Roma Wehbe

1 Laborator de biotehnologie aplicată (LBA3B), Centrul Azm pentru cercetare în biotehnologie și aplicațiile sale, EDST, Universitatea libaneză, Tripoli 1300, Liban

Jacinthe Frangieh

1 Laborator de biotehnologie aplicată (LBA3B), Centrul Azm pentru cercetare în biotehnologie și aplicațiile sale, EDST, Universitatea libaneză, Tripoli 1300, Liban

2 Fiziopatologie mitocondrială și cardiovasculară - MITOVASC, Echipa 2, Mecanotransducție cardiovasculară, UMR CNRS 6015, INSERM U1083, Universitatea Angers, 49045 Angers, Franța

Mohamad Rima

3 Departamentul de Neuroștiințe, Institutul de Biologie Paris Seine (IBPS), INSERM, CNRS, Universitatea Sorbona, F-75005 Paris, Franța

4 Institut de Génétique et de Biologie Moleculaire et Cellulaire (IGBMC), INSERM U964, CNRS U7104, Université de Strasbourg, 67400 Illkirch, Franța

Dany El Obeid

5 Facultatea de Agricultură și Științe Veterinare, Universitatea Libaneză, Dekwaneh, Beirut 2832, Liban

Jean-Marc Sabatier

6 Institutul de Neuro-Fiziopatologie, UMR 7051, Facultatea de Medicină Secteur Nord, 51, Boulevard Pierre Dramard-CS80011, 13344-Marseille Cedex 15, Franța

Ziad Fajloun

1 Laborator de biotehnologie aplicată (LBA3B), Centrul Azm pentru cercetare în biotehnologie și aplicațiile sale, EDST, Universitatea libaneză, Tripoli 1300, Liban

7 Facultatea de Științe 3, Michel Slayman Campus Tripoli, Universitatea Libaneză, Ras Maska 1352, Liban

Abstract

Apiterapia este o terapie alternativă care se bazează pe utilizarea produselor din albine, cel mai important venin de albine pentru tratamentul multor boli umane. Veninul poate fi introdus în corpul uman prin injecție manuală sau prin înțepături directe de albine. Veninul de albine conține mai multe molecule active, cum ar fi peptide și enzime, care au un potențial avantajos în tratarea inflamației și a bolilor sistemului nervos central, cum ar fi boala Parkinson, boala Alzheimer și scleroza laterală amiotrofică. Mai mult, veninul de albine a arătat beneficii promițătoare împotriva diferitelor tipuri de cancer, precum și a activității antivirale, chiar și împotriva provocatorului virus al imunodeficienței umane (HIV). Multe studii au descris activitățile biologice ale componentelor veninului de albine și au lansat studii preclinice pentru a îmbunătăți utilizarea potențială a apitoxinei și a constituenților săi ca generație următoare de medicamente. Scopul acestei revizuiri este de a rezuma principalii compuși ai veninului de albine, proprietățile lor biologice primare, mecanismele de acțiune și valorile lor terapeutice în strategiile alternative de terapie.

1. Generalități despre albinele

Dintre albinele de miere, Apis mellifera (Figura 1) este principala specie utilizată pentru polenizarea culturilor în lume [1]. Utilizarea tuturor produselor apicole, inclusiv a veninului de albine și a mierii, datează de mii de ani, deoarece proprietățile lor medicinale au fost citate în cărțile religioase precum Biblia și Coranul [2,3,4]. Apiterapia este o ramură a medicinei alternative care se bazează pe utilizarea produselor apicole care constă din miere, polen, propolis, lăptișor de matcă și în principal venin de albine (BV), care este, de asemenea, cunoscut sub numele de apitoxină [5,6].

generală

Apis mellifera (drept de autor Dany El Obeid).

Terapia cu venin de albine (BVT) este aplicația medicamentoasă a BV de la albinele de miere în corpul uman pentru tratamentul unor boli, cum ar fi artrita reumatică [7]. Această strategie a fost utilizată în medicina alternativă de mai bine de 5000 de ani. Acesta constă fie în aplicarea indirectă, prin extragerea BV cu un stimul electric urmat de injectarea acestuia în corp sau direct prin înțepături de albine [8] (Figura 2). Ideea utilizării BV în domeniul medicinal a fost ridicată din credința că apicultorii suferă cu greu de reumatism sau probleme articulare.

Aplicarea veninului de albine prin intepaturi directe de albine in corp.

BV este produs de albine lucrătoare și se știe că conține multe componente active, inclusiv: (i) peptide cum ar fi melittina, apamina, peptida degranulantă a mastocitelor (MCD) și adolapina, (ii) enzime, cum ar fi fosfolipaza A2 (PLA2) și hialuronidază și (iii) aminoacizi și compuși volatili. Mai multe studii au evaluat potențialul terapeutic al acestor componente în tratarea bolilor inflamatorii umane, precum și a bolilor sistemului nervos central, cum ar fi boala Parkinson (PD), boala Alzheimer (AD) și scleroza laterală amiotrofică (SLA), precum și multe alte condiții. [9,10]. Interesant este faptul că veninul de albine, în asemănare cu alte veninuri de animale, a demonstrat, de asemenea, un potențial benefic anti-cancer și anti-viral împotriva cancerului ovarian și de prostată, precum și a HIV [11,12,13,14].

Veninul de albine se caracterizează prin inducerea unor reacții alergice în urma înțepăturii. Aceste reacții pot avea loc în piele, calea respiratorie, sistemul cardiovascular și sistemul gastro-intestinal. Ulterior, șocul anafilactic sever ar putea duce la ischemie cerebrală sau miocardică [15,16]. Aceste răspunsuri alergice se datorează prezenței, în venin, a mai multor alergeni proteici, dintre care majoritatea posedă o activitate enzimatică [9]. Alergenii BV majori și inductorii specifici ai imunoglobulinei E (IgE) sunt PLA2, melittină și hialuronidază. În afară de mecanismele mediate de IgE, studiile sugerează că alergenii pot implica și reacții independente de IgE, cum ar fi un mediator de bradikinină (BK), ducând la diferite simptome anafilactice [17,18]. Producția acestui mediator neimun poate fi indusă de melittină, cunoscută sub numele de activator PLA2 care poate imita efectele BK asupra tonusului traheal [17,19]. În plus, peptida MCD sau peptida 401 este capabilă să inducă o reacție anafilactoidă prin degradarea celulelor adipoase [9,20].

Pe lângă studiile moleculare care investighează posibilele mecanisme din spatele răspunsurilor inflamatorii la înțepăturile de albine, multe studii clinice analizează profund utilizarea potențială a BV pentru tratarea bolilor cronice. Prin urmare, următoarele părți ale revizuirii urmăresc să evidențieze proprietățile biologice primare ale BV și ale moleculelor sale bioactive care au potențial în dezvoltarea strategiilor terapeutice.

2. Compușii principali ai veninului de albine

BV este un lichid inodor și transparent care conține un amestec hidrolitic de proteine ​​cu pH acid (4,5-5,5) pe care albinele îl folosesc adesea ca instrument de apărare împotriva prădătorilor. O picătură de BV constă în 88% din apă și doar 0,1 µg de venin uscat [10]. Acesta din urmă este un amestec extrem de complex de peptide, inclusiv melittină, adolapină, apamină și peptidă MCD. De asemenea, conține enzime, cel mai important PLA2 și compuși cu greutate moleculară mică, cum ar fi aminele bioactive (de exemplu, histamina și epinefrina) și minerale [9].

2.1. Melittin

2.2. Apamin

Apamina este o peptidă de 18 aminoacizi care conține două punți disulfură. Este cea mai mică neurotoxină din BV [28]. Această polipeptidă este capabilă să traverseze bariera hematoencefalică și, prin urmare, afectează funcționarea sistemului nervos central prin diferite moduri de acțiune. De exemplu, provoacă efecte neurotoxice la măduva spinării la mamifere, ducând la hiperactivitate și convulsii, așa cum s-a demonstrat la șobolani. Prin blocarea canalelor K + activate de calciu, apamina poate afecta și permeabilitatea membranei celulare față de ionii de potasiu (K +). În mușchiul neted vascular, toxina este capabilă să inhibe proliferarea și migrația celulelor mușchiului neted vascular prin căile de semnalizare Akt și Erk [29]. Această constatare evidențiază potențialul apaminei în strategiile de terapie cu ateroscleroză. Un alt studiu a evaluat consecințele sensibilității canalelor K + la apamină și a arătat că neurotoxina poate inhiba relaxarea indusă de NO a activității contractile spontane a miometrului la femeile care nu sunt însărcinate [30].

2.3. Peptida de degradare a celulelor mastocite (MCD)

Peptida MCD, cunoscută și sub denumirea de peptida 401, este o polipeptidă BV care conține 22 de aminoacizi cu o structură similară apaminei, deoarece ambele conțin două legături disulfură. Acesta reprezintă 2-3% din greutatea uscată a BV. Numele MCD ecouă acțiunea biologică în eliberarea histaminei din mastocite. Este o neurotoxină epileptogenă, un inhibitor important al canalelor K + și poate provoca o reducere semnificativă a tensiunii arteriale la șobolani [31]. Unele dintre activitățile biologice MCD par să aibă mecanisme distincte și pot reprezenta o bună ilustrare a relației structură-funcție. Studiile descriu MCD ca un agent antiinflamator puternic și poate servi ca potențial candidat pentru studiul mecanismelor secretoare ale celulelor inflamatorii, cum ar fi mastocitele, bazofilele și leucocitele, conducând la proiectarea compușilor cu aplicații terapeutice [32].

2.4. Adolapină

Adolapina este o polipeptidă bazică cu 103 reziduuri de aminoacizi. Acesta corespunde cu 1% din greutatea uscată a BV. Cercetătorii au arătat că adolapina posedă efecte antiinflamatorii, anti-nociceptive și antipiretice prin blocarea sintezei prostaglandinelor și inhibarea activității ciclooxigenazei [33]. Polipeptida poate inhiba lipoxigenaza din trombocitele umane și poate exercita un efect analgezic în conformitate cu Jung și colab. [34].

2.5. Fosfolipaza A2

PLA2, cea mai letală enzimă din BV, este un lanț polipeptidic unic de 128 aminoacizi care conține patru punți disulfură. Fosfolipaza A2 de venin de albine (bvPLA2) aparține enzimelor sPLA2 din grupa III și poate acționa ca ligand pentru receptori specifici. BvPLA2 reprezintă 12-15% din greutatea uscată a BV și este extrem de alcalin. BvPLA2 este o enzimă hidrolitică, capabilă să scindeze în mod specific legătura acil sn-2 a fosfolipidelor la interfața apă/lipidă [35]. Interesant este faptul că activitatea sa poate fi îmbunătățită prin melittin. Acest lucru s-a dovedit a se produce în timpul procesului de liză a eritrocitelor, demonstrând prezența acțiunii sinergice atât între bvPLA2, cât și melittină [36,37]. De fapt, s-a demonstrat că melittina ajută la expunerea fosfolipidelor de membrană la situsul catalitic al enzimelor prin deschiderea canalelor induse de melittină [38]. În plus, noile date experimentale au demonstrat răspunsuri imune de protecție ale bvPLA2 împotriva unei game largi de boli, cum ar fi astmul, boala Alzheimer și boala Parkinson [39,40,41]. BvPLA2 joacă un rol neuroprotector inducând dezactivarea microglială și reducând infiltrarea de celule T CD4 + în modelul de șoarece indus de MPTP de PD (MPTP: 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridină) [42].

2.6. Hialuronidază

Hialuronidaza reprezintă 1,5-2% din greutatea uscată a BV și se știe că descompune acidul hialuronic în țesuturi, cum ar fi în bursa sinovială în artrita reumatoidă. BV hialuronidaza permite componentelor active ale BV să difuzeze în mod eficient în țesutul victimei prin afectarea integrității sale structurale și creșterea fluxului sanguin în zonă. Aceste două acțiuni se combină pentru a intensifica răspândirea largă a veninului [43,44].

3. Bioactivități și aplicații terapeutice ale veninului de albine și compușii săi majori

3.1. Potențial antiinflamator

Inflamația este un proces de protecție pentru organism ca răspuns la stimuli dăunători. Inflamația cronică poate duce la dezvoltarea mai multor boli, cum ar fi artrita reumatoidă (RA), diabetul, bolile cardiovasculare, obezitatea, astmul, bolile de piele și bolile legate de SNC, cum ar fi PD, AD și ALS [45].

Melittina, atunci când este administrată în doze mari, provoacă dureri locale, mâncărime și inflamații. Cu toate acestea, dozele mici ale acestui compus BV pot induce efecte antiinflamatoare largi. Multe rapoarte au investigat mecanismele antiinflamatorii ale melittinei în diferite boli, cum ar fi RA și SLA [46,47]. De fapt, acționează prin inhibarea citokinelor inflamatorii cum ar fi interleukina-6 (IL-6), IL-8, factorul de necroză tumorală-α (TNF-α) și interferon-γ (IFN-γ). Mai mult, melittina scade căile de semnalizare care activează citokinele inflamatorii, inclusiv factorul nuclear-kappa B (NF-κB), protein kinaza Akt și kinazele extracelulare reglate cu semnal (ERK1/2) în keratinocite umane tratate cu porphyromonas gingivalis lipopolizaharidă (PgLPS). Aceste descoperiri indică faptul că, prin blocarea căilor de semnalizare primare, melittina inhibă citokinele inflamatorii ducând la o inflamație redusă la nivelul pielii, ficatului, articulațiilor și țesutului neuronal [48].

În ceea ce privește bolile de piele, un studiu recent realizat de Kim și colab. a arătat că BV reduce dermatita atopică, cea mai frecventă boală inflamatorie cronică alergică a pielii [49]. De fapt, veninul stimulează producția de CD55 prin declanșarea căilor ERK1/2, ceea ce duce la ameliorarea simptomelor bolii [50]. Interesant este faptul că un studiu anterior realizat de Shin și colab. a descris potențialul antiinflamator al bvPLA2 în bolile de piele, arătând că enzima atenuează inflamația atopică a pielii prin interacțiunea cu CD206 [51].

3.2. Cerere BV pentru tratamentul bolilor neurodegenerative

3.2.1. Boala Parkinson

3.2.2. Boala Alzheimer

3.2.3. Scleroza laterala amiotrofica

SLA este o boală SNC care determină moartea neuronilor motori [65]. O trăsătură semnificativă a SLA este acumularea anormală de agregate de proteine ​​SOD1 (mtSOD1) mutante [66]. Un model de șoareci de SLA care poartă gena mtSOD1 mutantă cu o substituție glicină-alanină (SOD1 G93A) a fost caracterizat de Jaarsma și colab., Facilitând înțelegerea etiologiei SLA [67]. Atât studiile in vitro, cât și cele in vivo folosind șoareci transgenici SOD1 mutanți au demonstrat diverse evenimente patogene celulare în neuronii motori, cum ar fi plierea greșită a proteinelor, disfuncția mitocondrială și acumularea de neurofilamente [67]. Interesant este că BV a arătat un potențial de contracarare a acestei boli. De fapt, administrarea BV, într-un stadiu precis și simptomatic al progresiei SLA, duce la o creștere a activității motorii la șoarecii SOD1 G93A mutanți și la o prelungire a speranței de viață în comparație cu șoarecii martori de vârstă. Acest lucru ar putea fi cauzat de blocarea microgliei activate care se găsește de obicei la șoareci modele de SLA [68]. Un alt studiu a demonstrat că acupunctura cu venin de albine (BVA) la ST36 inhibă neuroinflamarea în măduva spinării a șoarecilor simptomatici ALS prin reducerea semnificativă a nivelurilor de proteine ​​inflamatorii precum TLR4, CD14 și TNF-α [69].

3.3. Aplicații BV și/sau Melittin în cancer

Desen schematic al principalelor mecanisme de acțiune ale melittinei ca agent anti-cancer.

Aceste descoperiri arată potențialul mare al melittinei în tratamentul cancerului acționând asupra diferitelor puncte cheie ale bolii și ar trebui disecate în continuare.

În ciuda datelor convingătoare cu privire la utilizarea potențială a BV, mai precis a melittinei, împotriva unei varietăți de tipuri de cancer, aplicabilitatea sa la oameni rămâne foarte dificilă din cauza citotoxicității sale nespecifice [80]. Metodele actuale de optimizare se concentrează pe livrarea de melittină pe bază de nanoparticule, pentru a evita astfel de probleme. Datorită nanotehnologiei, a fost posibil să se dezvolte și să se testeze în mod eficient conjugatele melittinei împotriva unei game largi de tipuri de cancer uman în modele preclinice [81]. Cheng și colab. a urmărit să dezvolte un sistem de livrare eficient, dar sigur, pentru melittină, care poate reduce activitatea sa hemolitică, păstrându-și în același timp avantajele citotoxice. Prin urmare, un nano-sting dublu securizat (DSNS) a fost proiectat prin combinația unui chitosan glicol zwitterionic și legături disulfură. DSNS încărcat cu melittină a arătat un efect citotoxic aproape complet asupra multor tipuri de celule canceroase la concentrații foarte scăzute, lăsând neferite globulele roșii [82]. Mai mult, s-a demonstrat că administrarea intravenoasă de nanoparticule încărcate cu promedicament de melittină, folosind nanoparticule per fluorocarbon, într-un model de șoarece melanom, a redus în mod eficient rata de creștere a tumorii comparativ cu tratamentul cu soluție salină și nanoparticule goale [83].

3.4. Proprietăți antivirale și antibacteriene

Este bine cunoscut faptul că BV și cele două componente majore ale sale (melittina și PLA2) prezintă activități antimicrobiene și, prin urmare, pot fi utilizate ca agenți anti-bacterieni complementari [84,85,86,87]. Acești compuși își exercită efectele împotriva bacteriilor prin inducerea porilor prin membranele lor ducând la scindarea lor și apoi la liză [36].

Cu toate acestea, efectul antiviral al BV nu a fost menționat prea mult în literatura de specialitate. Un studiu recent a investigat potențialul antiviral al BV și a descoperit rezultate interesante atât in vivo, cât și in vitro. Acest studiu a arătat că BV și melittin au efecte antivirale semnificative împotriva numeroaselor virusuri învelite (virusul stomatitei veziculare, virusul gripei A, virusul herpes simplex etc.) și virusurile neînvelite (enterovirus-71 și virusul coxsackie) in vitro [88]. Studiul a arătat, de asemenea, că melittina a protejat șoarecii care au fost expuși la doze letale de virus gripal A H1N1. Deși mecanismul precis de acțiune prin care BV și melittin acționează ca agenți antivirali rămâne neclar, s-a confirmat că BV interacționează direct cu suprafața virală. Mai mult, BV și componentele sale pot stimula interferonul de tip I (IFN) și, prin urmare, pot suprima replicarea virală în celula gazdă [89].

În plus, cercetătorii de la Washington University School of Medicine din St. Louis a raportat posibila aplicare a nanoparticulelor încărcate cu melittină în distrugerea virusului imunodeficienței umane, lăsând nevătămate celulele neinfectate. În această abordare, autorii sugerează o strategie preventivă în care aceste nanoparticule sunt utilizate în dezvoltarea unui gel vaginal care inhibă răspândirea HIV. Principiul său teoretic este după cum urmează: moleculele de melittină prezente pe nanoparticule se fuzionează cu anvelopa virală formând complexe de atac asemănătoare porilor, rupând astfel anvelopa virală [14]. Un alt studiu a arătat că bvPLA2 poate bloca, de asemenea, replicarea virusului. Aceeași echipă a identificat în continuare secvența peptidică a bvPLA2 responsabilă cu inhibarea replicării HIV [89,90,91,92].

4. Concluzii

Mulțumiri

Autorii ar dori să-i mulțumească lui Elie N. Mahfoud pentru corecția sa diligentă a lucrării. De asemenea, mulțumesc lui Cesar Mattei și Christian Legros pentru discuția lor utilă.

Contribuțiile autorului

Conceptualizare, Z.F. și J.-MS; achiziție de finanțare, Z.F. și D.E.O.; scriere - pregătire originală a proiectului, R.W.; scris - recenzie și editare, J.F., R.W., M.R. și Z.F.

Finanțarea

Această cercetare a fost finanțată de Universitatea Libaneză.

Conflicte de interes

Autorii nu declară niciun conflict de interese.