Фенолы фиолетовой кукурузы борются с диабетом, ожирением и воспалением в клетках мышей

Учёные из Университета Иллинойса вывели новые гибриды фиолетовой кукурузы, содержащие различные комбинации фитохимических веществ, которые могут бороться с ожирением, воспалением и диабетом, как показало новое исследование на клетках мышей.

Перикарп (наружный слой) зёрен фиолетовой и другой ярко окрашенной кукурузы также может стать альтернативным источником красителей для пищевых продуктов, что даёт производителям кукурузы ещё один продукт с добавленной стоимостью. Об этом сообщила команда под руководством профессора пищевых наук Эльвиры Гонсалес де Мехия и профессора растениеводства Джона Джувика. Результаты опубликованы в журнале Food Chemistry.

Исходя из штамма кукурузы Apache Red, команда Джувика вывела 20 генетических разновидностей фиолетовой кукурузы, каждая с уникальным сочетанием антоцианов — питательных природных пигментов, придающих перикарпу яркий цвет.

Фенольные соединения, широко распространённые в растительных тканях, часто ароматичны и влияют на цвет, вкус и кислотность фруктов. Антоцианы — один из классов фенолов. Исследования связывают потребление богатой антоцианами пищи со сниженным риском сердечно-сосудистых заболеваний, диабета 2-го типа и некоторых видов рака.

Используя воду под давлением, постдокторант и соавтор исследования Диего Луна-Виталь экстрагировал антоцианы из перикарпа зёрен кукурузы, создав богатые антоцианами водные экстракты, которые затем лиофилизировали. Анализы показали, что перикарп — обильный источник антоцианов и фенольных соединений, но их концентрация значительно варьировалась среди разновидностей.

Чтобы изучить влияние антоцианов на воспаление, вызванное ожирением, аспирантка и первый автор исследования Цяочжи Чжан объединила жировые клетки (адипоциты) мышей с крупными иммунными клетками — макрофагами.

Клеточные модели мышей в исследовании имитировали либо клетки людей с ожирением, имеющих высокие концентрации липидов и воспаление, либо здоровых людей, регулярно употребляющих растения с фенольными соединениями. «Это очень реалистичные модели, которые можно перенести на исследования in vivo с людьми или животными», — сказала де Мехия.

«Мы оценили некоторые очень специфические биомаркеры, уже известные как связанные с воспалением и адипогенезом — превращением преадипоцитов в зрелые адипоциты, которые накапливают жир», — сказал Луна-Виталь.

Они наблюдали, что фенольные соединения в экстрактах изменяли развитие клеток, снижая содержание жира в адипоцитах на 8–56% в зависимости от использованных фенолов.

Для изучения влияния соединений на инсулинорезистентность (метаболическую дисфункцию, связанную с диабетом) учёные использовали белок клеточной сигнализации, чтобы вызвать инсулинорезистентность в жировых клетках мышей, затем обработали клетки антоциановыми соединениями и отследили поглощение глюкозы.

Ключевой маркер инсулинорезистентности снизился на 29–64%, а поглощение глюкозы клетками уменьшилось на 30–139% в зависимости от химического состава использованных антоцианов.

«Мы наблюдали очень важные изменения в молекулах, которые снижали окислительный стресс и воспаление в инсулинорезистентных адипоцитах. Мы также обнаружили важные изменения в провоспалительных молекулах в иммунных клетках», — сказал Луна-Виталь.

Результаты позволяют предположить, что разные уровни и химические составы этих фенольных соединений могут предотвращать ожирение или улучшать инсулиновый профиль людей с ожирением.

Меньшие фенолы, такие как кверцетин, лютеолин и рутин (присутствующие во многих растительных продуктах), сыграли ключевую роль в снижении некоторых маркеров ожирения, воспаления и диабета 2-го типа. «В то время как другие, такие как ванилиновая и протокатеховая кислота, уменьшали потенциальное превращение преадипоцитов в адипоциты», — сказала де Мехия.

Она подчеркнула, что «очень важно отметить, что это не одно или два соединения, а комбинации фенольных соединений», работающие вместе, ответственны за полезные эффекты.

Аспирантка и соавтор исследования Лора Чэтхем в настоящее время проводит геномную селекцию для идентификации ДНК-маркеров, связанных с наиболее перспективными эффектами для здоровья, чтобы вывести гибриды кукурузы с этими свойствами.

Помимо полезных для здоровья свойств, перикарп красной, фиолетовой и другой ярко окрашенной кукурузы может служить натуральным пигментом для пищевой промышленности, удовлетворяя высокий потребительский спрос на альтернативы синтетическим красителям.

«Мы подсчитали, что весь красный краситель № 40 (один из основных красителей, используемых в США) можно заменить пигментом, полученным примерно с 600 000 акров кукурузы. И мы могли бы производить богатый антоцианами перикарп в достаточных количествах, чтобы производители добавляли его в напитки или специальные продукты с фармацевтическими свойствами», — сказал Джувик.

Ещё одно преимущество сушёной кукурузы — её стабильность при хранении, что обеспечивает экономичную замену скоропортящимся фруктам и овощам, которые производители также используют для окрашивания многих продуктов и напитков.

«Преимущество использования воды для экстракции антоцианов из перикарпа в том, что это самый простой, прямой и недорогой способ для промышленности удалить эти соединения по сравнению с другими, более сложными и дорогими протоколами экстракции», — сказал Джувик.