PREVENTIVE EFFECT OF UNRIPE CARICA PAPAYA JUICE EXTRACT ON HYDROGEN PEROXIDE INDUCED OXIDATIVE STRESS IN HUMAN ENDOTHELIAL CELLS

Abstract

Cardiovascular disease (CVD) is the main cause of death worldwide. Reactive oxygen species (ROS) play an important role in CVD via damaged endothelial cells. An excess of ROS can induce endothelial cell death and dysfunction, leading to atherosclerosis and CVD. Antioxidants play a crucial role in controlling ROS levels via direct elimination of ROS, maintaining cell homeostasis, and reducing cell death and inflammation. Unripe Carica papaya (UCP) is a naturally high antioxidant fruit that can prevent ROS-induced endothelial cell oxidative stress. This study investigated antioxidant properties and their preventive effects on H2O2-induced EA hy926 cell oxidative stress. The antioxidant activity of UCP was determined by antioxidant capacities and scavenging assays. The HPLC was prepared for screening antioxidant compounds of UCP. The toxicity of UCP and its preventive effect on H2O2-induced EA hy926 cell death was evaluated by MTT. The treated cells determined the intracellular ROS levels and percent cell apoptosis using a fluorescence microscope and flow cytometer, respectively, and found enzymatic antioxidant activity and signaling pathways. There was also an investigation of UCP due to the high antioxidant potential to decrease excessive ROS in H2O2-induced endothelial cell oxidative stress leading to cytoprotection against cell death and apoptosis. UCP also reduced cell inflammation via NF-κB pathways and maintained cell homeostasis, leading to the stabilization of Nrf2 levels on damaged cells. The pretreatment of UCP increased SOD activity and restored the CAT activity used to eliminate H2O2 and increase SOD activity. Furthermore, UCP might be used in alternative medicine as health supplements for reducing risks of CVDs and oxidative stress-related diseases.

โรคหัวใจและหลอดเลือดเป็นโรคที่เป็นสาเหตุการตายเป็นอันดับหนึ่งของประชากรโลก ซึ่งจะมีผู้เสียชีวิตจากโรคนี้ไม่ต่ำกว่า 17.9 ล้านคน ในทุกๆปี สารประกอบออกซิเจนที่ไวปฏิกิริยา (Reactive oxygen species, ROS) เป็นสาเหตุที่สำคัญที่ทำให้เกิดโรคหัวใจและหลอดเลือด ผ่านการทำลายและการบาดเจ็บของเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด ในสภาวะปกตินั้น เซลล์จะมีการสร้างสารประกอบออกซิเจนที่ไวปฏิกิริยา ผ่านกลไกต่างๆภายในเซลล์ เช่น กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนของไมโทคอนเดรีย ซึ่งอนุมูลอิสระเหล่านี้จะถูกกำจัดและชักนำเซลล์สู่ภาวะสมดุลด้วย เอนไซด์ต้านอนุมูลอิสละภายในเซลล์ เมื่อเกิดการไม่เสถียรของระดับอนุมูลอิสละภายในเซลล์บุผนังหลอดเลือด จะทำให้เซลล์สูญเสียหน้าที่การทำงาน และเกิดการตาย ส่งผลให้เกิดการอักเสบและสะสมไขมันที่ผิวหน้าหลอดเลือด จนในที่สุดจะเกิดเป็นโรคหัวใจและหลอดเลือด สารต้านอนุมูลอิสระมีบทบาทที่สำคัญในการกำจัด อนุมูลอิสระส่วนเกิน และคงสภาพเซลล์เข้าสู่สมดุล มะละกอดิบเป็นผลไม้ไทยที่เป็นแหล่งของสารต้านอนุมูลอิสระมากมาย ซึ่งอาจช่วยป้องกันเซลล์บุผนังหลอดเลือดจากอนุมูลอิสระที่มากเกินไปได้ ด้วยเหตุนี้ในการศึกษาครั้งนี้ผู้วิจัยได้ทำการศึกษาความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ และฤทธิ์ในการป้องกันเซลล์บุผนังหลอดเลือดต่อการชักนำภาวะเครียดออกซิเดชันด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ผู้วิจัยได้ทำการตรวจสารต้านอนุมูลอิสระ และทดสอบความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของสารสกัดมะละกอดิบด้วย HPLC และวิธีทดสอบความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระต่างๆ การทดสอบฤทธิ์การป้องกันการตายของเซลล์นั้นผู้วิจัยได้ทดสอบด้วยวิธี MTT และการย้อมสีเพื่อดูเซลล์ apoptosis ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ ตรวจวัดอนุมูลอิสระภายในเซลล์ด้วยเครื่อง flow cytometer รวมทั้งวัดกิจกรรมการทำงานของเอนไซด์ต้านอนุมูลอิสระ และวิเคราะห์การส่งสัญญาณภายในเซลล์ในวิถีต่างๆ ด้วยวิธี western blot และ ELISA จากการทดลองผู้วิจัยพบว่า สารสกัดนั้นมีความเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่สูง ซึ่งเมื่อให้สารสกัดกับเซลล์ที่ถูกชักนำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ พบว่าปริมาณอนุมูลอิสระในเซลล์นั้นลดลง รวมทั้งมีการกระตุ้นการทำงานของเอนไซด์ SOD และคืนความสามรถให้กับ CAT อีกทั้งมีการลดการส่งสัญญาณของโปรตีน JNK และ NF-κB ซึ่งเป็นวิถีสำคัญเกี่ยวกับการตายและการอักเสบของเซลล์ที่ถูกชักนำจากภาวะเครียดออกซิเดชัน นอกจากนี้ยังพบว่าสารสกัดควบคุมให้วิถี Nrf2 นั้นอยู่ในระดับปกติได้อีกด้วย ฤทธิ์ของสารสกัดที่ส่งผลต่างๆเหล่านี้ช่วยป้องกันเซลล์บุผนังหลอดเลือดจากการภาวะเครียดออกซิเดชัน ทำให้เซลล์มีความอยู่รอดเพิ่มขึ้น และลดการเกิด apoptosis ของเซลล์ลง ดังนั้นสารสกัดมะละกอดิบได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ควรค่าตอนการนำไปศึกษาวิจัย และใช้ในการแพทย์ทางเลือก เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ สำหรับการป้องกันการเกิดโรคหัวใจและหลอดเลือดต่อไปในอนาคต