Proprietăţile antioxidante ale preparatelor de origine entomologică

Introducere

Oamenii, din timpuri străvechi, au folosit natura în viaţa cotidiană, fie pentru rezolvarea problemelor nutriţionale, fie pentru a combate sau a preîntâmpina numeroase maladii. În acest context, plantele au fost sursele cele mai larg folosite în formă nativă (infuzii, decocturi, tincturi, extracte), iar ulterior ca preparate neogalenice sau compuşi purificaţi datorită conţinutului de substanţe biologic active (flavonoide, glicozide, alcaloizi, terpene etc.). Iar în ultimele decenii, insectele, datorită numărului mult mai mare comparativ cu plantele (circa trei milioane), au devenit un obiect important de studiu ştiinţific. Acestea prezintă interes nu numai prin numărul lor, ci şi prin modul de adaptare şi de răspuns la condiţiile variate ale mediului. Insectele sunt capabile să producă o mulţime de substanţe biologic active (peptide, hormoni, feromoni, lipide, proteine, glucide, enzime, vitamine, antioxidanţi, ioni etc.) care pot servi ca un model de imitare sau, şi mai important, ca o sursă nouă pentru obţinerea preparatelor medicamentoase. Interesul faţă de insecte a fost determinat de posibilitatea obţinerii din extractele şi/sau liofilizatele acestora a unor compuşi bioactivi, produse naturale şi/sau derivaţi sintetici prin aplicarea tehnologiei moleculare şi a bioingineriei. Cercetările din ultimele decenii au relevat că insectele manifestă o varietate de proprietăţi farmacologice: antibacteriană, antifungică, antivirală, imunomodulatoare, antiinflamatoare, antioxidantă, antitumorală, hepatoprotectoare, antitrombotică, antihipertensivă şi detoxifiantă^{(3,5,12,15,18,24,25)}.

Materiale şi metodă

S-a efectuat o analiză în bazele de date electronice, în special PubMed, biblioteca Cochrane, Google Scholar şi ale Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii (OMS), cu selectarea articolelor publicate între 1 ianuarie 2013 şi 30 aprilie 2023, prin utilizarea cuvintelor-cheie „insecte”, „activitate antioxidantă”, „peptide de insecte” şi „compuşi fenolici”. S-au analizat publicaţiile ştiinţifice privind efectele antioxidante ale derivatelor de insecte şi influenţa acestora asupra unor aspecte patogenetice ale procesului inflamator, cu implicarea stresului oxidativ.

Rezultate şi discuţie

Activitatea antioxidantă. Actualmente, în întreaga lume, în principal în ţările tropicale, peste 2000 de specii de insecte sunt consumate, inclusiv gândaci (coleoptere); omizi, fluturi, molii (lepidoptere); viespi, albine şi furnici (himenoptere); greieri şi lăcuste (ortoptere); cicade, furnici de miere, afide, ploşniţe, cosaşi ai frunzelor, păduchi ţestoşi şi gândaci adevăraţi (hemiptere). Insectele comestibile conţin nutrienţi esenţiali, precum proteine, vitamine, minerale şi acizi graşi. La multe specii, conţinutul de proteine ​​ajunge până la 77%, cu un spectru variat de aminoacizi esenţiali, între 46% şi 96%. Insectele sunt, de asemenea, bogate în minerale precum cupru (Cu), seleniu (Se), fier (Fe), zinc (Zn), calciu (Ca), magneziu (Mg), mangan (Mn) şi fosfor (P), precum şi în vitamine precum biotina, riboflavina, acidul pantotenic şi acidul folic⁽⁴⁾.

Aproximativ 31 de specii de insecte au fost cercetate experimental în vederea potenţialului antioxidant pe modele in vitro şi in vivo. Rezultatele studiilor au demonstrat că fracţiile şi hidrolizatele din insecte au manifestat proprietăţi antioxidante in vivo (în ser, ficat etc.) şi in vitro cu mecanisme de acţiune variind de la creşterea capacităţii antioxidante până la modularea enzimelor antioxidante endogene. Astfel, s-a constatat neutralizarea radicalilor, chelarea ionilor metalelor, modularea glutation-S-transferazei (GST) şi a catalazei. Dovezile din studiile disponibile au arătat că toate insectele testate, cu potenţă variabilă, au fost capabile să reducă stresul oxidativ indus, modulând starea redox a fluidelor celulare şi corporale şi restabilind activitatea afectată a enzimelor antioxidante⁽⁶⁾.

Insectele reprezintă o sursă validă de proteine, minerale, vitamine, acizi graşi şi antioxidanţi cu o eficienţă legată de taxonomia şi obiceiurile lor alimentare. Studiul realizat de Di Mattia et al. a comparat activitatea antioxidantă a fracţiuni liposolubile şi hidrosolubile a 12 specii de insecte comestibile cu sucul proaspăt de portocale şi uleiul de măsline. Rezultatele au arătat că extractele hidrosolubile de lăcuste, viermi de mătase şi greieri prezintă cele mai mari valori relevate în testul TEAC (capacitate antioxidantă echivalentă cu Trolox), care erau de cinci ori mai mari decât valorile sucului proaspăt de portocale. În plus, extractele hidrosolubile de lăcuste, omizi africane şi greieri au avut o putere de reducere a ionilor ferici (FRAP) dublă faţă de cea a sucului proaspăt de portocale. În ceea ce priveşte fracţia liposolubilă, viermii de mătase, cicadele de seară şi omizile africane au prezentat un TEAC de două ori mai mare decât uleiul de măsline. Totodată, în cursul acestui studiu s-a constatat că, după conţinutul fenolic, probele de insecte nu prezentau valori mai mari în comparaţie cu sucul proaspăt de portocale, ceea ce sugerează că această capacitate a lor antioxidantă se datorează nu doar acestei clase de compuşi. Mai mulţi autori au estimat că proteinele pot să contribuie la capacitatea lor antioxidantă. Analiza comparativă a arătat că principalii compuşi antioxidanţi din sucul de portocale sunt acidul ascorbic şi substanţele fenolice solubile în apă, iar pentru uleiul de măsline, tocoferolii şi substanţele fenolice amfifilice. Aceste date sugerează că insectele sunt înzestrate cu un model deosebit de componente redox, precum compuşi fenolici, proteine şi compuşi neidentificaţi, capabili să contracareze stresul oxidativ în mediul apos şi lipofil⁽⁷⁾.

Extractele proteice şi peptidele insectelor au atras atenţia cercetătorilor. Produsele de hidroliză a proteinelor larvelor de muşte domestice au relevat activitatea de captare a radicalilor superoxid şi hidroxil, iar un hidrolizat de proteine din larve de viermi de mătase a prezentat activitate ridicată de reducere a radicalilor DPPH şi de chelare a ionilor feroşi. Peptidele bioactive obţinute din hidroliza greierilor întregi au demonstrat activitate antioxidantă relevată prin reducerea radicalului DPPH. O peptidă purificată din furnica ţesătoare (Oecophylla smaragdina) a prezentat o puternică reducere a radicalilor DPPH şi ABTS. Concomitent cu produsele proteice, chitosanul de insecte, la fel, este o sursă bună de substanţe active antioxidante. Chitosanul izolat din larvele Musca domestica a demonstrat o capacitate antioxidantă marcantă la testul DPPH, mai intensă decât a acidului ascorbic, şi o capacitate de reducere şi de chelare a ionilor feroşi⁽²⁴⁾.

La analiza componenţei hidrolizatelor au fost identificaţi aminoacizii care au contribuit la activitatea antioxidantă: glutamatul (Glu), aspartatul (Asp), arginina (Arg) şi lizina (Lys). S-a estimat că aminoacizii aromatici şi hidrofobi prezenţi în extractele de Musca domestica au contribuit la reducerea radicalilor DPPH. Chitosanul din larvele de M. domestica a exercitat o activitate antioxidantă mai pronunţată decât acidul ascorbic. Unii autori au confirmat activitatea antioxidantă a extractelor şi hidrolizatelor din T. molitor şi A. domesticus care era direct proporţională cu gradul de hidroliză şi cu nivelul de peptide cu masa moleculară mică, ceea ce a determinat o capacitate mai mare de captare a radicalilor DPPH. Totodată, activitatea de reducere a radicalilor DPPH a extractelor hidrice, alcoolice şi hidroalcoolice din T. molitor şi A. domesticus a fost în concordanţă cu conţinutul de compuşi fenolici^(3,12).

Analiza prin cromatografie gazoasă a extractului din T. molitor a identificat 42 de compuşi, subdivizaţi în funcţie de familia chimică în lipide, compuşi de azot, acizi organici, carbohidraţi, steroli şi hidrocarburi. Cea mai mare proporţie au constituit-o lipidele, inclusiv acidul linoleic şi acidul oleic, urmate de monogliceride. Acidul oleic a demonstrat influenţe benefice incontestabile asupra sănătăţii, în timp ce acidul linoleic poate creşte nivelul mediatorilor proinflamatori prin majorarea raportului n-6/n-3 al acizilor graşi nesaturaţi peste 5. O revizuire recentă a estimat efectele pozitive ale acidului linoleic asupra sănătăţii cardiovasculare şi cardiometabolice⁽¹⁵⁾.

Aminoacizii liberi au constituit al doilea grup de compuşi ai extractului de T. molitor, prolina constituind fracţia majoră, urmată de tirozină şi de acidul piroglutamic. Prolina, aminoacid esenţial, poate modula mediul redox intracelular şi poate proteja faţă de stresul oxidativ. Concomitent, prolina a anihilat efectele lipopolizaharidei (LPS) asupra parametrilor stresului oxidativ şi a complexelor moleculare ale lanţului respirator mitocondrial. Printre alţi compuşi cu proprietăţi antioxidante au fost identificaţi acidul azelaic şi acidul izocitric^(11,15,20).

Activitatea antioxidantă a diferitelor insecte a fost asociată cu conţinutul ridicat de proteine sau de prezenţa biopeptidelor. Biopeptidele, molecule proteice mici (6 kDa) compuse din mai puţin de 20 de resturi de aminoacizi, pot manifesta diverse proprietăţi biologice, inclusiv antioxidante. S-a raportat că biopeptidele din viermele bumbacului (Spodoptera littoralis) prezintă o capacitate de reducere a ionilor ferici (FRAP) şi a radicalului DPPH⁽²²⁾.

Neutralizarea radicalilor hidroxilici şi a peroxidului de hidrogen a fost cercetată utilizând 29 de peptide antioxidante izolate din hidrolizatul din lăptişorul de matcă (LM), dintre care 12 peptide mici cu 2-4 reziduuri de aminoacizi (Ala-Lys, Phe-Arg, Ile-Arg, Lys-Phe, Lys-Leu, Lys-Tyr, Arg-Tyr, Tyr-Asp, Tyr-Tyr, Leu-Asn-Arg şi Lys-Asn-Tyr-Pro) au prezentat cea mai puternică activitate. Mai mult, trei dipeptide (Lys-Tyr, Arg-Tyr şi Tyr-Tyr) din LM indică o activitate puternică de cicatrizare datorată donării atomului de hidrogen din grupa lor hidroxil fenolică⁽²⁾.

Peptidele derivate din hidroliza enzimatică a Eupolyphaga sinensis Walker ar putea elimina radicalii liberi hidroxil, anionii superoxid şi DPPH, au redus conţinutul dialdehidei malonice (DAM) şi au sporit activitatea catalazei, glutation peroxidazei (GPx) şi superoxidismutazei-T în ficat⁽²⁵⁾.

Derivaţii fenolici reprezintă o altă clasă importantă responsabilă de potenţialul antioxidant al insectelor. Compuşii bioactivi fenolici acţionează ca antioxidanţi prin creşterea activităţii superoxidd ismutazei (SOD), GPx, a conţinutului glutationului (GSH) şi prin reducerea nivelului monoxidului de azot (NO) şi a DAM^(3,17).

Compuşii fenolici prezintă diverse activităţi biologice, antiinflamatoare, antioxidante, anticancerigene, antimicrobiene, hipotensive şi antihiperglicemiante. S-a raportat prezenţa acidului clorogenic, epicatechinei, acidului cumaric, acidului cafeic, acidului galic, kaempferolului şi a galatului de epicatechină în Ascra cordifera, Brachygastra mellifica şi Hermetia illucens. La determinarea activităţii antioxidante prin metodele ABTS, DPPH şi FRAP s-au constatat diferenţe în funcţie de alimentaţia insectelor. Concomitent, s-a modificat şi conţinutul de δ-tocoferol, γ-tocoferol şi α-tocoferol în funcţie de dietă. În acest context, s-a estimat că metaboliţii insectelor sunt o sursă de compuşi bioactivi, dintre care unii nu se găsesc în plante⁽²²⁾.

Polifenolii manifestă proprietăţi antioxidante în funcţie de structura grupărilor funcţionale. Grupările hidroxil determină acţiunea antioxidantă prin captarea radicalilor şi capacitatea de chelare a ionilor metalelor. Polifenolii pot determina suprimarea formării SRO prin inhibarea enzimelor implicate în producerea lor şi/sau reglarea ori protecţia apărării antioxidante. Polifenolii pot interacţiona cu compuşii nepolari din membrana plasmatică, ducând la afectarea posibilităţii de oxidare a lipidelor sau a proteinelor. Unele flavonoide pot diminua disponibilitatea oxidanţilor şi pot proteja astfel structura şi funcţia membranei. Polifenolii pot modula producerea de NO prin interacţiunea cu sintazele NO. Astfel, s-a relatat că unele flavonoide (cvercetina, silibinina, luteolina) pot inhiba activitatea xantinooxidazei, responsabilă de producerea radicalilor liberi. S-a estimat, de asemenea, că flavonidele pot reduce activitatea peroxidazei şi pot inhiba eliberarea de radicali liberi de către neutrofile şi activarea acestora de alfa₁-antritripsină^(10,13).

Extractul metanolic din lăcusta Oxya yezoensis a determinat o activitate antioxidantă prin creşterea activităţii SOD şi reducerea radicalului DPPH, care a fost în corelaţie cu conţinutul de compuşi fenolici. În aceleaşi condiţii, extractul hexanolic nu a prezentat activitate antioxidantă, dar a manifestat inhibarea beta-hexozaminidazei prin conţinutul de acizi graşi, precum acid linolenic, acid linoleic şi acid oleic, cu efecte antialergice posibile. Compuşii fenolici par să joace un rol important în efectul antioxidant al extractelor de insecte, cum ar fi extractul etanolic de Holotrichia parallela⁽²¹⁾.

Investigaţiile metabolomice pentru flavonoide la insectele comestibile sunt foarte limitate. Până în prezent, aproximativ 85 de compuşi flavonoizi au fost identificaţi, din 22 de specii de insecte din trei familii, pentru Hymenoptera, Acrididae şi Lepidoptera. Insectele nu pot sintetiza flavonoide, dar le pot acumula din plantele ingerate. Fu et al. au încercat o abordare metabolomică pentru a identifica flavonoidele la viermele de mătase de stejar chinezesc, Antheraea pernyi Guérin-Méneville (Lepidoptera: Saturniidae). S-au identificat peste 200 de metaboliţi flavonoizi din intestinul mediu al larvelor de A. pernyi, care aparţin la opt subclase, inclusiv flavone, flavonoli, flavonoide, flavanone, polifenoli, izoflavone, antociane şi proantocianidine⁽²⁶⁾.

Extractele din Acheta domesticus şi Tenebrio molitor obţinute prin procedee noi de extragere asistată cu ultrasunete şi extracţie lichidă sub presiune au relevat o activitate antioxidantă marcantă. Prin metoda cromatografiei de gaze cuplată cu spectrometrie de masă (GC-MS) s-a constatat că substanţele care prezentau activitate antioxidantă au fost în principal compuşii fenolici totali⁽¹⁴⁾.

Catechina, substanţă de natură polifenolică identificată în extractul etanolic de Holotrichia parallela Motschulsky, ar putea deriva din cuticula insectelor sau din plantele pe care insectele le consumă⁽⁴⁾.

Nu doar componenţa insectelor determină potenţialul antioxidant, ci şi stadiul de dezvoltare a insectelor la momentul preparării extractelor. Studiul derivatelor din gândacul Serrognathus platymelus castanicolor Motschulsky, în diferite etape de dezvoltare, a demonstrat că extractele metanolice din stadiul de pupă au avut o activitate antioxidantă mai mare decât a dulţilor sau larvelor, la testele ABTS şi ORAC.

S-a demonstrat că afecţiunile inflamatorii sunt însoţite de stres oxidativ, care agravează şi mai mult evoluţia procesului patologic. În procesul inflamator, celulele sunt expuse la o varietate de oxizi, cu formarea ulterioară a complexelor cu ADN-ul, lipidele şi structurile proteice care determină modificări organizaţionale majore. Speciile reactive de oxigen (SRO), oxidanţi binec unoscuţi, induc diverse enzime protectoare, precum SOD, CAT, GR etc., pentru a reduce stresul oxidativ. Mecanismul enzimatic de apărare faţă de SRO, stimulat prin diverse alimente/biomateriale, poate induce efecte antioxidante suplimentare, cu ameliorarea procesului inflamator⁽²³⁾.

Studiile experimentale in vitro au demonstrat activitatea antioxidantă marcantă a supernatantului din gândacii integri de Periplanta americana, prin captarea radicalilor ABTS şi DPPH într-o manieră dependentă de doză. Cercetările privind modelul de inflamaţie indusă prin caragenan au relevat că extractul din gândaci americani a redus nivelul de DAM şi a restabilit conţinutul de GSH şi SOD. S-a estimat o corelaţie între stresul oxidativ şi inflamaţie datorită SRO care induc activarea NF-kB, reglând expresia factorilor inflamatorii IL-1-beta, IL-6 şi TNF-alfa. Extractul din Periplaneta americana a inhibat expresia ARNm şi producerea de citokine proinflamatorii în celulele stimulate prin LPS⁽¹⁶⁾.

Extractele de Lepidoptera au potenţialul de a atenua stresul oxidativ, precum şi proprietăţi imunostimulatoare. Son et al. au evaluat cinci specii de fluturi (Papilio maackii, Papilio xuthus, Pieris rapae, Eurema hecabe şi Sasakia charonda) şi au cercetat supernatantul obţinut după centrifugarea extractelor obţinute cu diferiţi solvenţi (apă distilată, dimetil sulfoxid – DMSO , etanol şi metanol). Extractul hidric şi etanolic de Papilio maackii a demonstrat o activitate de reducere a radicalului DPPH de 80%, cel metanolic – 70%, iar extractul cu DMSO – 47%. Pentru extractele de Pieris rapae şi Eurema hecabe s-a relevant o activitate antioxidantă cu 20% mai mică decât cea a altor tipuri de extracte. În testul FRAP, activitatea creştea într-o manieră dependentă de timp, cu excepţia extractelor Pieris rapae şi Eurema hecabe. S-a arătat că extractul apos a prezentat o activitate antioxidantă mai mare decât orice alt sistem de solvenţi. În general, cea mai activă probă a fost extractul de Papilio maackii, indiferent de sistemul de solvent utilizat⁽²³⁾.

Lepidopterele conţin o mulţime de alcaloizi, inclusiv isoxantopteri, care manifestă activităţi antibacteriene, antitumorale şi antiinflamatorii, iar prin conţinutul de compuşi fenolici, larvele lor au demonstrat activitate antioxidantă⁽²³⁾.

Sistemul de apărare antioxidantă intracelulară, format din enzime antioxidante (SOD, CAT, GST etc.), substanţe neenzimatice (vitamina C, vitamina E etc.) şi compuşi cu grupări tiol (GSH), este capabil să reducă SRO sau să prevină formarea lor. Incubarea extractului apos din Vespa affinis (EAVA) cu enzimele recombinate rGST şi rCAT a crescut semnificativ activitatea lor în comparaţie cu cele observate în probele doar cu enzimă recombinată sau extract. Astfel se poate explica rolul inhibitor al acestuia în producerea de radicali liberi în sistemul liber celular, incubarea EAVA cu plasmă umană crescând activităţile GST. Studiul pe modelul de cultură de celule monocite a demonstrat că tratamentul cu un prooxidant, H₂O₂, a provocat o scădere semnificativă a activităţii GST şi CAT, iar suplimentarea cu EAVA poate preveni, de asemenea, producţia intracelulară de SRO indusă de H₂O₂ în monocite. Potenţialul antioxidant al extractului apos din Vespa affinis a fost comparabil cu cel al N-acetilcisteinei, un antioxidant standard împotriva expunerii la H₂O₂. S-a observat, de asemenea, o creştere semnificativă a conţinutului total de tiol în EAVA. Astfel, extractul hidric din Vespa affinis a demonstrat un rol benefic în stresul oxidativ prin inhibarea producţiei de radicali liberi şi stimularea activităţilor enzimelor antioxidante^(9,19).

Hidrolizatele din larvele de Tenebrio molitor au prezentat activitate de captare a radicalilor liberi, iar pe liniile celulare mioblastice s-a demonstrat că greierul Brachytrupes orientalis scade producţia de SRO intracelulare, peroxidarea lipidelor şi reglarea expresiei proteinei Nrf2 şi a glutation S-transferazei, implicate în răspunsul la stres (Di Mattia, 2019).

Lăptişorul de matcă (LM) adăugat în dieta şobolanilor Sprague-Dawley alimentaţi cu fumonisină contaminată (FB) (200 mg/kg) a atenuat efectul nociv al FB prin îmbunătăţirea formării GPx şi reducerea efectelor peroxidării lipidelor şi a generării radicalilor liberi. LM ar putea preveni genotoxicitatea indusă de cadmiu şi stresul oxidativ la şoareci, prin creşterea nivelului de GSH şi reducerea nivelului de MDA. La şobolanii expuşi la cisplatină şi tetraclorură de carbon, administrarea LM ar putea creşte rezistenţa împotriva stresului oxidativ a ţesuturilor hepatice şi renale, ceea ce se manifestă prin scăderea producţiei de MDA şi creşterea concentraţiei enzimelor antioxidante celulare (SOD, CAT, GR şi GPx). În mod similar, MRJP-2 (proteine majore din LM) au acţiune antioxidantă potenţială prin scăderea activităţii caspazei-3 şi a apoptozei celulare induse de stres oxidativ, urmată de creşterea viabilităţii celulare⁽²⁾.

Studiile pe modelele animale au fost în concordanţă cu rezultatele in vitro şi au demonstrat efecte antioxidante ale insectelor, cu un mecanism de acţiune variind de la creşterea capacităţii antioxidante până la modularea enzimelor antioxidante endogene. S-a estimat că efectul antioxidant a fost mai evident în cazul prezenţei factorilor de stres specifici, precum dieta bogată în grăsimi, stresul oxidativ, obezitatea, boala hepatică alcoolică sau iradierea cu raze ultraviolete⁽⁶⁾.

Inflamaţia este un răspuns normal la infecţii şi alţi factori nocivi şi este mediată de sistemul imunitar înnăscut şi adaptativ al organismului, dar care, dacă este stimulat excesiv, duce la dezvoltarea afecţiunilor inflamatorii cronice şi la boli autoimune. Totodată, afecţiunile inflamatorii sunt însoţite de stres oxidativ, care agravează şi mai mult evoluţia procesului patologic. Medicamentele antiinflamatoare nesteroidiene şi steroidiene sunt eficiente în diferite faze ale inflamaţiei, dar pot produce concomitent diferite efecte secundare asupra gazdei. Prin urmare, atenţia ştiinţifică se concentrează recent asupra entomoterapiei, deoarece compuşii de origine entomologică pot inhiba secreţia de citokine şi pot regla expresia genelor, precum şi a proteinelor pentru moleculele de semnalizare implicate în patofiziologia inflamaţiei (Dutta, 2019). Concomitent, preparatele de origine entomologică prezintă o gamă de compuşi bioactivi cu efecte benefice, precum activitatea antioxidantă, imunomodulatoare sau detoxifiantă, care pot ameliora suplimentar evoluţia procesului inflamator^{(3,12,15,18,24,25)}.   

Conflict de interese: niciunul declarat

Suport financiar: niciunul declarat
Acest articol este accesibil online, fără taxă, fiind publicat sub licenţa CC-BY.