パート2：3-ヒドロキシフェニル酢酸：血圧を下げるフラボノイド代謝物
Mar 10, 2022
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4。議論
のさまざまなフェノール代謝物のスクリーニングフラボノイド22のうち4つが強力な血管拡張剤であることを示した。 これらの結果に続いて、心血管3-（3-ヒドロキシフェニル）プロピオン酸、34-ジヒドロキシフェニル酢酸（DHPA）、および4-メチルカテコールの効果がin vivoで確認され、それらの作用の考えられるメカニズムが研究されました。 exvivo[14,15]。 別のフラボノイド代謝物である3-HPAAは、ラット大動脈の最初のスクリーニングで完全な弛緩をもたらすことができなかったため、一時的にさらなる調査から除外されました。 この作業では、以前の研究を拡張し、3-HPAAにも焦点を当てることにしました。 我々は、（1）自然発症高血圧ラットにおけるinvivoと別の実験モデル（ブタ冠状動脈リング）におけるexvivoの両方でその血管拡張効果を確認し、（2）この作用のメカニズムを研究することを目的とした。
SHRのinvivoでの血圧と心拍数に対する3-HPAAの影響
3- HPAAは、以前のex vivoスクリーニングではそれほど強力な血管拡張薬ではありませんでしたが[14]、この研究では、減少できることが明確に確認されました。血圧静脈内投与後の自然発症高血圧ラットにおけるinvivo。 ボーラスとして投与した場合、平均血圧、収縮期血圧、および拡張期血圧が低下しました。 まったく予期せぬことに、10 ugs.kg -1の非常に低い投与量の後、拡張期血圧への有意な影響がすでに観察されました。この反応の程度は比較的高かった（約20パーセント）。 3- HPAAの投与量を増やすと、効果はわずかに増加して約25％になりました。 同じことが収縮期血圧の場合にも当てはまり、100ug.kg-Iの投与後に有意な低下（約15％）が見られ、最大の低下は約25％でした。 動物間でばらつきがあり、値が変動しました。 しかし、効果の用量依存性は明らかでした。 対照的に、静脈内ボーラス投与後、心拍数の変化は観察されませんでした。 これは、心臓が血圧低下効果に関与しておらず、その効果が末梢弛緩のみに基づいていたことを意味している可能性があります。 カルシウムでよく報告されているように、動脈血圧の顕著な低下に続く交感神経系によって引き起こされる心拍数のフィードバックの増加は臨床的に不適切であるため、心拍数の変化がないことは安全性の観点からも重要です。チャネルブロッカーニフェジピン[24]。
実際の状況では、摂取されたフラボノイドの結腸代謝物は、GITから継続的に吸収されます。 これを模倣するために、別の一連の実験で、さまざまな速度での3-HPAAのゆっくりとした静脈内注入を行いました。 以前のボーラス投与と同様に、平均血圧、収縮期血圧、および拡張期血圧の低下が観察されました。 効果は用量依存的であり、1および5mg.kg -1・minの用量によって有意な効果がもたらされました-血圧の最大約50パーセントの低下に達しました。 この場合も、5分間の持続注入中、または次の10分間の動物モニタリング中に、心拍数の有意な変化は観察されませんでした。
血圧へのこの影響は、実際の影響を与える可能性があります。 食事からのフラボノイドは、小腸での吸収がかなり不十分です。 それらは結腸に到達し、微生物の代謝を受けます。 細菌の分解プロセスは、2、3-位置の二重結合の還元とそれに続くC環の核分裂で構成されます。 次のステップは、3-ヒドロキシル基の有無によって異なります。 このヒドロキシルを持たないフラボンはヒドロキシフェニルプロピオン酸誘導体に由来し、3-ヒドロキシルを含むフラボノールはヒドロキシフェニル酢酸の誘導体に由来します[25]。 ただし、3- HPAAは、次のようなフラボノールだけでなく、多くの親フラボノイドの微生物異化作用に由来する核分裂生成物として発生します。ケルセチン。 さらに、血管拡張活性を持つ重要な代謝物であるDHPAは、脱ヒドロキシル化後の3- HPAAに起源を与え、別の血管弛緩化合物3、4-ジヒドロキシ安息香酸/プロトカテク酸にわずかな程度で起源を与えます。{{3} } HPAAはさらに、血管不活性の馬尿酸と安息香酸に異化されます（図1）[15,26]。 一般に、小さなフラボノイド代謝物は、親フラボノイドよりも高い血漿レベルを示し、通常1〜615 nM、場合によっては42.9uMの範囲のピーク濃度に達する可能性があります[17]。 同じことが{{13}}HPAAにも当てはまるようです。 動物実験では、カラファテベリー抽出物（約2.6 mgのフェノール類を提供）を強制経口投与してスナネズミに投与すると、3-HPAAの最大血漿濃度は約2倍になりました。 4時間後300nM[27]。 他の著者は、2および4mgの単一の3-HPAA静脈内ボーラスを報告しました。 kg-Itoラットの最大血漿濃度は約6mg.L-1（〜40uMおよび16mg.L -1（〜100μM）【28】。ボーラスとして静脈内投与されたのは10mg.kg-1でした。したがって、達成された最大血漿レベルは100〜200μMであり、生理学的濃度の11-22倍であると推定できます[28]。重要なことに、拡張期血圧への有意な影響は、10 ug.kg -1の用量ですでに観察されており、これは、達成可能な濃度100-200nMにほぼ対応する可能性があります。類似点は真実です。 1mg・kg-I.minの投与量は約10μMの血漿濃度をもたらす可能性があります【28】これは食事によって生成される総レベルの範囲内です[17]。対照的に、 5 mg.kg-.minの用量-ポリフェノールが豊富な食事で達成するのは難しいでしょう。この場合、3- HPAAは、代わりに、薬剤またはサプリメントとして適用できる可能性があります。動物の外挿人間へのデータ 簡単ではない; しかし、これらの濃度は、フラボノイドが豊富な食事を摂取した後、人間で達成可能であり、血管系への影響と関連している可能性があります[17]。 残念ながら、3-HPAAの動態データはまだ限られています。 72人の参加者を対象とした8-週間のプラセボ対照食事試験では、ベリーの摂取後、3- HPAAの血漿レベルの有意な増加（約180から約250 nM）が示され、1回あたり約837mgのポリフェノールが提供されました。日。 さらに、3- HPAAの尿中排泄も87％増加しました[29]。 別の研究では、787 mgのポリフェノールを含むクランベリージュースを摂取した後、10人のボランティアで血漿と尿に60種類のフェノール代謝物が検出されました。 3- HPAAは血漿中で測定された代謝物のひとつであり、約10時間後に最大濃度が約600nMに達しました[17]。 9人の健康な若い男性を対象とした別の速度論的研究は、（ポリ）フェノールの生物学的利用能が摂取量だけに依存しないことを示しました。 ポリフェノール766mgの量は、最大3- HPAA血漿濃度を約260nMにしましたが、2倍以上の量を摂取すると、さらに低いレベル（約240 nM）になりました[30]。 それにもかかわらず、どちらの場合も、血漿濃度はおよそ250nMに達した。
3-HPAAの血管作用のメカニズムをexvivoで研究
「3-ヒドロキシフェニル酢酸」というキーワードを使用してPubMedデータベースでデータ検索を実行しました。見つかった110の記事を分析した結果、3- HPAAの薬物動態に関するデータは限られており、薬力学的研究は次のようになりました。私たちの最高の知識は、存在しません。 3-HPAAが結腸癌細胞のCOX-2タンパク質レベルを低下させることを示した研究は1つだけですが、PGE2産生には影響しません[31]。
私たちのinvivo実験と同様に、3- HPAAは血圧を用量依存的に低下させ、心拍数に影響を与えなかったため、観察された効果のメカニズムは3-HPAAの直接作用にある可能性があると仮定しました。血管系。 したがって、作用機序を調査するために、さまざまな補完的なexvivo実験を実施しました。 チェコ共和国では、3R（Replacement、Reduction、Refinement）に沿って実験動物の使用を減らすという明らかな魅力があるため、新鮮な心臓からのブタの冠状動脈の使用からなる代替モデルを選択しました。地元の食肉処理場から入手。 このモデルは最適ではありませんでした。 第一に、血管拡張はラット大動脈よりもはるかに高い濃度で観察され、第二に、この濃度は食事によって達成可能な濃度の約100倍です[17]。 この制限にもかかわらず、この設定により、実験グループ間の違いを確認することができ、したがって、作用機序の決定に十分に役立ちました。 一方、利点は、ブタと人間が心血管系に関して多くの類似点を明らかに共有していることでした[32]。 3- HPAAは、exvivoでブタ冠状動脈の用量依存的な血管拡張を引き起こすことが示されました。 この効果は、内皮由来のNOの関与を伴う内皮によって少なくとも部分的に媒介された。 NOとは対照的に、内皮M受容体、COX、SKca、およびIKcaチャネルの関与も、平滑筋Cay1.2チャネル（L型）への直接的な影響も確認されませんでした。
NOは以前は内皮由来弛緩因子と呼ばれ、血管生理学におけるその役割はよく知られています。 簡単に説明すると、内皮細胞でeNOSによって合成された後、NOは血管平滑筋細胞に拡散し、そこで可溶性グアニル酸シクラーゼ（sGC）とcGMP-PKG経路を活性化します（図8）。 次に、PKGは、平滑筋に存在するさまざまなKtチャネル、すなわち、大コンダクタンスカルシウム活性化（BKca）、ATP感受性（KATP）、内向き整流（KIR）、および電位依存性（Kv）を活性化し、 Kプラスイオンの移動。 これは、電位依存性カルシウムチャネル（主にL型）の阻害および細胞外Ca2プラス流入の遮断を伴う負の膜電位の増加につながります。 細胞内Ca2plusのレベルは、PKGまたはNO [33]のいずれかによるSERCAの活性化、およびIP3Rチャネルの阻害によっても調節されます。 NOを介した効果の欠如は、さまざまな病状に関連しています。 eNOSの発現と活性の低下は、SHR 34の大動脈で見られ、NO産生の障害は、腸間膜動脈の内皮細胞と血管平滑筋細胞、および遺伝子組み換え高血圧ラットの大動脈で示されました[35]。 人間の研究では、本態性高血圧症の患者で異常な内皮機能が報告されました[36]。 内皮機能障害は、このメカニズムがNOの合成、放出、または拡散の減少に基づいているかどうかを特定せずに、NO[37]の血管バイオアベイラビリティの障害と関連しています。 最近、仮定されたメカニズムには、NO分解を促進する酸化剤状態の増加も含まれています[38,39]。 したがって、上記のメカニズムは、3- HPAAの血管拡張作用（図8）、およびその潜在的な保護血管作用に寄与する可能性があります。 重要なことに、これが3- HPAA血管拡張作用に対するSHRの非常に高い感度と、ブタの心臓からの健康な冠状血管の低い感度との大きな違いの理由である可能性がありますが、この理論は追加の研究で確認する必要があります。
これが真実である場合、3-HPAAによって誘発されるNO合成の問題が発生します。 3- HPAAのpKa値は4です。これは、生理学的pHの下で、物質がほとんどイオン化されることを意味します。 これは受動的な膜貫通輸送を妨げます。 ただし、輸送システムの存在は確認されておらず、除外することはできません。 eNOSの活性化は、細胞質ゾルのCa2tの増加によって引き起こされることがよくあります。私たちの実験では、3-HPAAの血管拡張は内皮のIKCaおよびSKCaチャネルの活性に依存していませんでした。 これらのチャネルは両方ともCa2プラス感受性であるため[40]、細胞質Ca2プラスレベルの以前の増加はありそうにありません。 したがって、セカンドメッセンジャーのDAGとIP、/PKCと細胞質ゾルのCa2と増加に結合したGPCRである内皮M受容体は、アトロピンによる遮断が3- HPAAによって引き起こされる血管拡張を変化させなかったため、関与しませんでした。 。 この観察結果は、ラットの心拍数に変化が生じなかったという事実とともに、3-HPAAの直接的なコリン様作用が起こりそうにないことを示唆しています。 注目すべきことに、哺乳類の間で説明されているムスカリン受容体には大きな相同性があります。ラットのM1からMs、およびブタのM1からMは、これらの受容体のヒトアミノ酸配列と90％を超える相同性を示しています[41]。 最後になりましたが、NOに加えて、内皮血管拡張は、シクロオキシゲナーゼ経路プロスタサイクリン（PGI2）からのメディエーターなど、他の内皮産物によっても媒介される可能性があります。 3- HPAAの場合、シクロオキシゲナーゼ遮断薬であるインドメタシンの存在は効果がなかったため、これはありそうにありません。
以前、exvivoでラット大動脈の別の重要な結腸代謝物であるDHPAを研究しました。 その血管拡張効果も部分的に内皮に依存していましたが、内皮IKc。チャネルとCOXが関与しているため、ケーブルに依存していました[15]。 これは、フラボノイドの血管拡張性結腸代謝物が異なる作用機序を介して作用する可能性があることを意味します。 実際の状況では、さまざまなメカニズムの存在といくつかの結腸代謝物の相互作用が血管拡張を促進する可能性があります。 この仮説は、結腸代謝物の混合物に関するinvivo研究[42]と一致しています。 興味深いことに、いくつかの研究は、親フラボノイドであるケルセチンも血管作用性であることを証明しました。 それはeNOSを活性化し、この作用は細胞質ゾルのCa2の増加によって媒介され、その後Ca2と活性化されたKチャネル、主にSKcaを活性化し、内皮細胞の過分極を引き起こします[43,44]。 したがって、ケルセチンは異なる方法で作用します。 ただし、親の生物学的利用能ケルセチンは低く[45,46]、したがって、血管拡張への直接的な影響はおそらく重要ではありません。
この論文で発表された研究にはいくつかの制限があります。 たとえば、ブタの冠状動脈は抵抗血管ではありませんが、動脈血圧の低下効果は抵抗血管の拡張に関連している可能性があります。 単回ボーラスの静脈内投与またはゆっくりとした静脈内注入でさえ、人間が主に次の形で複数回のフラボノイドを摂取する実際の曝露シナリオを模倣していません。配糖体、 一日中。 したがって、代謝物の血漿プロファイルは異なる場合があります。 重要なことに、摂取されたフラボノイドは、1つではなく、代謝物の混合物に代謝されます。 それらの多くは血管作用性である可能性があり、それらの間の相互作用が最終的な効果に影響を及ぼします。 さらに、ivapplicationでは、腸内細菌叢の役割と、親フラボノイドからの3-HPAAおよびその他の代謝物の生成における変動性の評価はできません。 今後の研究では、これらの問題に対処して、NOの役割の可能性を含め、心血管系における3-HPAAの生物活性と作用機序をよりよく理解するよう努める必要があります。
5。結論
データは、フラボノイドヒト腸内細菌叢によって形成される代謝物3-HPAAは血管作用性であり、血圧を低下させます。 さらに、結果は、血圧の低下が達成可能な濃度で達成できることを示唆している。 これらの発見に加えて、降圧効果は心臓への直接作用の結果ではなく、血管に基づく可能性が高いことを示しました。 最後に、3- HPAAによって誘発される血管拡張は、少なくとも部分的には内皮によって媒介され、NO依存性の影響が役割を果たす可能性があります。
補足資料：次のサポート情報は、https：//www.mdpi.com/article/1{{10}}。339{{20}} / nul4020328/s1からダウンロードできます。 図S1。3-HPAAのボーラス静脈内投与後の平均血圧の変化。 図S2。 3-HPAAのボーラス静脈内投与後の心拍数の変化。図S3。 自然発症高血圧ラットの収縮期血圧、拡張期血圧、および平均血圧に対する3- HPAA注入（0.05,0.25,1および5 mg.kg -1 min -1）の効果。 図S4。 自然発症高血圧ラットの心拍数に対する3-HPAA注入（0.05、0.25,1および5 mg.kg -1。min-l）の効果。
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