Estudio de la actividad antioxidante y potencial capacidad citotóxica en células leucémicas de la línea HL-60 de nuevos compuestos derivados de ácido hidroxicinámico

Abstract

Los ácidos hidroxicinámicos (ácidos p-cumárico, cafeico, ferúlico y sinápico, entre otros) son compuestos fenólicos que se encuentran ampliamente distribuidos en alimentos de origen vegetal. Su estructura química le permite apagar radicales libres, actuando como antioxidantes, propiedad que condiciona su actividad oncoprotectora y anticancerígena. Sin embargo, dependiendo de su concentración y otros factores, también poseen actividad pro-oxidante. De esta forma, en el presente trabajo se estudiaron trece compuestos derivados de ácido hidroxicinámico sintetizados en la Universidad de Oporto (Portugal), de los cuales dos corresponden a derivados de ácido cafeico (ácido 3,4-dihidroxicinámico), ocho derivados de ácido ferúlico (ácido 4-hidroxi-3-metoxicinámico) y un derivado trihidroxilado (ácido 3,4,5-trihidroxicinámico); siendo evaluados en cuanto a su actividad antioxidante en medio homogéneo, en modelo de membranas lipídicas y células. Además se determinó su actividad pro-oxidante en presencia de hierro y se relacionó con su actividad tóxica en células leucémicas humanas de la línea HL-60. Los compuestos estudiados fueron electroactivos a la oxidación, donde se evidenció menores potenciales de oxidación para el compuesto AC3 (ácido 3,4,5-trihidroxicinámico) (0,10 V) y para los derivados catecólicos (AC1 y AC5) (0,20-0,28 V) en comparación con los derivados de ácido ferúlico (~ 0,38-0,46 V). La generación de intermediarios radicalarios durante la oxidación de estos compuestos fue comprobada a través de Resonancia paramagnética electrónica (EPR). Todos los derivados presentaron mayor capacidad antioxidante frente a los radicales peroxilos (ROO•) y alcoxilos (RO•) generados a partir de la termólisis de AAPH, en comparación al compuesto estándar Trolox. AC1 y AC5, que contienen un anillo catecol, exhibieron la mayor actividad antioxidante (índice ORAC-FL ~ 4,0). Sin embargo, aquellos derivados 3,4-dihidroxilados y con un grupo con propiedades electro-atractoras y con capacidad aceptora de puente de hidrógeno (-OH para AC3 y –NO2 para AC13) presentaron la menor actividad antioxidante de la serie estudiada (índice ORAC-FL ~ 1,0). Estos resultados son concordantes con los índices ORAC-EPR, donde AC1 y AC5 fueron los menos reactivos frente al radical alcoxilo y con mayor capacidad ORAC-FL mostrando tiempo de inducción prolongados; mientras que AC3 y AC13 fueron los más reactivos frente a los radicales alcoxilos y presentaron los menores índices ORAC-FL, sin generar tiempos de inducción, indicando que se consumen rápidamente al reaccionar con los radicales alcoxilos. Los ensayos de citotoxicidad indican que los compuestos estudiados son poco tóxicos en un rango de concentraciones de 10 y 100 μM, en las células de epitelio vascular humano EA.hy 926; y exhibieron baja toxicidad en células leucémicas humanas HL-60 en un rango de concentraciones de 10 y 100 μM. Sin embargo, el compuesto AC3 disminuyó la viabilidad de las células HL-60 en aprox. 34 % con respecto al control, cuando es incubada a 100 μM por 24 horas. A partir de los ensayos biológicos de toxicidad se escogieron cuatro compuestos de acuerdo a su selectividad por las células leucémicas en comparación con las células vasculares. Todos los compuestos disminuyeron la generación o apagaron los radicales libres de la termólisis de AAPH y de menadiona en las células EA.hy 926. En cuanto a la reactividad de estos compuestos con el radical hidroxilo, el derivado trihidroxilado (AC3) presenta las mayores velocidades de apagamiento del radical hidroxilo, ya sea generado por fotólisis como por la reacción de Fenton en presencia de peróxido de hidrógeno, comportamiento equivalente fue observado en el compuesto AC13. Los derivados AC1 y AC5 presentaron altas velocidades de apagamiento del radical hidroxilo, sin embargo, la tendencia varió de acuerdo a la presencia o ausencia de hierro (II). En el mecanismo mediado por Fe(II) se evidenció la aceleración del proceso de apagamiento del radical hidroxilo debido a la capacidad quelante de los grupos catecoles. Además, los compuestos AC1 y AC5 actúan como reductores del hierro (III), cuando este ion se encuentra en concentraciones superiores con respecto al ácido hidroxicinámico, presentando un comportamiento pro-oxidante en el sistema. Al evaluar el efecto de los ácidos hidroxicinámicos en la formación/apagamiento de radicales libres en las células HL-60 se evidenció que todos los compuestos ensayados actuaban como antioxidantes a 100 μM, mientras que AC1, AC3 y AC5 eran pro-oxidantes a concentraciones de 1 y 10 μM. Indicando que el efecto tóxico de AC3 en esta línea celular no transcurriría mediante un mecanismo pro-oxidante de reciclaje redox en presencia de la cupla Fe(II)/Fe(III)

Hydroxycinnamic acids (p-coumaric, caffeic, ferulic and synapic acids, among others) are phenolic compounds that are widely distributed in foods of plant origin. Its chemical structure allows them to scavenge free radicals, acting as antioxidants, a property that conditions its oncoprotective and anticancer activity. However, depending on their concentration and other factors, they also could behave as pro-oxidants. According to this, in the present project, thirteen hydroxycinnamic acid derivative compounds which were synthesized at the University of Porto (Portugal) were studied, two of which are derivatives of caffeic acid (3,4-dihydroxycinnamic acid), eight derived from ferulic acid (4-hydroxy-3-methoxy cinnamic acid) and a trihydroxy derivative (3,4,5-trihydroxycinnamic acid); their antioxidant activity in homogeneous medium, lipid membranes and cells was evaluated. Besides its pro-oxidant activity in the presence of iron and related to its toxic activity in HL-60 human leukemic cell line was determined. The compounds studied were oxidized in the experimental conditions, where the compound AC3 (3,4,5-trihydroxy acid) had the lowest oxidation potential (0.10 V). Catechol derivatives (AC1 and AC5) had also low oxidation potentials (0.20-0.28 V) in comparison to ferulic acid dervatives (~0.38-0.46 V). Generation of radical intermediates during the oxidation of these compounds was verified by electron paramagnetic resonance (EPR). All derivatives showed a higher antioxidant capacity compared to peroxyl radicals (ROO •) and alkoxyl (RO •) generated from thermolysis of AAPH, compared to the standard compound Trolox. AC1 and AC5, containing a catechol ring, exhibited the highest antioxidant activity (ORAC-FL index ~ 4.0). However, the derivatives that have a 3,4-dihydroxy and a group with electro-withdrawing properties and hydrogen bond accepting capacity (-OH for AC3 and -NO2 for AC13) had the lowest antioxidant activity of the series studied (ORAC -FL ~ 1.0). These results are consistent with the ORAC-EPR indices where AC1 and AC5 were the least reactive against alkoxyl radicals and more actives in ORAC-FL showing prolonged induction time; while AC3 and AC13 were the most reactive towards alkoxyl radicals and had the lowest ORAC-FL indices, without generating induction times, indicating that they were rapidly consumed by alkoxyl radicals. Cytotoxicity assays show that the compounds studied are slightly toxic at concentration range from 10 to 100 μM in EA.hy 926 human vascular epithelium cells; and exhibited low toxicity in HL-60 human leukemic cells at a concentration range of 10 and 100 μM. However, the compound AC3 decreased the viability of HL-60 cells in approx. 34% relative to control when incubated at 100 μM for 24 hours. From the toxicity bioassays four compounds according to their selectivity towards leukemic cells compared to vascular cells were chosen. All compounds decreased or extinguished generation of free radicals during the thermolysis of AAPH and the metabolism of menadione in EA.hy 926 cells. Regarding to the reactivity of these compounds against hydroxyl radical, the trihydroxy derivative (AC3) has higher reactivity against the hydroxyl radical, either generated by photolysis or by the Fenton reaction in the presence of hydrogen peroxide, similar behavior was observed in AC13. AC1 and AC5 also showed high hydroxyl radical scavenging properties; however, the trend varied according to the presence or absence of iron (II). In the Fe (II) mediated-mechanism, the scavenging of hydroxyl radicals was higher due to the chelating ability of the catechol groups. Furthermore, AC1 and AC5 compounds act as reductors of iron (III), when this ion is at higher concentrations with respect to the hydroxycinnamic acid, presenting a pro-oxidant behavior in the system. Evaluating the effect of hydroxycinnamic acids in the generation /quenching of free radicals in HL-60 cells, it showed that all the tested compounds acted as antioxidants at 100 μM; while AC1, AC3 and AC5 were pro-oxidants at concentrations of 1 and 10 μM. This indicates that the toxic effect observed in AC3 in this cell line would not be explained by a pro-oxidant mechanism through an iron recycling-redox via