Les polyphénols végétaux en tant qu’antioxydants alimentaires dans la santé humaine et les maladies | FitConvo

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Oxyd Med Cell Longev. 2009 novembre-décembre ; 2(5) : 270-278.

Résumé

Les polyphénols sont des métabolites secondaires des plantes et sont généralement impliqués dans la défense contre les rayons ultraviolets ou les agressions des agents pathogènes. Au cours de la dernière décennie, les bienfaits potentiels pour la santé des polyphénols végétaux alimentaires en tant qu’antioxydants ont suscité beaucoup d’intérêt. Les études épidémiologiques et les méta-analyses associées suggèrent fortement que la consommation à long terme de régimes alimentaires riches en polyphénols végétaux offre une protection contre le développement de cancers, de maladies cardiovasculaires, de diabète, d’ostéoporose et de maladies neurodégénératives. Nous présentons ici les connaissances sur les effets biologiques des polyphénols végétaux dans un contexte pertinent pour la santé humaine.

Mots clés: polyphénols, antioxydants, biodisponibilité, maladies humaines

introduction

Les polyphénols sont des composés naturels que l’on trouve en grande partie dans les fruits, les légumes, les céréales et les boissons. Les fruits comme les raisins, les pommes, les poires, les cerises et les baies contiennent jusqu’à 200 à 300 mg de polyphénols pour 100 grammes de poids frais. Les produits fabriqués à partir de ces fruits, contiennent également des polyphénols en quantités importantes. Typiquement, un verre de vin rouge ou une tasse de thé ou de café contient environ 100 mg de polyphénols. Les céréales, les légumineuses sèches et le chocolat contribuent également à l’apport en polyphénols.1,2

Les polyphénols sont des métabolites secondaires des plantes et sont généralement impliqués dans la défense contre les rayons ultraviolets ou les agressions des agents pathogènes.3 Dans les aliments, les polyphénols peuvent contribuer à l’amertume, l’astringence, la couleur, la saveur, l’odeur et la stabilité à l’oxydation. Vers la fin de 20e siècle, des études épidémiologiques et des méta-analyses associées ont fortement suggéré que la consommation à long terme de régimes riches en polyphénols végétaux offrait une certaine protection contre le développement de cancers, de maladies cardiovasculaires, de diabète, d’ostéoporose et de maladies neurodégénératives4,5 (). Les polyphénols et autres phénols alimentaires font l’objet d’un intérêt scientifique croissant en raison de leurs possibles effets bénéfiques sur la santé humaine. Cette revue se concentre sur la compréhension actuelle des effets biologiques des polyphénols alimentaires et de leur importance pour la santé et les maladies humaines.

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Effets bénéfiques sur la santé pléiotropes des polyphénols végétaux alimentaires : Les polyphénols sont des composés naturels que l’on trouve en grande partie dans les fruits, les légumes, les céréales et les boissons. Ces molécules sont des métabolites secondaires des plantes et sont généralement impliquées dans la défense contre les rayons ultraviolets ou les agressions des agents pathogènes et peuvent également contribuer à l’amertume, l’astringence des aliments. Les chercheurs ont exploré que ces molécules sont de très bons antioxydants et peuvent neutraliser la réactivité destructrice des espèces réactives indésirables d’oxygène/azote produites comme sous-produits au cours des processus métaboliques dans le corps. Des études épidémiologiques ont révélé que les polyphénols offrent une protection significative contre le développement de plusieurs maladies chroniques telles que les maladies cardiovasculaires (MCV), le cancer, le diabète, les infections, le vieillissement, l’asthme, etc.

Structure et classes de polyphénols

Plus de 8 000 composés polyphénoliques ont été identifiés dans diverses espèces végétales. Tous les composés phénoliques végétaux proviennent d’un intermédiaire commun, la phénylalanine, ou d’un proche précurseur, l’acide shikimique. Ils se présentent principalement sous des formes conjuguées, avec un ou plusieurs résidus de sucre liés à des groupes hydroxyle, bien qu’il existe également des liaisons directes du sucre (polysaccharide ou monosaccharide) à un carbone aromatique. L’association avec d’autres composés, comme les acides carboxyliques et organiques, les amines, les lipides et la liaison avec d’autres phénols est également courante.6 Les polyphénols peuvent être classés en différents groupes en fonction du nombre de cycles phénoliques qu’ils contiennent et sur la base des éléments structuraux qui lient ces anneaux les uns aux autres. Les principales classes comprennent les acides phénoliques, les flavonoïdes, les stilbènes et les lignanes.2 illustre les différents groupes de polyphénols et leurs structures chimiques.

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Structures chimiques des différentes classes de polyphénols. Les polyphénols sont classés en fonction du nombre de cycles phénoliques qu’ils contiennent et des éléments structurels qui lient ces cycles les uns aux autres. Ils sont globalement divisés en quatre classes; Acides phénoliques, flavonoïdes, stilbènes et lignanes. Les acides phénoliques sont en outre divisés en acides hydroxyle benzoïque et hydroxyle cinnamique. Les acides phénoliques représentent environ un tiers des composés polyphénoliques de notre alimentation et se trouvent dans toutes les matières végétales, mais sont particulièrement abondants dans les fruits au goût acide. L’acide caféique, l’acide gallique, l’acide férulique sont des acides phénoliques courants. Les flavonoïdes sont les polyphénols les plus abondants dans l’alimentation humaine et partagent une structure de base commune constituée de deux cycles aromatiques, qui sont liés ensemble par trois atomes de carbone qui forment un hétérocycle oxygéné. Du point de vue biogénétique, un cycle provient généralement d’une molécule de résorcinol et un autre cycle est dérivé de la voie du shikimate. Les stilbènes contiennent deux fragments phényle reliés par un pont méthylène à deux carbones. La plupart des stilbènes des plantes agissent comme des phytoalexines antifongiques, des composés qui ne sont synthétisés qu’en réponse à une infection ou à une blessure. Le stilbène le plus étudié est le resvératrol. Les lignanes sont des composés diphénoliques qui contiennent une structure de 2,3-dibenzylbutane formée par la dimérisation de deux résidus d’acide cinnamique.

Acides phénoliques

Les acides phénoliques se trouvent en abondance dans les aliments et se divisent en deux classes : les dérivés de l’acide benzoïque et les dérivés de l’acide cinnamique. La teneur en acide hydroxybenzoïque des plantes comestibles est généralement faible, à l’exception de certains fruits rouges, radis noir et oignons, qui peuvent avoir des concentrations de plusieurs dizaines de milligrammes par kilogramme de poids frais.7 Les acides hydroxycinnamiques sont plus fréquents que les acides hydroxybenzoïques et consistent principalement de p-acides coumarique, caféique, férulique et sinapique.

Flavonoïdes

Les favonoïdes constituent le groupe de polyphénols le plus étudié. Ce groupe a une structure de base commune constituée de deux cycles aromatiques liés entre eux par trois atomes de carbone qui forment un hétérocycle oxygéné (). Plus de 4 000 variétés de flavonoïdes ont été identifiées, dont beaucoup sont responsables des couleurs attrayantes des fleurs, des fruits et des feuilles.8 Sur la base de la variation du type d’hétérocycle impliqué, les flavonoïdes peuvent être divisés en six sous-classes : flavonols, flavones , flavanones, flavanols, anthocyanes et isoflavones (). Les différences individuelles au sein de chaque groupe proviennent de la variation du nombre et de la disposition des groupes hydroxyle et de leur degré d’alkylation et/ou de glycosylation.2 La quercétine, la myricétine, les catéchines, etc., sont les flavonoïdes les plus courants.

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Structures chimiques des sous-classes de flavonoïdes. Sur la base de la variation du type d’hétérocycle impliqué, les flavonoïdes sont divisés en six sous-classes principales : flavonols, flavanones, flavanols, flavones, anthocyanes et isoflavones. Les différences individuelles au sein de chaque groupe proviennent de la variation du nombre et de la disposition des groupes hydroxyle et de leur degré d’alkylation et/ou de glycosylation. Les flavonols (tels que la quercétine et le kaempférol) ont un groupe 3-hydroxy pyran-4-one sur le cycle C. Les flavanones (telles que la naringénine et la taxifoline) ont une liaison carbone-carbone insaturée dans le cycle C. Les flavanols (comme les catéchines) sont dépourvus à la fois d’un groupe 3-hydroxyle et de la structure 4-one dans le cycle C. Les flavones (telles que la lutéoline) sont dépourvues de groupe hydroxyle en position 3 sur le cycle C. Les anthocyanes (telles que la cyanidine), sont caractérisées par la présence d’un ion oxonium sur le cycle C et sont donc très colorées et dans les isoflavones (telles que la génistéine), le cycle B est attaché au cycle C en position 3 , plutôt que la position 2 comme c’est le cas avec les autres flavonoïdes.

Stilbènes

Les stilbènes contiennent deux fragments phényle reliés par un pont méthylène à deux carbones. La présence de stilbènes dans l’alimentation humaine est assez faible. La plupart des stilbènes des plantes agissent comme des phytoalexines antifongiques, des composés qui ne sont synthétisés qu’en réponse à une infection ou à une blessure. L’un des polyphénols stilbènes naturels les mieux étudiés est le resvératrol (3, 4′,5-trihydroxystilbène), que l’on trouve en grande partie dans le raisin. Issu du raisin, le vin rouge contient également une quantité importante de resvératrol.

Lignanes

Les lignanes sont des composés diphénoliques qui contiennent une structure 2,3-dibenzylbutane formée par la dimérisation de deux résidus d’acide cinnamique (). Plusieurs lignanes, comme le sécoisolaricirésinol, sont considérés comme des phytoestrogènes. La source alimentaire la plus riche est la graine de lin, qui contient du sécoisolaricirésinol (jusqu’à 3,7 g/kg de poids sec) et de faibles quantités de matairesinol.9

Occurrence et contenu

La distribution des composés phénoliques dans les plantes aux niveaux tissulaire, cellulaire et sous-cellulaire n’est pas uniforme. Les phénols insolubles se trouvent dans les parois cellulaires, tandis que les phénols solubles sont présents dans les vacuoles des cellules végétales.10 Certains polyphénols comme la quercétine se trouvent dans tous les produits végétaux; fruits, légumes, céréales, jus de fruits, thé, vin, infusions, etc., tandis que les flavanones et les isoflavones sont spécifiques à des aliments particuliers. Dans la plupart des cas, les aliments contiennent des mélanges complexes de polyphénols. Les couches externes des plantes contiennent des niveaux plus élevés de composés phénoliques que ceux situés dans leurs parties internes.11 De nombreux facteurs affectent la teneur en polyphénols des plantes, notamment le degré de maturité au moment de la récolte, les facteurs environnementaux, la transformation et le stockage. La teneur en polyphénols des aliments est fortement affectée par des facteurs environnementaux ainsi que des facteurs édaphiques comme le type de sol, l’exposition au soleil, les précipitations, etc. Le degré de maturité affecte considérablement les concentrations et les proportions de divers polyphénols.12 En général, il a été observé que les phénols la teneur en acide diminue au cours de la maturation, tandis que les concentrations en anthocyanes augmentent. De nombreux polyphénols, notamment les acides phénoliques, sont directement impliqués dans la réponse des plantes à différents types de stress : ils contribuent à la cicatrisation par lignifications des zones endommagées possèdent des propriétés antimicrobiennes, et leurs concentrations peuvent augmenter après infection.13

Un autre facteur qui affecte directement la teneur en polyphénols des aliments est le stockage. Des études ont prouvé que la teneur en polyphénols des aliments change au cours du stockage, la raison en est une oxydation facile de ces polyphénols.12 Les réactions d’oxydation entraînent la formation de substances plus ou moins polymérisées, ce qui entraîne des changements dans la qualité des aliments, en particulier dans la couleur et caractéristiques organoleptiques. De tels changements peuvent être bénéfiques, comme c’est le cas avec le thé noir, ou nocifs comme le brunissement des fruits. Le stockage de la farine de blé entraîne une perte marquée d’acides phénoliques.14 Après six mois de stockage, la farine contenait les mêmes acides phénoliques en termes qualitatifs, mais leurs concentrations étaient 70 % inférieures par rapport à la farine fraîche. Le stockage au froid, en revanche, a un léger effet sur la teneur en polyphénols des pommes, des poires ou des oignons.15 La cuisson a également un effet majeur sur la concentration en polyphénols. Les oignons et les tomates perdent entre 75 et 80 % de leur teneur initiale en quercétine après 15 min d’ébullition, 65 % après cuisson au four à micro-ondes et 30 % après friture.16

Biodisponibilité des polyphénols

La biodisponibilité est la proportion du nutriment qui est digéré, absorbé et métabolisé par les voies normales. La biodisponibilité de chaque polyphénol diffère cependant il n’y a aucune relation entre la quantité de polyphénols dans les aliments et leur biodisponibilité dans le corps humain. Généralement, les aglycones peuvent être absorbés à partir de l’intestin grêle; cependant, la plupart des polyphénols sont présents dans les aliments sous forme d’esters, de glycosides ou de polymères qui ne peuvent pas être absorbés sous forme native.17 Avant l’absorption, ces composés doivent être hydrolysés par les enzymes intestinales ou par la microflore colique. Au cours de l’absorption, les polyphénols subissent une modification importante; en effet, ils sont conjugués dans les cellules intestinales et plus tard dans le foie par méthylation, sulfatation et/ou glucuronidation.18 Par conséquent, les formes atteignant le sang et les tissus sont différentes de celles présentes dans les aliments et il est très difficile d’identifier toutes métabolites et d’évaluer leur activité biologique.19 Il est important de noter que c’est la structure chimique des polyphénols et non leur concentration qui détermine le taux et l’étendue de l’absorption et la nature des métabolites circulant dans le plasma. Les polyphénols les plus courants dans notre alimentation ne sont pas nécessairement ceux qui présentent la concentration la plus élevée de métabolites actifs dans les tissus cibles ; par conséquent, les propriétés biologiques des polyphénols sont très différentes d’un polyphénol à l’autre. La preuve, bien qu’indirecte, de leur absorption à travers la barrière intestinale est donnée par l’augmentation de la capacité antioxydante du plasma après la consommation d’aliments riches en polyphénols.20,21

Les polyphénols diffèrent également par leur site d’absorption chez l’homme. Certains des polyphénols sont bien absorbés dans le tractus gastro-intestinal tandis que d’autres dans l’intestin ou d’autres parties du tube digestif. Dans les aliments, tous les flavonoïdes, à l’exception des flavanols, existent sous des formes glycosylées. Le sort des glycosides dans l’estomac n’est pas encore clair. La plupart des glycosides résistent probablement à l’hydrolyse acide dans l’estomac et arrivent ainsi intacts dans l’intestin22 où seuls les aglycones et quelques glucosides peuvent être absorbés. Des études expérimentales menées chez le rat23 ont montré que l’absorption au niveau gastrique est possible pour certains flavonoïdes, comme la quercétine, mais pas pour leurs glycosides. De plus, il a été récemment montré que, chez le rat et la souris, les anthocyanes sont absorbées par l’estomac.17,24

Il a été suggéré que les glucosides pourraient être transportés dans les entérocytes par le transporteur de glucose dépendant du sodium SGLT1, puis hydrolysés par une β-glucosidase cytosolique. Cependant, l’effet de la glucosylation sur l’absorption est moins clair pour les isoflavones que pour la quercétine.12 Les proanthocyanidines diffèrent de la plupart des autres polyphénols végétaux en raison de leur nature polymérique et de leur poids moléculaire élevé. Cette caractéristique particulière devrait limiter leur absorption à travers la barrière intestinale, et les oligomères plus gros que les trimères sont peu susceptibles d’être absorbés dans l’intestin grêle sous leurs formes natives.17,25

Il a été observé que les acides hydroxycinnamiques, lorsqu’ils sont ingérés sous forme libre, sont rapidement absorbés par l’intestin grêle et sont conjugués sous forme de flavonoïdes.26 Cependant, ces composés sont naturellement estérifiés dans les produits végétaux et l’estérification altère leur absorption car la muqueuse intestinale, le foie et le plasma ne possède pas d’estérases capables d’hydrolyser l’acide chlorogénique pour libérer de l’acide caféique, et l’hydrolyse ne peut être effectuée que par la microflore présente dans le côlon.27 Bien que la plupart des polyphénols soient absorbés dans le tractus gastro-intestinal et l’intestin, certains polyphénols ne sont pas absorbés. dans ces endroits. Ces polyphénols atteignent le côlon, où la microflore hydrolyse les glycosides en aglycones et métabolise largement ces aglycones en divers acides aromatiques.28

Les aglycones sont divisés par l’ouverture de l’hétérocycle à différents points en fonction de leur structure chimique et produisent ainsi différents acides qui sont ensuite métabolisés en dérivés de l’acide benzoïque. Après absorption, les polyphénols passent par plusieurs processus de conjugaison. Ces processus comprennent principalement la méthylation, la sulfatation et la glucuronidation, représentant un processus de détoxication métabolique, commun à de nombreux xénobiotiques, qui facilite leur élimination biliaire et urinaire en augmentant leur hydrophilie. La méthylation des polyphénols est également assez spécifique elle se produit généralement en position C3 du polyphénol, mais elle pourrait se produire en position C4′ : en effet une quantité notable de 4′-méthylépigallocatéchine a été détectée dans le plasma humain après ingestion de thé. .29 Les enzymes comme les sulfo-transférases catalysent le transfert d’une fraction sulfate pendant le processus de sulfonation. La sulfatation se produit principalement dans le foie, mais la position de sulfatation des polyphénols n’a pas encore été clairement identifiée.30 La glucuronidation se produit dans l’intestin et dans le foie, et le taux de conjugaison le plus élevé est observé en position C3.31 La conjugaison les mécanismes sont très efficaces et les aglycones libres sont généralement soit absents, soit présents en faibles concentrations dans le plasma après consommation de doses nutritionnelles ; une exception sont les catéchines du thé vert, dont les aglycones peuvent constituer une proportion importante de la quantité totale dans le plasma.32

Il est important d’identifier les métabolites circulants, y compris la nature et les positions des groupes de conjugaison sur la structure polyphénolique, car les positions peuvent affecter les propriétés biologiques des conjugués. Les métabolites polyphénoliques circulent dans le sang liés aux protéines ; en particulier l’albumine représente la protéine primaire responsable de la liaison. L’albumine joue un rôle important dans la biodisponibilité des polyphénols. L’affinité des polyphénols pour l’albumine varie en fonction de leur structure chimique.33 La liaison à l’albumine peut avoir des conséquences sur la vitesse de clairance des métabolites et sur leur libération dans les cellules et les tissus. Il est possible que l’absorption cellulaire des métabolites soit proportionnelle à leur concentration non liée. Enfin, on ne sait toujours pas si les polyphénols doivent être sous forme libre pour exercer leur activité biologique, ou si les polyphénols liés à l’albumine peuvent exercer une certaine activité biologique.17,34

L’accumulation de polyphénols dans les tissus est la phase la plus importante du métabolisme des polyphénols car c’est la concentration qui est biologiquement active pour exercer les effets des polyphénols. Des études ont montré que les polyphénols sont capables de pénétrer dans les tissus, en particulier ceux dans lesquels ils sont métabolisés comme l’intestin et le foie. L’excrétion des polyphénols avec leurs dérivés se fait par l’urine et la bile. Il a été observé que les métabolites fortement conjugués sont plus susceptibles d’être éliminés dans la bile, tandis que les petits conjugués, tels que les monosulfates, sont préférentiellement excrétés dans l’urine. La quantité de métabolites excrétés dans l’urine est grossièrement corrélée aux concentrations plasmatiques maximales. Le pourcentage d’excrétion urinaire est assez élevé pour les flavanones des agrumes et diminue des isoflavones aux flavonols. Ainsi, les effets bénéfiques sur la santé des polyphénols dépendent à la fois de l’apport et de la biodisponibilité.17

Polyphénols et maladies humaines

Des études épidémiologiques ont montré à plusieurs reprises une association inverse entre le risque de maladies humaines chroniques et la consommation d’un régime riche en polyphénols.1,5 Les groupes phénoliques des polyphénols peuvent accepter un électron pour former des radicaux phénoxyles relativement stables, perturbant ainsi les réactions d’oxydation en chaîne dans les composants cellulaires. .26 Il est bien établi que les aliments et les boissons riches en polyphénols peuvent augmenter la capacité antioxydante du plasma. Cette augmentation de la capacité antioxydante du plasma suite à la consommation d’aliments riches en polyphénols peut s’expliquer soit par la présence de polyphénols réducteurs et de leurs métabolites dans le plasma, par leurs effets sur les concentrations d’autres agents réducteurs (effets d’épargne des polyphénols sur d’autres antioxydants endogènes ), ou par leur effet sur l’absorption des composants alimentaires pro-oxydants, tels que le fer.1 La consommation d’antioxydants a été associée à des niveaux réduits de dommages oxydatifs à l’ADN lymphocytaire. Des observations similaires ont été faites avec des aliments et des boissons riches en polyphénols indiquant les effets protecteurs des polyphénols.35 Il existe de plus en plus de preuves qu’en tant qu’antioxydants, les polyphénols peuvent protéger les constituants cellulaires contre les dommages oxydatifs et, par conséquent, limiter le risque de diverses maladies dégénératives associées à l’oxydation. stress.36-38

Effet cardio-protecteur

De nombreuses études ont démontré que la consommation de polyphénols limite l’incidence des maladies coronariennes.39-41 L’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique qui se développe dans les régions sujettes aux lésions des artères de taille moyenne. Les lésions athéroscléreuses peuvent être présentes et cliniquement silencieuses pendant des décennies avant de devenir actives et de produire des conditions pathologiques telles qu’un infarctus aigu du myocarde, un angor instable ou une mort subite d’origine cardiaque.42 Les polyphénols sont de puissants inhibiteurs de l’oxydation des LDL et ce type d’oxydation est considéré comme un mécanisme clé. dans le développement de l’athérosclérose.43 D’autres mécanismes par lesquels les polyphénols peuvent protéger contre les maladies cardiovasculaires sont les effets antioxydants, antiplaquettaires, anti-inflammatoires ainsi que l’augmentation du HDL et l’amélioration de la fonction endothéliale.44 Les polyphénols peuvent également contribuer à la stabilisation de la plaque d’athérome. .

Il a été démontré que la quercétine, le polyphénol abondant dans l’oignon, est inversement associée à la mortalité par maladie coronarienne en inhibant l’expression de la métalloprotéinase 1 (MMP1) et la rupture des plaques d’athérosclérose.44 Il a été démontré que les catéchines du thé inhibent l’invasion et la prolifération. des cellules musculaires lisses de la paroi artérielle, un mécanisme qui peut contribuer à ralentir la formation de la lésion athéromateuse.45 Les polyphénols peuvent également exercer des effets antithrombotiques en inhibant l’agrégation plaquettaire. La consommation de vin rouge ou de vin sans alcool réduit le temps de saignement et l’agrégation plaquettaire. La thrombose induite par la sténose de l’artère coronaire est inhibée lors de l’administration de vin rouge ou de jus de raisin.46 Les polyphénols peuvent améliorer la dysfonction endothéliale associée à différents facteurs de risque d’athérosclérose avant la formation de plaque ; son utilisation comme outil pronostique des maladies coronariennes a également été proposée.47 Il a été observé que la consommation de thé noir d’environ 450 ml augmente la dilatation des artères 2 heures après la prise et la consommation de 240 ml de vin rouge pendant 30 jours a contré le dysfonctionnement endothélial induit par un régime riche en graisses.48 La consommation régulière à long terme de thé noir s’est avérée abaisser la tension artérielle dans une étude transversale portant sur 218 femmes de plus de 70 ans. L’excrétion d’acide 4-O-méthylgallique (4OMGA, un biomarqueur des polyphénols du thé dans le corps) a été surveillée. Une consommation plus élevée de thé et donc une excrétion plus élevée de 4OMGA étaient associées à une pression artérielle (PA) plus basse. Les polyphénols du thé peuvent être les composants responsables de l’abaissement de la TA. L’effet peut être dû à l’activité antioxydante ainsi qu’à l’amélioration de la fonction endothéliale ou à l’activité de type œstrogène.44

Le resvératrol, le polyphénol du vin prévient l’agrégation plaquettaire via une inhibition préférentielle de l’activité de la cyclooxygénase 1(COX 1), qui synthétise le thromboxane A2, un inducteur de l’agrégation plaquettaire et vasoconstricteur.49 En plus de cela, le resvératrol est capable de détendre les artères isolées et anneaux aortiques de rat. La capacité de stimuler Ca++-activé K+ canaux et pour améliorer la signalisation de l’oxyde nitrique dans l’endothélium sont d’autres voies par lesquelles le resvératrol exerce une activité vasorelaxante.49,50 La relation directe entre les maladies cardiovasculaires (MCV) et l’oxydation des LDL est maintenant bien établie. L’oxydation des particules de LDL est fortement associée au risque de maladies coronariennes et d’infarctus du myocarde. Des études ont montré que le resvératrol inhibe potentiellement l’oxydation des particules de LDL via la chélation du cuivre ou par piégeage direct des radicaux libres. Le resvératrol est le composé actif du vin rouge qui est attribué au « French Paradox », la faible incidence des maladies cardiovasculaires malgré l’apport d’un régime riche en graisses et le tabagisme chez les Français.51,52 Association entre l’apport en polyphénols ou la consommation d’aliments riches en polyphénols et l’incidence des maladies cardiovasculaires ont également été examinées dans plusieurs études épidémiologiques et il a été constaté que la consommation d’un régime riche en polyphénols a été associée à un risque plus faible d’infarctus du myocarde dans les études cas-témoins et de cohorte.53

Effet anti-cancer

L’effet des polyphénols sur les lignées cellulaires cancéreuses humaines, est le plus souvent protecteur et induit une réduction du nombre de tumeurs ou de leur croissance.54 Ces effets ont été observés à divers sites, notamment la bouche, l’estomac, le duodénum, ​​le côlon, le foie, les poumons, glande mammaire ou peau. De nombreux polyphénols, tels que la quercétine, les catéchines, les isoflavones, les lignanes, les flavanones, l’acide ellagique, les polyphénols du vin rouge, le resvératrol et la curcumine ont été testés ; tous ont montré des effets protecteurs dans certains modèles bien que leurs mécanismes d’action se soient avérés différents.55

Le développement du cancer ou de la cancérogenèse est un processus en plusieurs étapes et microévolutif. Dans les trois grandes étapes de la cancérogenèse : initiation, promotion et progression. L’initiation est une aberration héréditaire d’une cellule. Les cellules ainsi initiées peuvent subir une transformation en malignité si la promotion et la progression suivent. La promotion, d’autre part, est affectée par des facteurs qui n’altèrent pas les séquences d’ADN et implique la sélection et l’expansion clonale des cellules initiées.

Plusieurs mécanismes d’action ont été identifiés pour l’effet de chimioprévention des polyphénols, notamment l’activité œstrogénique/anti-œstrogénique, l’antiprolifération, l’induction de l’arrêt du cycle cellulaire ou de l’apoptose, la prévention de l’oxydation, l’induction d’enzymes de détoxification, la régulation du système immunitaire de l’hôte, l’activité anti-inflammatoire et des changements dans la signalisation cellulaire.44

Les polyphénols influencent le métabolisme des pro-cancérigènes en modulant l’expression des enzymes du cytochrome P450 impliquées dans leur activation en cancérogènes. Ils peuvent également faciliter leur excrétion en augmentant l’expression des enzymes de conjugaison de phase II. Cette induction d’enzymes de phase II pourrait avoir son origine dans la toxicité des polyphénols.1 Les polyphénols peuvent former des quinones potentiellement toxiques dans l’organisme qui sont elles-mêmes des substrats de ces enzymes. L’apport de polyphénols pourrait alors activer ces enzymes pour leur propre détoxication et, ainsi, induire un renforcement général de nos défenses contre les xénobiotiques toxiques56. la néoplasie intraépithéliale (PIN) a démontré une activité préventive contre le cancer en inhibant la conversion des lésions PIN de haut grade en cancer.57

Il a également été démontré que les théaflavines et les théarubigines, les polyphénols abondants dans le thé noir, possèdent de fortes propriétés anticancéreuses. Les polyphénols du thé noir inhibent la prolifération et augmentent l’apoptose dans les cellules du carcinome de la prostate Du 145. Un niveau plus élevé d’insuline comme le facteur de croissance-1 (IGF-1) s’est avéré être associé à un risque plus élevé de développement du cancer de la prostate. La liaison de l’IGF-1 à son récepteur fait partie de la voie de transduction du signal qui provoque la prolifération cellulaire.58 L’addition de polyphénols au thé noir s’est avérée bloquer la progression des cellules induite par l’IGF-1 dans la phase S du cycle cellulaire à une dose de 40 mg/ml dans cellules de carcinome de la prostate.58

Il a également été rapporté que la quercétine possède des propriétés anticancéreuses contre la carcinogenèse pulmonaire induite par le benzo(a)pyrène chez la souris, un effet attribué à son activité de piégeage des radicaux libres.59 Le resvératrol prévient tous les stades de développement du cancer et s’est avéré efficace dans la plupart des types de cancer, y compris le cancer du poumon, de la peau, du sein, de la prostate, de l’estomac et colorectal. Il a également été démontré qu’il supprime l’angiogenèse et les métastases. De nombreuses données sur des cultures de cellules humaines indiquent que le resvératrol peut moduler de multiples voies impliquées dans la croissance cellulaire, l’apoptose et l’inflammation. Les effets anti-cancérigènes du resvératrol semblent être étroitement associés à son activité antioxydante, et il a été démontré qu’il inhibe la cyclooxygénase, l’hydroperoxydase, la protéine kinase C, la phosphorylation de Bcl-2, l’Akt, la kinase d’adhésion focale, le NFκB, la métalloprotéase matricielle-9 et régulateurs du cycle cellulaire.60 Ces études et d’autres in vitro et in vivo justifient l’utilisation de polyphénols alimentaires dans la chimioprévention du cancer humain, dans une approche combinatoire avec des médicaments chimiothérapeutiques ou des facteurs cytotoxiques pour un traitement efficace des cellules tumorales réfractaires aux médicaments.

Effet anti-diabétique

Une altération du métabolisme du glucose entraîne un déséquilibre physiologique avec l’apparition de l’hyperglycémie et par la suite du diabète sucré. Il existe deux catégories principales de diabète ; type-1 et type-2. Des études ont montré que plusieurs paramètres physiologiques du corps sont altérés dans les conditions diabétiques.61,62 Les effets à long terme du diabète incluent le développement progressif de compléments spécifiques tels que la rétinopathie, qui affecte les yeux et conduit à la cécité ; néphropathie dans laquelle les fonctions rénales sont altérées ou perturbées et neuropathie qui est associée à des risques d’amputations, d’ulcères du pied et de troubles autonomes, y compris des dysfonctionnements sexuels. De nombreuses études rapportent les effets antidiabétiques des polyphénols. Les catéchines du thé ont été étudiées pour leur potentiel antidiabétique.63,64 Les polyphénols peuvent affecter la glycémie par différents mécanismes, y compris l’inhibition de l’absorption du glucose dans l’intestin ou de son absorption par les tissus périphériques. Les effets hypoglycémiants des anthocyanes diacétylées à une dose de 10 mg/kg de régime ont été observés avec le maltose comme source de glucose, mais pas avec le saccharose ou le glucose.65 Cela suggère que ces effets sont dus à une inhibition de la -glucosidase dans la muqueuse intestinale. Une inhibition de l’α-amylase et de la sucrase chez le rat par la catéchine à une dose d’environ 50 mg/kg de régime alimentaire ou plus a également été observée.

L’inhibition des glycosidases intestinales et du transporteur de glucose par les polyphénols a été étudiée.66 Des polyphénols individuels, tels que (+)catéchine, (−)épicatéchine, (−)épigallocatéchine, épicatéchine gallate, isoflavones de soja, acide tannique, glycyrrhizine de racine de réglisse, l’acide chlorogénique et les saponines diminuent également le transport intestinal du glucose médié par le S-Glut-1. Les saponines retardent en outre le transfert du glucose de l’estomac vers l’intestin grêle.67 Le resvératrol agit également comme agent antidiabétique. Many mechanisms have been proposed to explain the anti-diabetic action of this stilbene, modulation of SIRT1 is one of them which improves whole-body glucose homeostasis and insulin sensitivity in diabetic rats.50,68 It is reported that in cultured LLC-PK1 cells, high glucose induced cytotoxicity and oxidative stress was inhibited by grape seed polyphenols. Resveratrol inhibits diabetes-induced changes in the kidney (diabetic nephropathy) and significantly ameliorates renal dysfunction and oxidative stress in diabetic rats. Treatment with resveratrol also decreased insulin secretion and delayed the onset of insulin resistance. A possible mechanism was thought to be related to the inhibition of K + ATP and K + V channel in beta cells.69

Onion polyphenols, especially quercetin is known to possess strong anti diabetic activity. A recent study shows that quercetin has ability to protect the alterations in diabetic patients during oxidative stress. Quercetin significantly protected the lipid peroxidation and inhibition antioxidant system in diabetics.70 Hibiscus sabdariffa extract contains polyphenolic acids, flavonoids, protocatechuic acid and anthocyanins. A study performed by Lee et al.71 showed that polyphenols present in the extracts from Hibiscus sabdariffa attenuate diabetic nephropathy including pathology, serum lipid profile and oxidative markers in kidney. Ferulic acid (FA) is another polyphenol very abundant in vegetables and maize bran. Several lines of evidence have shown that FA acts as a potent anti-diabetic agent by acting at many levels. It was demonstrated that FA lowered blood glucose followed by a significantly increased plasma insulin and a negative correlation between blood glucose and plasma insulin.72,73

Anti-Aging Effect

Aging is the accumulation process of diverse detrimental changes in the cells and tissues with advancing age, resulting in an increase in the risks of disease and death. Among many theories purposed for the explaining the mechanism of aging, free radical/oxidative stress theory is one of the most accepted one.74 A certain amount of oxidative damage takes place even under normal conditions; however, the rate of this damage increases during the aging process as the efficiency of antioxidative and repair mechanisms decrease.75,76 Antioxidant capacity of the plasma is related to dietary intake of antioxidants; it has been found that the intake of antioxidant rich diet is effective in reducing the deleterious effects of aging and behavior. Several researches suggest that the combination of antioxidant/anti-inflammatory polyphenolic compounds found in fruits and vegetables may show efficacy as anti-aging compounds.77,78 Subset of the flavonoids known as anthocyanins, are particularly abundant in brightly colored fruits such as berry fruits and concord grapes and grape seeds. Anthocyanins are responsible for the colors in fruits, and they have been shown to have potent antioxidant/anti-inflammatory activities, as well as to inhibit lipid peroxidation and the inflammatory mediators cyclo-oxygenase (COX)-1 and -2.79

Fruit and vegetable extracts that have high levels of flavonoids also display high total antioxidant activity such as spinach, strawberries and blueberries. It is reported that the dietary supplementations (for 8 weeks) with spinach, strawberry or blueberry extracts in a control diet were also effective in reversing age-related deficits in brain and behavioral function in aged rats.80 A recent study demonstrates that the tea catechins carry strong anti-aging activity and consuming green-tea rich in these catechins, may delay the onset of aging.81

Polyphenols are also beneficial in ameliorating the adverse effects of the aging on nervous system or brain. Paramount importance for the relevance of food polyphenols in the protection of the aging brain is the ability of these compounds to cross the blood-brain barrier (BBB), which tightly controls the influx in the brain of metabolites and nutrients as well as of drugs. Resveratrol has been found to consistently prolong the life span; its action is linked to an event called caloric restriction or partial food deprivation.50

Grape polyphenol, resveratrol is very recent entry as an antiaging agent. It has been shown that the early target of the resveratrol is the sirtuin class of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)-dependent deacetylases. Seven sirtuins have been identified in mammals, of which SIRT-1 is believed to mediate the beneficial effects on health and longevity of both caloric restriction and resveratrol.82 Resveratrol increased insulin sensitivity, decreased the expression of IGF-1 and increased AMP-activated protein kinase (AMPK) and peroxisome proliferator-activated receptor-c coactivator 1a (PGC-1a) activity. When examined for the mechanism, it activated forkhead box O (FOXO), which regulates the expression of genes that contribute both to longevity and resistance to various stresses and insulin-like growth factorbinding protein 1 (IGFBP-1).83 There are experimental evidences that resveratrol can extend lifespan in the yeast Saccharomyces cerevisiae, the fruit fly Drosophila melanogaster, the nematode worm C. elegans, and seasonal fish Nothobranchius furzeri.52 Recently quercetin has also been reported to exert preventive effect against aging.84

Neuro-Protective Effects

Oxidative stress and damage to brain macromolecules is an important process in neurodegenerative diseases. Alzheimer’s disease is one of the most common occurring neurodisorder affecting up to 18 million people worldwide. Because polyphenols are highly antioxidative in nature, their consumption may provide protection in neurological diseases.85 It was observed that the people drinking three to four glasses of wine per day had 80% decreased incidence of dementia and Alzheimer’s disease compared to those who drank less or did not drink at all.86

Resveratrol, abundantly present in wine scavenges O2 and OH· in vitro, as well as lipid hydroperoxyl free radicals, this efficient antioxidant activity is probably involved in the beneficial effect of the moderate consume of red wine against dementia in the elderly. Resveratrol inhibits nuclear factor κB signaling and thus gives protection against microglia-dependent β-amyloid toxicity in a model of Alzheimer’s disease and this activity is related with the activation of the SIRT-1.82 It was found that the consumption of fruit and vegetable juices containing high concentrations of polyphenols, at least three times per week, may play an important role in delaying the onset of Alzheimer’s disease.87 Polyphenols from fruits and vegetables seem to be invaluable potential agents in neuroprotection by virtue of their ability to influence and modulate several cellular processes such as signaling, proliferation, apoptosis, redox balance and differentiation.88

Recently Aquilano et al.89 reported that administration of polyphenols provide protective effects against Parkinson’s disease, a neurological disorder characterized by degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra zona compacta. Nutritional studies have linked the consumption of green tea to the reduced risk of developing Parkinson’s disease. In animal models epigallocatechin gallate (EGCG) has been shown to exert a protective role against the neurotoxin MPTP (N-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine), an inducer of a Parkinson’s-like disease, either by competitively inhibiting the uptake of the drug, due to molecular similarity or by scavenging MPTP-mediated radical formation. EGCG may also protect neurons by activating several signaling pathways, involving MAP kinases which are fundamental for cell survival.90 The therapeutic role of catechins in Parkinson’s disease is also due to their ability to chelate iron. This property contributes to their antioxidant activity by preventing redox-active transition metal from catalyzing free radicals formation. Moreover, the antioxidant function is also related to the induction of the expression of antioxidant and detoxifying enzymes particularly in the brain, which is not sufficiently endowed of a well-organized antioxidant defense system.89 Maize bran polyphenol, ferulic acid is also reported to be beneficial in Alzheimer’s disease. This effect is due to its antioxidant and anti-inflammatory properties.72

Others

Except above explained pathological events, polyphenols show several other health beneficial effects. Dietary polyphenols exert preventive effects in treatment of asthma. In asthma the airways react by narrowing or obstructing when they become irritated. This makes it difficult for the air to move in and out. This narrowing or obstruction can cause one or a combination of symptoms such as wheezing, coughing, shortness of breath and chest tightness. Epidemiological evidence that polyphenols might protect against obstructive lung disease come from studies that have reported negative associations of apple intake with prevalence and incidence of asthma, and a positive association with lung function.91,92 Increased consumption of the soy isoflavone, genistein, was associated with better lung function in asthmatic patients.93 Intake of polyphenols is also reported as beneficial in osteoporosis. Supplementation of diet with genistein, daidzein or their glycosides for several weeks prevents the loss of bone mineral density and trabecular volume caused by the ovariectomy.94 Polyphenols also protect skin damages induced from sunlight. Study on animals provide evidence that polyphenols present in the tea, when applied orally or topically, ameliorate adverse skin reactions following UV exposure, including skin damage, erythema and lipid peroxidation.95

Black tea polyphenols are reported to be helpful in mineral absorption in intestine as well as to possess antiviral activity. Theaflavins present in black tea were found to have anti HIV-1 activity. These polyphenols inhibited the entry of HIV-1 cells into the target cells. HIV-1 entry into the target cell involves fusion of glycoprotein (GP) and envelope of the virus with the cell membrane of the host cells. Haptad repeat units present at N and C terminals of GP41 (membrane protein) on the viral envelope, fuse to form the fusion active GP41 core, which is a six-helical bundle. Theaflavins were found to block the formation of this six-helix bundle required for entry of the virus into the host.58 Theaflavin 3 3′ digallate, and theaflavin 3′ gallate were found to inhibit Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) corona virus. This antiviral activity was due to inhibition of the chymotrypsin like protease (3CL Pro) which is involved in the proteolytic processing during viral multiplication.58

Conclusion

The results of studies outlined in this review provide a current understanding on the biological effects of polyphenols and their relevance to human health. Polyphenols or polyphenol rich diets provide significant protection against the development and progression of many chronic pathological conditions including cancer, diabetes, cardio-vascular problems and aging. Although several biological effects based on epidemiological studies can be scientifically explained, the mechanism of action of some effects of polyphenols is not fully understood. A better knowledge of some variables of polyphenol bioavailability; such as the kinetics of absorption, accumulation and elimination, will facilitate the design of such studies. The role of polyphenols in human health is still a fertile area of research. Based on our current scientific understanding, polyphenols offer great hope for the prevention of chronic human diseases.

Acknowledgements

K.B.P. is a recipient of Senior Research Fellowship form Council of Scientific & Industrial Research (CSIR), India.

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