Chemo-enzymatic synthesis of new flavonoid derivatives with anti-inflammatory activity

Abstract

Nos últimos anos, vários estudos epidemiológicos apontaram o consumo prolongado de alimentos ricos em flavonoides como um benefício para a saúde, no qual se inclui a prevenção de várias doenças, como o cancro e a diabetes, além das doenças cardiovasculares e neurodegenerativas. Alguns dos seus efeitos protetores têm sido associados à sua atividade anti-inflamatória. A inflamação crónica é, de facto, uma das principais causas de mortalidade no mundo ocidental, uma vez que desencadeia várias patologias humanas, incluindo a diabetes, aterosclerose, cancro e Alzheimer. Visto que os fármacos anti-inflamatórios atuais apresentam diversas limitações e que a produção anormal de mediadores pro-inflamatórios aumenta e sustenta a inflamação, compostos direcionados para a expressão destes últimos são bons candidatos para a atenuação de doenças inflamatórias, como por exemplo, substâncias químicas direcionadas à expressão da isoforma indutível da sintase do óxido nítrico (iNOS) e à produção de óxido nítrico (NO). A baixa estabilidade e solubilidade em meio lipofílico limitam a aplicação prática de flavonoides. Assim sendo, a síntese enzimática de derivados acilados de flavonoides glicosilados surge como uma estratégia eficaz para superar este problema. O uso de processos químicos requer muitas etapas de proteção/desproteção para obter acilação seletiva e, portanto, a via biocatalítica, que é regio e estereosseletiva, é escolhida como um método eficaz para a realização de tais reações e assim melhorar a sua lipofilicidade. Tendo em conta estas premissas, o presente trabalho visa sintetizar e caracterizar novos derivados acilados dos flavonoides rutina e naringina, utilizando a Novozym 435 como catalisador, com vários ésteres vinílicos (acetato de vinilo, propionato de vinilo, butirato de vinilo e cinamato de vinilo) como doadores de grupo acilo e também mostrar os potenciais efeitos anti-inflamatórios dos derivados de naringina, utilizando o modelo de inflamação in vitro de macrófagos RAW 264.7 estimulados com lipopolisacárido (LPS). Os resultados obtidos sugerem que a natureza do doador do grupo acilo pode ser um fator determinante para a regiosseletividade da lipase e para o rendimento da reação. Além disto, os resultados mostram que a acilação da naringina aumentou a sua atividade no que diz respeito à inibição do NO. Particularmente, a naringina 6''-butanoato (C4) foi o composto mais potente no que diz respeito à inibição da expressão de iNOS, seguido por naringina 6''-propanoato (C3), levando a supor que compostos diacilados ou compostos acilados com doadores de cadeia longa podem interagir melhor com a membrana celular devido ao aumento do seu carácter lipofílico, aumentando a internalização da naringina pelas células e melhorando assim o seu efeito anti-inflamatório.

In the last years, epidemiological studies suggested that long term consumption of food rich in flavonoids is related to health benefits, such as prevention of diverse diseases including cancer and diabetes, along with cardiovascular and neurodegenerative diseases. Some of their protective effects have been associated to their anti-inflammatory activity. As a matter of fact, chronic inflammation is one of the leading causes of mortality in western world since it triggers multiple human pathologies, including diabetes, atherosclerosis, cancer and Alzheimer. Since the current anti-inflammatory drugs have several limitations and the abnormal production of pro-inflammatory mediators increases and sustains inflammation, compounds targeting their expression are good candidates for attenuating inflammatory diseases, for example chemicals targeting inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression and nitric oxide (NO) production. The low stability and solubility in lipophilic medium limit the practical application of flavonoids. Therefore, enzymatic synthesis of acylated derivatives of glycosylated flavonoids arises as an effective strategy to overcome this problem. Moreover, the use of chemical processes requires many protection/deprotection steps to obtain selective acylation, and the biocatalytic route, which is region- and stereoselective, is chosen as an effective method to perform such reactions and to improve their lipophilicity. Taking into account these assumptions, the present work aims to synthesize and characterize new acylated derivatives of the flavonoids rutin and naringin, catalysed by Novozym 435, with various vinyl esters (vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate and vinyl cinnamate) as acyl donors and to disclose the potential anti-inflammatory effects of naringin derivatives using the in vitro model of inflammation lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW264.7 macrophages. The results obtained suggest that the nature of the acyl donor can be a determining factor for the regioselectivity of the lipase and for the reaction yields. Moreover, the results show that the acylation of naringin enhanced its activity towards NO inhibition. Particularly, naringin 6''-butanoate (C4) was the most potent compound in inhibiting iNOS expression, followed by naringin 6''-propanoate (C3), leading to hypothesize that diacylated compounds or acylated compounds with long chain acyl donors can better interact with the cell membrane due to its increased lipophilicity, providing a mean of enhancing the internalization of naringin by cells, thus improving its anti-inflammatory effect.