Secondary metabolites in herbal infusions of greek flora determination and evaluation of their biological properties

Since the role of diet in health is long-established, while on the other hand the prevalence of a plethora of chronic diseases increases worldwide, the need for development of dietary strategies that will result in longevity and healthy ageing is mounting. The Mediterranean diet, praised as the ‘gold standard’ in nutrition to maintain good health, includes herbs and teas, which are known for their beneficial properties since ancient times.Aiming to identify natural products with health promoting effects, many studies have been conducted on herbs and their extracts. From a nutritional point of view, studies on the analysis of herb infusions are limited, especially as refers to endemic herbs of the Greek flora.Thus, the aim herein was to identify the bioactive non-nutrient micro-constituents in infusions of 13 Greek herbs applying GC-MS and LC-DAD-MS analyses. Furthermore, the ability to exhibit antioxidant activities, the antiatherogenic effect on cultured peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and the antiproliferative effect and cell-death in cultured colon (HT29) and prostate (PC3) cancer cells, were investigated. Particularly in stimulated PBMCs the effect of infusions in elevated IL-6, TNF-α and MCP-1 was tested. In HT29 and PC3 cultures, inhibition in cell proliferation, influence of the cell cycle, induction of apoptosis, oxidative stress, IL-8, and activation of NF-κB were examined in presence of the infusions.Overall, chemical analyses of the infusions showed that:a) different phenolic compounds were present, thymol and carvacrol being the main representatives in most infusionsb) many glycosylated flavonoid derivatives were present in infusionsc) they exhibited high and dose dependent antioxidant activityAdditionally, as refers to the bioactivity assays, the presence of infusions in:1.stimulated PBMCs:a) regulated pro-inflammatory IL-6, TNF-α, showing anti-inflammatory and / or pro-inflammatory effects b) decreased MCP-1 (Marjoram, Melissa, Oregano, St. John’s wort, Pennyroyal, Chamomile)2.cultured HT29 and PC3:a) reduced IL-8b) downregulated NF-κB (Melissa, St. John’s wort, Thyme)c) inhibited cell proliferation by interfering with the cell cycle d) decreased cell viability inducing apoptosise) reduced intracellular GSH levelsAltogether, the antioxidant activity was strongly correlated with the phenolic content of the infusions. Regarding the pro-inflammatory activity, documented as an increase in IL-6, was associated with syringic acid, p-coumaric acid and sinapic acid, while the anti-inflammatory activity, expressed as a decrease in MCP-1, was correlated to p-coumaric acid. The dependency of cancer cells on their antioxidant systems is nowadays well-established and it represents a specific vulnerability that could be exploited to induce targeted cell death by. increasing oxidative stress above the toxicity threshold. Based on these, it was investigated whether the modification of redox homeostasis through the increment of intracellular ROS levels and the decrement of (endogenous) antioxidant defense, was the mechanism responsible for the apoptotic effect of infusions. Although no significant effect in ROS was detected, the redox homeostasis of cancer cells was altered by intracellular glutathione (GSH) depletion.Δεδομένου ότι είναι επιβεβαιωμένη η επίδραση της διατροφής στην υγεία και ότι ο επιπολασμός πολλών χρόνιων νοσημάτων αυξάνει παγκοσμίως, κρίνεται αναγκαία η ανάπτυξη διατροφικών συστάσεων που θα συμβάλουν στην επίτευξη όχι μόνο μακροζωίας, αλλά και υγιούς γήρατος. Η Μεσογειακή διατροφή, πρότυπη για τη διατήρηση της καλής υγείας, περιλαμβάνει μεταξύ άλλων στοιχείων και τα βότανα, οι ευεργετικές ιδιότητες των οποίων είναι γνωστές από την αρχαιότητα.Στην προσπάθεια ανάδειξης φυσικών προϊόντων με βιοπροστατευτική δράση έχουν γίνει πολλές μελέτες σε βότανα και εκχυλίσματα αυτών. Από διατροφική άποψή, οι μελέτες που αφορούν στην ανάλυση των αφεψημάτων των βοτάνων είναι περιορισμένες ενώ ελάχιστες από αυτές έχουν ως αντικείμενο τα ενδημικά βότανα της Ελληνικής χλωρίδας. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν ο προσδιορισμός των βιοδραστικών μη-θρεπτικών μικροσυστατικών σε αφεψήματα 13 Ελληνικών βοτάνων με εφαρμογή των χρωματογραφικών τεχνικών GC-MS και LC-DAD-MS. Διερευνήθηκε επίσης η ικανότητά τους να επιδεικνύουν αντιοξειδωτική δράση και να επιδρούν σε καλλιέργειες μονοπύρηνων κυττάρων του περιφερικού αίματος (PBMCs) υπό συνθήκες φλεγμονής και σε καλλιέργειες καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου (ΗΤ29) και του προστάτη (PC3). Στα PBMCs εξετάσθηκε η επίδραση (α) στα επίπεδα έκκρισης των IL-6 και TNF-α και (β) στα επίπεδα έκκρισης της MCP-1. Στα HT29 και PC3 εξετάστηκε η επίδραση (α) στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, (β) στον κυτταρικό κύκλο, (γ) στην απόπτωση, (δ) στα επίπεδα οξειδωτικού στρες, (ε) στα επίπεδα της IL-8, και (στ) στα επίπεδα ενεργοποίησης του NF-κΒ.Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των χημικών αναλύσεων προέκυψε ότι τα αφεψήματα των βοτάνων:α) περιείχαν φαινολικά συστατικά με κυριότερους εκπροσώπους στην πλειοψηφία τους, τις τερπενοειδείς φαινόλες θυμόλη και καρβακρόληβ) περιείχαν γλυκοζυλιωμένα παράγωγα φλαβονοειδώνγ) παρουσίασαν ισχυρή και δοσοεξαρτώμενη αντιοξειδωτική δράση Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ελέγχου της βιοδραστικότητας, τα αφεψήματα που επέδρασαν σε:1.PBMCs:α) τροποποίησαν τα επίπεδα έκκρισης των κυτταροκινών IL-6 και TNF-α, παρουσιάζοντας κατά περιπτώσεις αντιφλεγμονώδη ή/και προφλεγμονώδη δράσηβ) μείωσαν τα επίπεδα της MCP-1 κατά περιπτώσεις (Μαντζουράνα, Μελισσόχορτο, Ρίγανη, Σπαθόχορτο, Φλισκούνι, Χαμομήλι)2.ΗΤ29 και PC3:α) μείωσαν τα επίπεδα της IL-8β) μείωσαν τα επίπεδα του NF-κΒ κατά περιπτώσεις (Μελισσόχορτο, Σπαθόχορτο, Θυμάρι)γ) ανέστειλαν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, παρεμβαίνοντας σε φάσεις του κυτταρικού κύκλουδ) μείωσαν τη βιωσιμότητα των κυττάρων επάγοντας την απόπτωσηε) μείωσαν τα επίπεδα της ενδοκυττάριας γλουταθειόνηςΣυνολικά φάνηκε ότι η αντιοξειδωτική δράση συσχετίσθηκε ισχυρά με το φαινολικό περιεχόμενο των αφεψημάτων. Αναφορικά με την προφλεγμονώδη δράση που καταγράφηκε από την αύξηση των επιπέδων της IL-6, αυτή συσχετίσθηκε με το συριγγικό οξύ, το p-κουμαρικό οξύ και το σιναπικό οξύ, ενώ η αντιφλεγμονώδης δράση που εκφράστηκε ως μείωση των επιπέδων της MCP-1, αυτή συσχετίσθηκε με την παρουσία του p-κουμαρικού οξέος. Η εξάρτηση των καρκινικών κυττάρων από τα αντιοξειδωτικά τους συστήματα είναι επιβεβαιωμένη και μπορεί να αξιοποιηθεί για την πρόκληση του κυτταρικού θανάτου, μέσω αύξησης του οξειδωτικού στρες πάνω από το όριο τοξικότητας. Με βάση τα παραπάνω, ο υποκείμενος μηχανισμός δράσης που διερευνήθηκε ήταν η τροποποίηση της οξειδοαναγωγικής ομοιόστασης, μέσω αύξησης των ενδοκυττάριων επιπέδων των ROS και μείωσης της αντιοξειδωτικής τους άμυνας στις δύο κυτταρικές σειρές. Από τη συνολική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι, τα αφεψήματα των βοτάνων δεν επάγουν την παραγωγή δραστικών ενώσεων οξυγόνου αλλά μεταβάλουν τα επίπεδα οξειδωτικού στρες των HT29 και PC3 μέσω της μείωσης της ενδοκυττάριας γλουταθειόνης (GSH)