Actividad antioxidante de carotenoides frente a hidroperóxidos lipídicos de origen endógeno y exógeno en el tracto intestinal

Abstract

La oxidación de los ácidos grasos poli-insaturados presentes en los alimentos es la reacción que promueve la formación de hidroperóxidos lipídicos, compuestos que presentan un alto potencial oxidativo por su capacidad de generar especies reactivas de oxígeno (ERO) de origen exógeno. Los hidroperóxidos lipídicos y sus productos de degradación, procedentes de la dieta, constituyen un grupo de compuestos que pueden contribuir al desequilibrio de las rutas metabólicas de la mucosa intestinal, la disfunción de los entericitos y el desarrollo de diversas patologías intestinales que cursan con un proceso inflamatorio asociado. El intestino tiene como función principal la absorción de nutrientes y el actuar como barrera de defensa frente a patógenos y compuestos nocivos derivados de la dieta, así como frente a la acumulación de ERO exógenos. Para hacer frente a dicha acumulación de ERO exógenas y/o endógenas, y al consecuente incremento del estrés oxidativo, la mucosa intestinal utiliza mecanismos antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos para mantener el balance oxidativo tisular. La puesta en marcha de los mecanismos celulares tendentes a la neutralización del excedente oxidante se produce cuando los hidroperóxidos lipídicos, sus productos de degradación y las ERO ya han sido absorbidos y/o generados en el tejido. Minimizar el impacto oxidativo de los hidroperóxidos y sus productos de degradación ingeridos en la dieta puede abordarse mediante dos estrategias distintas, neutralización durante el transito intestinal de los hidroperóxidos presentes y reforzamiento de la capacidad antioxidante tisular. Con respecto a la primera vía, una manera de paliar los efectos perjudiciales de las dietas ricas en grasas poli-insaturadas es suplementar la misma con la ingesta de frutas y verduras que proporcionan un cúmulo de compuestos antioxidantes de muy diversa naturaleza, entre ellos los pigmentos carotenoides que pueden desarrollar su actividad antioxidante frente a los hidroperóxidos lipídicos y ERO que se generen durante el tránsito intestinal. En esta situación, la actividad antioxidante de los carotenoides se desarrollaría a nivel pre-sistémico, es decir, la disminución en la concentración de compuestos oxidantes exógenos es previa a la etapa de absorción intestinal de los nutrientes. Por otra parte, los hidroperóxidos presentes en el tracto gastrointestinal procedentes de la dieta pueden ser absorbidos por la mucosa intestinal desplazando a nivel sistémico el potencial oxidante exógeno. Existe una fuerte controversia acerca de esta posibilidad de absorción. En algunos estudios no se detectó la presencia de hidroperóxidos lipídicos en el sistema linfático mientras que en otros trabajos sí se halló un transporte eficiente de estos compuestos. La causa de estas diferencias se basa en la concentración de glutatión en la mucosa intestinal que cuando es reducida limita la posibilidad de que los hidroperóxidos lipídicos sean metabolizados adecuadamente, incrementando la concentración de ERO en el sistema linfático. El balance oxidativo intestinal también se puede modificar por una generación masiva de ERO endógenas por la acción de enzimas de la familia de la lipoxigenasa (LOX) que desarrollan su actividad sobre ácidos grasos poli-insaturados, promoviendo la generación de hidroperóxidos lipídicos endógenos. La actividad exacerbada de enzimas LOX está relacionada con la aparición y/o desarrollo de la enfermedad inflamatoria intestinal en la que la mucosa intestinal presenta un elevado contenido de ERO. La cuantificación de la actividad LOX, otro de los objetivos de este trabajo, seria una medida del estrés oxidativo del tejido e indirectamente del grado de afectación de la mucosa intestinal por patologías degenerativas. Sin embargo la relación entre actividad de LOX y daño tisular puede verse modulada por la presencia de antioxidantes procedentes de la dieta. Una alta actividad de LOX se relacionaría con una alta formación de hidroperóxidos y por tanto un alto nivel oxidante promovido endógenamente, sin embargo la presencia de carotenoides procedentes de la dieta y que están siendo absorbidos por la mucosa intestinal puede amortiguar el daño debido a la presencia de los hidroperóxidos. El desarrollo de la actividad antioxidante por los carotenoides en la mucosa intestinal implica un déficit en la cantidad de antioxidantes (carotenoides) disponibles para su incorporación al metabolismo sistémico, ya que éstos desaparecen durante el proceso antioxidante. Por tanto no solo se trata de observar el modo en que los carotenoides se implican en la cadena de reacciones enzimáticas que promueven las LOX, sino también qué consecuencias tiene dicha implicación en su disponibilidad y presencia en el pool de antioxidantes sistémicos presente en el organismo. Por todo lo anterior, el objetivo general es determinar la implicación de antioxidantes lipofílicos, presentes en matrices alimentarías, en los procesos oxidativos desencadenados por ERO de origen exógeno (procedentes de la dieta) y endógeno (formadas por enzimas LOX) generados a partir de hidroperóxidos lipídicos. Igualmente, se pretende descubrir nuevos focos de actividad antioxidante/no antioxidante (no explicados hasta el momento) durante el proceso digestivo y durante la asimilación de hidroperóxidos lipídicos, en los que los antioxidantes pueden contribuir a mantener el balance oxidativo de la mucosa intestinal. Para ello se lleva a cabo el ESTUDIO DE LA CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DE PIGMENTOS CAROTENOIDES EN MATRICES ALIMENTARIAS. Durante el proceso digestivo, carotenoides como b-caroteno, licopeno y luteína pueden desarrollar su actividad antioxidante frente a las ERO de origen exógeno que se han incorporado a través de la dieta o se han generado a consecuencia de la digestión. Aplicando un modelo bioquímico in vitro que mimetiza las condiciones químicas y enzimáticas que secuencialmente se producen durante la digestión, se pretende estimar la interacción entre los carotenoides y las ERO, y determinar si de dicha interacción se deriva un descenso en el contenido de ERO exógenas que permanezcan disponibles para su asimilación intestinal. La acumulación de hidroperóxidos lipídicos que pueden dar origen a ERO provocando un desequilibro del estatus rédox tisular ligado al inicio y progreso de procesos degenerativos. Por ello se realiza un ESTUDIO DE LA ABSORCIÓN Y EL TRANSPORTE DE HIDROPERÓXIDOS LIPÍDICOS EXÓGENOS A TRAVÉS DE LA MUCOSA DE EPITELIO INTESTINAL, EN PRESENCIA DE ANTIOXIDANTES LUMINALES, MEDIANTE EL USO DE LA TÉCNICA DE ASIMILACIÓN EX VIVO CON CELDAS TIPO USSING, ya que el lumen digestivo es el sistema más expuesto a la acción directa de los hidroperóxidos y en él actúa el sistema de defensa antioxidante de nuestro organismo para evitar la generación de ERO. Con el sistema de celdas tipo Ussing utilizado se simula el transporte, a través de células enterocíticas, de compuestos como los hidroperóxidos desde su cara apical a la basolateral. La cantidad de hidroperóxidos lipídicos encontrados en la cara basolateral de células epiteliales intestinales se determina espectrofotométrica mediante una técnica colorimétrica y, a partir de los datos obtenidos, se obtiene la velocidad de difusión y permeabilidad aparente a través del tejido. Factores como la presencia de diversos antioxidantes luminales, la cantidad de hidroperóxidos en la cara apical o el estado fisiológico del tejido se tienen en cuenta en el desarrollo del ensayo. La actividad de LOX puede ser la causa de formación de hidroperóxidos lipídicos generadores de ERO con actividad oxidante a ambos lados del epitelio intestinal. Esta generación de un potencial oxidante endógeno es más acusada en tejidos afectados por procesos inflamatorios en el que la actividad LOX esté sobre-expresada. Por tanto, se desarrolla un procedimiento para el ESTUDIO DE ACTIVIDAD LOX EN EPITELIO INTESTINAL que correlaciona el empleo de técnicas de HPLC (High-performance liquid chromatography) con el análisis espectrofotométrico, técnica que permite un seguimiento rutinario mucho mas rápido y sencillo. Por último, se lleva a cabo un ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE DEGRADACIÓN DE b-CAROTENO, LUTEÍNA Y LICOPENO EN SITUACIONES DE ESTRÉS OXIDATIVO ORIGINADO POR LOX. Con esto se determinan las consecuencias que tiene el estrés oxidativo de origen tisular con actividad LOX sobre-expresada sobre los carotenoides cuando éstos desarrollan su actividad antioxidante. Mediante un seguimiento espectrofotométrico se evalúa el descenso progresivo en la concentración de carotenoides y se establece la cinética de degradación de cada carotenoide, lo que marca el nivel de implicación de cada uno de ellos en la actividad antioxidante y cómo se modifica la disponibilidad de estos compuestos para ser asimilados.