2.1 Hämning av metallproteaser i matrisen med flavonoider

Förmågan att använda flavonoider som MMP-hämmare för att reglera allvarliga sjukdomstillstånd har studerats under de senaste två decennierna, och de flesta flavonoiderna har visat sig vara effektiva när det gäller att undertrycka MMP-aktiviteten.

Effekterna av ultraviolett (UV) bestrålning från solljus på hudens fotoåldrande har studerats i stor utsträckning, och det har visats att UV-strålning av fibroblaster från mänsklig hud, antingen in vitro eller på mänsklig hud in vivo stimulerar överexpressionen av gener av MMP, inklusive matrismetalloproteinas-1 (MMP-1, kollagenas-1), som spelar en viktig roll i nedbrytningen av ECM-komponenter under hudens fotoåldrande . För att utveckla nya anti-fotoagingmedel undersökte Kim et al. den hämmande effekten av extrakt från den marina produkten Zostera marina på MMP-1 och fann att luteolin undertryckte uttrycket av MMP-1 i mänskliga hudfibroblaster (Hs68), medan Aslam et al. visade att ackumuleringen av MMP-1 i det fibroblastkonditionerade mediet reducerades dramatiskt i närvaro av quercetin, luteolin, kaempferol och naringenin, som är de viktigaste beståndsdelarna i extrakt av granatäppleskal. Flavonoider, såsom quercetin, kaempferol, apigenin och wogonin, visade sig också vara MMP-1-hämmare och hämmade MMP-1-induktionen genom att undertrycka aktiveringen av transkriptionsfaktorn aktivatorprotein-1 (AP-1) i 12-O-tetradecanoylfosforbol-13-acetat (TPA) behandlad humant neonatalt dermalt fibroblastkultur. Därför kan vissa växtflavonoider vara till nytta vid behandling av vissa inflammatoriska hudsjukdomar och för att skydda huden mot fotoåldrande. Dessutom undertrycker flavonoiderna apigenin och luteolin UV-A-inducerat MMP-1-uttryck via mitogenaktiverat proteinkinas och AP-1-beroende signalering i mänskliga keratinocyter HaCaT-celler, medan metoxiflavonoiden isosakuranetin hämmar UV-B-inducerat MMP-1-uttryck i HaCaT-celler genom undertryckande av ERK1/2-kinasvägar . För att undersöka struktur-aktivitetsförhållandet mellan flavonoidföreningar och deras hämmande effekter på MMP-1-aktiviteten undersökte Sim et al. effekterna av flera flavonoider in vitro och i humana dermala fibroblaster som inducerats av UV-A och visade att myricetin, quercetin, kaempferol, luteolin, apigenin och krysin hämmade kollagenasaktiviteten, på ett dosberoende sätt, och MMP-1-uttrycket. De visade också att de hämmande effekterna av flavonoider på uttrycket av MMP-1 i humana dermala fibroblaster beror på antalet och ordningen av OH-grupper i flavonoidstrukturen.

För att passa kraven på screening av MMP-1-hämmare och ytterligare strukturell och biokemisk karakterisering av studier av enzym-hämmarkomplex rapporterade Lu et al. en förbättrad metod för högnivåexpression av löslig mänsklig MMP-1-katalytisk domän (cd-MMP-1) i Escherichia coli. För detta ändamål testades 17 strukturrelaterade flavonoider för deras hämmande effekt på löslig cd-MMP-1 och sex föreningar (luteolin, fisetin, kaempferol, morin, myricetin och quercetin) var aktiva med ett IC50-värde på mindre än 10 μM. Bland dem identifierades fisetin, den mest potenta hämmaren, som en hämmare av blandad typ av cd-MMP-1.

Osteoartrit (OA) är en kronisk progressiv sjukdom som är förknippad med komplicerade mekanismer som involverar synovit och ledbroskdestruktion . Proinflammatoriska cytokiner, såsom interleukin-1β (IL-1β), misstänks orsaka skador på OA-brusk genom att inducera MMP-uttryck i kondrocyter på ett autokrint/parakrint sätt . Zheng et al. visade för första gången att flavonoiden chrysin signifikant hämmade det IL-1β-inducerade uttrycket av MMP-1, MMP-3 och MMP-13 i mänskliga OA-kondrocyter. På samma sätt förhindrade baicalin, en dominerande flavonoid som isolerats från den torra roten av Scutellaria baicalensis Georgi, märkbart IL-1β-inducerat MMP-1-, MMP-3- och MMP-13-uttryck på mRNA- och proteinnivå . För att identifiera den terapeutiska potentialen för brosknedbrytning och dess verkningsmekanismer undersökte Lim et al. effekterna av apigenin och wogonin på MMP-13-induktion och visade att dessa naturligt förekommande flavonoider nedreglerar MMP-13-uttrycket i interleukin IL-1β-behandlade mänskliga kondrocyter SW1353-celler. Resultaten av dessa studier har visat att inhibering av MMP:s uttryck och aktivitet är en attraktiv strategi för att motverka OA.

MMP:er, särskilt gelatinaserna MMP-2 och MMP-9, spelar en viktig roll vid invasion av cancer och visade sig vara överuttryckta i nästan alla typer av cancer . Sambandet mellan konsumtion av grönt te och förebyggande av cancerutveckling bygger på flera epidemiologiska observationer. Effekten av den viktigaste flavanolen i grönt te, epigallocatechin-3-gallat (EGCG), på två gelatinaser som oftast överuttrycks vid cancer och angiogenes (MMP-2 och MMP-9) och på tumörcellsinvasion och kemotaxis undersöktes . Resultaten från denna studie visade att EGCG på ett dosberoende, utfällningsoberoende sätt hämmade aktiviteten hos de båda basalmembranens kollagen- och gelatinnedbrytande metalloproteinaser, MMP-2 och MMP-9, och att det också ökade uttrycket av TIMP-1 och TIMP-2, som blockerar aktiviteten hos aktiverade MMP:er. Dessutom visade Cheng et al. att EGCG bildar ett reversibelt komplex med MMP-2 och därmed hämmar den enzymatiska aktiviteten. Specifikt störde EGCG inte MMP-2:s bindning till kollagen av typ I, men ökade signifikant både pro- och aktiverat MMP-2:s bindning till TIMP-2.

För att undersöka flavonoidernas interaktion med utsöndringen av MMP:er rapporterade Huang et al. att quercetin undertryckte den epidermala tillväxtfaktorns inducerade produktion av MMP-2 och MMP-9 i celler av humant skivepitelkarcinom A431. Vidare visade Lin et al. att quercetin effektivt undertryckte MMP-9-genuttryck som inducerades av TPA genom att undertrycka proteinkinas C/extracellulärt signalreglerat kinas och c-Jun/aktivatorprotein-1-kaskaderna, med åtföljande undertryckande av kolonibildning, tumörmigration och invasion av humana bröstkarcinomceller. Genom att använda dockning och molekyldynamiska simuleringar visade Saragusti et al. att quercetin interagerade med S1′-subplatsen i MMP-9:s aktiva plats. Dessutom visade analysen av struktur-aktivitetsförhållandet att flavonoid R 3′-OH- och R 4′-OH-substitutioner var relevanta för den hämmande egenskapen mot MMP-9-aktivitet. Nyligen visade Lan et al. att denna flavonoid hämmade cellmigration och invasion i humana osteosarkomceller genom att reglera hypoxiinducerbar faktor, HIF-1α, vaskulär endotelcellstillväxtfaktor, VEGF, MMP-2 och MMP-9-uttryck in vitro och att quercetin förbättrade tumörmetastasering in vivo i en naken musmodell med osteosarkom. Genistein, en isoflavonoid från leguminosafamiljen, reglerar också cellinvasionen och den metastatiska processen genom att hämma MMP-2 och MMP-9-aktiviteten i prostatacellinjer . Bland de naturliga föreningar som bidrar till att skydda mot patologiska tillstånd som cancer har andra flavonoider analyserats, bland annat citrusflavonoiden nobiletin. Denna polymetoxiflavonoid hämmade en in vitro-invasion av mänskliga fibrosarkomceller HT-1080 i Matrigelmodellen och transkriptionellt nedreglerade uttrycket av MMP-1 och MMP-9 men uppreglerade uttrycket av TIMP-1, vilket tyder på att nobiletin förhindrar tumörinvasionen inte bara genom att undertrycka produktionen av MMP utan också genom att öka TIMP-1-produktionen i tumörceller . Nobiletin har också en distinkt förmåga att kraftigt undertrycka MMP-7-uttryck och produktion, förmodligen genom att blockera AP-1-aktivitet i HT-29 humana kolorektalcancerceller .

För att hitta nya MMP-hämmare från naturresurser har Matchett et al. att flavonoidberikade fraktioner från lågbuskblåbär (Vaccinium angustifolium) kan nedreglera aktiviteten hos MMP-2 och MMP-9 i DU145-prostatacancerceller från människa, vilket tyder på att ytterligare förståelse av de komplexa egenskaperna hos flavonoider, särskilt de från lågbuskblåbär, kan möjliggöra ytterligare utveckling och förfining av flavonoidernas roll i förebyggandet av karcinogenes och metastasering. Vidare undersökte Zheng et al. effekterna av deguelin, en flavonoid som isolerats från flera växtarter, t.ex. Derris trifoliata och Mundulea sericea, och visade att denna naturliga förening kunde modulera migration och invasion i humana cancerceller i bukspottkörteln genom att nedreglera uttrycket av MMP-2 och MMP-9.

Effekterna av baicalein för att hämma MMP-2 och MMP-9-uttrycket studerades in vitro och visade att baicalein hämmar kolorektalcancercellernas migration och invasion genom att minska uttrycket av MMP-2 och MMP-9 via undertryckande av proteinkinas B och extracellulära signalreglerade kinaser signalväg . På samma sätt hämmar baicalein signifikant migration och invasion i B16F10 melanomceller genom att undertrycka MMP-2 och MMP-9 uttryck och aktivitet. Baicalein kan således vara en potentiell kandidat för utveckling av kemoterapeutiska behandlingar för kolorektalcancer och melanom . Diosmin, en glykosylerad flavonoid från citrusarter och olivblad, uppvisar cytotoxisk potential genom att undertrycka överuttryck av MMP-2 och MMP-9 i A431 hudcancerceller, vilket tyder på den antiinvasiva potentialen hos denna polyfenoliska förening . Den signifikanta hämmande effekten på MMP-2 och MMP-9 i den humana fibrosarkomcelllinjen HT-1080 visades också för glykosylerade flavonoider från halofyten Salicornia herbacea, isorhamnetin 3-O-b-d-glukosid och quercetin 3-O-b-d-glukosid . Nyligen rapporterade Crascì et al. att flavonerna apigenin, luteolin och deras respektive glukosider visar olika selektivitet mot MMP-1, MMP-3, MMP-8, MMP-9 och MMP-13. Särskilt aglykonerna apigenin och luteolin är mycket selektiva mot både MMP-9 och MMP-13 i förhållande till de andra MMP:erna. Dessa flavoner har dock en god förmåga att interagera med metalloproteaser och kan också vara ledande föreningar för vidare utveckling.