMP-2 și MMP-9.

Efectele baicaleinei în inhibarea expresiei MMP-2 și MMP-9 au fost studiate in vitro, arătând că baicaleina inhibă migrația și invazia celulelor canceroase colorectale prin reducerea expresiei MMP-2 și MMP-9 prin suprimarea căii de semnalizare a proteinei kinazei B și a kinazelor reglementate de semnalul extracelular . De asemenea, baicaleina inhibă în mod semnificativ migrația și invazia în celulele de melanom B16F10 prin suprimarea expresiei și activității MMP-2 și MMP-9. Astfel, baicaleina ar putea fi un potențial candidat pentru dezvoltarea de tratamente chimioterapeutice pentru cancerul colorectal și melanom . Diosmina, un flavonoid glicozilat din specii de citrice și frunze de măslin, prezintă un potențial citotoxic prin suprimarea supraexprimării MMP-2 și MMP-9 în celulele de cancer de piele A431, ceea ce indică potențialul antiinvaziv al acestui compus polifenolic . Efectul inhibitor semnificativ asupra MMP-2 și MMP-9 în linia celulară de fibrosarcom uman HT-1080 a fost, de asemenea, demonstrat pentru flavonoidele glicozilate din halofita Salicornia herbacea, isorhamnetina 3-O-b-d-glucozidă și quercetina 3-O-b-d-glucozidă . Mai recent, Crascì et al. au raportat că flavonele apigenină, luteolină și glucozidele lor respective prezintă o selectivitate diferită față de MMP-1, MMP-3, MMP-8, MMP-9 și MMP-13. În special, agliconii apigenină și luteolină sunt foarte selectivi atât față de MMP-9, cât și față de MMP-13 în raport cu celelalte MMP. Cu toate acestea, aceste flavone au o bună capacitate de a interacționa cu metaloproteazele și pot fi, de asemenea, compuși principali pentru dezvoltarea ulterioară.

.