Trans-chalcone, hesperidin methyl chalcone and naringenin: therapeutic potential and mechanism of action on ultraviolet B radiation-induced skin inflammation and oxidative stress in hairless mice

A pele é uma barreira física entre o organismo e o ambiente continuamente exposta a fatores que ameaçam a integridade de suas estruturas celulares. A radiação ultravioleta B (UVB) é um dos principais fatores de risco para doenças dermatológicas e a exposição crônica à radiação UVB tem sido relacionada ao câncer de pele e ao envelhecimento cutâneo prematuro. Estes eventos estão relacionados com a formação de espécies reativas de oxigênio (EROs), produção de moléculas pró-inflamatórias como as citocinas e recrutamento de leucócitos como os neutrófilos. Considerando a relação entre o aumento do estresse oxidativo e os efeitos danosos causados pela radiação UVB na pele, o uso de antioxidantes exógenos, como os flavonóides, torna-se uma alternativa importante para controlar os danos cutâneos induzidos pela radiação UVB. Desta forma, na presente pesquisa, foram avaliados os mecanismos de atividade antioxidante in vitro dos flavonóides trans-chalcona (TC), hesperidina metil chalcona (HMC) e naringenina (NGN) e os efeitos terapêuticos e mecanismos de ação destes três flavonóides quando administrados pela via intraperitoneal e da NGN quando veiculada em formulação tópica, nos danos cutâneos inflamatórios e oxidativos induzidos pela radiação UVB em camundongos sem pêlo. Os resultados in vitro demonstraram que a TC não atua como um antioxidante e que a HMC e a NGN possuem poder antioxidante em reduzir o ferro e o radical 2,2 azinobis (3-etilbenzotiazolina-6-ácido sulfônico) (ABTS), capacidade de neutralizar o radical hidroxil e de inibir a peroxidação lipídica. No entanto, in vitro a HMC e a NGN não apresentaram capacidade doadora de átomos de hidrogênio ao radical 2,2 azinobis (3-etilbenzotiazolina-6-ácido sulfônico) (DPPH) e atividade queladora do íon ferro. Os tratamentos sistêmicos (intraperitoneal) com TC, HMC e NGN reduziram a inflamação cutânea induzida pela radiação UVB, reduzindo o edema de pele, o recrutamento de neutrófilos, a atividade da metaloproteinase-9 e a produção de diferentes citocinas. Os tratamentos com estes três flavonóides também protegeram a pele do estresse oxidativo induzido pela radiação UVB, por manter os níveis de glutationa reduzida (GSH) e a atividade da catalase, e por reduzir a produção de hidroperóxidos lipídicos e de ânion superóxido, e a expressão de RNAm para gp91phox (subunidade da NADPH oxidase). Foram preparadas três formulações tópicas contendo NGN, sendo que a composta pela base auto-emulsionante NET FS® demonstrou ser a mais estável no estudo de estabilidade físico-química e funcional e protegeu a pele dos danos induzidos pela radiação UVB por manter a expressão de RNAm de componentes antioxidantes celulares (glutationa peroxidase-1, glutationa redutase e fator de transcrição relacionado a expressão de enzimas antioxidantes [Nrf2]), por induzir a expressão de RNAm da hemeoxigenase-1 e por reduzir a expressão de RNAm para gp91phox. Estes efeitos da formulação contendo NGN resultaram em uma melhora da capacidade antioxidante da pele pela manutenção do poder redutor de ferro, da capacidade em reduzir o radical ABTS, dos níveis de GSH e atividade da catalase, e pela redução da produção de ânion superóxido. Além disso, a formulação tópica contendo NGN reduziu o edema cutâneo, a produção de hidroperóxidos lipídicos e de diferentes citocinas induzidas pela radiação UVB. Em suma, estes resultados sugerem o uso da TC, da HMC e da NGN como estratégias relevantes para controlar doenças cutâneas causadas pela exposição à radiação UVB, além de contribuir para a elucidação dos mecanismos de ação destes flavonóides.Skin is a physical barrier between the organism and the environment exposed continuously to factors that threaten the integrity of its cellular structures. Ultraviolet B (UVB) radiation is one of the major risk factors for dermatologic diseases and chronic UVB radiation exposure has been related to skin cancer and premature skin aging. These events are related to the reactive oxigen species (ROS) generation, inflammatory molecules generation, including the cytokines, and to the leukocyte recruitment, including neutrophils. Taking into account the relation between the increases of oxidative stress and the deleterious effects induced by UVB radiation in the skin, the use of exogenous antioxidants becomes an important alternative to control the skin damages induced by UVB. Thus, the purpose of this study was to evaluate the antioxidant activity in cell free systems of trans-chalcone (TC), hesperidin methyl chalcone (HMC) and naringenin (NGN) and the effects of intraperitoneal treatment with these compounds and topical formulation containing NGN on UVB radiation-induced skin inflammation and oxidative damage in hairless mice. In vitro results show that trans-chalcone not presented antioxidant activity, and that HMC and NGN presented ferric reducing power, ability to reduce 2,2′-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) and to neutralize hydroxyl radical, and to inhibit lipid peroxidation. However, HMC and NGN not presented ability to donate hydrogen to 2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl radical (DPPH) and iron-chelating activity. Systemic treatments (intraperitoneal) with TC, HMC and NGN reduced UVB radiation-induced skin edema, neutrophil recruitment, matrix metalloproteinase-9 activity and a wide range of cytokines. The treatments with these flavonoids also protected the skin from UVB radiation-induced oxidative stress by maintaining levels of reduced glutathione (GSH) and catalase activity, and by reducing lipid hydroperoxides and superoxide anion production, and gp91phox (NADPH oxidase subunit) mRNA expression. Three topical formulations containing NGN were prepared. The formulation with the self-emulsifying agent Net FS® demonstrated to be the most stable formulation in physico-chemical and functional stability study and protected the skin from UVB radiation-induced skin damage by maintaining mRNA expression of cellular antioxidant components (glutathione peroxidase 1, glutathione reductase and transcription factor Nrf2 the regulator of the expression of antioxidant enzymes), by inducing mRNA expression of heme oxygenase-1, and by reducing mRNA expression of NADPH oxidase sub-unit gp91phox. These effects of formulation containing NGN resulted in an improvement in antioxidant capacity in the skin by maintaining ferric reducing ability, ABTS radical reducing capacity, the levels of GSH and catalase activity and in an reduction of superoxide anion production. In addition, NGN-containing formulation reduced UVB radiation-induced edema, lipid hydroperoxides and different cytokine production. In conclusion, the present study suggests the use of TC, HMC and NGN as a relevant strategy to control UVB-induced skin disorders, and contribute to the elucidation of TC, HMC and NGN mechanisms of action