Беталаины

Беталаины представляют собой водорастворимые пигменты, присутствующие в вакуолях растений порядка Caryophyllales и грибов родов Amanita, Hygrocybe и Hygrophorus. Беталамовая кислота входит в состав всех беталаинов. Тип заместителя беталаминовой кислоты определяет класс беталаинов. Бетацианины (от красноватого до фиолетового) содержат остаток цикло-3,4-дигидроксифенилаланина (цикло-ДОФА), в то время как бетаксантины (от желтого до оранжевого) содержат другие остатки аминокислот или аминов. Наиболее распространенным бетацианином является бетанин (свекольный красный), присутствующий в красной свекле Beta vulgaris, который является глюкозидом бетанидина.

Беталаины являются пигментами около 17 семейств растений порядка Caryophyllales. Беталаины можно разделить на два подкласса: бетацианины (красно-фиолетовые) и бетаксантины (от желтого до оранжевого). Интересно, что антоцианы и беталаины, которые, по-видимому, имеют сходные/идентичные функции, никогда не обнаруживались вместе в одном и том же растении, поэтому, по-видимому, они взаимоисключающие. Беталаины гидрофильны и накапливаются в вакуолях клеток, преимущественно в эпидермальных и субэпидермальных тканях растений, синтезирующих эти пигменты. Беталаины придают цвет цветкам многих родов растений, таких как Mirabilis, Glottiphylum и Portulaca. У Caryophyllales антоцианы определяют окраску в семействах Caryophylaceae и Molluginaceae.

Наиболее известными пищевыми источниками беталаинов у Caryophyllales являются корни красной свеклы (Beta vulgaris L.), зернистый или листовой амарант (Amarathus sp.), плоды кактусов Opuntia sp., Eulychnia sp. и Hylocereus sp., среди них драконьи плоды преимущественно Hylocereus polyrhizus (Web.) Britton and Rose) и сходных видов, мангольд цветной (B. vulgaris L .ssp.cicla), Celosia argentea L. и Bougainvillea sp. Менее распространенные источники включают клубни уллуко (Ullucus tuberosus Caldas) и кровяные ягоды (ягоды Rivina humilis L.). Некоторые виды амаранта употребляют в свежем или приготовленном виде. Интересно, что ткани зерновых амарантов, таких как Amaranthus cruentus L., A. coudatus L. и A. hybridus L., содержат больше бетацианинов, чем A. tricolor L., овощного амаранта. Phytolacca americana L. также может быть источником беталаинов, но не используется в качестве пищевого красителя, так как содержит токсичные сапонины и лектины. В семействе Portulacaceae беталаины были обнаружены в портулаке обыкновенном, Portulaca grandiflora Hook. и Talinum triangulare (Jacq.) Willd. Удивительно, но грибы рода Amanita, такие как Amanita muscaria (L.) Lam. (мухомор), Hygrocybe и Hygrophorus также содержат беталаины; их роль в грибах неизвестна. Недавно было описано естественное присутствие беталаина в бактериях: сообщалось, что бактерии Gluconacetobacter diazotrophicus продуцируют допаксантин.

Красная свекла (Beta vulgaris), содержащая два основных пигмента беталаина, красный бетанин и желтый вульгаксантин I, долгое время считалась уникальным источником беталаинов. Красная свекла выращивается во всем мире и широко и часто употребляется в пищу. Мировое производство свеклы оценивается примерно в 275 миллионов метрических тонн в 2018 году. Бетацианины составляют примерно 75–95% пигментов свеклы, остальные 5–25% составляют бетаксантины. Концентрация беталаинов в свекле красной составляет 200–2100 мг/кг сырого веса. Содержание беталаина значительно различается между сортами; в некоторых новых сортах достигается более высокое содержание беталаина [37,38]. Помимо основного бетацианина, бетанина (бетанидин 5-O-β-глюкозид; CAS 37279-84-8, называемый также свекольным красным, красная свекла содержит изобетанин (CAS 15121-53-6), эпимер бетанин. Содержание этих пигментов максимально на поверхности (кожуре) свеклы и неуклонно снижается к внутренней части корня. В свежей красной свекле были обнаружены два предшественника беталаина (беталаминовая кислота, CAS 18766-66-0 и цикло-ДОФА, CAS 18766-67-1) и восемь бетацианинов и продуктов их деградации: бетанин > необетанин (CAS 71199-29-6). ) > 2-декарбокси-необетанин ≈ изобетанин > 2,17-бидекарбокси-бетанин > изобетанин > 17-декарбокси-необетанин > 6'-O-ферулоил-бетанин > 6'-O-ферулоил-изобетанин вместе с двумя бетаксантинами: вульгаксантин I , CAS 904-62-1 > мираксантин V (CAS 5375-64-4) (перечислены в порядке убывания содержания). Реальное появление необетанина подвергается сомнению; это соединение было заявлено как артефакт выделения, образовавшийся в кислых условиях. Однако не все авторы разделяют эту точку зрения. Свежий свекольный сок содержит около 1,2 г/мл бетанина. Бетанин также является наиболее распространенным компонентом обработанного свекольного сока.

Свекла, несмотря на высокое содержание бетанина, имеет ряд существенных недостатков, таких как: ограниченный состав пигментов, перенос почвенных микробов, приводящий к микробной контаминации, и неприятный землистый привкус, обусловленный высоким содержанием геосмина и различных пиразинов. Этот аспект вызвал интерес к альтернативным источникам беталаинов, особенно к кактусам, среди которых различные виды Opuntia. Такие растения можно легко выращивать в засушливых/сухих районах с низкими затратами. Более того, их можно использовать в качестве корма для жвачных даже после извлечения пигментов.

Производство индивидуальных беталаинов генно-инженерными микроорганизмами (Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae) и высшими растениями, такими как картофель (Solanum tuberosum L.), помидоры (Solanum lycopersicum L.), баклажаны (Solanum melongena L.) и petunias (Petunia x hybrida), что указывает на новые потенциальные источники этих пигментов. Рис (Oryza sativa L.) был сконструирован для синтеза бетанина в эндосперме путем введения трех синтетических генов, контролируемых промотором, специфичным для эндосперма («Betanin Rice»). Также рассматривалась продукция беталаина культурами клеток свеклы. Такой подход облегчил бы контроль продукции пигмента, исключив влияние факторов внешней среды. Однако продуктивность клеточных культур намного ниже, а затраты на производство беталаина намного выше по сравнению со свеклой, которая может дешево производить примерно до 0,5 г бетанина на кг корнеплодов.

Пищевые беталаины могут играть важную роль в поддержании здоровья человека из-за их многочисленных полезных свойств. Имеются многочисленные данные о влиянии беталаинов на здоровье. Однако в большинстве случаев эксперименты заключаются во введении растительных экстрактов или других препаратов, содержащих не только беталаины, но и множество других биоактивных соединений. Хотя весьма вероятно, что наблюдаемые эффекты действительно связаны с беталаинами, обычно это никоим образом не является бесспорным. 

Антимикробная активность. Было продемонстрировано, что беталаины обладают противовирусной, антибактериальной, противогрибковой и противопротозойной активностью. Было обнаружено, что беталаинсодержащие экстракты Opuntia matudae Scheinvar ингибируют рост Escherichia coli. Выжимки свеклы (Beta vulgaris L.) ингибировали размножение Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus и Bacillus cereus. В другом исследовании было показано, что свекольный жмых также ингибирует рост грамотрицательных бактерий (E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Citrobacter freundii, Citrobacter youngae, E. cloacae, Salmonella typhimurium), S. typhimurium и C. freundii. Богатые беталаином экстракты красной питахайи (Hylocereus polyrhizus) ингибируют грамположительные бактерии (B. cereus, S. aureus, E. faecalis, Listeria monocytogenes) в концентрации 7,8 мкг/мл, грамотрицательные бактерии (E. coli, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, P. aeruginosa, Salmonella typhi Ty2, Yersinia enterocolitica, Klebsiella pneumonia, Enterobacter cloacae, E. aerogenes) при 15,6–62,5 мкг/мл, дрожжи (Candida albicans, Rhizoctonia solani) при 125–250 мкг/мл и плесени ( Fusarium oxysporum, Cladosporium herbarum, Botrytis cinerea, Aspergillus flavus) в дозе 500 мкг/мл. Антимикробная активность беталаинов может заключаться в их воздействии на структуру, проницаемость и другие функции клеточных мембран микроорганизмов, что в конечном итоге может привести к гибели клеток. Грамположительные бактерии обычно проявляют более высокую чувствительность к красной свекле, чем грамотрицательные. Репликация вируса денге типа 2 в клетках Vero ингибировалась бетацианинами, выделенными из красного шпината (Amaranthus dubius Mart. ex Thell.) и красной питахайи (Hylocereus polyrhizus), хотя значения IC50 были достаточно высокими (126,70 и 106,80 мкг/мл соответственно).

Экстракты Amaranthus spinosus L. и Boerhaavia erecta L., богатые беталаином, проявляли дозозависимую противомалярийную активность в опытах на мышах in vivo. Вероятные механизмы антипротозойного действия беталаинов включают ингибирование внутриклеточного транспорта холина паразитами и внутриклеточное хелатирование катионов, необходимых для роста паразитов (Ca2+, Fe2+ и Mg2+). A. spinosus и B. erecta применялись в народной медицине против малярии.

Противораковая активность. Противораковые свойства свеклы впервые были постулированы венгерским врачом А. Ференци, который использовал ее для лечения рака в начале 1950-х годов. Беталаины запатентованы в США как компонент противоопухолевых препаратов (номер патента US2002178399).

Многочисленные эксперименты продемонстрировали цитотоксичность беталаинов и беталаинсодержащих растительных экстрактов по отношению к линиям раковых клеток. Хотя с потреблением беталаинов (в концентрациях до 100 мкМ) не было связано никакой токсичности, и эти соединения, как правило, нетоксичны для пролиферирующих нераковых клеточных культур в условиях 24-часового или более длительного воздействия, рост некоторых клеток культуры могут ингибироваться беталаинами. Было обнаружено, что индитаксантин цитотоксичен по отношению к эндотелиальным клеткам и клеткам Caco-2 при концентрациях выше 10 мкМ; бетаксантиновая фракция экстрактов ягод Rivina humilis ингибировала рост клеток печеночной карциномы (HepG2) (IC50 12 мкМ). Цитотоксический эффект беталаинов зависит от типа клеток и продолжительности воздействия. Сообщалось о цитотоксичности бетанина в концентрациях выше 25 мкМ в отношении клеток гепатомы и аденомы. Кроме того, при длительном воздействии наблюдалась токсичность бетанина из B. vulgaris (IC50 360 мкМ или 200 мкМоль/л) для культур клеток HepG2. Беталин, выделенный из Opuntia ficus-indica Mill., индуцировал апоптоз хронических клетки миелоидного лейкоза (линия K562) с IC50 для ингибирования клеточной пролиферации 40 мкМ.Сообщалось об ограниченной цитотоксичности экстрактов Beta vulgaris против клеточных линий рака молочной железы и рака предстательной железы человека.

Экстракты Opuntia ficus-indica ингибировали рост и индуцировали апоптоз в нескольких линиях клеток рака яичников, шейки матки и мочевого пузыря, а также в иммортализованных эпителиальных клетках яичников и шейки матки. Экстракты из плодов кактуса Hylocereus polyrhizus в зависимости от концентрации тормозили рост клеток меланомы. Эффект экстрактов кожуры был выше по сравнению с экстрактами мякоти, что можно объяснить более высоким содержанием беталаинов и флавоноидов в кожуре. Чистый бетанин также сильно ингибировал рост клеток меланомы. В другом исследовании экстракт свеклы, богатый бетанином/изобетанином, оказался цитотоксичным по отношению к клеткам рака молочной железы человека со значениями IC50 25 мкМ для клеток B16F10 и MCF-7, 35 мкМ для MDA-MB-231 и эндотелиальных клеток человека и отсутствие значительного воздействия на колоректальные клетки и фибробласты человека после 48-часового лечения. Лечение экстрактом активировало как внутренние, так и внешние пути апоптоза в клетках рака молочной железы. Другие авторы обнаружили цитотоксичность бетанина в отношении различных линий раковых клеток (MCF-7, HCT-116, AGS и NCI-H460) со значениями IC50 в диапазоне 142–164 мкг/мл. Цитотоксическое действие бетанина (IC50 40 мкМ) на клеточную линию хронического миелоидного лейкоза человека (K562) включало такие клеточные явления, как высвобождение цитохрома с из митохондрий в цитозоль, расщепление поли(АДФ-рибозо)полимеразы (PARP), подавление Bcl-2 и снижение потенциала митохондриальной мембраны. В клеточных линиях рака легкого человека бетанин индуцировал активацию инициаторной каспазы-9, эффекторных каспаз-3 и 7 и расщепление PARP, белка-мишени каспазы-3.

Было обнаружено, что индиаксантин оказывает как про-, так и антиапоптотическое действие в зависимости от концентрации, агента, индуцирующего апоптоз, и типа обработанных клеток. В культурах макрофагов индиаксантин (2,5 мкМ) оказывал антиапоптотическое действие, включая ингибирование сверхэкспрессии и базовой активности НАДФН-оксидазы-4 (NOX-4), репрессию NF-κB и поддержание клеточного окислительно-восстановительного баланса, гомеостаза Са2+ и митохондриального мембранный потенциал. Однако в клетках колоректальной карциномы (Caco-2) это же соединение (115 мкМ) стимулировало апоптоз, реактивируя промотор гена-онкосупрессора (p16INK4a) и увеличивая синтез его белкового продукта, контролирующего клеточный цикл.

Богатые беталаином водные экстракты плодов Opuntia ficus-indica ингибировали рост опухоли яичников у голых мышей. Экстракты плодов этого кактуса были так же эффективны в уменьшении размера опухоли, как и модельный химиопрофилактический агент N-(4-гидроксифенил)ретинамид.

Также было обнаружено, что экстракты, богатые беталаином, ингибируют канцерогенез. Пероральное введение экстракта Beta vulgaris с питьевой водой мышам значительно уменьшало количество папиллом в коже после местной индукции опухоли. Этот же экстракт при пероральном введении уменьшал количество мышей с аденомами (на 60%) и количество опухолей у пораженных животных (на 30%) после индукции опухолей легких. Перорально принимаемые экстракты Beta vulgaris ингибировали также образование опухолей кожи, вызванных УФ-излучением или химическим воздействием, и уменьшали спленомегалию. Введение в питьевую воду экстракта красной свеклы, содержащего 0,0025 % бетанина, снижало частоту возникновения опухолей печени на 60 % и уменьшало селезенку при номегалии.

Введение бетанина (2,5 мг/100 мл воды) в течение 25 недель снижало (на 40%) частоту возникновения опухолей легких, инициируемых 4-нитрохинолин-1-оксидом (4-NQO) и стимулируемых глицерином. Опухоли кожи, индуцированные 7,12-диметилбенз(а)антраценом (ДМБА) и стимулированные УФБ, а также спленомегалия также значительно подавлялись. Эта доза бетанина значительно ингибировала и другие опухоли, в том числе опухоли печени, индуцированные N-нитрозодиэтиламином и стимулированные фенобарбиталом (модель двухстадийного гепатокарциногенеза). На основании этих данных было предложено возможное использование бетанина для борьбы со злокачественными новообразованиями. Молекулярный механизм противораковой активности бетанина включает ингибирование ангиогенеза и индукцию апоптоза за счет повышенной экспрессии каспазы-3. В интересной модели опухоли штамма JK1466 Caenorhabditis elegans рост опухоли ингибировался бетанином, индиаксантином, триптофан-бетаксантином и фенилэтиламин-бетаксантином. Интересно, что последовательность противоопухолевой эффективности исследованных беталаинов не соответствовала последовательности их антиоксидантной эффективности in vitro и in vivo. Механизм противоракового действия беталаинов до сих пор не ясен, но было продемонстрировано, что беталаины влияют на экспрессию некоторых генов, связанных с клеточным ростом и апоптозом.

Антилипидемические эффекты. У крыс, которых кормили богатыми беталаином свекольными чипсами, значительно снизился уровень глюкозы в сыворотке крови, индекс атерогенности и уровень изовалериановой кислоты, масса слепой кишки и масса тела. Введение плодов красной питахайи Hylocereus polyrhizus (300 мг/кг массы тела) крысам с гиперхолестеринемией снижало уровень липидов в сыворотке крови и общий холестерин, по-видимому, за счет усиления экскреции желчных кислот. В моделях дислипидемии у крыс также сообщалось о подавлении синтеза короткоцепочечных жирных кислот и предотвращении повышения уровня общего холестерина в сыворотке беталаинами. Богатые беталаином экстракты Amaranthus tricolor L. (200 и 400 мг/кг массы тела) у крыс с диабетом снижали уровень холестерина, триглицеридов и ЛПНП в крови и повышали уровень липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Сообщалось, что твердый состав беталаина, приготовленный из красной свеклы, эффективно поддерживает липидный профиль сыворотки, увеличивает соотношение холестерина ЛПВП и холестерина ЛПНП и снижает уровень окисленного ЛПНП.

Добровольцы, которые съели 250 г жареной съедобной мякоти опунции Opuntia robusta JC Wendl. ex Pfeiffer ежедневно в течение 4 месяцев снижали уровни общего холестерина и холестерина ЛПНП, а также снижали уровни в плазме и моче 8-эпи-PGF2a, маркера окислительного стресса, причем эффект был сильнее у женщин, чем у мужчин. Беталаины из сока и чипсов красной свеклы снижали окислительный метаболизм нейтрофилов in vivo у людей с ожирением (ИМТ > 30 кг/м2). Уровень холестерина ЛПНП был снижен у 30 здоровых людей, которые употребляли сок красной свеклы (250 мл) вместе с глюкозой (300 г). Свекольный сок также снижал постпрандиальные уровни глюкозы и липидов. Масса тела, индекс массы тела (ИМТ) и уровень холестерина ЛПНП были снижены у добровольцев с ожирением, которые потребляли лиофилизированные листья красной свеклы (28 г) в течение 4 недель. Другое исследование показало, что пищевые добавки, богатые беталаинами, снижали уровни общего холестерина, триглицеридов и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) у 48 пациентов мужского пола. На этом основании было высказано предположение, что беталаины могут быть полезны при лечении гиперлипидемии.

Гепатопротекторные эффекты. Эксперименты на животных показали, что бетанин эффективен при лечении стеатогепатита, активируя рецептор, активирующий пролиферацию пероксисом (PPAR)-α, подавляя белок, связывающий регуляторный элемент стерола (SREBP)-1c, а также изменяя уровни адипокинов и липидный профиль. Сок красной свеклы, богатый беталаином, снижал печеночную токсичность, вызванную N-нитрозодиэтиламином и четыреххлористым углеродом у крыс. Экстракты Opuntia ficus indica Mill. фрукты защищали печень от повреждения четыреххлористым углеродом и стимулировали ее восстановление в опытах на крысах. Подобные эффекты, о которых сообщалось для богатых беталаином экстрактов целых растений Amaranthus spinosus, были приписаны антиоксидантной активности экстрактов. Индукция фермента хинонредуктазы фазы II детоксикации, улучшение окислительно-восстановительного статуса печени и функций митохондрий, как также предполагается, способствуют гепатопротекторным эффектам богатого беталаином экстракта красной свеклы и, в частности, бетанина.

Нейропротекторные эффекты. Исследования, касающиеся влияния красной свеклы и экстрактов свеклы на клеточные и животные модели нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона (БП), относительно немногочисленны. Действие 6-гидроксидофамина (6-OHDA) на нейроноподобные клетки является распространенной клеточной моделью БП. Бетанин (1–200 мкМ) значительно снижал цитотоксичность 6-OHDA и H2O2 и снижает уровень АФК. Предварительная обработка бетанином (20 и 50 мкМ) защищала от апоптоза, вызванного 6-OHDA. Сообщалось также, что бетанин ослабляет окислительный стресс, вызванный 6-OHDA в клетках PC12, и оказывает антиапоптотическое действие через пути SAPK/JNK и PI3K. В крысиной модели болезни Паркинсона, вызванной комбинированным введением такрина, галоперидола и резерпина, красная свекла (100, 200 и 300 мг/кг) защищала от поведенческих изменений и уменьшала окислительный стресс. Эти результаты показывают, что бетанин может предотвращать или замедлять прогрессирование гибели нейронов при БП.

Бетацианины, извлеченные из Portulaca oleracea L. (50 или 100 мг/кг массы тела в течение 2 недель), устраняли нарушения обучения и памяти, вызванные d-галактозой у мышей. Перорально вводимые беталаины были более эффективны, чем аскорбиновая кислота, в снижении когнитивных нарушений у мышей, восстановлении нормального уровня антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы) и снижении уровня продуктов перекисного окисления липидов.

Богатые беталаином водные экстракты мангольда Beta vulgaris L. var. cicla ингибировал активность ацетилхолинэстеразы. Этот фермент важен для процессов нейротрансмиссии, поскольку он разлагает нейротрансмиттер ацетилхолин и, таким образом, ограничивает его действие; ингибирование ацетилхолинэстеразы имеет терапевтический потенциал при лечении неврологических расстройств, особенно болезни Альцгеймера.

Бетанин защищает от вызванной триметилтином нейродегенерации у мышей, включая улучшение пространственного обучения и дефицита памяти, проявляя также анксиолитические свойства. Он защищал от гибели нейронов и изменения нейротрансмиттеров в уязвимых областях мозга, включая область CA1 гиппокампа, одновременно с смягчением поведенческих нарушений. Известно, что чрезмерное потребление диклофенака и парацетамола вызывает нейротоксичность и эндокринные нарушения. В модели на крысах добавление бетанина (25 мг/кг массы тела) уменьшало большинство гистопатологических и биохимических изменений, вызванных высокими дозами этих препаратов.

Сердечно-сосудистые эффекты. Было обнаружено, что красная свекла, применяемая в качестве добавки к соку, снижает систолическое и диастолическое артериальное давление. Так, 21-дневный прием 70 мл концентрированного свекольного сока ежедневно снижал систолическое артериальное давление через 3 недели в среднем на 7,3 мм рт.ст.; однако эффект исчезал, когда прием добавки прекращался. Клиническое исследование подтвердило тенденцию к снижению систолического артериального давления у добровольцев, которые ежедневно выпивали 500 мл сока красной свеклы. Другое исследование продемонстрировало снижение артериального давления у 68 гипертоников после ежедневного употребления 250 мл свекольного сока в течение 2 недель. Гипотензивный эффект можно, по крайней мере частично, объяснить ингибированием ангиотензин-превращающего фермента, продемонстрированным для беталаинов красной свеклы [41]. У крыс, получавших свекольные чипсы, обогащенные 3% беталаином (бетацианины 4,1 мг/г сухого вещества, бетаксантины 2,8 мг/г сухого вещества), наблюдалось достоверное снижение массы тела, уровня глюкозы в сыворотке крови, индекса атеросклероза слепой кишки, концентрации изопентриевой кислоты. Добавки, богатые беталаином (50 мг беталаина/бетацианинов в течение 2 недель), снижали систолическое и диастолическое кровяное давление у людей-добровольцев. Беталаины красной свеклы значительно снижали уровень липидов в крови без какой-либо токсичности и побочных эффектов.

Сиртуин-1 влияет на атеросклероз и, вероятно, может увеличивать продолжительность жизни клеток человека, поэтому было высказано предположение, что активация этого белка может предотвращать сердечно-сосудистые заболевания. Клинические испытания показали, что добавки, богатые беталаинами/бетацианинами (50 мг в день в течение 14 дней), повышают уровень сиртуина-1 и снижают уровень липоксигеназы-1 и С-реактивного белка у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Поэтому представляется, что беталаины можно рассматривать в качестве пищевых ингредиентов, важных для профилактики и лечения ряда возрастных заболеваний.

Эффекты при диабете. Богатая беталаином съедобная мякоть опунции различных кактусов (в основном Opuntia robusta или Opuntia streptacantha Lem.) использовалась в течение поколений в качестве диетического питательного вещества против сахарного диабета индейцами пима на юге Соединенных Штатов. Действительно, концентраты свекольного сока с высоким содержанием необетанина, продукта деградации бетанина, снижали постпрандиальную реакцию глюкозы и секрецию инсулина, что свидетельствует о снижении потребности в инсулине. ядерный фактор (NF)-κB и повышенный уровень сиртуина; эти эффекты могут противодействовать многочисленным метаболическим дисфункциям снижения уровня инсулина и С-пептида, вызванное соком может быть связан с увеличением концентрации кортизола.

Гипогликемические эффекты, а также облегчение диабетических осложнений с помощью экстрактов, богатых беталаином, и беталаинов были подтверждены в экспериментах на животных. Добавление бетанидина (9,6 мг) мышам, получавшим атерогенную диету в течение 24 недель, в течение последних 40 дней снизило уровень глюкозы в их крови на 50%. В модели диабетической крысы, индуцированной кормлением диетой с высоким содержанием фруктозы, бетанин значительно снижал уровни поперечных связей коллагена и конечных продуктов гликирования (AGEs) и подавлял рецепторы для AGEs (RAGEs). Кроме того, наблюдалось улучшение окислительно-восстановительного баланса, включая повышение уровня антиоксидантов и антиоксидантных ферментов. Бетанин (25 и 100 мг/(кг*день) снижал маркеры гликемии у крыс, получавших 30% фруктозу, и улучшал течение диабетического сердечного фиброза. Бетанин (25, 50 и 100 мг/(кг*день) уменьшал повреждение почек у крыс экспериментальный с экспериментальным диабетом .Это соединение может эффективно подавлять почечный фиброз при диабетической нефропатии и может замедлять прогрессирование терминальной стадии почечной недостаточности путем регуляции сигнального пути TGF-β [259].Лечение диабетических крыс водно-метанольным экстрактом листьев B. vulgaris (50, 100 или 200 мг/кг массы тела; 28 дней) снижает уровень глюкозы в сыворотке, улучшает липидный профиль, снижает уровень аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы в плазме крови, TNF-α, IL-1β, IL -6, уровень малонового диальдегида в печени и повышает уровень триацетилолеандомицина и глутатиона в печени, поджелудочная железе диабетических крыс.

Противовоспалительные эффекты. Экстракты Beta vulgaris дозозависимо подавляли деградацию триптофана и продукцию неоптерина, маркера активации иммунной системы, в мононуклеарных клетках периферической крови человека. Клеточный ответ на стимуляцию ослаблялся в присутствии экстрактов, что свидетельствует о присутствии в экстрактах соединений с противовоспалительной и иммунодепрессивной активностью. Липоксигеназа (LOX) и циклоксигеназа (COX) представляют собой бифункциональные ферменты, превращающие арахидоновую кислоту в лейкотриены и простагландины, являющиеся медиаторами воспаления. Было обнаружено, что бетанидин и бетанин ингибируют LOX сои со значениями IC50 0,25 и 0,5 мкМ соответственно, что ниже, чем у катехина (1,1 мкМ). Бетанин (180 мкМ) ингибировал ЦОГ-1 и 2 до 33% и 97% соответственно. Сравнение ряда беталаиновых пигментов показало, что фенетиламин-бетаксантин является наиболее мощным ингибитором ЦОГ, тогда как бетанидин (IC50 41,4 мкМ) является эффективным ингибитором LOX. Исследования докинга показали, что беталаины взаимодействуют с остатками Tyr-385 и Ser-530, расположенными рядом с активным центром ЦОГ, и с субстрат-связывающими аминокислотами LOX.

Сообщалось, что индиаксантин и бетанин подавляют молекулу межклеточной адгезии-1 (ICAM-1), экспрессирующуюся в ответ на обработку цитокином, повышающую уровень внутриклеточного оксиданта в культивируемых эндотелиальных клетках. Бетанин оказался более эффективным, чем индиксантин. Другое исследование продемонстрировало противовоспалительное действие гомфренина I (CAS 17008-59-2) в клеточных культурах мышиных макрофагов, заключающееся в подавлении индуцированной продукции оксида азота и снижении уровней интерлейкина (IL)-2β и простагландина E2. PGE2). Точно так же противовоспалительные эффекты индикасантина были обнаружены в культурах клеток Caco-2 и in vivo у крыс с каррагенин-индуцированным плевритом. Механизм противовоспалительного действия беталаинов, вероятно, включает каскад реакций, приводящий к образованию противовоспалительного циклопентенона 15-дезокси-PGJ2.

Нейтрофилы людей с ожирением продуцируют больше АФК, чем люди без ожирения. Свекольный сок и чипсы ослабляли окислительный метаболизм нейтрофилов, снижая выработку АФК в зависимости от концентрации. Бетанин (100–500 мкМ) ингибировал липополисахарид-индуцированную активацию клеток микроглии in vitro, снижая продукцию АФК, активных форм азота, фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α), интерлейкина-1 бета (ИЛ-1β) и интерлейкина -6 (Ил-6). Также наблюдались в лабораторных условиях in vitro проапоптотические эффекты свеклы (0,1–10%) на стимулированные нейтрофилы. 

Пероральное введение свекольного сока (150 и 300 мг/кг в течение 28 дней) ослабляло индуцированную изопротеренолом сердечную дисфункцию и структурные повреждения за счет уменьшения окислительного стресса, воспаления и апоптоза в сердце. Эти результаты обеспечивают доказательную поддержку использования свекольного сока в народной медицине против сердечно-сосудистых заболеваний. Бетанин индуцировал транскрипцию генов антиоксидантов через Nrf2 и одновременно подавлял провоспалительные пути NFĸ-B, тем самым облегчая повреждение эндотелия и атерогенез. В крысиной модели бетанин (25 и 100 мг/(кг*сутки) ay)) ослаблял индуцированное паракватом повреждение легких, по-видимому, за счет антиоксидантных и противовоспалительных механизмов. Беталайн (100 мг/кг) снижал также индуцированное каррагинаном рекрутирование лейкоцитов, проницаемость сосудов в брюшной полости, образование супероксидных анионов лейкоцитами, уровни фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α) и интерлейкина (IL)-1β в брюшной полости. перитонеальная жидкость и повышенный уровень ИЛ-10. Эти результаты позволяют предположить, что беталаин можно рассматривать при лечении заболеваний, связанных с воспалением.

Субъекты остеоартрита (ОА) обычно страдают от прогрессирующего дискомфорта из-за боли, тугоподвижности суставов и общей усталости. Эти состояния обычно лечат нестероидными противовоспалительными препаратами (НПВП), но эффективность этих препаратов не всегда удовлетворительна. У пациентов с остеоартритом концентрат красной свеклы ослаблял дискомфорт в колене и дисфункцию суставов. Лечение пациентов с ОА экстрактом красной свеклы (35–100 мг два раза в день в течение 10 дней) уменьшало боль и снижало сывороточные уровни TNF-альфа и белковых продуктов продвинутого окисления (AOPP), что свидетельствует о потенциальной полезности экстракта при лечение ОА. Запатентованная формула беталаина из экстракта красной свеклы (содержание беталаина 24,6%) уменьшила чувство боли у добровольцев, страдающих остеоартритом, на 33%. Было высказано предположение, что этот состав также может быть полезен при таких состояниях, как контактный дерматит, синусит, акне и аллергия.

Другие эффекты. Экстракты Opuntia ficus indica и чистый индиаксантин уменьшали сократительную способность продольной мышцы подвздошной кишки, выделенной у мышей. Вероятный механизм действия бетаксантина включает ингибирование фосфодиэстераз, вызывающее повышение уровня цАМФ и снижение внутриклеточной концентрации Са2+, что способствует расслаблению гладкой мускулатуры. На этом основании было предложено потенциальное использование индиаксантина для регуляции перистальтики кишечника.

Сок или экстракт опунции (Opuntia ficus indica) ослаблял ульцерогенный эффект этанола на желудок у крыс. Подобные эффекты были отмечены для экстрактов цветков Opuntia ficus indica f. инермис.

Диуретический эффект обезвоженного экстракта плодов Opuntia ficus indica, богатого беталаином, был сравним с эффектом стандартного диуретика гидрохлоротиазида. Сообщалось, что беталаины корней красной свеклы (Beta vulgaris) оказывают обезболивающее действие на различных животных моделях боли, по-видимому, посредством модуляции окислительного стресса и уровней цитокинов [279].

Многочисленные отчеты касались влияния экстрактов, содержащих беталаин, на физическую работоспособность. Интерпретация этих данных непроста, поскольку эффекты могут быть связаны не с беталаинами, а с другими соединениями, присутствующими в экстрактах, особенно с нитратами и нитритами. Однако некоторые исследования указывают на действие беталаинов. Было обнаружено, что богатый беталаином концентрат (BRC), полученный из свеклы, не содержащий сахаров или нитратов (100 мг/день в течение 6 дней), улучшает пробные результаты бега на 10 км и восстановление у триатлетов мужского и женского пола) по сравнению с контрольными группами, получавшими плацебо. Дополненные бегуны быстрее пробежали дистанцию ​​10 км. Уровень креатинкиназы в плазме крови, маркер повреждения мышц, повышался меньше после бега на 10 км, и повышение субъективной утомляемости было ниже в группе, получавшей BRC.

Сообщалось, что экстракт Beta vulgaris (20–80 мг/кг массы тела, за 30 дней до облучения и через 3 дня после облучения) оказывает дозозависимое радиозащитное действие у мышей, подвергшихся воздействию гамма-излучения. Экстракт ослаблял радиационно-индуцированные изменения ряда биохимических параметров, включая активность основных антиоксидантных ферментов и уровень продуктов перекисного окисления липидов в печени, почках и селезенке, а также индекс тимуса и индекс селезенки. Радиозащитный эффект был приписан антиоксидантной активности беталаинов и модуляции иммунной системы этими соединениями. Терапевтическое применение беталаинов обобщено в недавнем обзоре.

Четыре беталаина (индикаксантин, индолинкарбоновая кислота-бетацианин, фенилаланин-бетаксантин и допаксантин) увеличивали продолжительность жизни Caenorhabditis elegans, хотя эффект был довольно скромным (13–19%). Это продление жизни было обусловлено смягчением окислительного стресса и активацией факторов транскрипции SKN-1 и DAF-16 (аналогов Nrf2 и FOXO соответственно).

Беталаины могут участвовать в поддержании окраски тела у некоторых видов рыб. Кормление самцов Colisa lalia Hamilton (пламенно-красная карликовая рыба-гурами) беталаинами не влияло на интенсивность окраски, но обеспечивало сохранение окраски после периодов социального взаимодействия, чего не было у рыб, которым вводили каротиноиды и антоцианы.

Бетурия. У некоторых людей после употребления красной свеклы наблюдалось появление красной мочи и красного цвета кала. Это интригующее явление

n, именуемый beeturia, первоначально был связан с дефицитом железа, так как он часто возникал у людей с дефицитом железа и предполагалось, что он обусловлен генетически. Тест, первоначально использовавшийся для выявления битурии, заключался в употреблении 100 г красной свеклы вечером, опорожнении мочевого пузыря и анализе мочи, выделяемой утром. Исследования населения Глазго выявили 13,8% заболеваемость бетурией, что было связано с низким уровнем железа и, следовательно, низким уровнем гемоглобина, хотя этот вывод подвергался сомнению. Другое исследование связало битурию с повышенной абсорбцией железа, а не с низким уровнем железа.

В конце концов, однако, было установлено, что битурия вызвана не генетическим признаком или нарушением уровня железа как единичным фактором, а скорее ограниченной метаболической способностью перерабатывать беталаины из данной пищевой матрицы, являющейся результатом количества беталаина. содержание потребляемой пищи, одновременный прием некоторых органических кислот, таких как щавелевая кислота или аскорбиновая кислота, и скорость опорожнения желудка. Таким образом, битурия — это не физиологическая дисфункция, а скорее пищевая идиосинкразия.

1. Biological Properties and Applications of Betalains

Izabela Sadowska-Bartosz, and Grzegorz Bartosz

Gerold Jerz, Academic Editor