Contribution of flavonoids and iridoids to health properties of edible plants of Arbutas, Cornas, and Vuccinium genera from Mediterranean area

Abstract

Aim of the study: Natural compounds produced by the “nature laboratory” continue to play a leading role in the process of discovering and developing of new drugs, food supplements and/or functional foods. Today, in fact, we are witnessing a renewed interest in these products for the prevention and treatment of numerous diseases, including those associated with oxidative stress such as diabetes and inflammatory diseases. In this context, the present research project aimed at identifying the best techniques that allow the extraction of two classes of active compounds, flavonoids and iridoids, from the fruits and leaves of Arbutus unedo L., Vaccinium corymbosum L., Cornus mas L., and Cornus sanguinea L. Their edible fruits but also their leaves (considered byproducts) represent rich sources of bioactive compounds. The work continued with the evaluation of in vitro biological activity and the fractionation of the most active extracts in order to envisage their potential use as a source of bioactive compounds for the development of functional foods, nutraceuticals and/or food supplements . Materials and methods: The chemical profile of extracts was evaluated by using LC/ESI/QTOF/MS. Four different in vitro tests (DPPH, ABTS, -carotene bleaching test and FRAP), were performed to investigate the antioxidant activity. The potential hypoglycaemic activity was investigated by the inhibition of -amylase and -glucosidase enzymes. The inhibitory effects of the extracts on the production of nitric oxide have been studied by Griess assay. The most active extracts of C. mas and C. sanguinea were subjected to fractionation in order to obtain a separation of flavonoids and iridoids using XAD-16 resin. Obtained fractions were tested to evaluate their ability to reduce the activation of the NF-kB factor. Results: LC/ESI/QTOF/MS analyses detected for the first time in the A. unedo the presence of ellagic acid 4-O--D-glucopiranoside, kaempferol 3-O-glucoside, myricetin, myricetin 3-O-rhamnopiranoside, naringenin 7-O-glucoside, isovitexin 7-O-glucoside, and norbergenine and V. corymbosum the presence of the iridoids scandoside, vaccinoside, geniposide, and dihydromonotropein. The complete chemical characterization of C. sanguinea fruits and leaves was conducted herein for the first time, reporting the presence of flavonoids and iridoids. Worthy of note are the results obtained from the hypoglycaemic activity. The extracts of both Cornus species showed a high inhibition of -glucosidase and a moderate inhibition of -amylase. Of particular note were the results obtained with the hydroalcoholic maceration of leaves and dried fruits of C. mas (TDB and MDB), the ethanol maceration of fresh leaves (PF1) and the hydroalcoholic maceration of dry leaves (SD2) of C. sanguinea, which for this reason were subjected to fractionation using XAD-16 resin. C. sanguinea PF1 (II) and SD2 (II) fractions showed the best antioxidant and NF-KB inhibition activity. Conclusion: All the investigated extracts showed a promising antioxidant, hypoglycaemic and anti-inflammatory potential, confirming the positive contribution of the two classes of compounds under study, flavonoids and iridoids, suggesting their potential use as a rich source of useful bioactive compounds for the formulation of new products to prevent diseases associated with oxidative stress such as inflammatory diseases and diabetes. In particular, results obtained with the C. sanguinea fractions PF1 (II) and SD2 (II) encourage researchers to continue the study with further in vivo studies. Scopo dello studio: I composti naturali prodotti dal “laboratorio natura” continuano ad avere un ruolo di primo piano nel processo di scoperta e sviluppo di nuovi farmaci, integratori alimentari e/o alimenti funzionali. Oggi, infatti, si assiste a un rinnovato interesse nei riguardi di tali prodotti nella prevenzione e nel trattamento di numerose patologie, tra cui quelle associate allo stress ossidativo come diabete e malattie infiammatorie. In questo ambito si inserisce il presente lavoro di ricerca, volto all’identificazione delle migliori tecniche che consentano l’estrazione di due classi di principi attivi, i flavonoidi e gli iridoidi, dai frutti e dalle foglie di Arbutus unedo L., Vaccinium corymbosum L., Cornus mas L. e Cornus sanguinea L. I loro frutti commestibili ma anche le foglie (considerate prodotti di scarto) rappresentano ricche fonti di composti bioattivi. Il lavoro ha quindi riguardato la valutazione dell’attività biologica in vitro e il frazionamento bio-guidato degli estratti risultati più attivi al fine di prospettare un loro potenziale impiego come fonte di composti bioattivi per lo sviluppo di alimenti funzionali, nutraceutici e/o integratori alimentari. Materiali e metodi: Il profilo fitochimico degli estratti è stato valutato mediante LC/ESI/QTOF/MS. Per la determinazione in vitro della capacità antiossidante sono stati eseguiti quattro diversi test (DPPH, ABTS, FRAP e-carotene bleaching test). La potenziale attività ipoglicemizzante è stata investigata mediante l’inibizione degli enzimi -amilasi e -glucosidasi. Gli effetti inibitori degli estratti sulla produzione di ossido nitrico sono stati studiati mediante saggio di Griess. Gli estratti maggiormente attivi di C. mas e C. sanguinea sono stati sottoposti a frazionamento per la separazione di flavonoidi e iridoidi mediante l’impiego della resina XAD-16. Le frazioni ottenute sono state saggiate per valutare la capacità di ridurre l’attivazione del fattore NF-kB. Risultati: L’analisi LC/ESI/QTOF/MS ha rilevato per la prima volta nell’A. unedo la presenza di acido ellagico 4-O--D-glucopiranoside, kaemferolo 3-O-glucoside, miricetina, miricetina 3-O-ramnopiranoside, naringenina 7-O-glucoside, isovitexina 7-O-glucoside, e norbergenina e nel V. corymbosum la presenza degli iridoidi scandoside, vaccinoside, geniposide e diidromonotropeina. La caratterizzazione chimica completa di frutti e foglie del C. sanguinea è stata condotta per la prima volta, riportando la presenza flavonoidi ed iridoidi. Degni di nota sono i risultati ottenuti dall’attività ipoglicemizzante. Gli estratti di entrambe le specie di Cornus hanno mostrato un’alta inibizione dell’-glucosidasi e una moderata inibizione dell’-amilasi. Di particolare rilievo sono stati i risultati ottenuti con la macerazione idroalcolica di foglie e frutti secchi di C. mas (TDB e MDB), la macerazione in etanolo delle foglie fresche (PF1) e la macerazione idroalcolica delle foglie secche (SD2) di C. sanguinea, che per tale motivo sono stati sottoposti a bio-frazionamento mediante l’impiego della resina XAD-16. Le frazioni PF1 (II) e SD2 (II) del C. sanguinea hanno mostrato la migliore attività antiossidante e di inibizione dell’NF-KB. Conclusioni: Tutti gli estratti investigati hanno mostrato un promettente potenziale antiossidante, ipoglicemizzante ed antinfiammatorio, confermando il positivo contributo delle due classi di composti oggetto di studio, i flavonoidi e iridoidi prospettando il loro potenziale impiego come ricca fonte di composti bioattivi utili per la formulazione di nuovi prodotti per prevenire le malattie associate allo stress ossidativo come malattie infiammatorie e diabete. In particolare, i risultati ottenuti con le frazioni PF1 (II) e SD2 (II) del C. sanguinea incoraggiano i ricercatori nel proseguire lo studio con eventuali studi in vivo. Résumé Objet de l’étude : Les substances naturelles produites par le laboratoire « Nature » continuent de jouer un rôle de premier plan dans le processus de découverte et de développement de nouveaux médicaments, compléments alimentaires et/ou aliments fonctionnels. Aujourd’hui, en effet, nous assistons à un regain d'intérêt pour ces produits pour la prévention et le traitement de nombreuses maladies, notamment celles associées au stress oxydatif, telles que le diabète et les maladies inflammatoires. Le présent travail de recherche vise à identifier les meilleures techniques permettant d’extraire deux classes de principes actifs, les flavonoïdes et les iridoïdes, des fruits et des feuilles d’Arbutus unedo L., Vaccinium corymbosum L., Cornus mas L. et Cornus sanguinea L. Leurs fruits comestibles, comme leurs feuilles pourtant actuellement considérées comme des déchets représentent de riches sources de composés bioactifs. Les travaux ont donc porté sur l'évaluation de l'activité biologique in vitro et le fractionnement bio-guidé des extraits les plus actifs afin d'envisager leur utilisation potentielle comme source de composés bioactifs pour le développement d'aliments fonctionnels, et nutraceutiques. Matériels et méthodes : Le profil phytochimique des extraits a été évalué par LC/ESI/QTOF/MS. Pour la détermination in vitro de la capacité antioxydante, quatre tests différents ont été réalisés (DPPH, ABTS, FRAP et-carotene bleaching test). L’activité hypoglycémique potentielle a été étudiée par inhibition des enzymes -amylase et -glucosidase. Les effets inhibiteurs des extraits sur la production d'oxyde nitrique ont été étudiés par le test de Griess. Les extraits les plus actifs de C. mas et C. sanguinea ont été soumis à un bio-fractionnement pour la séparation des flavonoïdes et des iridoïdes au moyen de la résine XAD-16. Les fractions obtenues ont été testées pour évaluer l'aptitude à réduire l’activation du facteur NF-kB. Résultats : L’analyse par LC/ESI/QTOF/MS détectée pour la première fois dans l’A. unedo la présence d’acide ellagique 4-O--D-glucopiranoside, de kaempférol 3-O-glucoside, de myricétine, de myricétine 3-O-rhamnopyranoside, de naringénine 7-O-glucoside, d'isovitexine 7-O-glucoside et de norbergénine, et V. corymbosum la présence d'iridoïdes scandoside, vaccinoside, géniposide et dihydromonotropeine. La caractérisation chimique complète des fruits et des feuilles de C. sanguinea a été réalisée pour la première fois, en indiquant la présence de flavonoïdes et d'iridoïdes. Il convient de noter les résultats obtenus à partir de l’activité hypoglycémique. Les extraits des deux espèces de Cornus ont montré une forte inhibition de l’-glucosidase et une inhibition modérée de l'-amylase. Résultats intéressants ont été obtenus avec la macération hydro-alcoolique de feuilles et de fruits séchés de C. mas (TDB et MDB), la macération en éthanol des feuilles fraîches (PF1) et la macération hydro-alcoolique de feuilles sèches (SD2) de C. sanguinea qui, pour cette raison, ont été soumis à un fractionnement avec la résine XAD-16. Les fractions PF1 (II) et SD2 (II) de C. sanguinea présentaient la meilleure activité inhibitrice des antioxydants et du NF-kB. Conclusion: Tous les extraits étudiés ont montrés un potentiel antioxydants, hypoglycémiants et anti-inflammatoire, confirmant l’apport positif des deux classes de composés étudiés, les flavonoïdes et les iridoïdes, suggérant leur utilisation potentielle comme source riche de composés bioactifs utiles pour la formulation de nouveaux produits pour prévenir les maladies associées au stress oxydatif, telles que les maladies inflammatoires et le diabète. En particulier, les résultats obtenus avec les fractions PF1 (II) et SD2 (II) de C. sanguinea incitent les chercheurs à poursuivre l’étude en proposant éventuellement des études in vivo.