БАД із капусти, або Що варто знати про індол-3-карбінол
Упродовж останніх десятиліть епідеміологічні дослідження дедалі частіше звертають увагу на зв’язок між харчуванням і ризиком розвитку хронічних захворювань. Зокрема, регулярне споживання хрестоцвітих овочів (капусти, броколі, цвітної капусти, гірчиці) асоціюється зі зниженням частоти деяких поширених патологій. Одним із ключових компонентів цих рослин є глюкозинолати – біологічно активні сполуки, з яких під час ферментативного розщеплення утворюються різні індольні молекули. Найвідомішою серед них є індол-3-карбінол (I3C), що формується з глюкобрасіцину під дією ферменту мірозинази.
У шлунково-кишковому тракті індол-3-карбінол частково перетворюється на іншу біологічно активну сполуку – 3,3′-дііндолілметан (DIM). Експериментальні дослідження свідчать, що обидві ці молекули можуть впливати на різні клітинні процеси, зокрема запалення, метаболізм і сигнальні шляхи, пов’язані з розвитком хронічних захворювань. У лабораторних і доклінічних моделях I3C і DIM продемонстрували потенційні протизапальні, метаболічні та протипухлинні властивості, що привернуло значну увагу дослідників.
Це особливо актуально з огляду на те, що більшість причин смертності в сучасному світі пов’язані саме з хронічними неінфекційними захворюваннями – серцево-судинними хворобами, онкопатологією, діабетом та нейродегенеративними процесами. У зв’язку з цим індол-3-карбінол розглядається як одна з біологічно активних сполук, що потенційно може відігравати роль у профілактиці таких патологій.
Протизапальні властивості
Запалення – це природна захисна реакція організму на інфекцію або пошкодження тканин. Однак коли запальні процеси стають хронічними, вони можуть сприяти розвитку багатьох захворювань – від серцево-судинних хвороб до метаболічних порушень і деяких видів раку. Саме тому вчені активно досліджують речовини, здатні впливати на механізми запалення, зокрема це індол-3-карбінол і його похідна речовина 3,3′-дііндолілметан.
Що демонструють дослідження на клітинах
У лабораторних експериментах на клітинах ці сполуки виявляють здатність пригнічувати ключові молекулярні механізми запалення.
Зокрема, дослідники спостерігали:
- 🟪 Зменшення активності сигнального шляху NF-κB. Це один із головних перемикачів запалення в клітинах. Коли NF-κB активується, клітина починає виробляти велику кількість запальних молекул. I3C і DIM у деяких експериментах пригнічували цей механізм.
- 🟪 Зниження рівня прозапальних цитокінів. Цитокіни – це сигнальні білки, за допомогою яких клітини імунної системи спілкуються між собою. Деякі з них запускають або підтримують запалення. У дослідженнях I3C зменшував вироблення таких молекул, як TNF-α, IL-1β та IL-6.
- 🟪 Зменшення утворення оксиду азоту. Оксид азоту – це молекула, яка бере участь у багатьох процесах у клітинах. У невеликих кількостях вона корисна, але під час запалення клітини можуть виробляти її надмірно, що посилює пошкодження тканин. У лабораторних моделях I3C пригнічував активність ферменту, який відповідає за надлишкове утворення цієї молекули.
- 🟪 Пригнічення активації імунних клітин. У деяких експериментах спостерігалося, що I3C і DIM зменшують активність макрофагів – клітин імунної системи, які активно беруть участь у підтриманні запалення.
Дані досліджень на тваринах
Експерименти на тваринах частково підтверджують ці результати. У різних моделях запальних захворювань дослідники спостерігали:
- 🟪 меншу кількість імунних клітин у запалених тканинах;
- 🟪 зниження рівнів запальних молекул у крові та тканинах;
- 🟪 послаблення симптомів запальних захворювань кишечника у тваринних моделях;
- 🟪 зменшення запалення печінки в моделях алкогольного ушкодження.
DIM у подібних експериментах також зменшував вироблення запальних молекул і пригнічував активність ферментів, що беруть участь у запаленні.
Важливо. Більшість таких ефектів було продемонстровано в лабораторних умовах або на тваринних моделях. Це означає, що ці сполуки мають біологічний потенціал, але їхній реальний вплив на запальні процеси в людей потребує подальших клінічних досліджень.
Потенційний вплив індол-3-карбінолу на масу тіла
Ожиріння пов’язане із порушенням енергетичного балансу, накопиченням жирової тканини та змінами гормональної регуляції. Через високий ризик серцево-судинних захворювань, діабету та інших хронічних хвороб учені активно досліджують речовини, які можуть впливати на процеси формування жирової тканини. Серед таких сполук – індол-3-карбінол.
Дані лабораторних досліджень
У клітинних моделях було показано, що I3C може впливати на механізми утворення жирових клітин. Зокрема, I3C:
- 🟪 пригнічував активність генів, які відповідають за перетворення незрілих клітин на жирові клітини;
- 🟪 зменшував накопичення жиру всередині клітин;
- 🟪 впливав на білок SIRT1, який бере участь у регуляції обміну речовин.
DIM у подібних моделях також демонстрував метаболічні ефекти:
- 🟪 знижував активність генів, що запускають формування жирових клітин;
- 🟪 зменшував накопичення жиру;
- 🟪 активував фермент AMPK – своєрідний енергетичний сенсор клітини, який стимулює використання енергії та пригнічує синтез жиру.
Результати експериментів на тваринах
Дослідження на тваринах частково підтверджують ці спостереження. У мишей, які отримували висококалорійну дієту, додавання I3C до раціону:
- 🟪 зменшувало приріст маси тіла;
- 🟪 знижувало накопичення вісцерального жиру;
- 🟪 покращувало рівень глюкози та ліпідів у крові.
DIM у подібних моделях також уповільнював збільшення маси тіла та формування жирової тканини.
Дані досліджень у людей
Клінічних досліджень у цій сфері небагато. В одному з них прийом I3C у жінок із надмірною масою тіла змінював метаболізм естрогенів у напрямку, який зазвичай спостерігається в людей із нормальною вагою. Це може свідчити про потенційний вплив на гормональні механізми, пов’язані з метаболізмом.
Утім, наявні дані поки що обмежені, тому робити висновок, що індол-3-карбінол може використовуватися як засіб для зниження ваги, поки передчасно. Потрібні масштабні клінічні дослідження, щоб оцінити його реальний ефект у людей.
Індол-3-карбінол: цукровий діабет та атеросклероз
Порушення обміну глюкози та накопичення ліпідів у судинах є ключовими процесами, що лежать в основі таких поширених захворювань, як цукровий діабет 2-го типу та атеросклероз.
Дані досліджень щодо діабету
Більшість наявних результатів здобуто у тваринних моделях. У мишей, які отримували високожирову дієту, додавання I3C до раціону призводило до:
- 🟪 зниження рівня глюкози в крові;
- 🟪 зменшення рівня інсуліну;
- 🟪 покращення чутливості клітин до інсуліну.
Інакше кажучи, організм тварин ефективніше використовував глюкозу, а клітини краще реагували на гормон інсулін, який відповідає за її засвоєння.
Деякі дослідження також засвідчили, що I3C і DIM можуть зменшувати окисний стрес, який відіграє важливу роль у розвитку діабетичних ускладнень. У тварин, які отримували ці сполуки, спостерігалося:
- 🟪 підвищення активності антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази, каталази, глутатіонпероксидази);
- 🟪 збільшення рівнів природних антиоксидантів, таких як вітаміни C і E;
- 🟪 зниження рівня глікованого гемоглобіну – показника тривалого підвищення рівня глюкози в крові.
Потенційний вплив на серцево-судинну систему
Індол-3-карбінол також може впливати на процеси, пов’язані з утворенням атеросклеротичних бляшок – відкладенням жиру на стінках судин.
У деяких експериментальних моделях було показано, що I3C:
- 🟪 зменшує накопичення ліпідів у тканинах;
- 🟪 активує процес аутофагії – механізм клітинного очищення, за допомогою якого клітини переробляють пошкоджені або зайві компоненти;
- 🟪 пригнічує сигнальні шляхи, пов’язані з надмірним накопиченням жиру.
Завдяки цим ефектам дослідники припускають, що I3C може потенційно впливати принаймні на ранні етапи розвитку атеросклерозу.
Протипухлинний потенціал індол-3-карбінолу та DIM
Індол-3-карбінол і його основний метаболіт DIM належать до сполук, які активно вивчають як потенційні протипухлинні сполуки. Важливо одразу наголосити, що більшість даних поки отримано в експериментах на клітинах і тваринах, тому наразі йдеться лише про перспективні біологічні механізми.
Запуск апоптозу пухлинних клітин
Один із найцікавіших ефектів I3C і DIM полягає в тому, що вони можуть стимулювати апоптоз – програмовану загибель клітин. У нормі цей механізм допомагає організму позбавлятися пошкоджених або небезпечних клітин. Ракові клітини часто втрачають здатність вчасно вимикатися, тому речовини, які відновлюють цей процес, вважаються перспективними.
У дослідженнях I3C і DIM:
- 🟪 підвищували активність білків, які сприяють загибелі пухлинних клітин;
- 🟪 знижували активність білків, що, навпаки, допомагають раковим клітинам виживати;
- 🟪 активували ферменти, які фактично запускають каскад самознищення пухлинних клітин.
Такі ефекти описані для клітин товстої кишки, легень, печінки, молочної залози, підшлункової залози, простати та шкіри.
Гальмування розмноження ракових клітин
Ще один важливий напрям – вплив на клітинний цикл, тобто на процес поділу клітини. Ракова клітина відрізняється тим, що ділиться майже безконтрольно. Дослідження демонструють, що DIM, а в деяких моделях і I3C, можуть зупиняти клітину на певних етапах циклу, не даючи їй перейти до подальшого поділу.
Перешкоджання росту нових судин
Щоб пухлина росла, їй потрібне власне кровопостачання. Для цього вона стимулює ангіогенез – утворення нових судин. Без них пухлина не може отримувати достатньо кисню й поживних речовин.
I3C і DIM у дослідженнях:
- 🟪 знижували рівень молекул, що стимулюють ріст судин;
- 🟪 пригнічували сигнали, які запускають утворення нових капілярів;
- 🟪 у тваринних моделях зменшували інтенсивність новоутворення судин.
Зменшення здатності до метастазування
Найнебезпечніша властивість злоякісних пухлин – здатність поширюватися в інші органи, тобто метастазувати. Для цього клітини мають відокремитися від первинної пухлини, проникнути крізь тканини, потрапити в судини і закріпитися в новому місці.
У низці досліджень I3C і DIM:
- 🟪 зменшували рухливість пухлинних клітин;
- 🟪 пригнічували їхню здатність проникати крізь тканинні бар’єри;
- 🟪 знижували активність молекулярних механізмів, пов’язаних із метастазуванням;
- 🟪 у тваринних моделях зменшували частоту або вираженість метастазів у легенях та печінці.
Індол-3-карбінол і артеріальний тиск
Індол-3-карбінол може впливати на ренін-ангіотензинову систему – один із головних механізмів регуляції артеріального тиску.
Коли тиск знижується, нирки починають виробляти ренін – фермент, який запускає каскад реакцій, у результаті яких утворюється ангіотензин II. Ця речовина звужує судини і підвищує тиск. У низці експериментів на тваринах було показано, що індол-3-карбінол може посилювати активність цієї системи, підвищуючи рівень реніну й артеріальний тиск.
У тваринних моделях результати були суперечливими:
- 🟪 в одних експериментах I3C підвищував артеріальний тиск і посилював судинний опір у нирках;
- 🟪 водночас в інших дослідженнях I3C, навпаки, зменшував окиснювальний стрес, запалення і деякі ускладнення гіпертензії, зокрема патологічне ремоделювання тканин.
Простіше кажучи, одна й та сама сполука в різних умовах може проявляти себе по-різному.
Метаболізм індол-3-карбінолу та вплив обробки їжі
Як утворюється індол-3-карбінол в організмі
Індол-3-карбінол (I3C) не міститься у хрестоцвітих (капустяних) овочах у готовому вигляді. Він утворюється під час руйнування клітин рослини – наприклад, коли овочі жують або подрібнюють. У цей момент природний фермент мірозиназа починає розщеплювати глюкозинолати, зокрема глюкобрасіцин, що призводить до утворення кількох індольних сполук, серед яких і I3C.
Після потрапляння в організм подальші перетворення відбуваються вже в кислому середовищі шлунка. Тут молекули індол-3-карбінолу можуть взаємодіяти одна з одною й утворювати нові сполуки. Найважливішою серед них вважається DIM.
Якщо ж хрестоцвіті овочі проходять інтенсивну термічну обробку, фермент мірозиназа може інактивуватися. У такому разі глюкозинолати не розщеплюються відразу, а потрапляють у товстий кишечник, де частково метаболізуються кишковими бактеріями. Утворення індол-3-карбінолу при цьому можливе, але зазвичай відбувається менш ефективно.
Як кулінарна обробка впливає на вміст I3C
Кількість індол-3-карбінолу, яку людина фактично отримує з їжі, значною мірою залежить від способу обробки овочів. На відміну від багатьох інших харчових компонентів, глюкозинолати і продукти їхнього розщеплення дуже чутливі до технологічних процесів – подрібнення, зберігання, термічної обробки та ферментації.
Найбільші втрати спостерігаються під час варіння. У киплячій воді частина глюкозинолатів переходить у рідину, і дослідження свідчать, що під час варіння броколі протягом кількох хвилин може втрачатися до половини цих сполук. Подібні втрати описані й для мікрохвильової обробки та смаження. Причиною є руйнування клітинної структури та активація ферментативних реакцій, які призводять до деградації глюкозинолатів.
У випадку ж приготування на парі втрати глюкозинолатів значно менші, тому такий спосіб кулінарної обробки часто рекомендують для збереження біоактивних сполук у броколі та інших хрестоцвітих овочах.
Подрібнення, зберігання та ферментація
Цікаво, що подрібнення овочів може впливати на їхній хімічний склад. Дослідження засвідчили, що після нарізання та короткочасного зберігання білокачанної капусти концентрація індольних глюкозинолатів може навіть зростати. Це пояснюють активацією метаболічних процесів у тканинах рослини після пошкодження клітин. У броколі такий ефект виражений слабше через швидшу деградацію тканин.
Іншим прикладом є ферментація, зокрема виробництво квашеної капусти. У процесі бродіння глюкозинолати майже повністю розщеплюються, і замість них утворюються нові сполуки. Серед них – аскорбіген, а також менші кількості індол-3-карбінолу та його метаболітів. Кисле середовище ферментованих продуктів може сприяти подальшому утворенню DIM із I3C.
Таким чином, реальна кількість індол-3-карбінолу, яку людина отримує з їжі, визначається не лише видом овочів, а й способом їхнього приготування, подрібнення та зберігання. Ці фактори можуть суттєво змінювати як концентрацію глюкозинолатів, так і співвідношення біологічно активних продуктів їхнього перетворення.
Михайло Хецуріані
Використані джерела:
- 1. Williams DE. 2021. Indoles derived from glucobrassicin: cancer chemoprevention by indole-3-carbinol and 3,3-diindolylmethane. Front. Nutr. 8:734334
- 2. Connolly EL, Sim M, Travica N, Marx W, Beasy G, et al. 2021. Glucosinolates from cruciferous vegetables and their potential role in chronic disease: investigating the preclinical and clinical evidence. Front. Pharmacol. 12:767975
- 3. Agerbirk N, De Vos M, Kim JH, Jander G. 2009. Indole glucosinolate breakdown and its biological effects. Phytochem. Rev. 8:101–20
- 4. Holst B, Williamson G. 2004. A critical review of the bioavailability of glucosinolates and related compounds. Nat. Prod. Rep. 21:425–47
- 5. Song L, Thornalley PJ. 2007. Effect of storage, processing and cooking on glucosinolate content of Brassica vegetables. Food Chem. Toxicol. 45:216–24
- 6. Verkerk R, Dekker M, Jongen WM. 2001. Post-harvest increase of indolyl glucosinolates in response to chopping and storage of Brassica vegetables. J. Sci. Food Agric. 81:953–58
- 7. Ciska E, Verkerk R, Honke J. 2009. Effect of boiling on the content of ascorbigen, indole-3-carbinol, indole-3-acetonitrile, and 3,3-diindolylmethane in fermented cabbage. J. Agric. Food Chem. 57:2334–38
- 8. Ampofo E, Lachnitt N, Rudzitis-Auth J, Schmitt BM, Menger MD, Laschke MW. 2017. Indole-3-carbinol is a potent inhibitor of ischemia-reperfusion-induced inflammation. J. Surg. Res. 215:34–46
- 9. Jiang J, Kang TB, Shim DW, Oh NH, Kim TJ, Lee KH. 2013. Indole-3-carbinol inhibits LPS-induced inflammatory response by blocking TRIF-dependent signaling pathway in macrophages. Food Chem. Toxicol. 57:256–61
- 10. Cho HJ, Seon MR, Lee YM, Kim J, Kim JK, et al. 2008. 3,3-Diindolylmethane suppresses the inflammatory response to lipopolysaccharide in murine macrophages. J. Nutr. 138:17–23
- 11. Peng C, Wu C, Xu X, Pan L, Lou Z, et al. 2021. Indole-3-carbinol ameliorates necroptosis and inflammation of intestinal epithelial cells in mice with ulcerative colitis by activating aryl hydrocarbon receptor. Exp. Cell Res. 404:112638
- 12. Busbee PB, Menzel L, Alrafas HR, Dopkins N, Becker W, et al. 2020. Indole-3-carbinol prevents colitis and associated microbial dysbiosis in an IL-22-dependent manner. JCI Insight 5(1):e127551
- 13. Choi Y, Kim Y, Park S, Lee KW, Park T. 2012. Indole-3-carbinol prevents diet-induced obesity through modulation of multiple genes related to adipogenesis, thermogenesis or inflammation in the visceral adipose tissue of mice. J. Nutr. Biochem. 23:1732–39
- 14. Chang HP, Wang ML, Chan MH, Chiu YS, Chen YH. 2011. Antiobesity activities of indole-3-carbinol in high-fat-diet-induced obese mice. Nutrition 27:463–70
- 15. Jayakumar P, Pugalendi KV, Sankaran M. 2014. Attenuation of hyperglycemia-mediated oxidative stress by indole-3-carbinol and its metabolite 3,3-diindolylmethane in C57BL/6J mice. J. Physiol. Biochem. 70:525–34
- 16. Poornima J, Mirunalini S. 2014. Regulation of carbohydrate metabolism by indole-3-carbinol and its metabolite 3,3-diindolylmethane in high-fat diet-induced C57BL/6J mice. Mol. Cell. Biochem. 385:7–15
- 17. Prado NJ, Ramirez D, Mazzei L, Parra M, Casarotto M, et al. 2022. Anti-inflammatory, antioxidant, antihypertensive, and antiarrhythmic effect of indole-3-carbinol, a phytochemical derived from cruciferous vegetables. Heliyon 8:e08989
- 18. El-Naga RN, Mahran YF. 2016. Indole-3-carbinol protects against cisplatin-induced acute nephrotoxicity: role of calcitonin gene-related peptide and insulin-like growth factor-1. Sci. Rep. 6:29857
- 19. Mohamad KA, El-Naga RN, Wahdan SA. 2022. Neuroprotective effects of indole-3-carbinol on the rotenone rat model of Parkinson’s disease: impact of the SIRT1-AMPK signaling pathway. Toxicol. Appl. Pharmacol. 435:115853
- 20. Qian C, Yang C, Lu M, Bao J, Shen H, et al. 2021. Activating AhR alleviates cognitive deficits of Alzheimer’s disease model mice by upregulating endogenous Aβ catabolic enzyme neprilysin. Theranostics 11:8797–812