¿Cuál es el beneficio de la luteína de la flor de caléndula?

luteína is a naturally occurring carotenoid that filters blue light and prevents retinal damage. Studies have shown that lutein is not only found in macular pigment, but is also widely distributed in various parts of the brain, accounting for 59% of the total carotenoids in the brain, and its concentration is positively correlated with brain development in infants and cognitive function in the elderly [1]. Preterm infants, due to their early birth, lose the opportunity to continue to obtain maternal lutein during the last few weeks of pregnancy and after birth, resulting in significantly lower lutein concentrations in the brain of preterm infants [2].

Estudios han encontrado que la concentración de luteína en bebés prematuros es significativamente menor que en bebés a término, lo cual puede ser la causa de defectos en el desarrollo neurológico en bebés prematuros. El aumento de la concentración de luteína al final del embarazo se asocia con la promoción del desarrollo del sistema nervioso central [3]. Por el contrario, los bajos niveles de luteína en la primera infancia se asocicon un deterioro del neurodesarrollo, la maduración del epitelidel pigmento de la retina y un mayor riesgo de estrés oxidativo en el tejido neural [4]. La luteína representa de 66% a 77% del total de carotenoides en el cerebro humano, lo que indica que la luteína se acumula selectivamente en el cerebro [5], lo que sugiere por otro lado el papel potencial de la luteína en la función cerebral y el desarrollo. El metabolismo y la función de la luteína en las células del nervio óptico y las células nervidel cerebro no se entienden bien [6]. Este estudio revisa el progreso de la investigación de lutein's actividad y función biológica en el extranjero para proporcionar una base científica para su aplicación más amplia.

1 actividad biológica de la luteína

La luteína pertenece a la familia de los carotenoides y sólo puede ser sintetizpor las plantas. Es abundante en verduras de hoja verde oscuro como caléndulas, espiny zanahorias. Se estima que el 93% de la luteína dietética (luteína y zeaxantina) está libre de luteína, mientras que sólo el 7% está esterificada [7 − 8]. El análisis comparativo de la biodisponibilidad de la luteína esterificada y libre muestra que el sistema digestivo humano absorbe mejor la luteína libre y que la suplementación con luteína libre aumenta más los niveles de luteína sérica [9]. Por lo tanto, en comparación con la luteína libre, es necesario consumir más luteína esterificada para alcanzar el mismo nivel de luteína sérica.

Sin embargo, no hay diferencias significativas en los niveles plasmáticos de luteína en polpoltras el consumo de luteína libre y esterificada [10 − 11], lo que puede estar relacionado con las diferencias en las enzimas metabolizadas en diferentes especies. Otros nutrientes también pueden promover el cuerpo's absorption of lutein. For example, when used in combination with phospholipids, lutein absorption levels can be increased. In a study comparing the absorption efficiency of lutein phospholipid and lutein ester, it was found that after taking lutein capsules containing phospholipids for 10 days, adult plasma lutein levels were significantly increased (about 6 times higher) [12]. This result also explains the high availability of lutein in egg yolk, where lutein may be esterified with phospholipids. However, there is currently no comparison of the biological activity of phospholipidized lutein and free lutein.

Las diferencias en la ingesta de luteína pueden ser la razón de los diferentes niveles de luteína en el cuerpo. La luteína es el carotenoide más abundante en la leche materna, y la biodisponibilidad de luteína en la leche materna es mayor que en la fórmula infantil [13]. Esta diferencia puede deberse a factores como la calidad de la mother's alimentación, ingesta de grasas, y la interacción entre los nutrientes, que afectan indirectamente a la composición de nutrientes de la leche materna [14 − 16].

The bioavailability of lutein is also related to the method of supplementation. A study of the availability of lutein in breast milk and formula feeding in rhesus monkeys (primate mammals) showed that at 6 months of age, compared to the formula group without lutein, the lutein concentration in the blood and all tissues of the formula-fed monkeys supplemented with lutein increased, with the highest concentration in the occipital cortex; however, the lutein concentration in the blood, all brain tissues, the macula and retina, adipose tissue, liver, and other tissues of the breast-fed monkeys was higher than that in the lutein-supplemented formula group, indicating that the bioavailability of lutein in breast milk is the highest [17]. The bioavailability of lutein may also be affected by the level of lutein transport protein in the blood plasma – high-density lipoprotein (HDL). Connor Et al.[18] found that feeding chickens deficient in HDL apolipoprotein with a high lutein dietresulted in almost no change in lutein levels in the blood plasma and retina, while lutein levels in the control group of chickens increased significantly. Further studies on the transport of lutein in the blood of patients with age-related macular degeneration and normal people found that 52% of the lutein in the blood plasma is transported by HDL and 22% by LDL, and that the transport of carotenoids by HDL and LDL is independent of the presence or absence of macular degeneration.

2 metabolismo de la luteína en el cuerpo

After being transported to the target area by carriers such as HDL, lutein binds to the acute regulatory domain protein StARD3 produced by retinoids and then enters the cell to exert its function [19⁃21]. In addition, as a member of the carotenoid family, lutein can also be metabolized and broken down by − -caroteno oxygenase (BCO). BCO can cleave carotenoids by symmetric and asymmetric decomposition to produce retinal, which can further catalyze the production of the well-known differentiation inducer RA. Among them, BCO1 performs symmetric cleavage at the middle position of the carotenoid, while BCO2 performs the asymmetric cleavage. BCO1 can metabolize β-carotene to produce retinal at a rate of 197 nmol/mg BCO1/h, but the rate of BCO1 cleaving lutein is zero [22]. BCO2 is mainly responsible for the metabolism of lutein. Surface affinity analysis has found that the affinity of BCO2 for lutein in humans and mice is very high, while the affinity of BCO2 for lutein in the human eye is 10 times lower [23]. This is the reason why lutein can accumulate in the human eye to form the macula without being broken down by BCO2. In fact, knocking out the BCO2 gene in mice can significantly increase the concentration of lutein in the retinal pigment epithelium, further confirming that BCO2 is a metabolic enzyme for lutein [24].

La luteína es un tipo de vitamina A. las bajas concentraciones de vitamina a y sus metabolipueden llevar a una falla en la extensión del nervio, apoptosis de las células nerviy defectos en el desarrollo del sistema nervioso central [25]. Olson Et al.[26] mostraron que el ácido retinoico (ar), el principal metabolito de la vitamina A, puede reaccionar con muchos receptores de la superficie celular (ácido retinoico y receptores de ácido retinoico) que regulan la transcride genes y la señalización celular y desempeñan diversas funciones en la diferenciación y el mantenimiento de fenotipos neuron. El ácido retinoico induce la diferenciación celular y el desarrollo tisular y se considera crucial para la neurogénesis temprana [27]. A nivel celular, el ar puede inducir la diferenciación celular regulando el ciclo celular de las células precursoras indiferenci[28]. La diferenciación neuronal indupor la ra de las células del neuroblastoma SY5Y se relaciona con su regulación de las funciones metabólicas celulares [29]. Esta "remodelmetabólica" puede ser incluso un factor crucial en el diálogo fisiológico que soporta el proceso de diferenciación, reflejlos diferentes requerimientos bioenergéticos de las células maduras y la biodisponibilidad de intermediarios metabólicos intracelulares, esenciales para la regulación de la expresión génica [30].

3 Lutein's efecto antioxidante

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) en el cuerpo incluyen una serie de compuestos oxidados que no se han reducido por completo [31], y por lo general son subproductos de las reacciones metabólicas en el cuerpo. Lutein's el buen efecto antioxidante se logra principalmente mediante la reducción de la expresión de factores inflamatorios y el aumento de la superóxido dismutasa. Mariko et Al.[32]usaron un modelo de ratón de uveítis inducida por endotoxinas en los ojos para estudiar el efecto de la luteína. Luteína puede aliviar la concentración de sustancias activas oxiden el mouse's ojos, reducen la expresión de factores inflamatorios, y protegen contra los cambios patológicos en las células gliales de Muller, lo que sugiere que la luteína puede proteger las células nerviópticas de la inflamación en la úvea a través de su efecto antioxidante.

En otro experimento usando 3 h de 2.000 lux de luz azul para dañar la degeneración retinide ratones, Mamoru Et al.[33] encontraron que los ratones tratados con luteína redujeron las concentraciones de ROS al aumentar la expresión de ARNm de la superóxido dismutasa SOD1 y SOD2 y aumentar su actividad enzim. La luteína también redujo la expresión de marcadores macrófagos, lo que sugiere que redujo la respuesta inflamatoria después del daño de la luz azul y ayudó a reparar el daño visual causado por la luz azul. La luteína no solo reduce las concentraciones de ROS en las células del nervio óptico, sino que también tiene un buen efecto antioxidante en otros tejidos.

Shi Yu Du Et al.[34] encontraron en un modelo de ratón de lesión hepática alcohque después del pretratamiento con luteína, la ROS en el hígado de ratón se redujo significativamente y la actividad de las enzimas antioxidantes se incrementó significativamente, lo que indica que la luteína puede reducir el daño de las células hepáticas alcohólicas al aumentar la capacidad antioxidante. En un modelo murde lesión de isquemia y reperfusión, el tratamiento con luteína también redujo significativamente el estrés oxidativo en los tejidos esquelé, la carbonilación de proteínas y los grupos sulfhidrilo, yla peroxidlipí[35]. La luteína también juega un papel importante en la protección del tejido cerebral. Se ha encontrado que en ratones con lesión cerebral traumática grave, la expresión de los factores inflamatorios IL-1β y IL-6, y la concentración de ROS en el suero, se redujeron significativamente después del pretratamiento con luteína, lo que indica que la luteína puede proteger eficazmente contra la lesión cerebral traumática grave al reducir las reacciones inflamatorias y oxid[36].

4 Lutein's efecto protector sobre la función cerebral

Ha habido poca investigación sobre el papel de la luteína en el desarrollo del sistema nervioso. Además de su efecto antioxidante, la luteína es absorpreferentemente por el tejido cerebral, recientemente ha habido un creciente interés en el efecto de la luteína en el desarrollo del tejido cerebral [37]. Vishwanathan Et al.[38]encontraron que aunque la luteína solo representa el 12% de los carotenoides totales en la dieta, representa el 59% de los carotenoides totales en el cerebro y es el carotenoide más abundante en el cerebro infantil. El análisis de la luteína y sus metabolien el tejido craneal infantil reveló que las concentraciones de luteína en el tejido cerebral relacionadas con el aprendizaje y la memoria (corteza, hipocampo y lóboccipital) están estrechamente relacionadas con el metabolismo lipídico, los neurotransmide aminoácidos y el metabolismo de la carnosina. En comparación con los bebés a término, la concentración de luteína en el cerebro de los bebés prematuros es significativamente menor, lo que indica que la etapa tardía del embarazo es un período crítico para que los bebés obtengan luteína de la madre, lo que corresponde a un período crítico para el desarrollo del cerebro infantil [2,39].

Basado en el concepto de que el desarrollo cerebral óptimo requiere una combinación óptima de nutrientes a través de una variedad de alimentos, un estudio electrofisiológico (mediante la medición de la respuesta de las ondas eléctricas) se llevó a cabo en niños de 6 meses de edad para probar la relación entre los nutrientes en la leche materna y la memoria de reconocimiento (un indicador neurocognitivo) en niños que recibieron leche materna. El estudio mostró que los bebés alimentados con leche materna con un mayor contenido de luteína y colina tuvieron mejores habilidades neurocognitivas, por lo que una combinación específica de estos nutrientes puede ser importante para el desarrollo de la memoria de reconocimiento [40].

In addition to helping infants and young children develop their nervous systems, lutein may have a direct effect on the differentiation of human stem cells [41]. It has also been reported that lutein's efectos en el desarrollo neurológico están relacionados con su efecto antioxidante sobre el ácido docosahexaenoico (DHA), que mantiene DHA's actividad biológica al protegerla de la reducción [42], mejora la función cerebral mediante el fortalecimiento de las uniones gap entre las neuron[43], o luteína afecta a los ácidos grasos y neurotransmisores en el cerebro infantil, promoviendo la maduración de la membrana celular y el plegcortical [3]. Además, lutein's los efectos antiinflamatorios y antioxidantes también pueden prevenir la aparición de trastornos del desarrollo neurológico asociados con ROS, protegiendo así el crecimiento saludable de los recién nacidos, especialmente los prematuros [3].

En los ancianos, aunquelutein concentrations are lower than in infants, lutein also has a positive effect on cognitive function [44]. Lutein may slow or prevent cognitive decline by preventing brain aging. Older adults with higher serum lutein levels have thicker gray matter in the parietal region of the hippocampus and perform better on crystallized intelligence tests [45]. Additional lutein supplementation not only improves the cognitive performance of the elderly, but also prevents the occurrence of related diseases: supplementing elderly women with mild cognitive impairment and low lutein concentrations in the body can significantly improve their verbal fluency [37]; in another 5-year study, supplementation with lutein in the elderly was found to reduce the risk of age-related macular degeneration by 25% [46].

5 mecanismos potenciales por los cuales la luteína afecta la función cerebral

Durante el desarrollo del sistema nervioso en bebés y niños pequeños, un gran número de células madre neuronnecesitan diferenciarse y madurarse en neuron. Este proceso de diferenciación se acompaña de cambios significativos en la expresión génica y proteica, así como en el sistema nervio's gran demanda de neurotransmisores y metabolismo energético, que genera estrés oxidativo. La luteína puede desempeñar un papel importante en este proceso.

5.1 la reprogramación metabólica es la base para la diferenciación de las células nervidel cerebro

En las células nervinerviindifer, la mayor parte de la energía es producida por la glucólisis, que es consistente con la rápida energía biológica y la síntesis de material relativamente baja requerida durante el ciclo de proliferación celular [47]. El metabolismo glicolítico de las células madre neures beneficioso para el uso de nutrientes extracelulares y glucosa para producir ATP y los intermediarios requeridos para las vías biosintéticas, incluyendo ribosa, glicery ácido cítrico [48]. Otro beneficio de la glucólisis anaerobia es que produce menos peróxido bajo condiciones hipóxicas, proteasí mejor el ADN celular de mutaciones y daño [49].

Por lo tanto, el cultivo de células madre mesenquimales y células madre neurales (NSCs) en condiciones hipóxicas es una condición importante para el mantenimiento de las células madre#39; «Pluripotencia» [50]. En contraste, las células nervimaduras diferenciadas requieren más energía de ATP para mantener y restaurar la conservación del gradiente iónico, producir neurotransmisores, y satisfacer las necesidades de la función normal de la célula [51 − 52]. Por lo tanto, el "cambio" metabólico de glucólisis ineficia eficiente fosforilación oxidmitocones un paso clave en el cumplimiento de los requisitos de aumento de energía del cerebro maduro [30,53]. En contraste, cuando las células somáticas son inducidas a convertirse en células madre pluripotentes, la desdiferenciación de células somáticas en células madre requiere una disminución en el metabolismo aeróby un aumento en el flujo glucolítico [54].

5. 2 El estado metabólico celular regula la diferenciación celular a través de la epigenética

La epigenética se refiere a la regulación de la expresión génica sin alterar la secuencia de ADN, por lo general a través de cambios en la desacetilde la histona (HDAC), metildel ADN o modificaciones similares, que median la Unión de los complejos represores a silenciregiones reguladoras del ADN. La mayoría de las enzimas que regulan la conformación de la cromatina requieren intermediarios metabólicos celulares como sustro cofactores, lo que sugiere que el metabolismo celular juega un papel clave en la regulación de las modificaciones epigenéticas [55].

Cuando la célula tiene suficiente energía, la cromatina es acetily la hées desenroll, permitiendo que el gen sea transcrito en ARNm [56]. Las mitocondritambién pueden afectar la expresión génica al influir en la concentración de cofactores epigenéticos clave A nivel metabólico, incluyendo ATP, acetilcoenzima A, NADH/NAD+ y s-adenosilmetionina (SAM) [57]. Cuando la función mitocondrial se interrumpe, puede interrumpir la actividad de DNMT y el proceso de metilación. La pérdida de ADN mitocondrial puede cambiar significativamente el patrón de metilación de muchos genes, y estos cambios se revierten rápidamente después de ADN mitocondrial vuelve a entrar en la célula [58].

El proceso glucolítico descompone la glucosa para producir piruvato, un proceso acompañado por la conversión de NAD+ a NADH, inhila la actividad deacetilasa de SIRT1 histona; El piruvato puede ser deshidrogenado A acetilcoenzima A, que promueve la acetilación de las histonas; La acetilcoenzima A también promueve el ciclo del ATC yla respiración mitocondrial, y el ATP producido puede ser utilizado para formar el sustrde metilsam. Estas reglas epigenéticas regulan la expresión de genes neurondurante la diferenciación.

5. 3 Lutein's papel en la regulación de la diferenciación neuronal durante el metabolismo celular

La regulación del metabolismo celular puede ser la forma en que la luteína ejerce sus efectos biológicos. Xie Et al.[59] encontraron que el tratamiento con luteína puede aumentar significativamente el metabolismo mitocondrial, cambiar el estado epigenético de la célula y promover la diferenciación de células neuronindiferen en células neuronmaduras. Los compuestos polifenópueden aumentar la tasa de glucólisis y fosforilación oxiddurante la diferenciación de varios tipos de células, incluyendo adipocitos [60], células musculares [61], y las neuronderivadas de las células SY5Y indupor ra [29].

Polyunsaturated fatty acid DHA and dietary carotenoids have also been found to induce metabolic reprogramming during the differentiation of SY5Y neuronal cells [59], increasing glucose consumption, glycolytic rate and enhancing mitochondrial complex I/III respiration. PI3K-dependent metabolic regulation is associated with the transition of rapidly proliferating precursor cells to post-mitotic differentiated neuronal cells and may be a key pathway by which retinoids regulate neurodevelopment. PI3K/AKT inhibitors can inhibit RA[28 ,62] and lutein-induced neuronal differentiation. RA induction leads to elevated levels of the cell cycle-dependent kinase inhibitors p21 and p27 (Kip) proteins, which inhibit cell proliferation by blocking G1/S phase cell cycle progression[28]. Similarly, lutein also inhibits SY5Y proliferation, thereby enhancing neuronal differentiation [59].

La vía metabólica del carbono está acoplada a la actividad de la cadena respirmitocondrial, que afecta a la diferencia de potencial electroquímico entre NADH mitocony NADPH citosólico, que a su vez regula el ciclo catabolismo/anabolismo serino [63]. Por lo tanto, los cambios en la función mitocondrial pueden regular el metabolismo del carbono y así alterar la expresión génica [64]. Micronutrientes como la luteína, folato, vitamina B12 y agpi son importantes influencers del metabolismo del carbono, controlando así los niveles de moléculas de señalización clave, tales como ATP, acetilcoenzima A, NAD+/NADH, SAM y otros intermediarios de TCA, que proporcionan grupos metilo para muchas reacciones de metiltransferasa [65].

Estudios en animales han encontrado que el estado nutricional de la madre durante el embarazo tiene un impacto significativo en la expresión génica de la regulación epigenética en los lactantes [66 − 67]. La producción de s-adenosilmetionina (SAM), el principal donante celular de metilo (que afecta la metilación del ADN), depende del ciclo de folato mitocondrial yla síntesis de ATP [63,68]. La SAH es un potente inhibidor de la ADN desmetilasa y puede ser hidrolizada a homocisteína para la regeneración de la metionina, un proceso que también depende del metabolismo del carbono [69]. Otros metabolimitocontales como succinato, fumarato y 2-hidroxiglutarato y -cetoglutarato (− KG) pueden regular la metilación del ADN a través de TETs [55,70], promover la desmetilmediada por tet oxidando 5-metilcitosina (5mC) a 5-hidroximetilcitosina (5hmC) [71]. Las modificaciones de las histonas genómicas también se ven afectadas por las sustancias retinoides. En ratas deficientes en vitamina A, la acetilde las histonas mediada por proteínas de Unión A la RAR y creb es significativamente menor, inhibide la expresión de estos genes y por lo tanto perjudica la rata#39;s habilidades de aprendizaje y memoria [72].

Por el contrario, el tratamiento de ar reduce los niveles de deacetilasas y aumenta los niveles de H3K27ac en los genes Hoxa1, Cyp26a1 y RAR − 2 en células madre embrion, afectando positivamente la expresión de estos genes [73]. En células madre embrion, HDACs se unen diferencialmente a los promotores y potenciadores de genes regulados por RA. La ar induce la eliminación de HDACs de manera regulada y promueve la deposición de la marca H3K27ac en estos genes [73]. Además, el sustracetil acetil-coenzima A también puede ser producido por la degradación oxidde ciertos aminoácidos (en lugar de por la oxiddel piruvato durante la glucólisis). Su proceso de producción es altamente dependiente de la oxidde ácidos grasos de cadena larga, y el carbono derivado de ácidos grasos puede incluso representar hasta el 90% de la acetilación de ciertos residuos de histona lisina [74].

6 conclusión y perspectivas

La luteína no solo pasa a través de la barrera hematoencefálica, sino que también puede tener un efecto especial en el mantenimiento de la función cerebral. No sólo es beneficioso para el mantenimiento de las capacidades cognitivas y del lenguaje en los ancianos, sino que también puede estar involucrado en el desarrollo del cerebro#39;s sistema nervioso en bebés y niños pequeños. El posible mecanismo de su función de salud cerebral es que la luteína puede regular el metabolismo celular, promover el cambio de la glucólisis a la fosforilación oxid, cambiando así el estado epigenético de las células/tejidos yla regulación de la expresión génica relacionada con la diferenciación/desarrollo de células neuron. China ha estado durante mucho tiempo entre los líderes mundiales en términos de número de recién nacidos, y con el advenimiento de una sociedad que envejece, hay una enorme demanda de protección de la función cerebral en los bebés y los ancianos. La luteína tiene un gran potencial de aplicación en el campo de la protección de la función cerebral.

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