BLUEBERRY POLYPHENOLS AND THEIR EFFECT ON BIOMARKERS OF CARDIOMETABOLIC HEALTH: IN VITRO AND IN VIVO STUDIES

Il raggiungimento di una buona salute cardiometabolica è una delle principali sfide per la sanità pubblica globale, poiché i disturbi cardiometabolici, incluse le malattie cardiovascolari, il diabete mellito, l'obesità e la sindrome metabolica, rappresentano le principali cause di mortalità e comorbidità a livello mondiale. In particolare, i fattori di rischio clinici che caratterizzano la sindrome metabolica, come l'obesità addominale, l'ipertensione, la dislipidemia e la resistenza all'insulina, insieme alla disfunzione vascolare, all'infiammazione di basso grado e allo stress ossidativo, rappresentano determinanti significativi del rischio di malattie cardiovascolari. La dieta svolge un ruolo cruciale nel ridurre il rischio di disturbi cardiometabolici e nel promuovere la salute umana. Negli ultimi anni, crescenti evidenze hanno evidenziato l'impatto protettivo dei composti bioattivi presenti negli alimenti di origine vegetale, come i polifenoli. I mirtilli (Vaccinium spp.) sono particolarmente ricchi di vitamine, minerali, fibre e polifenoli inclusi antociani, acidi fenolici, proantocianidine, flavan-3-oli e flavonoli. Diversi studi epidemiologici e trial clinici hanno dimostrato l'effetto protettivo dei mirtilli e dei loro composti fenolici attraverso la modulazione di marcatori cardiometabolici e funzionali. Tuttavia, a causa della bassa bioaccessibilità e biodisponibilità dei polifenoli del mirtillo, del complesso metabolismo, delle interazioni con il microbiota intestinale e della variabilità interindividuale, i meccanismi attraverso cui questi composti esercitano i loro effetti benefici rimangono poco chiari. In questo contesto, l'obiettivo della presente tesi di dottorato è stato quello di valutare l'impatto dei mirtilli e dei loro bioattivi sui marcatori della salute cardiometabolica attraverso approcci in vitro e in vivo. La prima parte della tesi è stata dedicata alla valutazione dei meccanismi d'azione dei mirtilli e dei relativi polifenoli sui marcatori cardiometabolici, inclusi la funzione vascolare, l'infiammazione, lo stress ossidativo e l'accumulo di lipidi, attraverso una revisione sistematica e due modelli in vitro di accumulo lipidico. In particolare, la revisione sistematica ha documentato gli effetti del consumo di mirtilli sui marker della funzione vascolare, dell'infiammazione e dello stress ossidativo negli studi di intervento sull'uomo, con un focus sui meccanismi d'azione. L'analisi di 45 studi ha indicato un effetto benefico sulla funzione vascolare, probabilmente dovuto alla modulazione positiva di eNOS, che migliora la vasodilatazione, e all'inibizione della vasocostrizione attraverso la riduzione dei livelli di angiotensina II e COX-2. Inoltre, i mirtilli hanno migliorato lo stato infiammatorio, potenzialmente inibendo NF-kB e riducendo il rilascio di citochine infiammatorie. L'effetto antiossidante dei mirtilli potrebbe essere potenziato da un miglioramento del sistema di difesa antiossidante e da un effetto diretto di inibizione sui livelli di ROS. Il secondo studio esamina il ruolo dei metaboliti circolanti derivati dai mirtilli nella modulazione dell'accumulo lipidico, nonché dei marcatori del metabolismo lipidico e dello stress ossidativo, negli adipociti maturi 3T3-L1. I risultati non hanno supportato un ruolo diretto di questi composti fenolici nella riduzione dell'accumulo lipidico. Tuttavia, l'acido vanillico, l'acido isoferulico e l'acido siringico hanno mostrato un'influenza positiva sul metabolismo lipidico e sullo stress ossidativo. Il terzo studio ha esaminato la capacità degli acidi fenolici derivati dai mirtilli di modulare l'accumulo lipidico nei monociti THP-1 differenziati in macrofagi, come modello di aterogenesi. I risultati indicano che questi composti bioattivi hanno ridotto l'accumulo lipidico, insieme a una modulazione dei geni e delle proteine correlati al metabolismo lipidico. Nella seconda parte della tesi, il ruolo dei mirtilli sulla funzione vascolare e sui marcatori cardiometabolici è stato investigato attraverso studi di intervento sull'uomo. Il primo studio ha valutato l'effetto postprandiale di una bevanda a base di mirtillo selvatico sulla funzione vascolare e sui relativi marcatori in 20 giovani adulti sani. I risultati hanno mostrato un effetto significativo nel tempo sulla reattività vascolare dopo il consumo sia del mirtillo selvatico (contenente 738 mg di composti fenolici, 459 mg di antocianine e 171 mg di acido clorogenico) sia del placebo. Tuttavia, non è stata osservata una differenza significativa nella reattività vascolare dopo il consumo del mirtillo selvatico rispetto al placebo nell'intero gruppo di volontari, inclusi i soggetti con disfunzione vascolare (RHI≤1.67). Inoltre, la bevanda a base di mirtillo non ha influenzato la rigidità arteriosa, la pressione sanguigna o i marker correlati (ossia VCAM-1, E-selectina e CD15) rispetto al placebo. Il secondo studio è una revisione sistematica di studi clinici sull'uomo che indagano gli effetti dei frutti rossi, inclusi i mirtilli, sulla sindrome metabolica e sui fattori correlati come la funzione vascolare, l'infiammazione e lo stress ossidativo. L'analisi di 17 interventi dietetici ha riportato che i maggiori effetti positivi si sono osservati nel profilo lipidico, con miglioramenti nei livelli di trigliceridi, colesterolo totale, HDL e LDL, dopo il consumo di mirtilli e bacche di aronia. Tuttavia, riguardo alle misure antropometriche, pressione sanguigna e livelli di glucosio, gli effetti sono risultati contrastanti. Basandosi su questi risultati, è stato condotto uno studio randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo e crossover di 8 settimane per esaminare l'effetto di una bevanda a base di mirtillo selvatico sulla funzione vascolare e sui marcatori cardiometabolici in 26 individui con sindrome metabolica. I risultati preliminari ottenuti su 21 dei 26 soggetti hanno mostrato una riduzione significativa dello spessore della plica tricipitale dopo il consumo di mirtilli selvatici, suggerendo una potenziale influenza sulla composizione corporea. Inoltre, abbiamo osservato un aumento significativo nel tempo della reattività vascolare (ovvero RHI) dopo il consumo sia della bevanda a base di mirtilli selvatici che del placebo. Sebbene non siano stati documentati effetti significativi confrontando i trattamenti, abbiamo notato una riduzione del parametro RHI dopo il consumo del placebo, mentre il mirtillo selvatico sembrava preservare la funzione vascolare. Inoltre, i risultati hanno indicato una tendenza verso una riduzione del rapporto colesterolo totale/colesterolo HDL, suggerendo un potenziale ruolo dei mirtilli selvatici nel migliorare il profilo lipidico e ridurre il rischio di malattie cardiovascolari. Tuttavia, non sono stati osservati effetti significativi sulla rigidità arteriosa, sui marcatori di funzione endoteliale (ovvero E-selectina e CD15), sulla pressione sanguigna, sui livelli di glucosio e trigliceridi, o sulla circonferenza vita dopo il consumo della bevanda a base di mirtilli selvatici. La terza parte della tesi si concentra sulla bioaccessibilità e biodisponibilità dei polifenoli dei mirtilli, così come sulla loro interazione con il microbiota intestinale, che sono fondamentali nel promuovere i potenziali effetti benefici dei mirtilli sulla salute. Questa sezione include uno studio di intervento condotto presso il Dipartimento delle Scienze Nutrizionali del King's College di Londra (Londra, Regno Unito), che esamina la bioaccessibilità orale dei polifenoli provenienti da mirtilli, fragole e lamponi, e una revisione sistematica sul ruolo delle bacche, inclusi i mirtilli, sul microbiota intestinale e sulla salute. Il primo studio ha esplorato l'impatto della masticazione sulla bioaccessibilità e sul potenziale metabolismo dei polifenoli provenienti da mirtilli freschi e congelati, fragole e lamponi attraverso un intervento dietetico umano. In particolare, sono stato coinvolto nell'analisi dei metaboliti dei polifenoli nei campioni di saliva utilizzando metodi di cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS/MS). I risultati hanno mostrato che i lamponi avevano la più alta bioaccessibilità, seguiti dalle fragole e dai mirtilli congelati, con i mirtilli freschi che mostrano una bioaccessibilità minore. Il secondo studio ha esaminato la relazione tra la biodisponibilità dei polifenoli provenienti da mirtilli e altri frutti rossi, microbiota intestinale e salute umana, attraverso una revisione sistematica degli studi di intervento sull’uomo. In 16 trial, i risultati hanno evidenziato il ruolo del microbiota intestinale nel metabolismo dei polifenoli e nella produzione di composti bioattivi che migliorano la diversità del microbiota e contribuiscono alla salute complessiva dell'ospite. In conclusione, questa tesi di dottorato ha contribuito ad aumentare le evidenze riguardanti gli effetti benefici dei polifenoli del mirtillo, utilizzando vari marcatori cardiometabolici in modelli sia in vitro che in vivo. Gli studi cellulari hanno fornito importanti approfondimenti su diversi meccanismi biologici, come il metabolismo lipidico e lo stress ossidativo, concentrandosi su singoli polifenoli e relativi metaboliti a concentrazioni fisiologiche o sopra-fisiologiche. Inoltre, lo studio postprandiale non ha mostrato alcun effetto del consumo del mirtillo selvatico sulla funzione vascolare e sui marcatori correlati in volontari sani. Questi risultati evidenziano la necessità di indagare gli effetti del mirtillo selvatico in individui con fattori di rischio per le malattie cardiovascolari. Al contrario, lo studio a lungo termine ha documentato un effetto dell'assunzione di mirtilli selvatici sulla composizione corporea e un potenziale impatto sulla reattività vascolare e sui marcatori cardiometabolici, come il profilo lipidico. In particolare, questi risultati derivano da un'analisi preliminare su un sottogruppo di individui. L'analisi dell'intero gruppo, insieme all'ulteriore analisi di marcatori di funzione vascolare, permeabilità endoteliale, infiammazione e stress ossidativo, offrirà una panoramica più chiara del ruolo benefico dei mirtilli selvatici sulla funzione vascolare e sulla sindrome metabolica. Inoltre, gli studi sulla bioaccessibilità dei polifenoli, così come la loro biodisponibilità ed esteso metabolismo associato all'interazione con il microbiota intestinale, sottolineano l'importanza di considerare questi fattori nei futuri studi di intervento, poiché potrebbero svolgere un ruolo essenziale nella modulazione dei marcatori della funzione vascolare e della salute cardiometabolica, promuovendo la prevenzione delle malattie cardiovascolari.

Grantor dc:publisher

Università degli Studi di Milano

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• VENTURI, SAMUELE

Contributors dc:contributor

• tutor: M. Porrini ; co-tutor: C. Del Bo' ; coordinatore: F. Cheli
• S. Venturi
• CHELI, FEDERICA

• Settore MED/49 - Scienze Tecniche Dietetiche Applicate
• Settore MEDS-08/C - Scienza dell'alimentazione e delle tecniche dietetiche applicate

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/2434/1121632

OAI identifier oai:identifier

oai:air.unimi.it:2434/1121632