Benzofuranonas derivadas de la oxidación de flavonoides : evaluación de su potencial para generar nuevos antioxidantes

Abstract

Los flavonoides han atraído la atención de los químicos de alimentos y los investigadores biomédicos debido a su amplia presencia en plantas comestibles y su potencial para promover acciones en salud. Aunque los flavonoides pueden mostrar una amplia gama de bioactividades, su capacidad antioxidante, ya sea que se ejerza a través de una acción directa o indirecta de eliminación de ROS, o también por otros mecanismos enzimáticos, sigue siendo la bioactividad más destacada con la que están asociados estos compuestos. Dado que la oxidación de un flavonoide inducida por ROS involucra reacciones de transferencia de electrones/hidrógeno que inicialmente comprometen sus grupos fenólicos y, en última instancia, su esqueleto o núcleo flavan, se ha asumido durante mucho tiempo que la oxidación de un flavonoide implica necesariamente la pérdida de sus propiedades antioxidantes. Sin embargo, como antecedente que dio lugar a esta tesis, el Laboratorio de Antioxidantes del INTA ha demostrado que, sorprendentemente mezclas de metabolitos que se originan desde la oxidación de determinados flavonoides conservan en gran medida las propiedades químicas de eliminación/reducción de ROS cuando son comparados con sus moléculas originales. Además, se ha revelado que, en un caso particular, la mezcla de oxidación del flavonoide quercetina contiene un tipo de metabolito que es capaz de proteger las células contra ROS con una potencia de dos a tres órdenes de magnitud superior a la de su flavonoide precursor. Este metabolito corresponde a una benzoil-benzofuranona (BZF) generada tras el proceso de degradación oxidativa de ciertos flavonoides. En base a la inesperada retención de propiedades antioxidantes de algunos flavonoides tras ser expuestos a oxidación y a la capacidad antioxidante notablemente superior del metabolito tipo BZF derivado de quercetina, en la presente propuesta se investigó si: mezclas de metabolitos generados tras la oxidación de una serie de flavonoides conformados por miricetina, fisetina, dideoxiquercetina, taxifolina, kaempferol, isoramnetina y morina son, al igual que quercetina, capaces de amplificar sus efectos antioxidantes celulares frente a los flavonoides de origen y si, tras este proceso de degradación oxidativa, dentro de dichas mezclas se genera el metabolito tipo BZF. La identidad estructural de las BZF se analizó mediante HPLC-ESI-MS/MS. La capacidad antioxidante y citoprotectora de cada mezcla oxidada y la de su correspondiente BZF aislada se probó en células Caco-2 expuestas al generador de ROS, indometacina. Adicionalmente, se evaluó el grado en que la capacidad antioxidante de cada mezcla oxidativa se ve afectada por la sustracción química de sus benzofuranonas. Se confirmó la formación de benzofuranonas en mezclas obtenidas tras la oxidación de los flavonoides miricetina, fisetina, kaempferol, isoramnetina y morina. Al comparar la capacidad antioxidante celular de las mezclas de metabolitos que contienen en su composición la BZF respectiva con las mezclas que no poseen este metabolito, se observó que las mezclas de metabolitos que resultan de la oxidación de los flavonoides, cuya estructura incluye un núcleo flavonol hidroxilado en los anillos A y B, y que además formaron las respectivas BZF, únicamente dichas mezclas fueron capaces de amplificar la capacidad antioxidante original. Estas mezclas oxidativas protegieron contra el estrés oxidativo, en una concentración hasta 100 veces inferior respecto al flavonoide de origen. Se demostró que tal aumento en la capacidad antioxidante radica exclusivamente en la presencia de las BZF en la composición de las mezclas generadas. Cuando se probaron las benzofuranonas aisladas, se observaron niveles de protección antioxidante aún más bajos, llegando hasta una amplificación antioxidante 5000 veces mayor de una BZF frente a su flavonoide original. Los interesantes resultados aquí presentados abren la posibilidad de definir el esqueleto de las benzoil-benzofuranonas como una estructura base para el posterior desarrollo y/o diseño de nuevas moléculas antioxidantes.

Flavonoids have attracted the attention of food chemists and biomedical researchers due to their widespread presence in edible plants and their potential to promote health actions. Although flavonoids can display a wide range of bioactivities, their antioxidant capacity, whether exerted through a direct or indirect ROS-scavenging action, or also by other enzymatic mechanisms, remains the most prominent bioactivity, with which these compounds are associated. Since ROS-induced oxidation of a flavonoid involves hydrogen/electron transfer reactions that initially compromise its phenolic groups and, ultimately its flavan backbone or core, it has long been assumed that oxidation of a flavonoid necessarily involves loss of its antioxidant properties. However, as an antecedent that gave rise to this thesis, the INTA Antioxidant Laboratory has surprisingly shown that mixtures of metabolites that originate from the oxidation of certain flavonoids largely retain the chemical properties of ROS elimination/reduction when compared to their parent molecules. In addition, it has been revealed that, in a particular case, the oxidation mixture of the flavonoid quercetin contains a type of metabolite that, is capable of protecting cells against ROS with a potency of two to three orders of magnitude higher than that of its precursor flavonoid. This metabolite corresponds to a benzoyl-benzofuranone (BZF) generated after the oxidative degradation process of certain flavonoids. Based on the unexpected retention of antioxidant properties of some flavonoids after being exposed to oxidation and the notably higher antioxidant capacity of the quercetin-derived BZF-type metabolite, in the present proposal we investigated whether: mixtures of metabolites generated after the oxidation of a series of flavonoids made up of myricetin, fisetin, dideoxyquercetin, taxifolin, kaempferol, isoramnetin and morin are, like quercetin, capable of amplifying their cellular antioxidant effects against the flavonoids of origin and if, after this oxidative degradation process, within these mixtures the BZF-type metabolite. The structural identity of the BZFs was analyzed by HPLC-ESI-MS/MS. The antioxidant and cytoprotective capacity of each oxidized mixture and that of its corresponding isolated BZF was tested in Caco-2 cells exposed to the ROS generator, indomethacin. Additionally, the degree to which the antioxidant capacity of each oxidative mixture is affected by the chemical removal of its benzofuranones was evaluated. The formation of benzofuranones was confirmed in mixtures obtained after the oxidation of the flavonoids myricetin, fisetin, kaempferol, isorhamnetin and morin. When comparing the cellular antioxidant capacity of the mixtures of metabolites that contain the respective BZF in their composition with the mixtures that do not have this metabolite, it was observed that only the mixtures of metabolites that result from the oxidation of flavonoids, whose structure includes a hydroxylated flavonol nucleus in rings A and B, and which also formed the respective BZF, only these mixtures were able to amplify the original antioxidant capacity. These oxidative mixtures protected against oxidative stress, at a concentration up to 100 times lower than the original flavonoid. It was shown that such an increase in antioxidant capacity lies exclusively in the presence of BZF in the composition of the mixtures generated after the oxidation of certain flavonoids. When isolated benzofuranones were tested, even lower levels of antioxidant protection were observed, down to a 5000-fold higher antioxidant amplification of a BZF versus its parent flavonoid. The interesting results presented here open the possibility of defining the skeleton of benzoyl-benzofuranones as a base structure for the subsequent development and/or design of new antioxidant molecule.