TOKOFEROL - Vitamin E

Transkript

1 TOKOFEROL - Vitamin E Pelda Sen Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling, 7,5 hp Höstterminen 201 Avdelning för Farmakognosi Institution för Läkemedelskemi Handledare: Lars Bohlin 1

2 Innehållsförteckning 1. Historisk bakgrund 2. Molekylstruktur 3. Metodbeskrivning för t ex extraktion och isolering av substansen. 4. Beskrivning av biologisk aktivitet - absorption - biologisk aktivitet 5. Klinisk effekt och användning 6. Referenslista 2

3 Introduktion Tokoferol och tokotrienol tillhör gruppen vitamin E som är ett essentiellt vitamin och som produceras hos både växter och djur. Tokoferol (antioxidant vitaminer) skyddar celler från fria radikaler och så sätt undvika vävnadsskada eller oxidativt stress av fria radikaler som i vanliga fall är relaterad till inflammatoriska sjukdomar, cancer, kardiovaskulära sjukdomar, neurodegenerativa störningar men även katarrakt pga. fria radikaler kan orsaka oxiderade produkter (Rocheford et al., 2002; Jiang et al., 2001; Sen et al., 2006) Dess huvudroll i människan är hittills inte fastställd men behövs för normal fetal utveckling och tillväxt hos råttor samt har visat en hel del icke antioxidations egenskaper hos människan (Samuelsson, 2009; Sen et al., 2006). I denna uppsats skall det göras en utredning av biologisk aktivitet, klinisk effekt och användning av tocopherol då dess huvudroll inte är fastställd och är i utvecklingsfasen. Litteraturstudien är fokuserad på en viktig naturprodukt som befinner sig i "Drug Discovery" fasen och dess biologiska aktivitet samt kanske har haft betydelse för läkemedelsutveckling. Historisk bakgrund Engelsk mannen William Fletcher som undersökte näringsämnen i födan upptäckte att opolerat ris förhindrade mot beriberi och att polerat ris inte gjorde det år Även biokemisten Sir Fredrick Gowland Hopkins upptäckte viktiga komponenter i födan som skulle kunna vara viktiga näringsämnen men kunde inte fastställa exakta komponenter i födan som var viktiga för hälsan tills den polska vetenskapsmannen Cashmir Funk gav namnet vitamine för viktiga näringsämnen som var en del av föda. Vita betyder liv och amine är komponenter från tiamin som isolerades ifrån risskal. När man senare upptäckte att alla vitaminer inte innehöll kväve komponenter samt var aminer kortade man ner namnet till vitamin. Vitamin hypotesen om att brist på vitaminer kunde leda till sjukdomar formade Hopkins och Funk tillsammans (Sen et al., 2006). Det var inte förrän 1922 som vitamin E upptäcktes hos bladgrönsaker av Evans och Bishop som ett näringsämne för reproduktion hos möss och år 1924 då den fick namnet vitamin E. Sedan dess har den varit en substans där man påvisat andra 3

4 viktiga roller hos vitamin E i både växter och djur (Torbert et al., 2002; Traber och Atkinson, 2007; Jiang et al., 2001; Sen et al., 2006). Den fick även vetenskapliga namnet tokoferol i och med dess fertila effekt. Orden kommer från grekiskan med tokos vilket betyder förlossning och pheros som betyder att ta tillbaka. Ändelsen ol syftar på alkohol egenskapen i molekylen (Sen et al., 2006). Vitamin E upptäcktes senare i 1936 i vetegroddsolja där den sedan framkom som ett essentiellt vitamin eftersom kroppen inte kan tillverka sitt eget vitamin var den förr första gången kemiskt syntetiserad (Sen et al., 2006). Den predominata formen av vitamin E som förekommer mest hos växter är tocopherol och utvinns ifrån frön, vegetabiliska oljor, vetegroddar, kött, ägg, gröna bladväxter gula, havrekärna och majskärna, sojabönor, valnötter och sesam (Samuelsson, 2009; Rocheford et al., 2002; Traber och Atkinsson, 2007; Huang och Appel, 2003). Huvudsakliga formen av tokoferol hos människor och djur är -tokoferol. Fastän - tokoferol har varit den formen som man har mest koncentrerat sig på börjar bli den form som man börjar analysera i mindre utsträckning då tokoferol har visat nya egenskaper i senare studier som tycks vara viktigt för människors hälsa. (Jiang et al., 2001). I nuvarande rekommendationer för kostintag ingår den inte. Detta på grund av att tokoferol har även visat sig ha ett låg biotillgänglighet och bioaktivitet jämfört med -tococpherol i djurförsök som gjorts. Dock finns det riklig mängd av tokoferol i kost i USA på grund av stort intag av dessa kostrar i USA (Jiang et al., 2001; Huang och Appel, 2003). Vitamin E används i andra sammanhang förutom ett viktigt essentiellt intag av vitamin hos människor. Vitamin E spelar en viktig roll för exempelvis hållbarheten vid inpackning av kött där det skyddar mot missfärgning, obehaglig och härsken lukt och mot färgstabilitet hos biffstek (Rocheford et al., 2002). Molekylstruktur av tokoferol Tokokromanol är ett lipofilt antioxidant och dess generella struktur består av kromanol ring innehållande av 16 kolatoms kedja och är klassificerade som 4

5 antisterila vitaminer. Biosyntesen av tokokromanol leder till produktion av tokoferol och tokotrienol (fettlösliga molekyler) där sidokedjorna skiljer de åt. Tokoferol har exempelvis mättad svans medan tocotrienol har en svans som består av dubbelbindningar på kol 3, 7, 11 (Rocheford et al., 2002, Sen et al., 2006). Tokoferol och tokotrienol förekommer i 8 olika former med olika vitamin E- aktiviteter. Både tocopherol och tokotrienol består av -, -, -, där antalet methylgrupper och dess lokalisation i molekylen skiljer de åt (Samuelsson, 2009; Rocheford et al., 2002; Jiang et al., 2001; Egger et al., 2003; läkemedelsverket). Fig. 1 Molekylstruktur av Tocopherol och Tocotrienol Som det nämndes ovan är även tokoferol och tokotrienoler fettlösliga vitaminer. Dessa fungerar också som antioxidanter och skyddar kroppen mot fria radikaler som bildas i kroppen (Läkemedelsverket). I och med olika subgrupper, har tokoferol olika biologisk aktivitet i kroppen. -tokoferol har den högsta vitamin E-aktiviteter hos människor och djur samt i blod plasma medan - tokoferol har häften av aktiviteten och - och -tokoferol har 10% 5

6 respektive 3 % vitamin E- aktivitet. Procentuellt har tokotrienoler mindre vitamin E- aktivitet än tokoferol. Till och med så låg aktivitet hos -och -tokotrienol att de är inaktiva (Samuelsson, 2009; Rocheford et al., 2002; Jiang et al., 2001). Tokoferols förmåga att donera elektroner (väte från fenolgrupp) till lipid radikaler ger den dess antioxidation egenskap. Denna egenskap brister det om hos tokoferol eftersom den saknar elektron donerande metylgrupp på kromanolringen och har en mer stabil fenol radikal och förblir därmed mindre potent som en antioxidant för inhibering av lipid peroxidation, dvs. oxidativ degradering av lipider (Jiang et al., 2001; Sen et al., 2006). Tokoferol har både en fotosyntetisk och icke-fotosyntetisk funktion och finns lagrade i kloroplast hos fotosyntetisk vävnad där den är involverad i att skydda omättade polylipider (fettsyror) samt lagring av lipider men då befinner sig tokoferol i icke fotosyntetisk vävnad (Rocheford et al., 2002). Metodbeskrivning för t ex extraktion och isolering av substansen Isoleringen av tokoferol har gjorts sedan lång tid tillbaka på lite olika sätt. Att mäta tokoferol i exempelvis majs korn är mycket tidskrävande, kräver många procedurer att göra samt dyra utrustningar. Säden utförs i olika extraktionssteg därefter med körs de extraherade proverna i vätskekromatografi (HPLC) (Rocheford et al., 2002) I en studie från Japan extraherade man tokoferol från hasselnöt. Hackade hasselnötter extraherades med en soxlet extraktion med petroleum eter i 1,5 h under grader. Den mängd erhållen olja späddes ut i hexan och filtrerades sedan i LC filter disk som sedan kunde iakttas i en HPLC apparat (Amaral et al., 2005). 3. Beskrivning av biologisk aktivitet Absorption Enligt studier som har gjorts beror den höga biologiska aktiviten hos -tococpherol på dess selektiva absorption av hepatisk -tococpherol transferas protein ( -TTP) i levern och har varit baserad på fetal resorption analyser. Både och absorberas via tunntarmen och genomgår en sekretion i kylomikroner tillsammans med triacylglycerol och kolesterol men -tokoferol är detekterad i plasma tio gånger 6

7 nivån av tokoferol. Detta visar att absorptionen för dessa två substanser är skillnaden i biotillgänglighet (Rocheford et al., 2002;Jiang et al., 2001). Vid katabolisering av kylomikroner, transporteras vissa utav kylomikronbundna vitamin E till hjärnan, muskler, fettvävnad dvs., till perifera vävnader vilket har rapporterats med % av den totala vitamin E som utgörs av tokoferol i muskler, vener, fettvävnader samt i huden hos människor (Jiang et al., 2001 ). Med hjälp av -TTP sker en inkorporering av de resterande chylomikroner i VLDL när de tas upp av levern och distribueras ut i kroppen (Jiang et al., 2001). Biologisk aktivitet Förutom dess antioxidation aktivitet har tokoferol en mängd andra icke antioxidations aktiviteter i kroppen som har fått en mer framträdande del i dessa undersökningar som exempelvis inhibering av glattmuskelcells proliferation genom att -tokoferol med koncentration på mol/l inhiberar protein Kinas C (Jiang et al., 2001) men även inhiberar 5-lipoxygenase, phospholipase A2 och aktiverar diacylglycerol kinas och protein fosfatas 2A (Sen et al., 2006). Biologiska studier, in vitro studier, visar det sig att -tokoferol är mer effektiv att inhibera celltillväxt av prostata cancer jämfört med -tokoferol Men även att skydda mot oxidativt DNA skada. (Huang och Appel, 2003). Det har visat sig att plasma nivån har varit betydligt lägre hos patienter med hjärtkärlssjukdomar än hos friska kvinnor eftersom samt tokoferol ökar nitrioxid och endotelial nitrioxid suntetas aktiviteten. Detta är pga att nitrioxid är nyckeln till vaskulär homeostas. tokoferol har också visat sig ha en högre antioxidant effekt än -tokoferol (Torbert et al., 2002; Jiang et al., 2001 ). tokoferol har ett skydd mot kardiovaskulära sjukdomar enligt många studier (Jiang et al., 2001) Användning av -tokoferol tycks påverka -tokoferol genom att minska dess serumoch vävnadshalt. Den har en svagare affinitet till -tokoferol transportprotein. Detta har påvisat hos möss och inga experiment har bevisats hos människor (Huang och Appel, 2003) 7

8 Konsumtion av nötter som innehåller en stor mängd -tokoferol har visats sig ha en stor effekt på minskning av kardiovaskulära sjukdomar, speciellt hjärtinfarkt (Jiang et al., 2001). Både positiva och negativa korrelationer mellan plasma koncentrationen av - tokoferol och risken att drabbas av cancer i epidemiologiska studier. En del studier har visat en hög koncentration av -tokoferol hos patienter med exempelvis oral och pharyngal cancer. Även vid rökning har en ökning av -tokoferol setts som är associerat med produktionen av RNOS (Jiang et al., 2001). Det omvända har också upptäckts där icke-rökare har haft en hög koncentration av -tokoferol. Det som även kan påverka metabolismen av -tokoferol är andra särskilda cancer typer sjukdomar och utvecklingen av dessa. Säkrare bevis behöver erhållas innan något kan säkerställas (Jiang et al., 2001). Klinisk effekt och användning -tokoferol anses inte ha mutagen,carcenogen och teratogen effekt enligt de toxicitet testerna som utförts (Huang och Appel, 2003). Kända biverkningar av vitamin E behandling saknas. De biverkningar som rapporterats är muskelskador och symptom från nervsystemet (Läkemedelsverket). En förlängd blödningstid kan uppstå om höga doser E-vitamin samtidig behandling med blodförtunnande eftersom tokoferol har en inhiberande effekt på vitamin- K och vitamin-k faktorer, dvs har en anti koagulerande effekt i närvarande av lågt vitamin K intag som visats hos djurstudier (Glynn et al., 2007; läkemedelsverket). Doserna mellan har visat vara säker för att inte drabba av bieffekter, mg har visat sig inte ha några bieffekter men den dos som absolut tros vara oskadlig är mg (Huang och Appel, 2003) Idag används läkemedel som exempelvis E-vimin speciellt läkemedel som innehåller -tokoferol för att behandla brist av vitamin-e hos personer med tarmsjukdomar eller hos personer med ensidig kost och otillräcklig födointag där detta bidrar till nedsatt upptaget av näringsämnen (Fass; Läkemedelsverket; ) 8

9 Detta läkemedel innehåller den aktiva substansen dl-alfa-tokoferylacetat och är förvarad i en gelatinkapsel med dosen 100 mg. dl-alfa-tokoferylacetat har överförts från en fettlöslig till en vattenlöslig form genom ett ytaktivt ämne som ökar lösligheten av den aktiva substansen i vatten som E-vimin innehåller. Detta bidrar till bättre upptag, dvs god absorption av läkemedlet vid exempelvis tarmrubbningar (Fass, 2011). Referenslista Amaral, J.S., Alves, R., Seabra, R.M. and oliveira, B.P.P.(2005). Vitamin E Composition of the Walnuts (Juglans regia L): A 3 Year Comparative Study of Different Cultivares. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 53, Egger, T., Shulgio, R., Wintersperger, A., Amann, R., Malle, E. and Sattler, W. (2003). Vitamin E ( -tochopherol) attenuates cyclo-oxygenase 2 transcription and synthesis in immortalized murin BV-2 microglia. Journal of Biochemical Society,370, Glynn, R.J., Ridker, P.M., Goldhaber, S.Z., Zee, R.Y.L. and Buring, J.E. (2007). Journal of the American Heart Association, 116,

10 Huang, H.Y. and Appel, L.J.(2003). Human nutrition and metabolism research communication. American Journal for Nutritional Sciences, 133, Jiang, Q., Christensen, S., Shigenaga, M.K. and Ames, B.N. (2001). -Tokoferol, the major form of vitamin E in the US diet, deserves more attention. American Journal for Clinical Nutrition, 74, Rocheford, T.R., Wong, J.C., Egesel, C.O. and Lambert, R.J. (2002). Enhacement of vitamin E Levels in Corn. Journal of the American College of Nutrition, 21, Samuelsson,G. Drugs of Natural Origin: A textbook of pharmacognocy; Swedish Pharmaceutical Society, Swedish Pharmaceutical Press: Stockholm, Sweden, 2009; 6th ed. Sen, C.K., khanna, S. and Roy, S. (2006). Tocotrienols:Vitamin E Beyond tocopherols. Life Science, 78, Traber, M.G. and Attkins, J. (2007). Vitamin E. Antioxidant and nothing more. Free Radical Biology Medicine, 43, , kl kl Referens till bilderna: ( kl , kl