Abstrakt

Pektyny to heteropolisacharydy pozyskiwane na skalę przemysłową z roślinnych ścian komórkowych, wykorzystywane powszechnie jako czynnik żelujący w produkcji dżemów i galaretek oraz jako stabilizator napojów mlecznych i owocowych. Są także naturalnym i podstawowym składnikiem włókna pokarmowego. Spożywane wraz z dietą wykazują bardzo różnorodną aktywność biologiczną. Obniżają przede wszystkim przyswajanie oraz zawartość we krwi i tkankach cholesterolu i lipidów. Obniżają również biodostępność glukozy i stężenie insuliny w osoczu, przez co mogą przeciwdziałać rozwojowi insulinooporności. Pektyny i oligosacharydy pektynowe są także ważnym czynnikiem antynowotworowym diety, hamującym proliferację, indukującym apoptozę i mającym aktywność antymetastazową wobec komórek rakowych. W przewodzie pokarmowym działają dwukierunkowo na jony metali: wiążą metale ciężkie, zwłaszcza Pb i Hg, nie dopuszczając do ich odkładania w tkankach, a obniżając pH treści przewodu pokarmowego poprawiają rozpuszczalność i przyswajanie Fe, Ca i Mg. Ponadto pektyny, zwłaszcza te o niskim stopniu metylacji lub o długich nierozgałęzionych segmentach oligogalakturonowych mają dużą zdolność adhezji do warstwy mucynowej na powierzchni jelit. Tworzą w ten sposób barierę chroniącą epitelium przed mikroflorą oportunistyczną. Potwierdzono również ich działanie przeciwzapalne, opierające się głównie na ograniczaniu syntezy prozapalnej IL-1β i stymulacji przeciwzapalnych cytokin IL-1 i IL-10.

Wstęp

Pektyny to heteropolisacharydy stanowiące 30-40% suchej masy ścian komórek roślin wyższych dwuliściennych i jednoliściennych, charakteryzujące się niezwykle skomplikowaną i różnorodną strukturą zależną od gatunku rośliny, typu tkanki i jej wieku [64]. Zawsze w ich składzie można jednak wyróżnić homogalakturonian (HG), czyli linearny homopolimer kwasu galakturonowego; ramnogalakturonian I (RG I) będący heteropolimerem o szkielecie zbudowanym z powtarzających się dimerów kwasu galakturonowego i  ramnozy, do którego przyłączone są różne boczne łańcuchy cukrowe głównie arabiniany i galaktany oraz ramnogalakturonian II (RG II), będący poligalakturonianem z licznymi łańcuchami bocznymi o skomplikowanej strukturze [2,64]. Wymienione komponenty pektyn mogą się łączyć kowalencyjnie, tworząc pektynową sieć w ścianie pierwotnej i blaszce środkowej ściany komórkowej roślin [2,35]. Utworzona w ten sposób struktura może być dalej modyfikowana przez znajdujące się w ścianie komórkowej enzymy. Do najważniejszych modyfikacji należą metylacja, acetylacja, ksylozylacja i apiozylacja reszt kwasu galakturonowego [62]. Skomplikowana struktura pektyn ściśle warunkuje ich właściwości biologiczne, fizyczne i chemiczne, które budzą wielkie zainteresowanie naukowców i  znajdują coraz szersze zastosowanie w przemyśle, o czym świadczy wzrastający z roku na rok o 3-4% popyt na ten surowiec. Obecnie światową roczną produkcję pektyn szacuje się na 45000 ton, co stanowi równowartość co najmniej 400 milionów euro [65]. W przemyśle spożywczym pektyny wykorzystuje się m.in. jako składnik żelujący w produkcji dżemów i galaretek, jako zagęszczacz, emulgator i stabilizator napojów z mleka acydofilnego, margaryn, majonezów i sosów sałatkowych [65,67], jako substytut tłuszczu w produktach cukierniczych, wypiekach i lodach oraz jako czynnik ograniczający ilość absorbowanego tłuszczu w panierkach produktów przeznaczonych do smażenia [23]. Powszechność występowania pektyn w różnych produktach spożywczych sprawia, że są one istotnym elementem diety człowieka. Ich dzienne łączne spożycie w postaci naturalnej jako składnika owoców i warzyw i przetworzonej jako dodatku do żywności o symbolu E 440 wynosi 4-5 g [44].

Przemiany pektyn w przewodzie pokarmowym

Pektyny, które dostają się do przewodu pokarmowego człowieka są bardzo odporne na panujące tam warunki. W silnie kwasowym środowisku żołądka i w zawierają- cym glikozydazy środowisku dwunastnicy depolimeryzacji ulega łącznie nie więcej niż 10% tego polisacharydu, co oznacza, że do końcowego odcinaka jelita krętego w  nienaruszonej postaci dociera prawie 90% pektyn przyjętych z  pokarmem [7,50]. Dopiero po osiągnięciu okrężnicy, pod wpływem pektynaz syntetyzowanych przez bytującą tam mikroflorę, tj. Gram-ujemne beztlenowce z  rodzaju Bacteroides i  Gram-dodatnie beztlenowce z  rodzaju Eubacterium, Peptostreptococcus i Clostridium pektyny ulegają częściowej degradacji do oligogalakturonidów oraz do monomerów kwasu galakturonowego i cukrów obojętnych [32]. Powstałe oligogalakturonidy, podobnie jak niezhydrolizowane, rozgałęzione cząsteczki pektyn, wiążą się z mucynami na powierzchni jelita przez oddziaływania hydrofobowe, wiązania wodorowe i siły van der Waalsa tworząc strukturę żelu [30,57]. Blokują w ten sposób przyleganie patogennych drobnoustrojów do błony śluzowej jelita [62]. Uwolnione w wyniku hydrolizy pektyn monomery kwasu galakturonowego są dalej metabolizowane przez mikroorganizmy w procesie glikolizy i fermentacji lub w szlaku pentozofosforanowym. Uwolnione z nich jednostki węglowe są wykorzystywane do syntezy krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, gazów m.in. tlenku węgla (IV), metanu oraz innych produktów końcowych [7,21]. Do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) powstających w wyniku fermentacji pektyn należą przede wszystkim kwasy: octowy, masłowy oraz propionowy, których prawidłowy wzajemny stosunek molowy wynosi 65:20:15 [10]. Pierwszy z wymienionych SCFA działa silnie bakteriobójczo, drugi jest podstawowym źródłem energii dla kolonocytów [3,49]. Wszystkie natomiast wykazują korzystne działanie w biegunce, stymulując zwrotne wchłanianie wody i sodu [47] oraz w zaparciach pobudzając perystaltykę jelit [10]. Ponadto SCFA i inne kwasy organiczne, przez obniżenie pH treści jelitowej, zwiększają rozpuszczalność soli wapniowych i magnezowych, ułatwiając ich wchłanianie [66]. Szybkość fermentacji pektyn częściowo zależy od ich budowy chemicznej. Początkowo uważano, że zależność ta jest odwrotnie proporcjonalna do stopnia metylacji pektyn. Tezę tę potwierdzały badania Dongowskiego i wsp. [7] wskazujące, że zarówno w warunkach in vivo, jak i in vitro czas fermentacji pektyn wydłuża się wraz ze wzrostem stopnia ich metylacji, a ilość uwalnianych w końcowym odcinku okrężnicy SCFA rośnie. W ostatnich latach pojawiły się jednak informacje, głównie za sprawą prac Gulfiego i wsp. [13,14], podważające wcześniej przyjęty pogląd i stojące na stanowisku, że wysoki stopień metylacji pektyn ułatwia ich degradację. Czynnikiem spowalniającym ten proces jest dopiero obecność grup amidowych [14].

Wpływ pektyn na przyswajanie glukozy

Ograniczający wpływ pektyn na przyswajanie glukozy został po raz pierwszy opisany jeszcze w połowie lat 70. ub.w. przez Jenkinsa i wsp. [22]. Wykazali oni, że dodatek pektyn do diety  zdrowych osób obniżał stężenie glukozy mierzone we krwi 15 min po posiłku. Stężenie insuliny we krwi było również znacząco niższe u osób otrzymujących pektyny. W  latach 80. ub.w. pojawiło się wiele publikacji potwierdzających słuszność obserwacji Jenkinsa i wsp. [9,11], nie ustalono jednak jednej wspólnej przyczyny, dla której dodawanie pektyn do diety tak skutecznie obniża stężenie glukozy we krwi. Obecnie panuje przekonanie, że jest to skutek kilku nakładających się zjawisk. Pierwszym jest sugerowane jeszcze w latach 70 XX w. ograniczanie przez pektyny stopnia opróżnienia żołądka i jelit, co wpływa na motorykę tych narządów i utrudnia kontakt glukozy ze śluzówką [17]. Drugim jest indukowany obecnością pektyn w diecie wzrost grubości warstwy śluzu na powierzchni śluzówki jelit [9]. Hipotezę o znaczeniu grubości i lepkości śluzu pokrywającego śluzówkę jelit w absorpcji glukozy potwierdzają wyniki badań, w  których udowodniono, że dodatek pektyn wysoko metylowanych (HMP) do roztworu glukozy i chlorku sodu w eksperymencie z zastosowaniem techniki perfuzji jelitowej powodował obniżenie absorpcji glukozy w jelicie badanych osób. W doświadczeniu tym po podaniu pektyny obserwowano wzrost lepkości roztworu glukozy oraz wzrost grubości warstwy śluzu na powierzchni jelit [9]. Za teorią tą przemawiają również współczesne prace Kima [26,27], w  których badacz porównywał wpływ pektyn wysoko i nisko metylowanych na absorpcję glukozy w jelicie czczym i krętym szczurów z zastosowaniem techniki perfuzji jelitowej. W wyniku tych działań stwierdzono, że dodatek obu typów pektyn do roztworu glukozy zwiększał jego lepkość i obniżał absorpcję glukozy w jelicie cienkim. Większy wpływ na to zjawisko zawsze jednak wykazywały pektyny wysoko metylowane, ponieważ tworzyły roztwory o istotnie większej lepkości. Widoczny wzrost lepkości roztworu glukozy przyczyniał się do pogrubienia warstwy śluzu na powierzchni jelit, co zdaniem autora skutkowało bezpośrednio ograniczeniem absorpcji glukozy.

Opisane ograniczanie przez pektyny wchłaniania glukozy w jelicie cienkim może mieć praktyczne zastosowanie, zwłaszcza w terapii osób chorych na cukrzycę typu 2. Ten typ cukrzycy spowodowany jest m.in. nadmierną otyłością i  związanym z  tym obniżeniem wrażliwości tkanek na insulinę [33]. Sanchez i wsp. wykazali, że obecność wysoko metylowanej pektyny jabłkowej w diecie chorobliwie otyłych szczurów Zucker fa/fa ograniczała istotnie przyrost ich masy oraz obniżała stężenie triglicerydów, cholesterolu i glukozy, a co za tym idzie również insuliny w krwi zwierząt [52].

Wpływ pektyn na przyswajanie cholesterolu i lipidów

Od wielu lat wiadomo, że doustne przyjmowanie pektyn obniża stężenia cholesterolu, triglicerydów, fosfolipidów i wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu i tkankach, a także umożliwia modyfikację dystrybucji lipoprotein [58], przy czym siła tego działania zależy od rodzaju pektyn, a dokładniej od stopnia ich metylacji i amidacji. Szczególnie korzystny wpływ na profil frakcji lipoproteinowych osocza mają pektyny wysoko metylowane [52] i wysoko amidowane [34]. Redukują one intensywnie zarówno stężenie cholesterolu w wątrobie, jak i cholesterolu całkowitego i  związanego z  frakcją LDL we krwi. Wpływają także dodatnio na obniżenie masy ciała [52]. Co ważne, działają w ten sposób zarówno wtedy, gdy są podawane zwierzętom i ludziom zdrowym [34], jak i wówczas gdy otrzymują je osobniki o zaburzonym metabolizmie cholesterolu i glukozy [31,52]. Zdolność do obniżania stężenia cholesterolu, zwłaszcza wątrobowego i frakcji LDL pektyny HM i HMA wykazują nawet wówczas, gdy są podawane wraz z dietą wzbogaconą w cholesterol [58]. Nieco mniej jednoznaczny wpływ na metabolizm cholesterolu i lipidów wywierają pektyny nisko metylowane (LMP). Niektóre badania nie wykazują wpływu LMP [53], inne dowodzą ich zdolności do obniżania w osoczu cholesterolu całkowitego i frakcji LDL [34]. Porównanie metodyki cytowanych prac pozwala jednak stwierdzić, że rozbieżności te są następstwem różnych warunków, w jakich badano działanie pektyn nisko metylowanych. Brak wpływu LMP na homeostazę cholesterolu i lipidów obserwowano wówczas, gdy polimery te były dodawane do diety wzbogaconej w tłuszcze i sterole [61] lub do diety zwierząt cierpiących na zaburzenia metabolizmu glukozy i cholesterolu [53]. Zdolność LMP do obniżania stężenia cholesterolu wolnego i zestryfikowanego we krwi i wątrobie zauważono wtedy, gdy w polisacharydy te wzbogacono dietę prawidłową i gdy jej odbiorcą były osoby zdrowe [61]. Należy stwierdzić, że o ile pektyny wysoko metylowane i wysoko amidowane (powyżej 60%) można z powodzeniem wykorzystywać zarówno w prewencji, jak i w leczeniu cukrzycy, hipercholesterolemii i otyłości, o tyle pektyny LM można traktować jedynie jako ważny element diety przeciwdziałającej pojawianiu się tego typu schorzeń.

Przyczyny dla których obecność pektyn w diecie obniża istotnie stężenie cholesterolu i lipidów we krwi i tkankach są różnorodne. Na pierwszy plan wysuwa się tu wspomniana już zdolność pektyn do tworzenia trójwymiarowej struktury żelu w przewodzie pokarmowym. Spowalnia to znacząco zarówno procesy lipolizy, jak i deestryfikacji cholesterolu i  uniemożliwia prawidłową absorpcję powstających w wyniku tych procesów produktów [13]. Ponadto dodatek pektyn, zwłaszcza wysoko metylowanych do diety nasila wydalanie kwasów żółciowych wraz kałem [6]. Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że pektyny, głównie HM, utrudniają tworzenie w świetle jelita miceli kwasów żółciowych z kwasami tłuszczowymi i cholesterolem, ograniczając w ten sposób reabsorpcję tych pierwszych i absorpcję pozostałych składników. Potwierdzają to m.in. badania Kosekiego i wsp. [28] oraz Gunnessa i Gidleay [15] dowodzące destabilizującego działania HMP na tworzenie emulsji. Inną przyczyną ograniczonej w obecności pektyn reabsorpcji kwasów żółciowych może być zmniejszenie ich rozpuszczalności. Jak twierdzą Dongowski i Lorenz uwalniane w dużych ilościach w wyniku fermentacji pektyn SCFA silnie zakwaszają środowisko dolnej części układu pokarmowego wytrącając kwasy żółciowe [6]. Niezależnie od tego, która z wymienionych przyczyn (ograniczenie emulgacji czy strącenie przez zakwaszenie środowiska) ma większy wpływ na hamowanie przez pektyny reabsorpcji kwasów żółciowych, zawsze ich następstwem jest wzrost aktywności enzymów wątrobowych biorących udział w regulacji metabolizmu cholesterolu i kwasów żółciowych, a więc reduktazy HMG-CoA i 7α-hydroksylazy [58]. Oznacza to, że pektyny przyczyniając się do zwiększonego wydalania kwasów żółciowych wraz z kałem intensyfikują aktywność szlaku metabolicznego, w którym cholesterol wątrobowy przekształcany jest do kwasów żółciowych. Wykorzystanie cholesterolu jako substratu w reakcji katalizowanej przez 7α-hydroksylazę, powoduje spadek jego stężenia we krwi i wątrobie. Niedawno pojawiły się doniesienia wskazujące, że pektyny, a ściślej modyfikowane pektyny cytrusowe, mogą hamować rozwój arteriosklerozy u myszy apoE -knockout za pośrednictwem galektyny 3, która jest bezpośrednim celem ich hamującego działania [31].

Wpływ pektyn na biodostępność pierwiastków

Pektyny w badaniach in vitro wykazują dużą zdolność wiązania jonów metali, która zależy bezpośrednio od stopnia ich metylacji. Pektyny zawierające liczne niezestryfikowane reszty kwasu galakturonowego wiążą jony metali znacznie lepiej niż pektyny wysoko estryfikowane [48]. Siła tego wiązania zależy również od pH środowiska. Wykazano np., że jony Zn2+ są najmocniej chelatowane przez LMP w roztworze o pH 4-7 [24], Ce3+ w pH 4-6 [25], a Pb2+ w pH 7-8 [24]. Porównanie siły chelatowania Pb, Cd i Cu przez LMP wykazało, że jest ona istotnie mniejsza od oznaczonej w tych samych warunkach dla chelatorów tiolowych, ale jednocześnie wyższa od tej, jaką cechują się węgiel aktywny czy mikrokrystaliczna celuloza [55]. Opisane chelatujące właściwości pektyny zachowują również w środowisku przewodu pokarmowego, ale nie wiąże się to z utratą pierwiastków ważnych dla prawidłowego funkcjonowania organizmu, takich jak Fe czy Ca. Wydaje się, że obecne w diecie pektyny w zależności od budowy mogą nie zmieniać biodostępności żelaza i wapnia, a nawet w istotny sposób ją zwiększać [8]. Czynnikiem decydującym o sile tego działania jest masa cząsteczkowa (zależność odwrotnie proporcjonalna) i  stopień metylacji (zależność wprost proporcjonalna). W efekcie największy pozytywny wpływ na rozpuszczalność i przyswajanie żelaza mają pektyny wysoko metylowane o małych masach cząsteczkowych. Brak wpływu wykazują natomiast pektyny nisko metylowane o dużych masach molekularnych [26]. Istnienie takiej dodatniej korelacji między przyswajalnością żelaza a  stopniem metylacji pektyn można wyjaśnić nakładaniem się dwóch zjawisk. Po pierwsze, jak już wspomniano wyżej, im większy stopień metylacji, tym mniej wolnych grup COO- zdolnych do chelatowania metali [48]. Po drugie pektyny i produkty ich fermentacji obniżają poziom pH treści jelitowej. Niskie pH poprawia natomiast rozpuszczalność soli metali, przez co stają się one łatwiej dostępne [66]. Pektyny wysoko metylowane są fermentowane szybciej niż nisko metylowane [13,14], dlatego ich dodatni wpływ na biodostępność żelaza jest większy niż pektyn nisko metylowanych. Ujemna korelacja między masą cząsteczkową pektyn a biodostępnością żelaza wynika najprawdopodobniej z tego, że rozpuszczalność pektyn zależy właśnie od ich masy – im mniejsza masa cząsteczkowa, tym większa rozpuszczalność. Metale, w tym i żelazo, związane z rozpuszczalną frakcją pektyn stają się lepiej rozpuszczalne a więc i łatwiej dostępne dla organizmu.

Pektyny obecne w  przewodzie pokarmowym zachowują się inaczej wobec ołowiu i rtęci. Przede wszystkim wykazują znacznie większe powinowactwo do nich niż do Fe, Zn i Ca [48]. Z tego powodu uważa się je nawet za związki pomocne w długotrwałej terapii zatruć ołowiem i  rtęcią [54,56]. Okazuje się, że pektyny nisko metylowane, pektyniany wapnia i modyfikowane pektyny cytrusowe bardzo łatwo tworzą sole, zwłaszcza z kationami ołowiu, co znacząco ogranicza biodostępność tego pierwiastka z diety i przyspiesza jego wydalanie zarówno u szczurów laboratoryjnych, jak i u ludzi [54,68]. Umożliwia również detoksykację organizmu wcześniej wystawionego na długotrwałe działanie Pb pojmowaną jako obniżenie zawartości ołowiu w wątrobie i tarczycy oraz normalizację niektórych parametrów biochemicznych tych organów [25]. Obecność pektyn w diecie może zapobiegać także wywoływanej przez Pb ploidalności hepatocytów [56]. Przydatność w zapobieganiu zatruciom ołowiem wykazują nie tylko pektyny wysoko metylowane, ale również ich frakcja zwana ramnogalakturonianem II. Okazuje się, że ten bogaty w nietypowe cukry polimer ma duże powinowactwo do jonów ołowiu, strontu i baru, ale nie do jonów pierwiastków niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu ludzkiego, takich jak wapń, magnez, żelazo lub cynk. W grupie szczurów, którym podawano ołów w postaci kompleksu z ramnogalakturonianem II oraz oddzielnie, ramnogalakturonian II i ołów obserwowano mniejszą akumulację tego pierwiastka w tkankach niż w grupie szczurów, którym podawano octan ołowiu bez dodatku polisacharydu. Związanie ołowiu z RG II powodowało, że był on w znacznie większym stopniu wydalany z kałem, a nie wchłaniany do tkanek [59].

Antynowotworowe działanie pektyn

Już w latach 90 minionego stulecia sugerowano, że obecność w diecie pektyn, zwłaszcza zawierających dobrze rozwinięty rejon ramnogalakturonianu I bogaty w reszty arabinozy, galaktozy i ramnozy, może sprzyjać eliminowaniu kancerogenów i mutagenów w ten sposób ograniczając zapadalność na niektóre typy nowotworów. Przemawiała za tym m.in. praca Plata i Raza opisująca aż 90% obniżenie zdolności kolonizacji tkanek przez komórki czerniaka linii B16-F1 w obecności niskoczą- steczkowej pektyny cytrusowej [45] oraz nieco późniejsza praca Pineta i wsp. [43] dowodząca obniżonej w obecności pektyn zdolności do tworzenia przerzutów przez komórki raka stercza MAT-LyLu. W ten nurt wpisuje się także zupełnie współczesna praca Zhao i wsp., wskazująca na antyproliferacyjne działanie pektyn ze szparagów (Asparagus officinalis) na komórki nowotworowe linii HeLa i BEC-7404 [67]. W 2009 r. ostatecznie potwierdzono, dzięki mikroskopii fluorescencyjnej, cytometrii przepływowej i spektroskopii masowej, że opisywane przez różnych badaczy antymetastazowe działanie niektórych frakcji pektyn polega na ich swoistym wiązaniu się z  lektynami z  rodziny galektyn 3 (Gal-3) [16]. Ciągle jeszcze nie ma wystarczającej znajomości mechanizmu absorpcji i transportu bioaktywnych fragmentów pektyn z jelita do miejsc kontaktu z Gal-3. Gal-3 to powszechnie występujące na powierzchni róż- nych komórek białka wiążące β-galaktozę. Mają one istotne znaczenie w kilku etapach powstawania przerzutów rakowych. Zapobiegają apoptozie komórek rakowych opuszczających guza pierwotnego, biorą udział w wiązaniu się komórek nowotworowych do śródbłonka naczyń włosowatych kolonizowanych organów, są niezbędne w migracji komórek nowotworowych z naczyń krwionośnych do tkanek oraz w adhezji tych komórek do składników macierzy międzykomórkowej w  miejscu przerzutu i  wreszcie indukują angiogenezę guza [12,36]. Pektyny, a zwłaszcza ich frakcje bogate w galaktan i arabinogalaktan [35], wiążąc się z Gal-3 w obszarze domeny rozpoznającej cukry, czyli CRD znacząco ograniczają wszystkie wymienione aspekty działania Gal-3 [12,16,60]. Nangia-Makker i wsp. wykazali, że modyfikowane pektyny cytrusowe (MCP) hamują angiogenezę ludzkiego guza piersi i mysiego raka jelita [37]. Zespoły badawcze Chauhana i Jacksona udowodniły, że pektyny istotnie hamują szlak kinaz MAP i indukują wykonawczą kaspazę 3 w komórkach szpiczaka i raka stercza [4,20]. Potwierdzają to również badania Wanga i wsp. wykonane na komórkach raka stercza PC3 [63]. Według tych autorów między inhibicją Gal-3 przez pektyny a indukcją apoptozy pośreniczą m.in. kalpainy, których aktywność w takich warunkach istotnie wzrasta. Vaysade i wsp. w  badaniach na komórkach czerniaka mysiego linii B16F10 dowiedli, że pektyny blokując Gal-3 hamują ekspresję N-katheryny i α5-integryny, czyli głównych białek decydujących o oddziaływaniach komórka-komórka i komórka-macierz [60]. Interakcja krótkołańcuchowych fragmentów pektyn z galaktynami 3 jest najlepiej poznanym, ale bez wątpienia nie jedynym mechanizmem antykancerogennego działania pektyn. Świadczą o tym choćby wyniki badań Jacksona i  wsp. wykazujące, że frakcje pektyn cytrusowych poddanych działaniu wysokiej temperatury indukują apoptozę komórek raka stercza nie tylko linii androgenoniezależnej LNCaP C4-2, ale także linii androgenozależnej LNCaP, która nie wykazuje ekspresji białek Gal-3 [20]. Podobne obserwacje poczyniono wcześniej w przypadku komórek gruczolakoraka jelita grubego HT29 [40]. Coraz liczniejsze doniesienia wskazują, że pektyny, oprócz opisanego wyżej działania antymetastazowego, mogą także indukować apoptozę komórek guza pierwotnego, a nawet zapobiegać powstawaniu komórek nowotworowych. Wykazano np., że 20% dodatek pektyn jabłkowych do diety powoduje spadek aktywności syntetyzowanej przez bakterie jelitowe β-glukuronidazy [38]. Jest to ważne z tego względu, że β-glukuronidaza to enzym, który bierze udział w detoksykacji organizmu, jednak patologiczny wzrost jej aktywności może spowodować odkładanie się w organizmie toksycznych produktów metabolizmu glukuronidów, co zwiększa ryzyko występowania rożnych nowotworów, zwłaszcza hormonozależnych, takich jak nowotwory piersi i stercza [69]. Z tego powodu aktywność pektyn i  produktów ich fermentacji jako inhibitorów β-glukuronidazy ma bezsprzeczne działanie antykancerogenne. Innym czynnikiem decydującym o sile antynowotworowego działania pektyn jest mechanizm ich fermentacji w jelicie grubym, a właściwie profil uwalnianych w wyniku tego procesu kwasów krótkołańcuchowych. Udowodniono, że kwas masłowy, będący jednym z głównych produktów fermentacji mikrobiologicznej pektyn w jelicie grubym nie tylko hamuje proliferację, ale także indukuje apoptozę komórek raka tego odcinka układu pokarmowego [1,14].

Inne właściwości pektyn

Przedstawiony korzystny wpływ obecności pektyn w diecie na mikroflorę przewodu pokarmowego, metabolizm glukozy, cholesterolu i lipidów, a także opisane właściwości detoksykacyjne i  antykancerogenne nie wyczerpują zgromadzonej wiedzy na temat prozdrowotnych właściwości tych polisacharydów. W  ostatnich latach pojawiło się np. doniesienie, że pektyny pochodzące z przewiercienia sierpowatego (Bupleurum falcatum), rośliny stosowanej w  tradycyjnej medycynie chińskiej, mogą mieć zastosowanie w zapobieganiu i leczeniu wrzodów żołądka [42]. Potwierdzono również działanie przeciwzapalne pektyn. Okazuje się bowiem, że HMP hamują aktywność cyklooksygenazy 2 (COX-2) i syntazy tlenku azotu (II) (iNOS) w makrofagach aktywowanych przez lipopolisacharydy (LPS) [5]. Redukują także syntezę cytokin prozapalnych, głównie IL-1β, stymulując jednocześnie powstawanie przeciwzapalnych IL-1 oraz IL-10 w  komórkach jednojądrzastych krwi obwodowej [51], indukują chemotaksję makrofagów oraz limfocytów T i NK [46]. Inngjerdingen i wsp. [19] wykazali, że za stymulujące układ odpornościowy działanie pektyn odpowiadają przede wszystkim frakcje ramnogalakturonianu I, a więc bogate w ramnozę, arabinozę i  galaktozę fragmenty zdolne do inhibicji galektyn 3 [16,60]. Ponadto wykazano, że pektyny mają niewielkie właściwości prebiotyczne, zależne od tempa fermentacji [39]. Skutecznie redukują aktywność toksyn wydzielanych przez Escherichia coli oraz blokują adhezję tych bakterii na komórkach nabłonka wyściełającego przewód moczowy [40,41], mogą także chronić przed zakażeniami Streptococcus pneumoniae [18]. W  przypadku pektyn jabłkowych i cytrusowych udowodniono także silnie hamujący wpływ na aktywność lipazy trzustkowej, stwarzający potencjalną możliwość wykorzystania takich pektyn jako specyfiku skutecznego w leczeniu otyłości [29].

Przypisy

• 1. Avivi-Green C., Polak-Charcon S., Madar Z., Schwartz B.: Apoptosiscascade proteins are regulated in vivo by high intracolonicbutyrate concentration: correlation with colon cancer inhibition.Oncol. Res., 2000; 12: 83-95
  Google Scholar
• 2. Caffall K.H., Mohnen D.: The structure, function, and biosynthesisof plant cell wall pectic polysaccharides. Carbohydr. Res., 2009;344: 1879-1900
  Google Scholar
• 3. Campbell J.M., Fahey G.C.: Psyllium and methylocellulose fermentationproperties in relation to insoluble and soluble fiber standards.Nutr. Res., 1997; 17: 691-629
  Google Scholar
• 4. Chauhan D., Li G., Podar K., Hideshima T., Neri P., He D., MitsiadesN., Richardson P., Chang Y., Schindler J., Carver B., Anderson K.C.:A novel carbohydrate-based therapeutic GCS-100 overcomes bortezomibresistance and enhances dexamethasone-induced apoptosisin multiple myeloma cells. Cancer Res., 2005; 65: 8350-8358
  Google Scholar
• 5. Chen C.H., Sheu M.T., Chen T.F., Wang Y.C., Hou W.C., Liu D.Z.,Chung T.C., Liang Y.C.: Suppression of endotoxin-induced proinflammatoryresponses by citrus pectin through blocking LPS signalingpathways. Biochem. Pharmacol., 2006; 72: 1001-1009
  Google Scholar
• 6. Dongowski G., Lorenz A.: Intestinal steroids in rats are influencedby the structural parameters of pectin. J. Nutr. Biochem.,2004; 15: 196-205
  Google Scholar
• 7. Dongowski G., Lorenz A., Proll J.: The degree of methylation influencesthe degradation of pectin in the intestinal tract of rats andin vitro. J. Nutr., 2002; 132: 1935-1944
  Google Scholar
• 8. Feltrin C., Batista de Morais M., de Cássia Freitas K., Beninga deMorais T., Fagundes Neto U., Silvério Amancio O.M.: Effect of solublefiber pectin on growth and intestinal iron absorption in rats duringrecovery from iron deficiency anemia. Biol. Trace Elem. Res.,2009; 129: 221-228
  Google Scholar
• 9. Flourie B., Vidon N., Florent C.H., Bernier J.J.: Effect of pectin onjejunal glucose absorption and unstirred layer thickness in normalman. Gut, 1984; 25: 936-941
  Google Scholar
• 10. Fukumoto S., Tatewaki M., Yamada T., Fujimiya M., Mantyh C.,Voss M., Eubanks S., Harris M., Pappas T.N., Takahashi T.: Shortchainfatty acids stimulate colonic transit via intraluminal 5-HTrelease in rats. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. , 2003;284: R1269-R1276
  Google Scholar
• 11. Fuse K., Bamba T., Hosoda S.: Effects of pectin on fatty acid andglucose absorption and on thickness of unstirred water layer in ratand human intestine. Dig. Dis. Sci., 1989; 34: 1109-1116
  Google Scholar
• 12. Glinsky V.V., Raz A.: Modified citrus pectin anti-metastaticproperties: one bullet, multiple targets. Carbohydr. Res., 2009; 344:1788-1791
  Google Scholar
• 13. Gulfi M., Arrigoni E., Amado R.: The chemical characteristicsof apple pectin influence its fermentability in vitro. LWT, 2006; 39:1001-1004
  Google Scholar
• 14. Gulfi M., Arrigoni E., Amado R.: In vitro fermentability of pectinfraction rich in hairy regions. Carbohydr. Polym., 2007; 67: 410-416
  Google Scholar
• 15. Gunness P., Gidley M.J.: Mechanisms underlying the cholesterolloweringproperties of soluble dietary fibre polysaccharides. FoodFunct., 2010; 1: 149-155
  Google Scholar
• 16. Gunning A.P., Bongaerts R.J., Morris V.J.: Recognition of galactancomponents of pectin by galectin-3. FASEB J., 2009; 23: 415-424
  Google Scholar
• 17. Holt S., Heading R.C., Carter D.C., Prescott L.F., Tothill P.: Effectof gel fibre on gastric emptying and absorption of glucose andparacetamol. Lancet, 1979; 1: 636-639
  Google Scholar
• 18. Inngjerdingen K.T., Langerud B.K., Rasmussen H., Olsen T.K.,Austarheim I., Grønhaug T.E., Aaberge I.S., Diallo D., Paulsen B.S.,Michaelsen T.E.: Pectic polysaccharides isolated from Malian medicinalplants protect against Streptococcus pneumoniae in a mousepneumococcal infection model. Scand. J. Immunol., 2013; 77: 372-388
  Google Scholar
• 19. Inngjerdingen M., Inngjerdingen K.T., Patel T.R., Allen S., ChenX., Rolstad B., Morris G.A., Harding S.E., Michaelsen T.E., Diallo D.,Paulsen B.S.: Pectic polysaccharides from Biophytum petersianumKlotzsch, and their activation of macrophages and dendritic cells.Glycobiology, 2008; 18: 1074-1084
  Google Scholar
• 20. Jackson C.L., Dreaden T.M., Theobald L.K., Tran N.M., Beal T.L.,Eid M., Gao M.Y., Shirley R.B., Stoffel M.T., Kumar M.V., MohnenD.: Pectin induces apoptosis in human prostate cancer cells: correlationof apoptotic function with pectin structure. Glycobiology,2007; 17: 805-819
  Google Scholar
• 21. Jakobsdottir G., Jädert C., Holm L., Nyman M.E.: Propionic andbutyric acids, formed in the caecum of rats fed highly fermentabledietary fibre, are reflected in portal and aortic serum. Br. J. Nutr.,2013; 110: 1565-1572
  Google Scholar
• 22. Jenkins D.J., Leeds A.R., Gassull M.A., Cochet B., Alberti G.M.: Decreasein postprandial insulin and glucose concentrations by guarand pectin. Ann. Intern. Med., 1977; 86: 20-23
  Google Scholar
• 23. Khalil A.H.: Quality of French fried potatoes as influenced bycoating with hydrocolloids. Food Chem., 1999; 66: 201-208
  Google Scholar
• 24. Khotimchenko M.Y., Kolenchenko E.A., Khotimchenko Y.S.: Zincbindingactivity of different pectin compounds in aqueous solutions.J. Colloid Interface Sci., 2008; 323: 216-222
  Google Scholar
• 25. Khotimchenko M.Y., Kolenchenko E.A., Khotimchenko Y.S,Khozhaenko E.V., Kovalev V.V.: Cerium binding activity of differentpectin compounds in aqueous solutions. Colloids Surf. B Biointerfaces,2010; 77: 104-110
  Google Scholar
• 26. Kim M.: Highly esterified pectin with low molecular weightenhances intestinal solubility and absorption of ferric iron in rats.Nutr. Res., 1998; 18: 1981-1994
  Google Scholar
• 27. Kim M.: High-methoxyl pectin has greater enhancing effecton glucose uptake in intestinal perfused rats. Nutrition, 2005; 21:372-377
  Google Scholar
• 28. Koseki M., Tsuji K., Nakagawa Y., Kawamura M., Ichikawa T., KazamaM., Kitabatake M., Doi E.: Effects of gum arabic and pectin onthe emulsification, the lipase reaction, and the plasma cholesterollevel in rats. Agric. Biol. Chem., 1989; 53: 3127-3132
  Google Scholar
• 29. Kumar A., Chauhan G.S.: Extraction and characterization ofpectin from apple pomace and its evaluation as lipase (steapsin)inhibitor. Carbohydr. Polym., 2010; 82: 454-459
  Google Scholar
• 30. Liu L., Fishman M.L., Hicks K.B., Kende M.: Interaction of variouspectin formulations with porcine colonic tissues. Biomaterials,2005; 26: 5907-5916
  Google Scholar
• 31. MacKinnon A.C., Liu X., Hadoke P.W., Miller M.R., Newby D.E.,Sethi T.: Inhibition of galectin-3 reduces atherosclerosis in apolipoproteinE-deficient mice. Glycobiology, 2013; 23: 654-663
  Google Scholar
• 32. Malviya R., Srivastrava P., Bansal M., Sharma P.K.: Mango peel pectinas superdisintegrating agents. J. Sci. Industr. Res., 2010; 69: 688-690
  Google Scholar
• 33. Małecki M.T.: Otyłość – insulinooporność- cukrzyca typu 2. Kardiol.Pol., 2006; 64 (Suppl. 6): 561-566
  Google Scholar
• 34. Marounek M., Volek Z., Synytsya A., Copiková J.: Effect of pectinand amidated pectin on cholesterol homeostasis and cecal metabolismin rats fed a high-cholesterol diet. Physiol. Res., 2007; 56: 433-442
  Google Scholar
• 35. Morris V.J., Gromer A., Kirby A.R., Bongaerts R.J., Gunning A.P.:Using AFM and force spectroscopy to determine pectin structureand (bio)functionality. Food Hydrocoll., 2011; 25: 230-237
  Google Scholar
• 36. Nakahara S., Oka N., Raz A.: On the role of galectin-3 in cancerapoptosis. Apoptosis, 2005; 10: 267-275
  Google Scholar
• 37. Nangia-Makker P., Hogan V., Honjo Y., Baccarini S., Tait L., BresalierR., Raz A.: Inhibition of human cancer cell growth and metastasisin nude mice by oral intake of modified citrus pectin. J. Natl. CancerInst., 2002; 94: 1854-1862
  Google Scholar
• 38. Ohkami H., Tazawa K., Yamashita I., Shimizu T., Murai K., KobashiK., Fujimaki M.: Effects of apple pectin on fecal bacterial enzymesin azoxymethane-induced rat colon carcinogenesis. Jpn. J. CancerRes., 1995; 86: 523-529
  Google Scholar
• 39. Olano-Martin E., Gibson G.R., Rastell R.A.: Comparison of the invitro bifidogenic properties of pectins and pectic-oligosaccharides.J. Appl. Microbiol., 2002; 93: 505-511
  Google Scholar
• 40. Olano-Martin E., Rimbach G.H., Gibson G.R., Rastall R.A.: Pectinand pectic-oligosaccharides induce apoptosis in in vitro humancolonic adenocarcinoma cells. Anticancer Res., 2003; 23: 341-346
  Google Scholar
• 41. Olano-Martin E., Williams M.R., Gibson G.R., Rastall R.A.: Pectinsand pectic-oligosaccharides inhibit Escherichia coli O157:H7 Shigatoxin as directed towards the human colonic cell line HT29. FEMSMicrobiol. Lett., 2003; 218: 101-105
  Google Scholar
• 42. Paulsen B.S., Barsett H.: Bioactive pectic polysaccharides. Adv.Polym. Sci., 2005; 186: 69-101
  Google Scholar
• 43. Pienta K., Naik H., Akhtar A., Yamazaki K., Replogle T.S., LehrJ., Donat T.L., Tait L., Hogan V., Raz A.: Inhibition of spontaneousmetastasis in a rat prostate cancer model by oral administration ofmodified citrus pectin. J. Natl. Cancer Inst., 1995; 87: 348-353
  Google Scholar
• 44. Pilnik W.: Pectin a many splendoured thing. W: Gums and stabilizersfor food industry, Phillips G.O., Williams P.A., Wedlock D.J.(red.), Oxford University Press, 1990, 313-321
  Google Scholar
• 45. Platt D., Raz A.: Modulation of the lung colonization of B16-F1melanoma cells by citrus pectin. J. Natl. Cancer Inst., 1992; 84: 438-442
  Google Scholar
• 46. Ramachandran C., Wilk B.J., Hotchkiss A., Chau H., Eliaz I., MelnickS.J.: Activation of human T-helper/inducer cell, T-cytotoxiccell, B-cell, and natural killer (NK)-cells and induction of naturalkiller cell activity against K562 chronic myeloid leukemia cells withmodified citrus pectin. BMC Complement. Altern. Med., 2011; 11: 59
  Google Scholar
• 47. Ramakrishna B.S., Mathan V.I.: Colonic dysfunction in acute diarrhoea:the role of luminal short chain fatty acids. Gut, 1993; 34: 1215-1218
  Google Scholar
• 48. Renard C.M., Jarvis M.: Acetylation and methylation of homogalacturonans2: effect on ion-binding properties and conformations.Carbohydr. Polym., 1999; 39: 209-216
  Google Scholar
• 49. Ryssel H., Kloeters O., Germann G., Schäfer T., Wiedemann G.,Oehlbauer M.: The antimicrobial effect of acetic acid – an alternativeto common local antiseptics? Burns, 2009; 35: 695-700
  Google Scholar
• 50. Saito D., Nakaji S., Fukuda S., Shimoyama T., Sakamoto J., SugawaraK.: Comparison of the amount of pectin in the human terminalileum with the amount of orally administered pectin. Nutrition,2005; 21: 914-919
  Google Scholar
• 51. Salman H., Bergman M., Djaldetti M., Orlin J., Bessler H.: Citruspectin affects cytokine production by human peripheral bloodmononuclear cells. Biomed. Pharmacother., 2008; 62: 579-582
  Google Scholar
• 52. Sánchez D., Muguerza B., Moulay L., Hernández R., Miguel M.,Aleixandre A.: Highly methoxylated pectin improves insulin resistanceand other cardiometabolic risk factors in Zucker fatty rats. J.Agric. Food Chem., 2008; 56: 3574-3581
  Google Scholar
• 53. Schwab U., Louheranta A., Törrönen A., Uusitupa M.: Impact of sugarbeet pectin and polydextrose on fasting and postprandial glycemia andfasting concentrations of serum total and lipoprotein lipids in middleagedsubjects with abnormal glucose metabolism. Eur. J. Clin. Nutr., 2006;60: 1073-1080
  Google Scholar
• 54. Serguschenko I., Kolenchenko E., Khotimchenko M.: Low esterifiedpectin accelerates removal of lead ions in rats. Nutr. Res., 2007; 27: 633-639
  Google Scholar
• 55. Sergushchenko I.S., Kovalev V.V., Bednyak V.E., KhotimchenkoY.S.: A comparative evaluation of the metal-binding activity of lowesterifiedpectin from the seagrass Zostera marina and other sorbents.Russ. J. Mar. Biol., 2004; 30: 70-72
  Google Scholar
• 56. Sgrebneva M.N., Anisimov A.P., Khasina E.I.: Influence of pectinfrom the seagrass Zostera marina on the content of DNA and RNA in rathepatocytes contaminated by lead. Russ. J. Mar. Biol., 2002; 28: 352-354
  Google Scholar
• 57. Sriamornsak P., Wattanakorn N., Takeuchi H.: Study on the mucoadhesionmechanism of pectin by atomic force microscopy andmucin-particle method. Carbohydr. Polym., 2010; 79: 54-59
  Google Scholar
• 58. Sudheesh S., Vijayalakshmi N.R.: Lipid-lowering action of pectinfrom Cucumis sativus. Food Chem., 1999; 67: 281-286
  Google Scholar
• 59. Tahiri M., Pellerin P., Tressol J.C., Doco T., Pépin D., Rayssiguier Y.,Coudray C.: The rhamnogalacturonan-II dimer decreases intestinal absorptionand tissue accumulation of lead in rats. J. Nutr.,2000; 130: 249-253
  Google Scholar
• 60. Vayssade M., Sengkhamparn N., Verhoef R., Delaigue C., GoundiamO., Vigneron P., Voragen A.G., Schols H.A., Nagel M.D.: Antiproliferativeand proapoptotic actions of okra pectin on B16F10melanoma cells. Phytother. Res., 2010; 24: 982-989
  Google Scholar
• 61. Vigne J.L., Lairon D., Borel P., Portugal H., Pauli A.M., HautonJ.C., Lafont H.: Effect of pectin, wheat bran and cellulose on serumlipids and lipoproteins in rats fed on a low- or high-fat diet. Br. J.Nutr., 1987; 58: 405-413
  Google Scholar
• 62. Voragen A.G., Coenen G.J., Verhoef R.P., Schols H.A.: Pectin, a versatilepolysaccharide present in plant cell walls. Struct. Chem., 2009; 20: 263-275
  Google Scholar
• 63. Wang Y., Nangia-Makker P., Balan V., Hogan V., Raz A.: Calpainactivation through galectin-3 inhibition sensitizes prostate cancercells to cisplatin treatment. Cell Death Dis., 2010; 1: e101
  Google Scholar
• 64. Wikiera A., Mika M.: Budowa i właściwości pektyn. Postępy Biochem.,2013; 59: 89-94
  Google Scholar
• 65. Willats W.G., Knox J.P., Mikkelsen J.D.: Pectin: new insights into an oldpolymer are starting to gel. Trends Food Sci. Technol., 2006; 17: 97-104
  Google Scholar
• 66. Younes H., Demigné C., Rémésy C.: Acidic fermentation in thecaecum increases absorption of calcium and magnesium in the largeintestine of the rat. Br. J. Nutr., 1996; 75: 301-314
  Google Scholar
• 67. Zhao Q., Xie B., Yan J., Zhao F., Xiao J., Yao L., Zhao B., Huang Y.: Invitro antioxidant and antitumor activities of polysaccharides extractedfrom Asparagus officinalis. Carbohydr. Polym., 2012; 87: 392-396
  Google Scholar
• 68. Zhao Z.Y., Liang L., Fan X., Yu Z., Hotchkiss A.T., Wilk B.J., EliazI.: The role of modified citrus pectin as an effective chelator of leadin children hospitalized with toxic lead levels. Altern. Ther. HealthMed., 2008; 14: 34-38
  Google Scholar
• 69. Żółtaszek R., Hanausek M., Kiliańska Z.M., Walaszek Z.: Biologicznarola kwasu D-glukarowego i jego pochodnych: potencjalne zastosowaniew medycynie. Postępy Hig. Med. Dośw., 2008; 62: 451-462
  Google Scholar

Pełna treść artykułu