Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Propriedades antioxidantes de constituintes fenólicos de macroalgas marinhas

Desde tempos remotos que as macroalgas marinhas são utilizadas por comunidades humanas, nomeadamente as orientais, como parte importante da sua dieta alimentar. A composição química das diferentes macroalgas marinhas (algas castanhas – Phaeophyta, algas vermelhas – Rhodophyta e algas verdes – Chlorophyta) confirma que além de terem um valor nutricional satisfatório podem ser uma fonte muito interessante de compostos bioativos como, por exemplo, os compostos fenólicos. Quimicamente os compostos fenólicos caracterizam-se por apresentarem um ou mais grupos hidroxilo ligados a um anel aromático. Estes compostos englobam desde moléculas simples até moléculas poliméricas de grandes dimensões. A maioria dos compostos fenólicos apresenta atividade antioxidante. O interesse pelo estudo de metabolitos secundários das macroalgas com propriedades antioxidantes surgiu, numa primeira fase, como uma tentativa de encontrar substitutos para os antioxidantes sintéticos usados como aditivos alimentares (nomeadamente o BHA e o BHT) que demonstravam possuir efeitos carcinogénicos. No entanto, rapidamente a comunidade científica reconheceu que a aplicação de novos compostos fenólicos naturais é muito mais vasta. Sabe-se hoje que é crucial para a promoção da saúde de um indivíduo que se verifique a manutenção do equilíbrio entre a produção de radicais livres e as respetivas defesas antioxidantes. Quando esse equilíbrio se altera e ocorre uma acumulação de radicais livres no organismo, este entra em stress oxidativo, situação que pode conduzir a danos dos lípidos celulares, proteínas e ácidos nucleicos, o que favorece o aparecimento de diversas doenças e acelera o envelhecimento celular. Assim, atualmente existe um crescente interesse por parte da indústria farmacêutica e da indústria da cosmética no estudo dos compostos fenólicos isolados de macroalgas. De entre estes, destacam-se os florotaninos, que para além das propriedades antioxidantes têm demonstrado possuir outras atividades farmacológicas importantes, tais como atividade antibacteriana, anti-viral, antineoplásica, anti-hipertensora e anti-diabética. Este trabalho consiste numa revisão bibliográfica sobre os diversos compostos fenólicos com atividade antioxidante isolados de macroalgas marinhas e que demonstraram vantagens na sua incorporação, quer em formulações cosméticas, quer em medicamentos, debatendo as suas ações farmacológicas, mecanismos de ação e possíveis aplicações futuras.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

HSP70 abundance and antioxidant capacity in feeding and fasting gray seal pups: suckling is associated with higher levels of key cellular defenses

Heat shock proteins (HSPs) and antioxidants are key cellular defenses against stress. Seals routinely undergo protracted fasting, which is normally associated with physiological stress in other animals. We tested the hypotheses that (1) relative HSP70 protein abundance is higher in liver and blubber of fasting relative to suckling wild gray seal pups; (2) differences in HSP70 are mirrored in tissue superoxide dismutase (SOD) and catalase activity, as well as glutathione levels; (3) extracellular HSP70 correlates with hepatic and blubber HSP70 abundance; and (4) protein carbonylation, an index of oxidative damage, is lower in tissues with higher levels of these cellular stress markers. In contrast to our expectation, suckling pups had higher relative HSP70 abundance and glutathione levels in liver and blubber and higher hepatic catalase activity. Plasma HSP70 did not correlate with liver or blubber abundance of the protein. Suckling pups did not experience greater protein carbonylation, suggesting that cellular protective mechanisms prevent protein damage despite an apparent increase in cellular stress. SOD activity was not affected by nutritional state, but in blubber tissue, it was positively correlated with blubber thickness. Greater requirements for antioxidants and HSPs in suckling pups or in animals with thicker blubber could arise from rapid protein synthesis, high metabolic fuel availability, and/or exposure to lipophilic toxins. Developmental and nutritional changes in cellular defenses have important implications for gray seals’ susceptibility to additional stress exposure.

An evaluation of current and future botnet defenses

Botnets are large networks of compromised machines under the control of a bot master. These botnets constantly evolve their defences to allow the continuation of their malicious activities. The constant development of new botnet mitigation strategies and their subsequent defensive countermeasures has lead to a technological arms race, one which the bot masters have significant incentives to win. This dissertation analyzes the current and future states of the botnet arms race by introducing a taxonomy of botnet defences and a simulation framework for evaluating botnet techniques. The taxonomy covers current botnet techniques and highlights possible future techniques for further analysis under the simulation framework. This framework allows the evaluation of the effect techniques such as reputation systems and proof of work schemes have on the resources required to disable a peer-to-peer botnet. Given the increase in the resources required, our results suggest that the prospects of eliminating the botnet threat are limited.

A forced titration study of the antioxidant and immunomodulatory effects of Ambrotose AO supplement

Background Oxidative stress plays a role in acute and chronic inflammatory disease and antioxidant supplementation has demonstrated beneficial effects in the treatment of these conditions. This study was designed to determine the optimal dose of an antioxidant supplement in healthy volunteers to inform a Phase 3 clinical trial. Methods The study was designed as a combined Phase 1 and 2 open label, forced titration dose response study in healthy volunteers (n = 21) to determine both acute safety and efficacy. Participants received a dietary supplement in a forced titration over five weeks commencing with a no treatment baseline through 1, 2, 4 and 8 capsules. The primary outcome measurement was ex vivo changes in serum oxygen radical absorbance capacity (ORAC). The secondary outcome measures were undertaken as an exploratory investigation of immune function. Results A significant increase in antioxidant activity (serum ORAC) was observed between baseline (no capsules) and the highest dose of 8 capsules per day (p = 0.040) representing a change of 36.6%. A quadratic function for dose levels was fitted in order to estimate a dose response curve for estimating the optimal dose. The quadratic component of the curve was significant (p = 0.047), with predicted serum ORAC scores increasing from the zero dose to a maximum at a predicted dose of 4.7 capsules per day and decreasing for higher doses. Among the secondary outcome measures, a significant dose effect was observed on phagocytosis of granulocytes, and a significant increase was also observed on Cox 2 expression. Conclusion This study suggests that Ambrotose AO® capsules appear to be safe and most effective at a dosage of 4 capsules/day. It is important that this study is not over interpreted; it aimed to find an optimal dose to assess the dietary supplement using a more rigorous clinical trial design. The study achieved this aim and demonstrated that the dietary supplement has the potential to increase antioxidant activity. The most significant limitation of this study was that it was open label Phase 1/Phase 2 trial and is subject to potential bias that is reduced with the use of randomization and blinding. To confirm the benefits of this dietary supplement these effects now need to be demonstrated in a Phase 3 randomised controlled trial (RCT).

Tipping the balance : sclerotinia sclerotiorum secreted oxalic acid suppresses host defenses by manipulating the host redox environment

Sclerotinia sclerotiorum is a necrotrophic ascomycete fungus with an extremely broad host range. This pathogen produces the non-specific phytotoxin and key pathogenicity factor, oxalic acid (OA). Our recent work indicated that this fungus and more specifically OA, can induce apoptotic-like programmed cell death (PCD) in plant hosts, this induction of PCD and disease requires generation of reactive oxygen species (ROS) in the host, a process triggered by fungal secreted OA. Conversely, during the initial stages of infection, OA also dampens the plant oxidative burst, an early host response generally associated with plant defense. This scenario presents a challenge regarding the mechanistic details of OA function; as OA both suppresses and induces host ROS during the compatible interaction. In the present study we generated transgenic plants expressing a redox-regulated GFP reporter. Results show that initially, Sclerotinia (via OA) generates a reducing environment in host cells that suppress host defense responses including the oxidative burst and callose deposition, akin to compatible biotrophic pathogens. Once infection is established however, this necrotroph induces the generation of plant ROS leading to PCD of host tissue, the result of which is of direct benefit to the pathogen. In contrast, a non-pathogenic OA-deficient mutant failed to alter host redox status. The mutant produced hypersensitive response-like features following host inoculation, including ROS induction, callose formation, restricted growth and cell death. These results indicate active recognition of the mutant and further point to suppression of defenses by the wild type necrotrophic fungus. Chemical reduction of host cells with dithiothreitol (DTT) or potassium oxalate (KOA) restored the ability of this mutant to cause disease. Thus, Sclerotinia uses a novel strategy involving regulation of host redox status to establish infection. These results address a long-standing issue involving the ability of OA to both inhibit and promote ROS to achieve pathogenic success.

The influence of antioxidant supplementation on markers of inflammation and the relationship to oxidative stress after exercise

Interest in the relationship between inflammation and oxidative stress has increased dramatically in recent years, not only within the clinical setting but also in the fields of exercise biochemistry and immunology. Inflammation and oxidative stress share a common role in the etiology of a variety of chronic diseases. During exercise, inflammation and oxidative stress are linked via muscle metabolism and muscle damage. Because oxidative stress and inflammation have traditionally been associated with fatigue and impaired recovery from exercise, research has focused on nutritional strategies aimed at reducing these effects. In this review, we have evaluated the findings of studies involving antioxidant supplementation on alterations in markers of inflammation (e.g., cytokines, C-reactive protein and cortisol). This review focuses predominantly on the role of reactive oxygen and nitrogen species generated from muscle metabolism and muscle damage during exercise and on the modulatory effects of antioxidant supplements. Furthermore, we have analyzed the influence of factors such as the dose, timing, supplementation period and bioavailability of antioxidant nutrients.

Neutrophil activation, antioxidant supplements and exercise-induced oxidative stress

Neutrophils produce free radicals known as reactive oxygen species (ROS), which assist in the clearance of damaged host tissue. Tissue damage may occur during exercise due to muscle damage, thermal stress and ischaemia/reperfusion. When produced in excess, neutrophil-derived ROS may overwhelm the body's endogenous antioxidant defence mechanisms, and this can lead to oxidative stress. There is increasing evidence for links between oxidative stress and a variety of pathological disorders such as cardiovascular diseases, cancer, chronic inflammatory diseases and post-ischaemic organ injury. A small number of studies have investigated whether there is a link between neutrophil activation and oxidative stress during exercise. In this review, we have summarised the findings of these studies. Exercise promotes the release of neutrophils into the circulation, and some evidence suggests that neutrophils mobilised after exercise have an enhanced capacity to generate some forms of ROS when stimulated in vitro. Neutrophil activation during exercise may challenge endogenous antioxidant defence mechanisms, but does not appear to increase lipid markers of oxidative stress to any significant degree, at least in the circulation. Antioxidant supplements such as N-acetylcysteine are effective at attenuating increases in the capacity of neutrophils to generate ROS when stimulated in vitro, whereas vitamin E reduces tissue infiltration of neutrophils during exercise. Free radicals generated during intense exercise may lead to DNA damage in leukocytes, but it is unknown if this damage is the result of neutrophil activation. Exercise enhances the expression of inducible haem (heme)-oxygenase (HO-1) in neutrophils after exercise, however, it is uncertain whether oxidative stress is the stimulus for this response.

Muscle gene electrotransfer is increased by the antioxidant tempol in mice

Electropermeabilization (EP) is an effective method of gene transfer into different tissues. During EP, reactive oxygen species (ROS) are formed, which could affect transfection efficiency. The role of generated ROS and the role of antioxidants in electrotransfer in myoblasts in vitro and in Musculus tibialis cranialis in mice were, therefore, investigated. We demonstrate in the study that during EP of C2C12 myoblasts, ROS are generated on the surface of the cells, which do not induce long-term genomic DNA damage. Plasmid DNA for transfection (pEGFP-N1), which is present outside the cells during EP, neutralizes the generated ROS. The ROS generation is proportional to the amplitude of the electric pulses and can be scavenged by antioxidants, such as vitamin C or tempol. When antioxidants were used during gene electrotransfer, the transfection efficiency of C2C12 myoblasts was statistically significantly increased 1.6-fold with tempol. Also in vivo, the transfection efficiency of M. tibialis cranialis in mice was statistically significantly increased 1.4-fold by tempol. The study indicates that ROS are generated on cells during EP and can be scavenged by antioxidants. Specifically, tempol can be used to improve gene electrotransfer into the muscle and possibly also to other tissues.

Antioxidant responses to an acute ultra-endurance exercise: Impact on DNA stability and indications for an increased need for nutritive antioxidants in the early recovery phase

Antioxidant requirements have neither been defined for endurance nor been defined for ultra-endurance athletes. To verify whether an acute bout of ultra-endurance exercise modifies the need for nutritive antioxidants, we aimed (1) to investigate the changes of endogenous and exogenous antioxidants in response to an Ironman triathlon; (2) to particularise the relevance of antioxidant responses to the indices of oxidatively damaged blood lipids, blood cell compounds and lymphocyte DNA and (3) to examine whether potential time-points of increased susceptibility to oxidative damage are associated with alterations in the antioxidant status. Blood that was collected from forty-two well-trained male athletes 2 d pre-race, immediately post-race, and 1, 5 and 19 d later was sampled. The key findings of the present study are as follows: (1) Immediately post-race, vitamin C, alpha-tocopherol, and levels of the Trolox equivalent antioxidant capacity, the ferric reducing ability of plasma and the oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assays increased significantly. Exercise-induced changes in the plasma antioxidant capacity were associated with changes in uric acid, bilirubin and vitamin C. (2) Significant inverse correlations between ORAC levels and indices of oxidatively damaged DNA immediately and 1 d post-race suggest a protective role of the acute antioxidant responses in DNA stability. (3) Significant decreases in carotenoids and gamma-tocopherol 1 d post-race indicate that the antioxidant intake during the first 24 h of recovery following an acute ultra-endurance exercise requires specific attention. Furthermore, the present study illustrates the importance of a diversified and well-balanced diet to maintain a physiological antioxidant status in ultra-endurance athletes in reference to recommendations.

A novel near-infrared spectroscopy and chemometrics method for rapid analysis of several chemical components and antioxidant activity of mint (mentha haplocalyx briq.) samples

A novel near-infrared spectroscopy (NIRS) method has been researched and developed for the simultaneous analyses of the chemical components and associated properties of mint (Mentha haplocalyx Briq.) tea samples. The common analytes were: total polysaccharide content, total flavonoid content, total phenolic content, and total antioxidant activity. To resolve the NIRS data matrix for such analyses, least squares support vector machines was found to be the best chemometrics method for prediction, although it was closely followed by the radial basis function/partial least squares model. Interestingly, the commonly used partial least squares was unsatisfactory in this case. Additionally, principal component analysis and hierarchical cluster analysis were able to distinguish the mint samples according to their four geographical provinces of origin, and this was further facilitated with the use of the chemometrics classification methods-K-nearest neighbors, linear discriminant analysis, and partial least squares discriminant analysis. In general, given the potential savings with sampling and analysis time as well as with the costs of special analytical reagents required for the standard individual methods, NIRS offered a very attractive alternative for the simultaneous analysis of mint samples.