Het is algemeen aanvaard dat natuurlijke en dieet anti-oxidanten een vitale rol spelen in het voorkomen van verschillende ziekten veroorzaakt door oxidatieve stress. Oxidatieve stress beïnvloedt het risico op CVD, waaronder atherosclerose, door de productie van vrije radicalen en het oxidatieproces van LDL te stoppen (Kovanen en Pentikäinen, 2003). Reactieve zuurstofspecies (ROS) leiden tot productie en accumulatie van geoxideerd LDL op de plaats van atherosclerotische laesies (Yla-Herttuala, 1999). Oxidatieve stress leidt ook geleidelijk tot de ontwikkeling van atherosclerose door bij te dragen aan de vorming van macrofaagschuimcellen en endotheeldisfunctie te veroorzaken (Mietus-Snyder et al., 2000). RS bleek oxidatieve stress markers, waaronder serum geglyceerd albumine en 8-hydroxyguanosine in de urine, significant te verlagen bij voor beroerte vatbare, spontaan hypertensieve ratten (Mizutani et al., 2001). RS verhoogt ook de activiteiten van catalase en vermindert de ROS-productie in het hartweefsel van cavia’s (Floreani et al., 2003). Rocha et al. (2009) hebben een vermindering aangetoond van geoxideerd LDL bij ratten die gevoed werden met een vetrijk dieet en gedurende 45 dagen behandeld werden met RS in een dosis van 1 mg/kg per dag. Alle bovengenoemde resultaten wijzen erop dat RS de lipidenperoxidatie in vivo effectief remt. De antioxidatieve eigenschappen van RS werden gesuggereerd als het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de diverse effecten, waaronder de anti-atherogene effecten (Fremont, 2000).
Remmend effect van RS op ROS-productie en lipide peroxidatie
Veel onderzoeken hebben gerapporteerd dat RS oxidatieve stress remt door ROS weg te vangen en peroxylradicalen en waterstofperoxide te dempen (Jang en Surh, 2001; Liu et al, 2003; Shigematsu et al., 2003; Chen et al., 2004; Leiro et al., 2004). De remming van zowel de intracellulaire als de extracellulaire productie van ROS door RS is aangetoond met een concentratie die varieert van 1 tot 100 μmol/l (Jang en Surh, 2001). Van RS zijn sterke antioxiderende eigenschappen aangetoond door verlaging van de oxidatiesnelheid van cytochroom C door hydroxylradicalen, die worden geproduceerd door ultraviolette bestraling van waterstofperoxide (H2O2) (Turrens et al., 1997). Van RS is ook aangetoond dat het hydroxylradicalen wegvangt (Soares et al., 2003) en superoxide-radicaal en H2O2 remt, geproduceerd door macrofagen die gestimuleerd worden door lipopolysacchariden (LPS) of forbol-esters. RS vermindert op doeltreffende wijze het vrijkomen van 3H-arachidonzuur, geïnduceerd door LPS, forbol-esters of blootstelling aan superoxide of H2O2 (Martinez en Moreno, 2000) en verlaagt aanzienlijk het niveau van thiol-eiwitten in bloedplaatjes geïsoleerd uit mensen (Olas et al., 2004). Leonard et al. (2003) hebben aangetoond dat RS een sterke antioxidant is door hydroxyl- en superoxideradicalen te neutraliseren en de cellen te beschermen door lipide-peroxidatie in de celmembranen en DNA-beschadiging te voorkomen. Van RS is aangetoond dat het lipideperoxidatie voorkomt en de opname van geoxideerd LDL remt (Fremont et al., 1999; Leighton et al., 1999; Bhavnani et al., 2001). Deze remming van lipide peroxidatie door RS zou het gevolg kunnen zijn van de sterke antioxidante werking van RS en zijn vermogen om de vorming van ROS te remmen (Fremont et al., 1999; Olas and Wachowicz, 2002).
Oxidatie van LDL-cholesterol is sterk geassocieerd met het risico van CVD (Holvoet, 2004). In microsomen uit rattenlevers remde RS zowel de door ijzer geïnduceerde als de ultraviolet bestraalde lipide peroxidatie en voorkwam het de oxidatie van LDL door koper (Fauconneau et al., 1997; Miura et al., 2000). RS kon oxidatieve modificatie van LDL effectief voorkomen door de enzymactiviteit van lipoxygenase te remmen (Maccarrone et al., 1999; Kovanen en Pentikäinen, 2003). Polyfenolen in rode wijn, waaronder RS, blijken de oxidatie van LDL te remmen; dit effect bleek sterker te zijn dan dat van het bekende antioxidant α-tocoferol (Frankel et al., 1993). RS voorkomt ook de oxidatie van meervoudig onverzadigde vetzuren in LDL (Miller en Rice-Evans, 1995) en remt de opname van geoxideerd LDL in de vaatwand op een concentratie-afhankelijke wijze (Fremont, 2000), en voorkomt ook schade aan lipiden door peroxidatie (Frankel en Waterhouse, 1993; Leighton et al, 1999).
RS onderdrukt oxidatieve stress door de synthese van stikstofmonoxide in ischemisch gereperfundeerd weefsel te verhogen (Hattori et al., 2002). Het is aangetoond dat RS de productie van door LPS gestimuleerde ROS voorkomt (Martinez en Moreno, 2000) en de door tumornecrosefactor (TNF) geïnduceerde ROS en lipide peroxidatie in een grote verscheidenheid van cellen, waaronder myeloïde, lymfoïde en epitheliale cellen, remt (Manna et al., 2000). RS remt lipide peroxidatie door effectief verschillende vrije radicalen, waaronder peroxyl- en hydroxylradicalen, te neutraliseren in het na een hartinfarct gereperfundeerde myocard (Ray et al., 1999). Remming van induceerbaar stikstofoxide synthase en preventie van cytotoxische effecten werden ook waargenomen na behandeling met RS (Tsai et al., 1999; Matsuda et al., 2000).
Bradamante et al. (2004) hebben het werkingsmechanisme van RS bij het remmen van lipide peroxidatie in detail toegelicht. Er worden verschillende mechanismen gesuggereerd waardoor RS een antioxiderende werking uitoefent (Zini et al., 1999). Ten eerste kan RS concurreren met co-enzym Q en de oxidatieve keten complex III verlagen. Ten tweede blijkt RS de intracellulaire vrije radicaalvanger glutathion te versterken, aangezien RS de levensvatbaarheid van de cellen in stand houdt en oxidatie remt (Savaskan et al., 2003). Ten derde kan RS de endogene antioxidanten en fase-2-enzymen in cardiomyocyten verhogen, en deze verhoogde cellulaire afweer biedt bescherming tegen oxidatieve schade (Cao en Li, 2004). Van RS en zijn analogen is aangetoond dat ze effectieve antioxidanten zijn tegen peroxidatie van linolzuur in natriumdodecylsulfaat- en cetyltrimethylammoniumbromidemicellen (Fang et al., 2002; Fang and Zhou, 2008). De resultaten suggereren dat de antioxidatieve werking inhoudt dat de zich verspreidende peroxylradicalen aan het oppervlak van de micellen worden gevangen en dat α-tocoferol wordt geregenereerd.
Modulatie van antioxidant-enzymen door RS
Behandeling met RS blijkt de oxidatieve stress te verminderen en verschillende ziekten te voorkomen door de activiteiten van verschillende antioxidant-enzymen te verhogen, waaronder superoxide-dismutase, catalase, glutathion, glutathionreductase, glutathionperoxidase en glutathion-S-transferase in gladde spiercellen van de aorta van ratten (Yen et al, 2003; Li et al., 2006). Van RS is aangetoond dat het de glutathionniveaus in oxidatief belaste menselijke perifere bloedmononucleaire cellen op peil houdt, en dat het de glutathionniveaus verhoogt in menselijke lymfocyten die door waterstofperoxide worden geactiveerd (Losa, 2003; Olas et al., 2004). Een sterke dosisafhankelijke inductie van fase II-medicijnmetaboliserende enzymen en antioxidantgenen werd aangetoond toen ratten gedurende 28 dagen 0,3, 1 en 3 g/kg lichaamsgewicht per dag RS kregen toegediend (Hebbar et al., 2005). Significante verminderingen in oxidatieve stress na behandeling met RS door vermindering van lipide hydroperoxide en toename van antioxidant enzymen waaronder superoxide dismutase bij ratten die met een hoog vet dieet werden gevoed, zijn aangetoond door Rocha et al. (2009).
Anti-inflammatoire effecten van RS
De rol van ontsteking in het proces van atherosclerose is de afgelopen tien jaar steeds beter onderkend. Ontsteking speelt een belangrijke rol in alle stadia van atherosclerose, met inbegrip van de initiatie, progressie en plaquevorming. (Libby et al., 2002; Jawien, 2008). Zowel in vivo als in vitro zijn anti-inflammatoire effecten van RS en het onderliggende mechanisme gesuggereerd (Udenigwe et al., 2008). RS remt de activiteit van cyclo-oxygenase-2, het enzym dat PGE2 produceert, een vitaal bestanddeel van de ontstekingsbemiddeling (Donnelly et al., 2004). Interleukine-6 is geïmpliceerd als een belangrijke marker in het ontstekingsproces en de progressie van atherosclerotische plaques (Ikeda et al., 2001). Van gekweekte muizenmacrofagen is aangetoond dat zij na behandeling met RS de genexpressie, synthese en secretie van interleukine-6 verminderen (Zhong et al., 1999). Het ontstekingsproces bleek door RS te worden onderdrukt door middel van verschillende ontstekingsmarkers, zoals remming van de secretie van interleukine-8 en granulocyte macrophage colony-stimulating factors (Culpitt et al., 2003; Donnelly et al, 2004), endotheel-leukocyten adhesiemoleculen, vasculaire cel adhesie molecuul-1, en door remming van de secretie van histamine en tumor necrose factor-α (Carluccio et al., 2003).
Remming van vasculaire endotheel groeifactor geïnduceerde angiogenese lijkt plaats te vinden door RS-belemmering van de ROS-afhankelijke pathway in menselijke navelstreng endotheelcellen. (Lin et al., 2003). Vermindering van het pro-inflammatoire cytokine tumornecrosefactor-α werd ook aangetoond door Rivera et al. (2009) na behandeling van Zucker ratten met RS in een dosis van 10 mg/kg lichaamsgewicht gedurende 8 weken. Pervaiz (2003) heeft de invloed van RS aangetoond op het effect van de nucleaire factor-κB, een belangrijke transcriptiefactor die verschillende mediatoren of ontstekingen reguleert, waaronder cytokinen, groeifactoren en adhesiemoleculen. RS bezit een sterk ontstekingsremmend effect door de adhesie van leukocyten te remmen in het ischemie-reperfusieratmodel bij een dosis van 0,7 mg/kg (Shigematsu et al., 2003).
Endotheliale disfunctie wordt ook gemeld als een belangrijke risicofactor voor CVD (Rodriguez-Porcel et al., 2001). Fukuda e.a. (2006) ontdekten dat RS de myocardiale angiogenese bij experimentele, door myocardinfarct veroorzaakte ratten aanzienlijk verhoogt via een mechanisme dat door vasculaire endotheliale groeifactoren wordt beïnvloed. Saiko e.a. (2008) hebben de gunstige effecten van RS op het arachidonzuurmetabolisme onderzocht, waarbij werd vastgesteld dat RS de omzetting van fosfolipiden in arachidonzuur remt. Bovendien onderdrukt RS ontstekingen door remming van cyclooxygenase-1, -2; lipoxygenasen, epoxygenasen en de synthese van prostaglandinen en eicosanoïden (Saiko et al., 2008). Hattori et al. (2002) en Hung et al. (2000) hebben aangetoond dat RS ontstekingen en de vorming van atheromateuze plaques remt door de productie van stikstofmonoxide door het vasculaire endotheel te veranderen. RS moduleert de productie en secretie van ontstekingsmediatoren en onderdrukt daardoor de trombogene functie van polymorfonucleaire cellen (Rotondo et al, 1998).
Rol van RS op de productie van vaatverwijders en vaatvernauwers
Het is bekend dat endotheelcellen een evenwicht reguleren en handhaven tussen vaatverwijders zoals stikstofmonoxide en vaatvernauwers zoals endotheline-1, en tevens het risico op atherosclerose verminderen door atherogenese te voorkomen (Davignon en Ganz, 2004). Van RS is bekend dat het een evenwicht tussen de productie van respectievelijk vaatverwijders en vaatvernauwers beïnvloedt en in stand houdt (Fan et al., 2008). Vermindering van de stikstofmonoxide productie leidt tot vasoconstrictie, bloedplaatjesaggregatie en oxidatieve stress. Bovendien remt RS het enzym cyclo-oxygenase-1, dat een sterke vasoconstrictor is en een belangrijke rol speelt bij de aggregatie van bloedplaatjes (Szewczuk et al., 2004). In endotheelcellen van de longslagader werd een verhoogde activiteit van stikstofoxidesynthase gevonden wanneer ze met RS werden behandeld, wat wijst op een directe associatie van stikstofmonoxide bij vaataxatie (Klinge et al., 2003). Van RS is aangetoond dat het de expressie van stikstofmonoxide synthase verhoogt en daardoor mogelijk werkharten beschermt (Hattori et al., 2002), hoewel RS een dergelijk beschermend effect niet vertoonde bij muizen met een stikstofmonoxide synthase knock-out (Imamura et al., 2002). Deze resultaten bevestigen het effect van RS in het balanceren van vasoconstrictoren en vasodilatoren, waardoor bloedplaatjesaggregatie en oxidatieve stress worden voorkomen, wat leidt tot vermindering van het risico op CVD.
Onderdrukking van bloedplaatjesaggregatie door RS
Plaatjesaggregatie speelt een belangrijke rol bij het mediëren van atherosclerose, waarbij bloedplaatjes zich hechten aan celoppervlakken, waarbij van bloedplaatjes afgeleide groeifactor vrijkomt en atherosclerose induceert. Verhoogde of verminderde aggregatie van bloedplaatjes leidt tot verschillende complicaties, waaronder myocardinfarct, ischemie en beroerte. Van RS is echter aangetoond dat het de aggregatie van bloedplaatjes remt (Bertelli et al., 1996b; Bhat et al., 2001; Fan et al., 2008). Onderdrukking van de aggregatie van bloedplaatjes door RS bij konijnen die een hypercholesterolemisch dieet kregen en vermindering van atherosclerose bij genetisch hypercholesterolemische muizen werden ook aangetoond (Zini et al., 1999; Wang et al., 2002b). Bij RS werden dergelijke effecten in volbloed echter niet aangetoond, omdat het mechanisme wellicht verloopt via remming van mitogeen-geactiveerde proteïnekinasen in bloedplaatjes (Kirk e.a., 2000). Van verschillende werkingsmechanismen van RS is aangetoond dat het de aggregatie van bloedplaatjes remt, waaronder de remming van de adhesie van bloedplaatjes aan collageen type I, de belangrijkste stap in de activering van bloedplaatjes. Olas et al. (2002) toonden aan dat voorbehandeling van bloedplaatjes met RS de door LPS of trombine gestimuleerde adhesie van bloedplaatjes aan collageen en fibrinogeen verhindert. Deze bevindingen geven meer inzicht in het onderdrukkende effect van RS op de aggregatie van bloedplaatjes.
Veiligheidsaspecten van de behandeling met RS
Verschillende onderzoeken met mensen en verschillende diermodellen hebben aangetoond dat er geen significante toxische effecten zijn na suppletie met RS over een breed scala van doseringen. Bij ratten werden geen toxische effecten gevonden na orale toediening van 20 mg/kg per dag gedurende 28 dagen (Juan et al., 2002). De in deze studies gebruikte doses waren 1000-maal hoger dan de hoeveelheid die door mensen wordt geconsumeerd die één glas rode wijn per dag drinken. Bovendien werden geen nadelige effecten gezien bij ratten die gedurende 4 weken 300 mg RS per dag kregen toegediend (Crowell et al., 2004). Boocock et al. (2007) meldden geen toxiciteit bij mensen die een eenmalige dosis RS tot 5 g kregen toegediend. De resultaten van deze studies wijzen erop dat RS kan worden geconsumeerd vanwege de heilzame effecten ervan, zonder dat er sprake is van een duidelijke toxiciteit.