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USO DE ACTIVADORES NATURALES DE Nrf2 EN DIVERSAS CONDICIONES PATOLÓGICAS
USE OF NATURAL ACTIVATORS OF Nrf2 IN DIVERSE PATHOLOGICAL
CONDITIONS
Pedraza Chaverri José1*, Eugenio Pérez Dianelena1 y Molina Jijón Eduardo2
1Departamento de Biología, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma
de México. Ciudad Universitaria, 04510. 2Departamento de Biociencias e Ingeniería, Centro interdisciplinario de
Investigaciones y Estudios sobre Medio Ambiente y Desarrollo del Instituto Politécnico Nacional (CIIEMAD-IPN). Ciudad de México, 07340.
[email protected] 56 22 38 78
Resumen
El estrés oxidante es una de los principales factores en el inicio y la
progresión de diversas enfermedades cardiovasculares, neurológicas, renales,
entre otras. El gen maestro en la regulación de la respuesta antioxidante celular es
el factor nuclear 2 relacionado al factor eritroide 2 (Nrf2), el cual se expresa de
manera constitutiva en las células. Sin embargo, su actividad se encuentra
estrechamente regulada por la proteína semejante a Kelch asociada a ECH
(Keap)1 y por la proteína con repeticiones de β-transducina (β-TrCP), las cuales
promueven la degradación de Nrf2 por la vía del proteosoma. Se ha descrito que
compuestos con capacidad de estimular la respuesta antioxidante celular a través
de Nrf2 ejercen efecto protector en diversas enfermedades. En esta revisión
Cárdenas Monroy C, González Andrade M, Guevara Flores A, Lara Lemus R, Matuz Mares D, Molina Jijón E, Torres Durán PV. Mensaje Bioquímico, Vol. XL, 211-230, Depto. de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México. Cd. Universitaria, CDMX.,MÉXICO.,(2016). (http://bioq9c1.fmedic.unam.mx/TAB)
(ISSN-0188-137X)
MENSAJE BIOQUÍMICO, VOL. XL (2016)
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describiremos al sulforafano y a la curcumina, dos de los principales compuestos
naturales que son capaces de activar a Nrf2 y sus efectos benéficos en diversas
patologías a nivel experimental y en ensayos clínicos.
Palabras clave: Especies reactivas de oxígeno, estrés oxidante, factor nuclear 2
relacionado al factor eritroide 2 (Nrf2), curcumina, sulforafano.
Abstract
Oxidative stress is considered one of the main factors that participate at the
start and progression of several diseases, such as cardiovascular, neurological,
and renal pathologies, among others. The master regulator of the antioxidant
response in the cell is the nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2), which is
constitutively expressed in the cell. However, Nrf2 activity is closely regulated by
Kelch-like ECH-associated protein-1 (Keap1) and β-transduction repeat-containing
protein (β-TrCP), which promote Nrf2 degradation by the proteasome pathway. It
has been described that compounds with the ability to stimulate the activation and
nuclear localization of Nrf2 exert protection in several diseases. In this review we
will describe sulforaphane and curcumin, two of the main natural compounds able
to activate Nrf2 and their effects in several diseases in experimental models and
clinical trials.
Keywords: reactive oxygen species, oxidative stress, Nuclear factor (erythroid-
derived 2)-like 2 (Nrf2), curcumin, sulforaphane.
Introducción
Las especies reactivas de oxígeno (ERO) son moléculas oxidantes que
pueden inducir daño celular, ya que pueden reaccionar con diversas biomoléculas
alterando su función biológica. Entre las principales ERO que se producen durante
el metabolismo celular se encuentran los radicales: anión superóxido (O2●―),
hidroxilo (●OH), peroxilo (ROO●), peroxinitrito (OONO―) y el peróxido de hidrógeno
(H2O2). En la célula, los complejos I y III de la cadena respiratoria mitocondrial son
los principales sitios en donde se producen ERO [1]. Además, otras fuentes
celulares de ERO son los peroxisomas, el retículo endoplásmico y las enzimas
nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH) oxidasas, xantina oxidasa,
sintasa de óxido nítrico, ciclooxigenasa, lipoxigenasa y citocromo P450 [1].
Las ERO producidas durante el metabolismo celular se eliminan por el
sistema antioxidante endógeno, conformado por componentes enzimáticos y no
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enzimáticos. Dentro de los principales antioxidantes enzimáticos se encuentran la
superóxido dismutasa (SOD), la catalasa (CAT), y la glutatión peroxidasa (GPx).
Por otro lado, el glutatión (GSH) es el antioxidante no enzimático más abundante
en la célula. También existen los antioxidantes exógenos los cuales se clasifican
como antioxidantes no enzimáticos que pueden ser directos, indirectos, o
bifuncionales [2]. Los antioxidantes directos actúan atrapando y neutralizando las
ERO, los indirectos inducen la expresión de genes de respuesta antioxidante y los
bifuncionales, los cuales poseen capacidad antioxidante directa e indirecta [2].
En la homeostasis celular existe un balance entre especies oxidantes y
antioxidantes; el estado de estrés oxidante implica un incremento en las especies
oxidantes, una disminución en las antioxidantes o una combinación de las dos
anteriores [3]. El factor nuclear 2 relacionado al factor eritroide 2 (Nrf2) es un factor
de transcripción que regula algunos componentes del sistema antioxidante
endógeno y se considera el gen maestro en la regulación de la respuesta
antioxidante celular. Se ha descrito que los antioxidantes indirectos exógenos
actúan a través de la inducción y localización nuclear de Nrf2.
Se ha descrito que el estrés oxidante está asociado con el origen y
desarrollo de diversas condiciones patológicas como enfermedades
cardiovasculares, renales, neurodegenerativas, diabetes mellitus y eventos de
isquemia-reperfusión y además se ha evaluado el efecto protector de los
antioxidantes exógenos en estas condiciones, así como los mecanismos
involucrados. El objetivo de esta revisión es proveer información reciente acerca
del papel de Nrf2 en la protección contra el estrés oxidante, así como del efecto
protector de los activadores naturales de este factor, el sulforafano y la curcumina,
en diversas condiciones patológicas.
El factor de transcripción Nrf2
Regulación del sistema antioxidante endógeno por Nrf2
El Nrf2 es un factor de transcripción que se activa en respuesta a cambios
en el estado redox celular. El Nrf2 se sintetiza de manera constitutiva en la célula,
no obstante, su actividad se encuentra estrictamente regulada, principalmente por
la proteína semejante a Kelch asociada a ECH (Keap)1 y por la proteína con
repeticiones de β-transducina (β-TrCP) [4]. Keap1 y β-TrCP inducen la
degradación de Nrf2 por la vía de ubiquitinación y reconocimiento del proteosoma.
En esta vía, un complejo de proteasas desdobla y degrada selectivamente a las
proteínas blanco; esta selectividad está dada por la proteína modificadora
ubiquitina (UBQ), la cual se une a las proteínas, permitiendo así que el
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proteosoma las reconozca. El proceso de ubiquitinación requiere de la
participación de las enzimas E1, E2 y E3. El proceso comienza cuando la UBQ se
activa y transfiere a la enzima E1, el complejo E1-UBQ interacciona con la enzima
E2 para que E1 transfiera y ligue a la UBQ con E2. El complejo E2-UBQ
interacciona con el complejo E3-proteína blanco para ligar a la UBQ con la
proteína blanco [5]. Keap1 es una proteína adaptadora favorece la unión de Nrf2
con la enzima E3 culina (Cul)3, mientras que β-TrCP es un adaptador que une al
Nrf2 con la enzima E3 Cul1; de esta manera, la unión de Nrf2 con Keap1 y β-TrCP
disminuyen la expresión y actividad de Nrf2.
Keap1 se considera un sensor del estrés oxidante, ya que las moléculas
oxidantes inducen cambios conformacionales en Keap1, lo que permite su
disociación de Nrf2, favoreciendo la localización nuclear de este último y la
transcripción de genes de respuesta antioxidante, mientras que β-TrCP responde
a factores de crecimiento. Sin embargo, las moléculas antioxidantes además de
inducir cambios en Keap1, también modifican otras moléculas sensibles a cambios
en el estado redox celular como la fosfatasa homóloga de tensina (PTEN). Los
cambios conformacionales de PTEN llevan a la inhibición de la cinasa de la
glucógeno sintasa (GSK)3, la cual fosforila a Nrf2 para crear un motivo de
reconocimiento a β-TrCP. De esta manera, en condiciones de estrés, el Nrf2 se
activa [6].
La activación y localización nuclear de Nrf2 induce la expresión de genes de
respuesta antioxidante, entre ellos, los genes de las enzimas SOD, CAT y GPx,
que se encargan de eliminar a las ERO. Asimismo, Nrf2 induce la expresión de
genes relacionados con la homeostasis del GSH; ya que induce la expresión de la
subunidad xCT del sistema transportador de cisteína/glutamato, el cual importa
cisteínas a la célula; además, induce la expresión de las subunidades
modificadora y catalítica de la glutamato-cisteína ligasa (GCLM y GCLC,
respectivamente), las cuales participan en la síntesis de GSH [4]. Además, Nrf2
induce la expresión de enzimas generadoras de NADPH, cofactor de las enzimas
antioxidantes aldo-ceto reductasa (AKR), NADPH:quinona oxidorreductasa
(NQO)1, tiorredoxina reductasa (TR)1 y glutatión reductasa (GR). Las enzimas
generadoras de NADPH cuya expresión se induce por Nrf2 son la glucosa-6-
fosfato deshidrogenasa (G6PD), 6-fosfogluconato deshidrogenasa (PGD),
isocitrato deshidrogenasa (ID)1 y enzima málica (ME)1 [4]. De esta manera, Nrf2
juega un papel preponderante en la respuesta antioxidante celular.
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
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Dominios funcionales de Nrf2
El factor de transcripción Nrf2 es una proteína de 605 aminoácidos que
posee 7 dominios funcionales llamados dominios de homología ECH-Nrf2 (NEH)
(Figura 1). Los 7 dominios NEH tienen diferentes funciones: el dominio NEH 1, o
región cap'n'collar (CNC)-bZIP, posee una región homóloga a la proteína CNC de
Drosophila y un cierre característico de leucinas (bZIP); este dominio forma el
dímero con las proteínas Maf, y por lo tanto, es el dominio encargado de la unión
al DNA. El dominio NEH 2 es el dominio de unión a Keap1, este dominio se une a
Keap1 por medio de los motivos DLG y ETGE. Los dominios NEH 3, 4 y 5 son
dominios de transactivación que reclutan proteínas necesarias para la activación
de la transcripción de los genes activados por Nrf2. El dominio NEH 6 es el
dominio de unión a β-TrCP. Finalmente, el dominio NEH 7 es el dominio de unión
al receptor retinoide X (RXR)α, el cual también regula de manera negativa a Nrf2
[4].
Figura 1. Estructura del factor de transcripción Nrf2 y sus dominios funcionales. Nrf2 posee 7 dominios funcionales llamados dominios de homología ECH-Nrf2 (Neh). Keap1: Kelch asociada a ECH; β-TrCP: proteína con repeticiones de β-transducina; CNC-Bzip: región cap'n'collar.
Activadores naturales de Nrf2
Sulforafano (SFN)
El SFN (Figura 2) es un isotiocianato natural que se produce por la hidrólisis
de la glucorafanina, un glucosinolato encontrado en vegetales crucíferos del
género Brassica, como la coliflor, el brócoli, la col rizada, el repollo, la col de
Bruselas y el berro [7]. El SFN es un activador natural del Nrf2; posee un motivo
sulfuro que interacciona con residuos de cisteína de Keap1 ocasionando la
liberación de Nrf2. Además, el SFN activa a proteínas cinasas que fosforilan a Nrf2
promoviendo su localización nuclear. El SFN activa a tres proteínas cinasas
activadas por mitógeno (MAPK): la proteína cinasa regulada por señales
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extracelulares (ERK), la cinasa c-Jun N-terminal (JNK) y p38. Asimismo, activa a
la cinasa C de proteínas (PKC). De la misma forma, activa a la cinasa PI3K, la
cual fosforila a la proteína cinasa B (AKT) y ésta a Nrf2 [8]. El efecto protector del
SFN en diversas condiciones patológicas, así como el papel del Nrf2 en la
protección ejercida por este antioxidante, se han evaluado en diversos modelos,
los cuales se describen a continuación.
Figura 2. Estructura química del sulforafano (SFN). El SFN es un compuesto organosulfurado con un grupo isotiocianato.
Modelos de daño cardiovascular
En modelos de daño cardiovascular, se ha evaluado el efecto protector del
SFN, así como el papel del Nrf2 en la protección ejercida por este antioxidante.
En la cardiomiopatía diabética (diabetes tipo 1) en ratones se evaluó el
efecto protector del SFN. Para ello, se formaron cuatro grupos experimentales:
control, control + SFN, diabetes tipo 1, diabetes tipo 1 + SFN. Para la inducción de
diabetes tipo 1, los ratones se inyectaron durante 5 días con estreptozotocina
(STZ; 50 mg/kg); 5 días después de la última inyección, los ratones con
hiperglicemia se consideraron diabéticos. El SFN (0.5 mg/kg) se administró
durante tres meses, posteriores a la inducción de diabetes. Se encontró que el
SFN atenuó el incremento en presión sanguínea y la disfunción cardiaca inducidas
por la diabetes. Asimismo, previno la hipertrofia, la fibrosis, el daño oxidante, y la
inflamación cardiaca. El SFN promovió la acumulación nuclear de Nrf2, así como
su fosforilación. Además, incrementó los niveles y la expresión del RNA mensajero
de las enzimas: hemo-oxigenasa (HO)-1, NADPH:quinona oxidoreductasa
(NQO)1, metalotioneína (MT), CAT, SOD1, y SOD2, cuya expresión se regula por
Nrf2. En este estudio, también se encontró que el silenciamiento del gen de Nrf2
en células cardíacas H9c2 inhibió el efecto del SFN en la protección contra la
respuesta fibrótica inducida por altas concentraciones de glucosa. De esta
manera, se puede concluir que el SFN previene la cardiomiopatía diabética por
medio de la activación del Nrf2 [9].
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
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También se evaluó el efecto protector del SFN en la cardiomiopatía
diabética (diabetes tipo 2) en ratones. Para ello, se formaron cuatro grupos
experimentales: control, control + SFN, diabetes tipo 2, diabetes tipo 2 + SFN.
Para la inducción de la diabetes tipo 2, los ratones se alimentaron con una dieta
alta en grasas por 3 meses para inducir resistencia a la insulina; posteriormente,
se inyectaron con STZ (100 mg/kg) para inducir hiperglicemia. El tratamiento con
SFN (0.5 mg/kg) se llevó a cabo hasta 4 meses posteriores a la inducción de la
diabetes. El SFN atenuó la remodelación y la disfunción cardíaca; inhibió la
acumulación cardíaca de lípidos; y mejoró la inflamación, el estrés oxidante, y la
fibrosis cardíaca. El SFN aumentó la expresión de Nrf2, NQO1, y HO-1. De lo
anterior se concluyó que el SFN también ejerce un efecto protector en la
cardiomiopatía inducida por diabetes mellitus tipo 2, lo cual también está asociado
con la activación del Nrf2 [10].
Además, se evaluó el efecto protector del brócoli en el daño producido por
isquemia-reperfusión (I/R) en corazón de rata. Para ello se generaron dos grupos
experimentales: control y tratado con brócoli. Las ratas del grupo tratado recibieron
extracto de brócoli (1.5 g/kg) por 30 días. Después del tratamiento, las ratas se
sacrificaron y los corazones se perfundieron y aislaron; posteriormente, se
sometieron a 30 minutos de isquemia y 2 horas de reperfusión. El tratamiento con
brócoli mejoró la función ventricular post-isquémica, disminuyó el tamaño de
infarto del miocardio, disminuyó la apoptosis de los cardiomiocitos, incrementó los
niveles citosólicos de procaspasa 3, y disminuyó la liberación de citocromo c.
También, incrementó el nivel de Nrf2 en la fracción nuclear, con lo cual se
concluyó que el brócoli ejerce un efecto protector en el daño producido por
isquemia-reperfusión en corazón, el cual se relaciona con la activación del Nrf2
[11].
En 2011, se investigaron las vías involucradas en la cardioprotección
ejercida por SFN en cultivos de cardiomiocitos de rata. Se evaluó el efecto del
SFN en la activación de AKT; el tratamiento con SFN 5 µM incrementó la
activación de esta cinasa. Asimismo, se evaluó el efecto del SFN en la expresión y
actividad de GR, GST, TR y NQO1, en presencia y ausencia de LY, un inhibidor
de PI3K. El SFN aumentó la expresión y actividad de estas enzimas en ausencia
de LY, sin embargo, estos efectos no se onservaron en presencia de LY. De igual
forma, se evaluó el efecto del SFN sobre la fosforilación del Nrf2, en presencia y
ausencia de LY. El SFN incrementó la cantidad de Nrf2 fosforilado en ausencia de
LY, sin embargo, este efecto no se observó en presencia de LY. Finalmente, se
evaluó el efecto del SFN en la protección contra la muerte celular inducida por
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H2O2 (100 µM), en presencia y ausencia de LY. El SFN aumentó la viabilidad
celular y disminuyó el porcentaje de células apoptóticas/necróticas en ausencia de
LY, estos efectos no se observaron en presencia de LY. Estos datos revelaron que
la vía PI3K/AKT tiene un papel crucial en la cardioprotección ejercida por SFN
[12].
Modelos de daño neurológico
En modelos de daño neurológico también se ha evaluado el efecto protector
del SFN, así como el papel del Nrf2 en la protección ejercida por este antioxidante.
Se evaluó el efecto protector del SFN en el deterioro de la memoria inducido por
ácido okadaico (OKA) en ratas. Se generaron 8 grupos experimentales: vehículo
SFN, vehículo OKA, SFN, OKA, SFN (5 mg/kg) + OKA, SFN (10 mg/kg) + OKA,
ratas control entrenadas, y ratas control no entrenadas. El SFN se administró 1
hora antes y 24 horas después de la inyección intracerebroventricular de OKA. En
las ratas control entrenadas se observó un aumento en la expresión del Nrf2 en el
hipocampo y la corteza cerebral, mientras que en las ratas tratadas con OKA se
observó una disminución en la expresión de este factor, lo cual revela que el Nrf2
está involucrado en el funcionamiento de la memoria. El tratamiento con SFN (5 y
10 mg/kg) atenuó el deterioro de la memoria inducido por OKA. Asimismo, el SFN
reestableció la expresión de Nrf2, GCLC, y HO-1 y atenuó el estrés oxidante, la
neuroinflamación, y la apoptosis neuronal en la corteza cerebral y el hipocampo.
Además, para confirmar el papel de la vía Nrf2/HO-1 en la protección ejercida por
SFN en el deterioro de la memoria inducido por OKA, se realizó un modelo en la
línea celular de astrocitoma de rata C6, donde se realizaron estudios silenciando a
Nrf2 e inhibiendo a HO-1. El silenciamiento de Nrf2 y la inhibición de HO-1
bloquearon el efecto protector del SFN, indicando que la vía Nrf2/HO-1 está
involucrada en la protección ejercida por SFN en el deterioro de la memoria
inducido por OKA [13].
También se evaluó el efecto protector del SFN en un modelo de derrame
cerebral en ratas. El modelo de derrame cerebral consistió en someter a las ratas
a la oclusión de la arteria cerebral media por 70 minutos, seguidos de 4, 24 o 72
horas de reperfusión. El SFN (5 mg/kg) se administró una hora antes de la
oclusión de la arteria cerebral media por 70 minutos, seguidos de 24 horas de
reperfusión. Asimismo, para estudios de resonancia magnética, se administró SFN
una hora antes de la oclusión de la arteria cerebral media y los estudios de
resonancia se realizaron a las 24 y 72 horas de reperfusión. En la región periférica
a la zona de infarto, la expresión de HO-1 fue baja a las 4 horas de reperfusión,
incrementó a las 24 horas, y disminuyó a las 72, reflejando la progresión de la
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lesión después de la isquemia. La expresión de Nrf2 incrementó a las 4 y 24 horas
en la zona infartada y la región periférica y disminuyó, solamente en la zona
infartada, a las 72 horas. En ratas control, el SFN incrementó la expresión de Nrf2
y de HO-1 a las 24 horas. En ratas sometidas a isquemia y pretratadas con SFN
se observó un incremento en la expresión de HO-1 a las 24 horas no sólo en la
región periférica sino también en la zona infartada. El tratamiento con SFN atenuó
las alteraciones en la barrera hematoencefálica, la progresión de la lesión y la
disfunción neurológica. De lo anterior, se concluye que el SFN ejerce un efecto
protector en el derrame cerebral y que la vía Nrf2/HO-1 está involucrada en la
protección ejercida por este antioxidante [14].
Se evaluó el efecto del SFN en la protección contra la inflamación inducida
por la estimulación de microglia con lipopolisacárido (LPS). La línea celular BV2 se
incubó con SFN 2.5 µM durante 3, 6, 9 o 24 horas; o con vehículo SFN o SFN por
1 hora y posteriormente, con vehículo LPS o LPS (100 ng/mL) por 8 horas.
Asimismo, se obtuvieron cultivos primarios de microglias de ratones adultos (4 a 5
meses de edad) y de edad avanzada (18 a 20 meses de edad), los cuales se
trataron con vehículo SFN o SFN 2.5 µM por 1 hora y posteriormente con vehículo
LPS o LPS (10 ng/mL) por 8 horas. El tratamiento con SFN aumentó la expresión
de NQO1, HO-1, y GCLM en células BV2. Además, el SFN incrementó la actividad
del Nrf2 en células BV2 tratadas con LPS o solamente con SFN. La incubación
con LPS incrementó la expresión de marcadores pro-inflamatorios en células BV2;
el tratamiento con SFN atenuó el incremento de estos marcadores. Asimismo, el
tratamiento con SFN atenuó el incremento de marcadores pro-inflamatorios
inducido por LPS en los cultivos primarios de microglias de ratones adultos y de
edad avanzada, el SFN tuvo mayor efecto en la atenuación del incremento de la
interleucina (IL)-6 en los cultivos primarios de microglias de ratones de edad
avanzada. Para estudiar el efecto del SFN en la expresión de NQO1, HO-1, y
GCLM en los cultivos primarios de microglias, los cultivos se incubaron con SFN
durante 9 horas. El tratamiento con SFN incrementó la expresión de estas
enzimas; la expresión de HO-1 incrementó aún más tras la incubación con LPS.
Además, la expresión de GCLM incrementó más en los cultivos primarios
provenientes de ratas de edad avanzada. Los datos anteriores revelan que el SFN
atenúa la inflamación inducida LPS mediante la estimulación de microglias en la
línea celular BV2 y en cultivos primarios de microglias de ratones adultos y de
edad avanzada. Además, estos datos revelaron que Nrf2 está involucrado en la
protección ejercida por este antioxidante [15].
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Modelos de daño renal
El efecto protector del SFN también se ha evaluado en modelos de daño
renal. En 2010, se evaluó el efecto del SFN en la protección contra la
nefrotoxicidad inducida por el agente antineoplásico cisplatino (CIS) en células y
en ratas. Se encontró que la incubación de las células LLC-PK1 con SFN 0.5-5
µM, 24 horas antes de la exposición a CIS (40 µM), previno la muerte celular de
manera concentración-dependiente. También se describió que la incubación con
SFN 10 y 25 µM, por 3 horas, indujo la localización nuclear de Nrf2. También se
realizaron estudios en ratas las cuales se administraron con SFN a una dosis de
500 µg/kg 24 horas antes y 24 horas después de la inyección intraperitoneal de
CIS (7.5 mg/kg). El tratamiento con SFN atenuó la disfunción y el daño estructural
renal, el estrés oxidante, y la disminución en la expresión de las enzimas CAT,
GPx y GST. De esta manera, se puede concluir que el SFN ejerce un efecto
protector en el daño renal inducido por CIS y que este efecto está asociado a la
atenuación del estrés oxidante por medio de la activación de Nrf2 [16].
Ensayos clínicos
El efecto del tratamiento con SFN también se ha evaluado en ensayos
clínicos. En 2012, se evaluó el efecto del consumo de polvo de brócoli con alta
concentración de SFN sobre la resistencia a la insulina en pacientes con diabetes
mellitus tipo 2. Los pacientes se dividieron en tres grupos: placebo, polvo de
brócoli 5 g, y polvo de brócoli 10 g; y el tratamiento duró 4 semanas. Se
determinaron las concentraciones de glucosa e insulina en suero, el cociente
glucosa/insulina, y el índice HOMA-IR al inicio del protocolo y 4 semanas después
del tratamiento. Se encontró que el consumo de 10 g de polvo de brócoli
disminuyó la concentración de insulina sérica y el índice HOMA-IR. De esta
manera, se concluyó que el polvo de brócoli con alta concentración de SFN mejora
la resistencia a la insulina en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 [17].
Se evaluó el efecto del polvo de brócoli como suplemento en pacientes con
diabetes mellitus tipo 2. Los pacientes se dividieron en tres grupos: placebo, polvo
de brócoli 5 g (grupo A), polvo de brócoli 10 g (grupo B); y el tratamiento duró 4
semanas. Al inicio del protocolo y 4 semanas después del tratamiento, se
determinó la concentración de glucosa en plasma y el colesterol total (TC), el nivel
de triacilgliceroles, lipoproteínas de alta densidad (HDL), lipoproteínas de baja
densidad (LDL), y LDL oxidada en suero. Asimismo, los cocientes LDL
oxidada/LDL, TC/HDL y LDL/HDL, así como el índice aterogénico del plasma (AIP;
log TG/HDL), los cuales se calcularon como parámetros de factores de riesgo
cardiovascular. Después de 4 semanas, el tratamiento con 10 g de polvo de
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
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brócoli disminuyó el nivel sérico de triacilgliceroles, el cociente LDL oxidada/LDL
total y el AIP. La concentración de HDL fue significativamente mayor en el grupo B
que en el grupo A y placebo. De esta manera, se concluye que el tratamiento con
10 g polvo de brócoli mejora los perfiles lipídicos y disminuye el cociente LDL
oxidada/LDL total en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 [18].
También se evaluó el efecto del tratamiento con polvo de brócoli sobre
marcadores de estrés oxidante en pacientes con diabetes mellitus tipo 2. Los
pacientes se dividieron en tres grupos: placebo, polvo de brócoli 5 g, polvo de
brócoli 10 g; y el tratamiento duró 4 semanas. Se midió: la capacidad antioxidante
total (TAC), el estado oxidante total (TOS), el índice de estrés oxidante (OSI), el
nivel de malondialdehído (MDA), y la LDL oxidada en suero, al inicio del protocolo
y 4 semanas después del tratamiento. Después de 4 semanas, el tratamiento con
polvo de brócoli disminuyó el nivel de MDA, LDL oxidada y el OSI. Asimismo, el
tratamiento con polvo de brócoli aumentó la TAC. No obstante, no se observaron
efectos en la TOS. De esta manera, se concluyó que el tratamiento con polvo de
brócoli disminuye el estrés oxidante en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 [19].
Curcumina (CUR)
La curcumina (Figura 3) es un compuesto fenólico que obtiene del rizoma
de la planta Curcuma longa L. (Zingiberaceae), el cual es usado como especia o
colorante en el curry, la mostaza, los cereales, las sopas, los quesos y el yogurt,
entre otros. La curcumina es un activador natural de Nrf2, ya que reacciona con
los residuos de cisteína de Keap1, disminuyendo la degradación y promoviendo la
liberación del Nrf2 [20]. El efecto protector de la curcumina en diversas
condiciones patológicas, así como el papel del Nrf2 en la protección ejercida por
este antioxidante, se han evaluado en diversos modelos.
Figura 3. Estructura química de la curcumina. Es un compuesto polifenólico en el cual los grupos aromáticos están unidos mediante grupos carbonilo α, β-insaturados.
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Modelos de daño cardiovascular
El efecto protector de la curcumina se ha evaluado en modelos de daño
cardiovascular. Se evaluó el efecto protector de la curcumina en el daño cardíaco
inducido por ácidos grasos libres en la línea celular H9C2 y en ratones. Las
células H9C2 se incubaron con palmitato (500 µM) o con curcumina (20 µM) y
posteriormente con palmitato. La incubación con palmitato indujo la producción de
ERO, respuesta inflamatoria, apoptosis e hipertrofia. El pretratamiento con
curcumina previno estas alteraciones, asimismo, incrementó los niveles de mRNA
y proteínas de Nrf2, HO-1, GCLC, y NQO1. Los ratones se dividieron inicialmente
en 2 grupos: dieta estándar y dieta alta en grasas (HFD). Después de 8 semanas
con esta alimentación, los ratones del grupo HFD se dividieron en 2 grupos: HFD y
HFD + curcumina. Los ratones del grupo HFD + curcumina recibieron curcumina
(50 mg/kg) durante 8 semanas. La HFD indujo estrés oxidante, inflamación,
apoptosis, fibrosis, hipertrofia y remodelación tisular. El tratamiento con curcumina
atenuó estas alteraciones, al igual, incrementó los niveles de mRNA de Nrf2, HO-1
y NQO1. De esta manera, se concluyó que la curcumina ejerce un efecto protector
en el daño cardiaco inducido por ácidos grasos libres y que el Nrf2 está
involucrado en la protección ejercida por este antioxidante [21].
Modelos de daño neurológico
El efecto protector de la curcumina también se ha evaluado en modelos de
daño neurológico. En 2015, se evaluó el efecto de la curcumina en la protección
contra el daño neurológico inducido por I/R en ratas. El modelo de daño por I/R
consistió en la oclusión de la arteria cerebral media (MCAO) por 1 hora, seguida
de 24 horas de reperfusión. Se generaron 4 grupos experimentales: control,
MCAO, MCAO + CUR, CUR. Las ratas del grupo MCAO + CUR recibieron
curcumina (300 mg/kg) 30 minutos después de la MCAO, mientras que las ratas
del grupo CUR recibieron curcumina 30 minutos después de la cirugía de
simulación. En el grupo MCAO se observó disrupción de la barrera
hematoencefálica, déficit neurológico e incremento en el contenido cerebral de
agua y en el volumen del infarto, así como un incremento en la expresión del
factor nuclear (NF)-κB. En el grupo MCAO + CUR se observó un aumento en la
expresión de Nrf2. Asimismo, se observó que el tratamiento con curcumina atenuó
el incremento en el contenido cerebral de agua, en el volumen del infarto y en la
expresión de NF-κB. De esta manera, se concluyó que la curcumina ejerce un
efecto protector en el daño neurológico inducido por I/R y que el Nrf2 está
involucrado en la protección ejercida por este antioxidante [22].
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
223
También se evaluó el efecto protector de la curcumina en el daño neuronal
inducido por eventos de I/R en cultivos primarios de neuronas corticales y en
ratas. El modelo en los cultivos primarios de neuronas corticales consistió en la
privación de oxígeno y glucosa, seguida de reoxigenación (OGD/R). El tratamiento
con curcumina consistió en la incubación de las neuronas corticales con
curcumina 5 µM, después de 1 hora de reoxigenación. El tratamiento con
curcumina atenuó el daño celular, así como la disminución en la fosforilación de
AKT. Sin embargo, este efecto no se observó en presencia del inhibidor de PI3K,
LY294002 (LY). Las ratas se dividieron en 4 grupos experimentales: control,
MCAO, MCAO + CUR, MCAO + CUR + LY. Las ratas se sometieron a 1 hora de
MCAO seguida de 24 horas de reperfusión. Una hora después de la MCAO, las
ratas del grupo MCAO + CUR recibieron curcumina (300 mg/kg), mientras que las
ratas del grupo MCAO + CUR + LY recibieron curcumina y LY (2 µL). El
tratamiento con curcumina atenuó el incremento en el volumen del infarto y el
estrés oxidante en el grupo MCAO + CUR. Estos efectos no se observaron en el
grupo MCAO + CUR + LY. De esta manera, se concluyó que la curcumina ejerce
un efecto protector en el daño cerebral inducido por eventos de I/R, por medio de
la activación de PI3K [23].
Se evaluó el efecto neuroprotector de la curcumina en el daño producido
por hemina en cultivos primarios de neuronas granulares de cerebelo de rata. El
tratamiento con curcumina 5-30 µM, previo a la exposición a hemina 30 µM,
aumentó la expresión de HO-1 y el nivel de GSH. De igual forma, el pretratamiento
con curcumina 15 µM atenuó el incremento en la producción de ERO, la
disminución en el cociente GSH/GSSG, y la muerte celular. Al inhibir al sistema
hemo-oxigenasa y la síntesis de GSH, se inhibió el efecto neuroprotector de la
curcumina. Además, se encontró que el pretratamiento con curcumina incrementó
la actividad de GR, GST, y SOD, así como la localización nuclear de Nrf2. De esta
manera, se concluyó que la curcumina ejerce un efecto neuroprotector en el daño
inducido por hemina, induciendo la localización nuclear de Nrf2, de esta manera,
la activación de la respuesta antioxidante mediada por este factor [24].
También se evaluó el efecto protector de la curcumina en el daño
neurológico inducido por exposición a radiación ionizante en ratones. Se formaron
4 grupos experimentales: control, curcumina, curcumina + radiación ionizante,
radiación ionizante. Los ratones del grupo curcumina + radiación ionizante
recibieron curcumina (200 mg/kg), antes de la exposición a la radiación ionizante,
durante 10 días. Los ratones del grupo curcumina recibieron la misma dosis del
compuesto durante el mismo periodo, sin ser expuestos a radiación ionizante. La
MENSAJE BIOQUÍMICO, VOL. XL (2016)
224
exposición a radiación ionizante provocó disfunción de la memoria, disminución en
la actividad de la SOD e incremento en los niveles de MDA. El tratamiento con
curcumina previno estas alteraciones. Asimismo, el grupo curcumina + radiación
ionizante presentó un incremento en los niveles cerebrales de Nrf2, NQO1, HO-1 y
γ-GCS. De esta manera, se concluyó que la curcumina ejerce un efecto protector
en el daño neurológico inducido por exposición a radiación ionizante y que el Nrf2
está involucrado en la protección ejercida por este antioxidante [25].
Modelos de daño renal
El efecto protector de la curcumina también se ha evaluado en modelos de
daño renal. En el modelo de nefrectomía 5/6 en ratas se evaluó el efecto protector
de la curcumina. Se generaron 4 grupos experimentales: control, nefrectomía 5/6,
nefrectomía 5/6 + CUR y CUR. Los grupos nefrectomía 5/6 + CUR y CUR
recibieron curcumina (600 mg/kg) 7 días antes y 30 después de la nefrectomía o la
cirugía simulada. La nefrectomía 5/6 indujo proteinuria, hipertensión sistémica y
glomerular, hiperfiltración, esclerosis glomerular, fibrosis intersticial, inflamación
intersticial, e incremento en BUN y concentración de creatinina en plasma. El
tratamiento con curcumina atenuó estas alteraciones. Además, la curcumina
atenuó la disminución en la actividad de enzimas antioxidantes y el estrés oxidante
inducidos por la nefrectomía 5/6. Asimismo, se observó un incremento en la
localización nuclear de Nrf2 en los grupos tratados con curcumina. De esta
manera, se concluyó que la curcumina ejerce un efecto protector en el daño renal
inducido por nefrectomía 5/6 y que el Nrf2 está involucrado en la protección
ejercida por este antioxidante [26].
Además, se estudió el efecto protector de la curcumina en el daño renal
inducido por nefrectomía 5/6 en ratas. Se formaron 3 grupos experimentales:
control, nefrectomía 5/6, nefrectomía 5/6 + CUR. Las ratas del grupo nefrectomía
5/6 + CUR recibieron curcumina (75 mg/kg) durante 8 semanas, posteriores a la
cirugía. Las ratas del grupo nefrectomía 5/6 mostraron un incremento en el BUN y
en la concentración de creatinina en plasma, así como proteinuria. Asimismo, en el
riñón se observó una disminución en el nivel de Nrf2 y HO-1 y un incremento en el
nivel de Keap1, así como un incremento en la concentración de MDA y una
disminución en la actividad de la GPx. También, se observó un incremento en el
nivel renal de las subunidades p67phox y p22phox de la NOX, NFκB, factor de
necrosis tumoral (TNF)-α, factor de crecimiento transformante (TGF)-β y
ciclooxigenasa (COX)-2, así como acumulación de fibronectina. El tratamiento con
curcumina atenuó estas alteraciones. De esta manera, se concluyó que la
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
225
curcumina ejerce un efecto protector en el daño renal inducido por nefrectomía 5/6
y que el Nrf2 está involucrado en la protección ejercida por este antioxidante [27].
Ensayos clínicos
El efecto protector de la curcumina también se ha evaluado en ensayos
clínicos. Se evaluó el efecto de la curcumina en la prevención del desarrollo de
diabetes mellitus tipo 2 en pacientes prediabéticos. Los pacientes recibieron
placebo (grupo control) o curcumina (grupo experimental) durante 9 meses. Se
determinó el funcionamiento de las células β (HOMA-β, péptido C y cociente
proinsulina/insulina), el índice HOMA-IR, y la concentración de adiponectina en
plasma, al inicio del protocolo y a los 3, 6 y 9 meses. A los 9 meses, el 16.4% de
los pacientes del grupo control desarrolló DM2, mientras que ningún paciente del
grupo experimental se diagnosticó con DM2. De la misma forma, el grupo
experimental presentó mejor funcionamiento de las células β, menor índice
HOMA-IR, y mayor concentración de adiponectina en plasma. De esta manera, se
concluyó que el tratamiento con curcumina previene el desarrollo de DM2 en
pacientes prediabéticos [28].
Además, se evaluó el efecto de la suplementación oral con cúrcuma sobre
parámetros de daño renal en pacientes con nefropatía diabética. Los pacientes
recibieron placebo (grupo control) o una cápsula de 500 mg de cúrcuma (22.1 mg
de curcumina) 3 veces al día por 2 meses. El tratamiento con cúrcuma disminuyó
el nivel sérico de TGF-β e IL-8, así como la proteinuria y la concentración de IL-8
en orina. De esta manera, se concluyó que el tratamiento con cúrcuma atenuó el
daño renal en pacientes con nefropatía diabética [29].
También se evaluó el efecto de la suplementación oral con cúrcuma sobre
marcadores de estrés oxidante en pacientes hemodializados. Los pacientes
recibieron 3 tabletas diarias de placebo (grupo control) o cúrcuma (grupo
experimental) durante 8 semanas. Las tabletas de cúrcuma contenían 500 mg de
cúrcuma y 22.1 mg de curcumina. Además, los pacientes recibieron, como
régimen previo, Nephrovit por 3 meses. Se determinó la concentración de MDA y
albúmina en plasma, así como la actividad de las enzimas GPx, GR y CAT en
eritrocitos, al inicio y al final de protocolo. En ambos grupos disminuyó la
concentración de MDA en plasma, sin embargo, la disminución fue mayor en el
grupo experimental. Asimismo, incrementó la actividad de las enzimas GPx, GR y
CAT en ambos grupos, con un mayor incremento de CAT en el grupo
experimental. Al igual, se observó un incremento en la concentración de albúmina
en plasma en ambos grupos, con mayor incremento en el grupo experimental. De
MENSAJE BIOQUÍMICO, VOL. XL (2016)
226
esta manera, se concluyó que la suplementación oral con cúrcuma atenuó el
estrés oxidante en pacientes hemodializados [30].
En conclusión, la inducción del factor de transcripción Nrf2 y el aumento en
la respuesta antioxidante por la administración de SFN y CUR ejercen un papel
preponderante en la disminución del el estrés oxidante y las alteraciones
histológicas y funcionales en diversas en patologías cardiovasculares,
neurológicas y renales.
4. Referencias
1. Holmström, K.M. y Finkel, T. (2014) Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 15, 411-421.
2. Dinkova-Kostova, A.T. y Talalay, P. (2008) Mol. Nutr. Food. Res. 52 Suppl 1, S128-38.
3. Sies, H. y Cárdenas, E. (1985) Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 311, 617-631.
4. Hayes, J.D. y Dinkova-Kostova, A.T. (2014) Trends. Biochem. Sci. 39, 199-218.
5. Zamudio-Arroyo, J.M., Peña-Rangel, M.T. y Riesgo-Escovar, J.R. (2012) Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas. 15, 133-141.
6. Cuadrado, A. (2015) Free Radic. Biol. Med. 88, 147-57.
7. Guerrero-Beltrán, C.E., Calderón-Oliver, M., Pedraza-Chaverri, J. y Chirino, Y.I. (2012) Exp. Toxicol. Pathol. 64,503-8.
8. Bai, Y., Wang, X., Zhao, S., Ma, C., Cui, J. y Zheng, Y. (2015) Oxid. Med. Cell. Longev. 2015, 407580.
9. Bai, Y., Cui, W., Xin. Y., Miao, X., Barati. M.T., Zhang, C., Chen, Q., Tan, Y., Cui, T., Zheng, Y. y Cai, L. (2013) J. Mol. Cell. Cardiol. 57, 82-95.
10. Zhang, Z., Wang, S., Zhou, S., Yan, X., Wang, Y., Chen, J., Mellen, N., Kong, M., Gu, J., Tan, Y., Zheng, Y. y Cai, L. (2014) J. Mol. Cell. Cardiol. 77, 42-
52.
11. Mukherjee, S., Gangopadhyay, H. y Das, D.K. (2008) J. Agric. Food. Chem. 56, 609-17.
12. Leoncini, E., Malaguti, M., Angeloni, C., Motori, E., Fabbri, D. y Hrelia S. (2011) J. Food Sci. 76, H175-81.
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
227
13. Dwivedi, S., Rajasekar, N., Hanif, K., Nath, C. y Shukla, R. (2015) Mol. Neurobiol. [En prensa].
14. Alfieri, A., Srivastava, S., Siow, R.C., Cash, D., Modo, M., Duchen, M.R., Fraser, P.A., Williams, S.C. y Mann, G.E. (2013) Free Radic. Biol. Med. 65, 1012-22.
15. Townsend, B.E. y Johnson, R.W. (2016) Exp. Gerontol. 73, 42-8.
16. Guerrero-Beltrán, C.E., Calderón-Oliver, M., Tapia, E., Medina-Campos, O.N., Sánchez-González, D.J., Martínez-Martínez, C.M., Ortiz-Vega, K.M., Franco, M. y Pedraza-Chaverri, J. (2010) Toxicol. Lett. 192, 278-85.
17. Bahadoran, Z., Tohidi, M., Nazeri, P., Mehran, M., Azizi, F. y Mirmiran, P. (2012) Int. J. Food Sci. Nutr. 63, 767-71.
18. Bahadoran, Z., Mirmiran, P., Hosseinpanah, F., Rajab, A., Asghari, G. y Azizi, F. (2012) Diabetes Res. Clin. Pract. 96, 348-54.
19. Bahadoran, Z., Mirmiran, P., Hosseinpanah, F., Hedayati, M., Hosseinpour-Niazi, S. y Azizi, F. (2011) Eur. J. Clin. Nutr. 65, 972-7.
20. Trujillo, J., Chirino, Y.I., Molina-Jijón, E., Andérica-Romero, A.C., Tapia, E. y Pedraza-Chaverrí, J. (2013) Redox Biol. 1, 448-56.
21. Zeng, C., Zhong, P., Zhao, Y., Kanchana, K., Zhang, Y., Khan, Z.A., Chakrabarti, S., Wu, L., Wang, J. y Liang, G. (2015) J. Mol. Cell. Cardiol. 79, 1-12.
22. Li, W., Suwanwela, N.C. y Patumraj, S. (2015) Microvasc. Res. S0026-2862, 30046-7.
23. Wu, J., Li, Q., Wang, X., Yu, S., Li, L., Wu, X., Chen, Y., Zhao, J. y Zhao, Y. (2013) PLoS One. 8, e59843.
24. González-Reyes, S., Guzmán-Beltrán, S., Medina-Campos, O.N. y Pedraza-Chaverri, J. Oxid. Med. Cell. Longev. 2013, 801418.
25. Xie, Y., Zhao, Q.Y., Li, H.Y., Zhou, X., Liu, Y. y Zhang, H. (2014) Pharmacol. Biochem. Behav. 126, 181-6.
26. Tapia, E., Soto, V., Ortiz-Vega, K.M., Zarco-Márquez, G., Molina-Jijón, E., Cristóbal-García, M., Santamaría, J., García-Niño, W.R., Correa, F., Zazueta, C. y Pedraza-Chaverri, J. (2012) Oxid. Med. Cell. Longev. 2012, 269039.
27. Soetikno, V., Sari, F.R., Lakshmanan, A.P., Arumugam, S., Harima, M., Suzuki, K., Kawachi, H. y Watanabe, K. (2013) Mol. Nutr. Food. Res. 57, 1649-59.
MENSAJE BIOQUÍMICO, VOL. XL (2016)
228
28. Chuengsamarn, S., Rattanamongkolgul, S., Luechapudiporn, R., Phisalaphong, C. y Jirawatnotai, S. (2012) Diabetes Care. 35, 2121-7.
29. Khajehdehi, P., Pakfetrat, M., Javidnia, K., Azad, F., Malekmakan, L., Nasab, M.H. y Dehghanzadeh, G. (2011) Scand. J. Urol. Nephrol. 45, 365-70.
30. Pakfetrat, M., Akmali, M., Malekmakan, L., Dabaghimanesh, M. y Khorsand, M. (2015) Hemodial. Int. 19, 124-31.
Pedraza Chaverri J, Eugenio Pérez D y Molina-Jijón E.
229
Semblanza del Dr. José Pedraza Chaverri
Originario de Ciudad Mante,
Tamaulipas. Químico Farmacéutico
Biólogo egresado de la Universidad
Autónoma de Tamaulipas. Maestro y
Doctor en Ciencias Químicas
(Bioquímica, 1982 y 1985), Facultad
de Química de la UNAM. Profesor
Titular C de tiempo completo del
Departamento de Biología de la
Facultad de Química de la UNAM
desde el año 1991. La línea de
investigación que desarrolla es sobre
el mecanismo de acción de
antioxidantes, cuyo interés es
estudiar el mecanismo del efecto
protector de compuestos antioxidantes naturales y sintéticos en diversas
patologías asociadas con la producción de especies reactivas y el estrés oxidante
en modelos in vivo y en cultivos celulares. La investigación realizada es básica y
aplicada. Se busca establecer si los efectos protectores son consecuencia de
acciones antioxidantes directas o bien de acciones indirectas mediadas por el
factor de transcripción Nrf2 y la inducción de proteínas citoprotectoras. En sus
estudios se ha demostrado el efecto protector de diversos antioxidantes como
curcumina, sulforafano, alfa-mangostina y S-alilcisteína en diversos modelos
experimentales. Es coautor de más de 250 artículos científicos, por los que ha
recibido más de 5,000 citas por otros autores. Ha graduado 41 alumnos de
posgrado y 62 de licenciatura. Ha sido árbitro de manuscritos científicos en más
de 400 ocasiones. Tiene experiencia docente en la UNAM desde 1982. Recibió en
el 2015 el Premio Universidad Nacional en el Área Docencia en Ciencias
Naturales. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores desde 1986 e
Investigador Nacional nivel 3 desde el año 2005.
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