Es ist weithin anerkannt, dass natürliche und diätetische Antioxidantien eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung verschiedener durch oxidativen Stress verursachter Krankheiten spielen. Oxidativer Stress wirkt sich auf das CVD-Risiko, einschließlich Atherosklerose, aus, indem er die Produktion freier Radikale und den Oxidationsprozess von LDL stoppt (Kovanen und Pentikäinen, 2003). Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) führen zur Produktion und Anhäufung von oxidiertem LDL an der Stelle von atherosklerotischen Läsionen (Yla-Herttuala, 1999). Oxidativer Stress führt auch schrittweise zur Entwicklung von Atherosklerose, indem er zur Bildung von Makrophagenschaumzellen beiträgt und eine endotheliale Dysfunktion verursacht (Mietus-Snyder et al., 2000). Es wurde festgestellt, dass RS die Marker für oxidativen Stress, einschließlich des glykosylierten Albumins im Serum und des 8-Hydroxyguanosins im Urin, bei schlaganfallgefährdeten Ratten mit spontanem Bluthochdruck deutlich verringert (Mizutani et al., 2001). RS steigert auch die Aktivität von Katalase und reduziert die ROS-Produktion im Herzgewebe von Meerschweinchen (Floreani et al., 2003). Rocha et al. (2009) haben bei Ratten, die mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden und 45 Tage lang mit RS in einer Dosis von 1 mg/kg pro Tag behandelt wurden, eine Verringerung des oxidierten LDL gezeigt. Alle oben genannten Ergebnisse deuten darauf hin, dass RS die Lipidperoxidation in vivo wirksam hemmt. Die antioxidativen Eigenschaften von RS wurden als der Mechanismus vorgeschlagen, der seinen vielfältigen Wirkungen, einschließlich der antiatherogenen Wirkungen, zugrunde liegt (Fremont, 2000).
Hemmende Wirkung von RS auf die ROS-Produktion und die Lipidperoxidation
Zahlreiche Untersuchungen haben berichtet, dass RS oxidativen Stress hemmt, indem es ROS abfängt und Peroxylradikale und Wasserstoffperoxid abschwächt (Jang und Surh, 2001; Liu et al, 2003; Shigematsu et al., 2003; Chen et al., 2004; Leiro et al., 2004). Die Hemmung sowohl der intrazellulären als auch der extrazellulären ROS-Produktion durch RS wurde bei einer Konzentration von 1 bis 100 μmol/l nachgewiesen (Jang und Surh, 2001). RS hat starke antioxidative Eigenschaften gezeigt, indem es die Geschwindigkeit der Oxidation von Cytochrom C durch Hydroxylradikale, die durch ultraviolette Bestrahlung von Wasserstoffperoxid (H2O2) erzeugt werden, reduziert (Turrens et al., 1997). RS fängt nachweislich auch Hydroxylradikale ab (Soares et al., 2003) und hemmt Superoxidradikale und H2O2, die von Makrophagen produziert werden, die durch Lipopolysaccharide (LPS) oder Phorbolester stimuliert werden. RS reduziert wirksam die Freisetzung von 3H-Arachidonsäure, die durch LPS, Phorbolester oder die Einwirkung von Superoxid oder H2O2 induziert wird (Martinez und Moreno, 2000) und senkt signifikant den Gehalt an Thiolproteinen in Blutplättchen, die von Menschen isoliert wurden (Olas et al., 2004). Leonard et al. (2003) haben gezeigt, dass RS ein starkes Antioxidans ist, indem es Hydroxyl- und Superoxidradikale abfängt und die Zellen schützt, indem es die Lipidperoxidation in den Zellmembranen sowie DNA-Schäden verhindert. Es hat sich gezeigt, dass RS die Lipidperoxidation verhindert und die Aufnahme von oxidiertem LDL hemmt (Fremont et al., 1999; Leighton et al., 1999; Bhavnani et al., 2001). Diese Hemmung der Lipidperoxidation durch RS könnte auf die starke antioxidative Wirkung von RS und seine Fähigkeit, die Bildung von ROS zu hemmen, zurückzuführen sein (Fremont et al., 1999; Olas und Wachowicz, 2002).
Die Oxidation von LDL-Cholesterin steht in engem Zusammenhang mit dem Risiko von CVD (Holvoet, 2004). In Rattenlebermikrosomen hemmte RS sowohl die durch Eisen als auch die durch ultraviolette Strahlung induzierte Lipidperoxidation und verhinderte die LDL-Oxidation durch Kupfer (Fauconneau et al., 1997; Miura et al., 2000). RS konnte die oxidative LDL-Veränderung durch Hemmung der Lipoxygenase-Enzymaktivität wirksam verhindern (Maccarrone et al., 1999; Kovanen und Pentikäinen, 2003). Es wurde berichtet, dass Polyphenole in Rotwein, einschließlich RS, die LDL-Oxidation hemmen; diese Wirkung war stärker als die des bekannten Antioxidans α-Tocopherol (Frankel et al., 1993). RS verhindert auch die Oxidation von mehrfach ungesättigten Fettsäuren in LDL (Miller und Rice-Evans, 1995) und hemmt die Aufnahme von oxidiertem LDL in die Gefäßwand in einer konzentrationsabhängigen Weise (Fremont, 2000) und verhindert Schäden an Lipiden durch Peroxidation (Frankel und Waterhouse, 1993; Leighton et al., 1999).
RS unterdrückt oxidativen Stress, indem es die Synthese von Stickstoffmonoxid in ischämisch reperfundierten Geweben erhöht (Hattori et al., 2002). RS verhindert nachweislich die durch LPS stimulierte ROS-Produktion (Martinez und Moreno, 2000) und hemmt die durch den Tumor-Nekrose-Faktor (TNF) induzierte ROS- und Lipidperoxidation in einer Vielzahl von Zellen, einschließlich myeloischer, lymphatischer und epithelialer Zellen (Manna et al., 2000). RS hemmt die Lipidperoxidation, indem es verschiedene freie Radikale, darunter Peroxyl- und Hydroxylradikale, im reperfundierten Myokard nach einer Ischämie wirksam abfängt (Ray et al., 1999). Die Hemmung der induzierbaren Stickoxid-Synthase und die Verhinderung zytotoxischer Wirkungen wurden ebenfalls nach der Behandlung mit RS beobachtet (Tsai et al., 1999; Matsuda et al., 2000).
Bradamante et al. (2004) haben den Wirkmechanismus von RS bei der Hemmung der Lipidperoxidation ausführlich erläutert. Es werden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen, durch die RS antioxidative Wirkungen ausübt (Zini et al., 1999). Erstens konkurriert RS möglicherweise mit Coenzym Q und verringert den Komplex III der Oxidationskette. Zweitens wurde festgestellt, dass RS den intrazellulären Radikalfänger Glutathion verstärkt, da RS die Lebensfähigkeit der Zellen aufrechterhält und die Oxidation hemmt (Savaskan et al., 2003). Drittens kann RS die endogenen Antioxidantien und Phase-2-Enzyme in Kardiomyozyten erhöhen, und diese erhöhten zellulären Abwehrkräfte bieten Schutz vor oxidativen Schäden (Cao und Li, 2004). RS und seine Analoga haben sich als wirksame Antioxidantien gegen Linolsäureperoxidation in Natriumdodecylsulfat- und Cetyltrimethylammoniumbromid-Mizellen erwiesen (Fang et al., 2002; Fang und Zhou, 2008). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die antioxidative Wirkung darin besteht, dass die sich ausbreitenden Peroxylradikale an der Oberfläche der Mizelle gefangen werden und α-Tocopherol regeneriert wird.
Modulation antioxidativer Enzyme durch RS
Es wurde festgestellt, dass die Behandlung mit RS den oxidativen Stress reduziert und verschiedenen Krankheiten vorbeugt, indem sie die Aktivitäten verschiedener antioxidativer Enzyme einschließlich Superoxid-Dismutase, Katalase, Glutathion, Glutathion-Reduktase, Glutathion-Peroxidase und Glutathion-S-Transferase in glatten Ratten-Aortenmuskelzellen erhöht (Yen et al., 2003; Li et al., 2006). Es wurde nachgewiesen, dass RS den Glutathionspiegel in oxidativ gestressten mononukleären Zellen des menschlichen peripheren Blutes aufrechterhält und den Glutathionspiegel in menschlichen Lymphozyten, die durch Wasserstoffperoxid aktiviert wurden, erhöht (Losa, 2003; Olas et al., 2004). Eine starke dosisabhängige Induktion von Phase-II-Enzymen des Arzneimittelstoffwechsels und von antioxidativen Genen wurde nachgewiesen, als Ratten 28 Tage lang 0,3, 1 und 3 g/kg Körpergewicht pro Tag an RS zugeführt wurden (Hebbar et al., 2005). Rocha et al. (2009) haben gezeigt, dass der oxidative Stress nach einer Behandlung mit RS durch eine Verringerung des Lipidhydroperoxids und eine Erhöhung der antioxidativen Enzyme, einschließlich der Superoxiddismutase, bei Ratten, die mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden, signifikant reduziert wurde.
Entzündungshemmende Wirkungen von RS
Die Rolle von Entzündungen im Prozess der Atherosklerose ist in den letzten zehn Jahren zunehmend anerkannt worden. Entzündungen spielen in allen Stadien der Atherosklerose eine wichtige Rolle, einschließlich der Entstehung, des Fortschreitens und der Plaquebildung. (Libby et al., 2002; Jawien, 2008). Es wurden sowohl in vivo als auch in vitro entzündungshemmende Wirkungen von RS und der zugrunde liegende Mechanismus vorgeschlagen (Udenigwe et al., 2008). RS hemmt die Aktivität der Cyclooxygenase-2, des Enzyms, das PGE2 produziert, eine wichtige Komponente bei der Vermittlung von Entzündungen (Donnelly et al., 2004). Interleukin-6 wurde als wichtiger Marker im Entzündungsprozess und im Fortschreiten der atherosklerotischen Plaques identifiziert (Ikeda et al., 2001). Bei kultivierten Mäusemakrophagen wurde nach der Behandlung mit RS eine Verringerung der Genexpression, Synthese und Sekretion von Interleukin-6 festgestellt (Zhong et al., 1999). Es wurde festgestellt, dass der Entzündungsprozess durch RS unterdrückt wird, und zwar durch die Vermittlung verschiedener Entzündungsmarker wie die Hemmung der Sekretion von Interleukin-8 und Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktoren (Culpitt et al., 2003; Donnelly et al., 2004), Endothel-Leukozyten-Adhäsionsmoleküle, vaskuläres Zelladhäsionsmolekül-1 und durch Hemmung der Sekretion von Histamin und Tumor-Nekrose-Faktor-α (Carluccio et al., 2003).
Die Hemmung der durch den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor induzierten Angiogenese scheint durch die Beeinträchtigung des ROS-abhängigen Weges in menschlichen Nabelvenen-Endothelzellen zu erfolgen. (Lin et al., 2003). Eine Verringerung des proinflammatorischen Zytokins Tumor-Nekrose-Faktor-α wurde auch von Rivera et al. (2009) nach der Behandlung von Zucker-Ratten mit RS in einer Dosierung von 10 mg/kg Körpergewicht über 8 Wochen nachgewiesen. Pervaiz (2003) hat den Einfluss von RS auf die Wirkung des Nuklearfaktors-κB nachgewiesen, eines wichtigen Transkriptionsfaktors, der verschiedene Entzündungsmediatoren wie Zytokine, Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle reguliert. RS besitzt eine starke entzündungshemmende Wirkung, indem es die Adhäsion von Leukozyten im Ischämie-Reperfusions-Rattenmodell in einer Dosis von 0,7 mg/kg hemmt (Shigematsu et al., 2003).
Endotheliale Dysfunktion wird auch als wichtiger Risikofaktor für CVD angesehen (Rodriguez-Porcel et al., 2001). Fukuda et al. (2006) haben herausgefunden, dass RS die myokardiale Angiogenese bei experimentellen Ratten, die einen Myokardinfarkt erlitten haben, durch einen durch den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor vermittelten Mechanismus signifikant erhöht. Saiko et al. (2008) untersuchten die positiven Auswirkungen von RS auf den Arachidonsäure-Stoffwechsel, wobei festgestellt wurde, dass RS die Umwandlung von Phospholipiden in Arachidonsäure hemmt. Darüber hinaus unterdrückt RS Entzündungen durch Hemmung der Cyclooxygenase-1, -2, Lipoxygenasen, Epoxygenasen und der Synthese von Prostaglandinen und Eicosanoiden (Saiko et al., 2008). Hattori et al. (2002) und Hung et al. (2000) wiesen nach, dass RS die Entzündung und die Bildung atheromatöser Plaques hemmt, indem es die Stickoxidbildung im Gefäßendothel verändert. RS moduliert die Produktion und Sekretion von Entzündungsmediatoren und unterdrückt dadurch die thrombogene Funktion der polymorphkernigen Zellen (Rotondo et al., 1998).
Rolle von RS auf die Produktion von Vasodilatatoren und Vasokonstriktoren
Endothelzellen sind dafür bekannt, das Gleichgewicht zwischen Vasodilatatoren wie Stickstoffmonoxid und Vasokonstriktoren wie Endothelin-1 zu regulieren und aufrechtzuerhalten sowie das Risiko der Atherosklerose zu verringern, indem sie die Atherogenese verhindern (Davignon und Ganz, 2004). Es wurde berichtet, dass RS das Gleichgewicht zwischen der Produktion von Vasodilatatoren und Vasokonstriktoren beeinflusst und aufrechterhält (Fan et al., 2008). Eine Verringerung der Stickoxidproduktion führt zu einer Gefäßverengung, Thrombozytenaggregation und oxidativem Stress. Außerdem hemmt RS das Enzym Cyclooxygenase-1, das ein starker Vasokonstriktor ist und eine wichtige Rolle bei der Thrombozytenaggregation spielt (Szewczuk et al., 2004). Eine erhöhte Aktivität der Stickoxid-Synthase wurde in Endothelzellen der Lungenarterie festgestellt, wenn diese mit RS behandelt wurden, was auf eine direkte Verbindung von Stickoxid zur Vasorelaxation hinweist (Klinge et al., 2003). Es hat sich gezeigt, dass RS die Expression von Stickstoffmonoxid-Synthase erhöht und somit möglicherweise perfundierte Arbeitsherzen schützt (Hattori et al., 2002), obwohl RS bei Mäusen mit Stickstoffmonoxid-Synthase-Knockout keine solche Schutzwirkung zeigte (Imamura et al., 2002). Diese Ergebnisse bestätigen die Wirkung von RS beim Ausgleich von Vasokonstriktoren und Vasodilatatoren, wodurch die Thrombozytenaggregation und der oxidative Stress verhindert werden, was zu einer Verringerung des CVD-Risikos führt.
Unterdrückung der Thrombozytenaggregation durch RS
Die Thrombozytenaggregation spielt eine wichtige Rolle bei der Vermittlung von Atherosklerose, wobei die Thrombozyten an der Zelloberfläche haften, den aus den Thrombozyten gewonnenen Wachstumsfaktor freisetzen und Atherosklerose induzieren. Eine verstärkte oder gestörte Thrombozytenaggregation führt zu verschiedenen Komplikationen wie Myokardinfarkt, Ischämie und Schlaganfall. Es hat sich jedoch gezeigt, dass RS die Aggregation von Blutplättchen hemmt (Bertelli et al., 1996b; Bhat et al., 2001; Fan et al., 2008). Die Unterdrückung der Thrombozytenaggregation durch RS bei Kaninchen mit hypercholesterinämischer Ernährung und die Verringerung der Atherosklerose bei genetisch hypercholesterinämischen Mäusen wurden ebenfalls nachgewiesen (Zini et al., 1999; Wang et al., 2002b). RS konnte jedoch keine derartigen Wirkungen im Vollblut nachweisen, da der Mechanismus möglicherweise durch die Hemmung mitogen-aktivierter Proteinkinasen in Blutplättchen zustande kommt (Kirk et al., 2000). Es wurde gezeigt, dass verschiedene Wirkmechanismen von RS die Thrombozytenaggregation hemmen, einschließlich der Hemmung der Thrombozytenadhäsion an Typ-I-Kollagen, dem wichtigsten Schritt der Thrombozytenaktivierung. Olas et al. (2002) wiesen nach, dass die Vorbehandlung von Thrombozyten mit RS die durch LPS oder Thrombin stimulierte Thrombozytenadhäsion an Kollagen und Fibrinogen verhindert. Diese Ergebnisse liefern weitere Erkenntnisse über die unterdrückende Wirkung von RS auf die Thrombozytenaggregation.
Sicherheitsaspekte der RS-Behandlung
Sehr viele Untersuchungen an Menschen und verschiedenen Tiermodellen haben gezeigt, dass es nach einer Supplementierung mit RS in einem breiten Dosierungsbereich keine signifikanten toxischen Wirkungen gibt. Bei Ratten wurden nach oraler Verabreichung von 20 mg/kg pro Tag über 28 Tage keine toxischen Wirkungen festgestellt (Juan et al., 2002). Die in diesen Studien verwendeten Dosen waren 1000-mal höher als die Menge, die ein Mensch mit einem Glas Rotwein pro Tag zu sich nimmt. Darüber hinaus wurden bei Ratten, die 4 Wochen lang 300 mg RS pro Tag erhielten, keine nachteiligen Auswirkungen festgestellt (Crowell et al., 2004). Boocock et al. (2007) berichteten über keine Toxizität bei Menschen, denen eine Einzeldosis RS von bis zu 5 g verabreicht wurde. Die Ergebnisse dieser Studien deuten darauf hin, dass RS aufgrund seiner positiven Wirkungen ohne offensichtliche Toxizität konsumiert werden könnte.