CHLORELLA: ITS EFFECT ON PHYSIOLOGICAL FUNCTIONS AND PERSPECTIVES OF ITS PHARMACOTHERAPEUTIC USE (REVIEW)
CHLORELLA: ITS EFFECT ON PHYSIOLOGICAL FUNCTIONS AND PERSPECTIVES OF ITS PHARMACOTHERAPEUTIC USE (REVIEW)
Abstract
Relevance. Chlorella is a green unicellular alga that is produced on an industrial scale to produce biologically active food additives and functional nutrition products. The nutritional value and wide range of therapeutic effects put chlorella in the rank of popular and sought-after products.
The purpose of the study is to carry out a narrative review of the information available in the world literature on the properties of chlorella, its effect on the body and the possibilities of practical use in medical practice of drugs based on it.
Materials and methods. To analyze the literature, sources from the international databases Web of Science, Scopus, PubMed, as well as the national library system eLibrary were studied.
The results of the study and their discussion. The components obtained from chlorella have numerous properties that affect the body. Chlorella-based drugs significantly reduce the effects of cardiovascular risk factors and have an antidiabetic effect by inhibiting α-D-glucosidase. Hepatoprotective activity, antimicrobial action are combined with prebiotic functions.
Conclusions. A wide range of pharmacological effects of chlorella–based drugs is in demand in modern medical practice. Further study of the properties of chlorella opens up real prospects for their wide application.
1. Введение
Хлорелла — одноклеточная зелёная микроводоросль, обитающая в пресноводных водоёмах. В мировой промышленности она достаточно широко культивируется, вплоть до промышленных масштабов, с целью дальнейшего использования , . Например, в сельском хозяйстве её применяют как стимулятор роста растений (суспензия улучшает всхожесть семян, стимулирует развитие и рост культур) . Помимо этого, она достаточно эффективная биологически активная кормовая добавка для животных , . Как компонент планктона хлореллу используют для биологической очистки водоёмов. Например, в эколого-индустриальном направлении с её помощью производится переработка сточных вод и производство биотоплива, что способствует смягчению промышленного влияния на окружающую среду , , .
Предполагается использование хлореллы для восстановления состава воздуха на различных установках с ограниченным жизненным пространством (например, космических кораблях, субмаринах, убежищах), поскольку период её размножения путём деления достаточно быстрый, и полученный значительный объем колоний активно фотосинтезирует, вырабатывая много кислорода ,
, . В пищевой промышленности разработан и внедрён широкий спектр биологически активных добавок к продуктам питания. Они богаты микроэлементами, минералами, омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами , , . Также она обладает свойствами к сохранению продуктов, в связи с чем применяется в качестве консервантов для пищевой промышленности . Наконец, имеется достаточно большое количество доказанных фармакологических эффектов , , . Все эти свойства поставили хлореллу в разряд популярных и востребованных продуктов для медицинского и диетического применения. Разнообразие положительных влияний на организм ставят изучаемую микроводоросль в разряд перспективных с точки зрения возможностей создания лекарственных препаратов на основе её сырья.Цель — проведение нарративного обзора по имеющимся в мировой литературе сведениям о свойствах хлореллы, влиянии на организм и возможностях практического применения в медицинской практике препаратов, созданных на её основе.
2. Материалы и методы
Для анализа литературы по исследуемой проблематике проанализированы источники из международных баз данных Web of Science, Scopus, PubMed, а также отечественной библиотечной системе eLibrary. Глубина поиска составила 70 лет. Изначальный запрос включал следующие ключевые слова: «хлорелла», «применение в хозяйстве». По его результатам найдено около 1,5 тысяч статей. После введения дополнительных фильтров «биологически активные вещества» и «лечебные эффекты» осталось около 40 статей, наиболее подходящих для обзора.
3. Результаты исследования и их обсуждение
Проведенный анализ литературы определил, что на настоящий момент в мире имеется достаточно много информации о положительных эффектах хлореллы на организм.
Хлорелла составляет большую часть мирового производства биомассы микроводорослей и представляет собой одну из наиболее перспективных систем биоэкономики аквакультуры ,
. Типичными представителями хлорелл являются Chlorella vulgaris, Chlorella pyrenoidosa. Это зеленые одноклеточные водоросли, которые производятся в промышленных масштабах для получения биологических активных добавок к пище (БАД) и продуктов функционального питания , . Высокая пищевая ценность и широкий спектр биологического (фармакологического) действия — поставили хлореллу в разряд популярных и востребованных продуктов с отчетливой тенденцией роста продаж на потребительском рынке , . Изучаемые микроводоросли являются богатым источником полисахаридов. Эти углеводы считаются основными активными ингредиентами хлореллы, привлекают все большее внимание из-за разносторонних видов фармакологической активности , . БАД на основе хлореллы содержат витамины D и В12, которые отсутствуют в растительных источниках пищи . По некоторым данным, по содержанию фолиевой кислоты, железа, а также каротина, жирных кислот хлорелла значительно превосходит другие пищевые источники . По содержанию белка хлорелла сопоставима с таковым в соевом шроте [5]. Высокое содержание в хлорелле фотосинтетических пигментов (фикобилипротеины, каротиноиды и фукоксантин) и биоактивных соединений, а также их способность выделять кислород, используются при разработке новых лекарств, ранозаживляющих повязок, фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии, тканевой инженерии и противоопухолевых методов лечения . Синтез лектинов — одна из предпосылок взаимодействия с белками, участвующими в контроле клеточного цикла, что может быть связано с некоторыми видами противоопухолевой активности . Кроме того, экспериментально доказано повышение эффективности лучевой терапии при наличии гипоксического микроокружения опухолей .В целом, фармакодинамические эффекты хлореллы очень обширны. Они включают противовоспалительное, иммуномодулирующее, антиоксидантное, геропротекторное (антивозрастное), противодиабетическое, антигипертензивное, антигиперлипидемическое, гепатопротекторное, нефропротективное, нейропротекторное, антиастматическое, противоопухолевое, антимикробное, ранозаживляющее, пробиотическое, антидементирующее действия
, , , . Рассматривается также возможность применения хлореллы для комплексного лечения алиментарного ожирения .В последнее время возрастает роль применения средств на основе натуральных компонентов для профилактики и комплексного лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Исследования показали, что добавка хлореллы влияет на сердечно-сосудистые факторы риска: она улучшает общий уровень холестерина, уровень холестерина липопротеинов низкой плотности, систолическое артериальное давление, диастолическое артериальное давление и уровень глюкозы в крови натощак. При этом не доказано влияние на содержание триглицеридов и уровня холестерина липопротеинов высокой плотности. Предполагается, что эти эффекты хлореллы могут быть обусловлены антиоксидантными соединениями микроводоросли ,
.Антидиабетический эффект полисахаридов хлореллы ассоциирован со способностью ингибировать фермент α-D-глюкозидазу . В эксперименте с моделированным сахарным диабетом 2 типа и на фоне диеты с высоким содержанием сахарозы и жиров применение Chlorella pyrenoidosa приводило к снижению уровня глюкозы в крови натощак, улучшению результата перорального теста на толерантность к глюкозе. Кроме того, применение Chlorella pyrenoidosa оказывало благоприятный эффект на микробиоту кишечника, что проявлялось увеличением штаммов Verrucomicrobia, Proteobacteria, Osillibacter, Dubosiella и Lactococcus. В этом же опыте было зафиксировано улучшение функциональных показателей печени .
Рядом экспериментальных работ доказано гепатопротекторное действие Chlorella vulgaris. Так, на модели фиброза печени, индуцированного четыреххлористым углеродом, экстракт Chlorella vulgaris в дозах 50 и 100 мг/кг вводимых ежедневно через зонд в течение последних 4 недель эксперимента значительно снизил маркерные ферменты печени и содержание гидроксипролина. Авторы предполагают, что клеточные механизмы антифибротического действия Chlorella vulgaris включают увеличение экспрессии генов ферментативных антиоксидантов супероксиддисмутазы и каталазы посредством повышения контроля ее регуляторных элементов. Эти регуляторные эффекты могут привести к снижению уровня активных форм кислорода. Кроме того, Chlorella vulgaris снижает уровень печеночного белка и экспрессию генов ключевых элементов сигнального пути Hippo, т.е. онкопротеина — Yes-ассоциированного белка (YAP) и транскрипционных коактиваторов с мотивом связывания PDZ (TAZ) .
Еще в одном эксперименте, на модели гепаторенальной токсичности, вызванной введением хлорида кадмия (CdCl2: Cd 2 мг/кг веса тела в течение 10 дней) на взрослых самцах крыс Sprague-Dawley был доказан протекторный эффект. Подробное изучение его механизма выявило следующее: кадмий изменяет гистоархитектонику печени и почек, нарушает каскад клеточных сигналов, что приводит к потере веса тела, изменению гематологической картины, повышению уровней АЛТ, АСТ, ЩФ, мочевины в сыворотке крови. Кроме того, кадмий подвергает клетки печени и почек окислительному стрессу из-за повышения регуляции перекисного окисления липидов, что приводит к индукции провоспалительных цитокинов (ИЛ-1β и ФНО-α), очаговый отек клубочков и проксимальную канальцевую дегенерацию в почках. Добавление Chlorella vulgaris (500 мг/кг) к CdCl2 модулировало процесс трансляции белка через пути NF-kB/Nrf2 для предотвращения окислительного повреждения путем поддержания клеточного окислительно-восстановительного гомеостаза и улучшения выживаемости и устойчивости клеток к окислительному повреждению, вызванному кадмием .
На модели гепатита, индуцированного введением гибберелловой кислоты, применение Chlorella vulgaris значительно улучшило содержание сывороточных уровней аспартатаминотрансферазы, аланинаминотрансферазы, щелочной фосфатазы, гамма-глутамилтрансферазы, общего билирубина и альбумина. Отмечено также снижение уровней малонового диальдегида, фактора некроза опухоли α и ядерного фактора κB, повышение активности ферментов супероксиддисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы, что указывает на антиоксидантные и противовоспалительные свойства Chlorella vulgaris. Таким образом, определено, что изучаемая водоросль, помимо всего прочего, обладает гепатопротекторной активностью, уменьшая окислительный стресс и воспаление .
Доказано, что полисахариды Chlorella Pyrenoidosa имеют пребиотические функции, что выражается в способности модулировать микробиоту кишечника, включая стимулирование роста полезных бактерий и подавление патогенных, снижение соотношения Firmicutes к Bacteroidetes. Кроме того, полисахариды Chlorella Pyrenoidosa могут стимулировать рост Parabacteroides distasonis и увеличивать содержание короткоцепочечных жирных кислот .
Антимикробная активность липидно-пигментного комплекса Chlorella vulgaris доказана в отношении E. Coli, P. Pentosaceus . Установлена его цитотоксическая и антиоксидантная активность. При этом антимикробное действие напрямую связано именно с концентрацией липидно-пигментного комплекса . Антимикробная активность экстракта хлореллы при топическом применении определяет его ранозаживляющие (репаративные) свойства .
Актуальными и востребованными являются разработки новых антивозрастных (геропротекторных) средств на основе хлореллы , . Группой исследователей проведено клиническое изучение антивозрастного эффекта хлореллы, которое включало применение 27 мл водного экстракта на 44 здоровых добровольцах в течение 90 суток в сравнении с плацебо. В результате у испытуемых отмечено значительное снижение экспрессии белков индуцируемой синтазы оксида азота и циклооксигеназы-2. Авторы пришли к заключению, что применение хлореллы может значительно улучшить общее состояние здоровья за счет подавления различных маркеров окислительного стресса и маркеров стресса старения (TBARS /анализ веществ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой/ и 8-OHdG /8-гидроксидезоксигуанозин/), а сама хлорелла – один из лидеров и кандидатов нового класса геропротекторных (антивозрастных) средств .
Экспериментально показано, что противовоспалительное и антивозрастное действие пигмент-белкового комплекса Chlorella pyrenoidosa ассоциировано с антиоксидантным действием в виде подавления выработки воспалительных цитокинов TNF-α и IL-6, а также воспалительного медиатора оксида азота (NO) в макрофагах . Представленные данные открывают реальные перспективы разработки новых эффективных геропротекторов на основе хлорелл.
Наряду с антивозрастным представляется ценным наличие у Chlorella pyrenoidosa способности ослаблять проявления при нейродегенеративных заболеваниях, например при болезни Альцгеймера. Как известно, прогрессирование заболевания сопровождается апоптозом нейронов в сочетании с атрофическими изменениями, что приводит к когнитивным нарушениям и потере долгосрочной памяти. Экспериментально подтверждены нейропротекторные эффекты короткоцепочечных пептидов Chlorella pyrenoidosa, что сопровождалось снижением отложения внеклеточного бета-амилоида, внутриклеточных нейрофибриллярных белков нейронов, предотвращением повреждения нейрональных клеток путем подавления воспалительных цитокинов, таких как PGE2, iNOS, IL-6, TNF-α, COX-2, IL-1β, TGF-β1 и NF-κB .
4. Заключение
Представленные в обзоре данные свидетельствуют о широком спектре лечебных эффектов препаратов на основе хлореллы. Доказанные опытными исследованиями эффекты: противовоспалительный, иммуномодулирующий, антиоксидантный, геропротекторный, антидиабетический, антигипертензивный, гепатопротекторный, нефропротективный, нейропротекторный, антиастматический, противоопухолевый, антимикробный, ранозаживляющий, пробиотический, антидементирующий — ставят хлореллу в разряд перспективных средств для создания потенциальных лекарственных препаратов.