Беталаины – водорастворимые фиолетово-бордовые или желтые азотсодержащие растительные пигменты – впервые обнаружены в корнеплодах красной свеклы обыкновенной Beta vulgaris, отсюда и тривиальное их название [1]. В последние годы показано, что беталаины имеют антиоксидантную активность (АОА) [2], а потребление беталаинсодержащих пищевых продуктов снижает риск онкологических, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний [3]. Однако многие свойства беталаинов изучены еще недостаточно полно [4], научные сообщения о них размещены в разрозненных изданиях, при этом затрудняются сопоставление результатов исследований и анализ их лечебно-профилактических возможностей в практической медицине, что послужило поводом избирательного подбора тематической литературы и настоящего обзора.

Беталаины синтезируются в растениях из тирозина на основе беталамовой кислоты [ 4-(2-оксоэтилиден)-1,2,3,4-тетрагидропиридин-2,6-дикарбоновой кислоты] (рис., а) и содержат азотистое ядро [5]. Конденсация беталамовой кислоты с органическими радикалами, например, с иминогруппами (глюкозильными производными цикло-L-3,4-дигидроксифенилаланина) или соединениями аминокислот, порождает беталаины с разной окраской: фиолетово-бордовые – бета-цианины или желтые – бета-ксантины (рис., б, в) [1]. К настоящему времени идентифицировано 78 различных беталаинов в растениях 17 семейств порядка гвоздикоцветных Caryophyllales и в некоторых высших грибах, из них 42 относятся к бета-цианинам, остальные – к бета-ксантинам [5].

Беталаиновая кислота и азотистое ядро придают беталаинам антирадикальные [5] и антиоксидантные свойства [6]. Например, АОА беталаинов, выделенных из гомфрены шаровидной (Gomphrena globosa L.), в 3,3–3,7 раза больше аскорбиновой кислоты [7].

Поскольку окислительно-восстановительный динамический гомеостаз занимает ключевое место во всех жизненных процессах, то его сдвиги в неблагоприятных условиях сопровождаются окислительным стрессом, служащим причиной многих патологических состояний и старения [8]. В частности, окислительное повреждение дофаминэргических нейронов головного мозга нередко сопровождается, особенно в старческом возрасте, расстройствами центральной нервной системы, прогрессирующей потерей умственных, когнитивных функций [9]. При этом коррекция окислительного стресса антиоксидантами составляет основу лечебно-профилактической стратегии [10], антиоксиданты служат эффективными терапевтическими средствами предотвращения последствий окислительного стресса [11]. На животных моделях нейродегенерации, вызванной хлористым алюминием (100 мг/кг перорально), показано [12], что беталаины (по 10–20 мг/кг ежедневно в течение четырех недель) снижают выраженность повреждений головного мозга, расстройств памяти и других нарушений, сходных по симптоматике с болезнью Альцгеймера, повышают способность к обучению, а также подавляют перекисное окисление липидов. По мнению M. Allegra и соавт. [13] нейротерапевтическая эффективность беталаинов свеклы обыкновенной и опунции (Opuntia ficus-india (L.) Mill.) обусловлена не только АОА, но и нейромодулирующими свойствами. Кроме того, беталаины (10–1000 мг/кг, внутрибрюшинно) снижают болевую чувствительность, проявляют анестезирующие свойства, уменьшая выраженность болевых реакций животных на воздействие уксусной кислоты, адъюванта Фрейда и формалина [14].

Беталаины благодаря своей АОА привлекают внимание исследователей и в качестве противовоспалительных средств. Первые эксперименты на животных с использованием экстрактов из корнеплодов красной свеклы [10][15] и клинические испытания продемонстрировали многообещающие перспективы противовоспалительной беталаиновой терапии [2].

Все возрастающие во всем мире онкологические проблемы усложняются высокой системной токсичностью традиционных химиотерапевтических средств, что требует поиска новых, подавляющих канцерогенез и при этом малотоксичных агентов [10]. Как известно [16], одной из причин канцерогенеза является окислительный стресс, а исследования [17] in vitro на нескольких линиях раковых клеток продемонстрировали высокий химиопрофилактический потенциал беталаинов красной свеклы. Результаты специальных экспериментов показывают, что беталаин способен снижать жизнеспособность и прерывать митотический цикл клеток линии А549 карциномы легкого человека [18]. Смесь витексин-2-О-ксилозида, фракций бета-ксантина и бета-цианина проявляет цитотоксичность в клетках рака толстой кишки, что, по мнению F. Farabegoli и соавт. [19], перспективно в качестве химиопрофилактического антиракового средства. Десять беталаиновых пигментов (в сумме 0,35 г/100 г сырой массы) in vitro проявили высокую цитотоксичность клеточной линии гепатоцеллюлярной карциномы человека HepG2 через 48 ч воздействия [20]. При использовании трех богатых беталаином экстрактов и шести отдельных чистых беталаинов на животной модели нематоды Caenorhabditis elegans опухолевого штамма JK1466 триптофан-бета-ксантин уменьшился размер опухоли на 56,4% и возросла продолжительность жизни животного на 9,3%, что свидетельствует об эффективности, низкой токсичности и перспективности бета-ксантинов в качестве противоопухолевых средств [21].

Воздействие различных неблагоприятных факторов нередко приводит к сдвигам динамического биохимического равновесия организма, что вызывает метаболический синдром, сопровождающийся сахарным диабетом второго типа (СД2), ожирением и снижением качества жизни [22]. В экспериментальных исследованиях последних лет [23] показано, что беталаины снижают гликемию до 40% при СД2. Беталаины красной свеклы уменьшают выраженность метаболического синдрома и снижают риски развития СД2 и ожирения [22]. Однако в красной свекле довольно высоко содержание сахара, поэтому употребление непосредственно самих корнеплодов свеклы, водных экстрактов или сока из них при СД2 противопоказано. Для устранения этого недостатка D. Dygas и соавт. [24] предлагают продукты красной свеклы предварительно обрабатывать дрожжами, что обеспечивает освобождение от сахаров, а снижение содержания бета-цианинов и бета-ксантинов при этом не превышает 5,1 и 2,6% соответственно. Употребление красной питайи (Hylocereus undatus), содержащей бета-цианины 14 разновидностей, вызывает гипотрофию жировой ткани и противодействует развитию ожирения [25].

Беталаины оказывают лечебно-профилактическое действие при токсических поражениях и нарушениях обменных процессов печени. Например, у крыс, получавших сок плодов опунции индийской перорально в дозе 3 мл/животное в течение 9 дней с последующим воздействием четыреххлористого углерода, отмечалась по гистологическим данным нормализация состояния паренхимы через 48 часов, а полное восстановление печени – спустя трое суток [26]. Свекольный сок при добавлении в корм крыс в течение 28 дней защищает от повреждений печени, вызванных гепатоканцерогенным N-нитрозодиэтиламином [27]. Лиофилизированный порошок столовой свеклы (2 г/кг массы тела в течение 10 дней) снижал содержание холестерина в сыворотке, активность щелочной фосфатазы и аланинаминотрансферазы, диеновых конъюгатов и уровень индуцированных свободных радикалов, нормализовал липидный обмен и окислительно-восстановительные процессы в печени крыс с гиперлипидемией, моделированной «жировой» диетой. Таким образом, столовая свекла может использоваться как функциональный продукт питания при лечебной коррекции патологических состояний печени [28].

Важно отметить, что беталаины полезны в лечебной практике не только своей АОА, но благодаря наличию в структуре азотного ядра и как источники оксида азота (NO) [29], биологическая активность которого во многих процессах жизнедеятельности хорошо известна [30]. В отношении сердечно-сосудистых заболеваний беталаины имеют двоякое значение: как антиоксиданты, корригирующие явления метаболического синдрома и окислительного стресса, и как практически единственные из ингредиентов пищевых продуктов природные поставщики NO. Поэтому интерес кардиологов к беталаинам с каждым годом возрастает, и можно ожидать, что эти пигменты займут достойное место в снижении рисков атеросклероза и коррекции других расстройств сердечно-сосудистой деятельности. Так, двухнедельное потребление богатых бета-цианином пищевых добавок из опунции (Opuntia stricta) и красной свеклы сопровождалось значительным уменьшением концентрации гомоцистеина, глюкозы, общего холестерина, триглицеридов и липопротеидов низкой плотности, а также снижением артериального давления и улучшением качества жизни [31][32]. В клинических исследованиях с использованием беталаинов из «драконового фрукта» (Hylocereus undatus) и кактусовой груши (Opuntia vulgaris) показано [33] увеличение вазодилатации, снижение жесткости сосудов, артериального давления и частоты сердечных сокращений, что, по-видимому, указывает на улучшение состояния сосудов. Очевидно, беталаины можно рассматривать как новые агенты в лечебно-профилактических мероприятиях сердечно-сосудистых заболеваний.

Влияние беталаинов на состояние зрения еще только изучается, но уже показано, что эти пигменты оказывают защитное действие на ткани глаза при глаукоме и [34] и повышают остроту зрения [35].

Для спортсменов, вероятно, небезынтересно, что концентрат сока красной свеклы (по 100 мг внутрь в течение шести дней) улучшает достижения легкоатлетов на дистанции 5 км [36], а беталаины при этом не относятся к допингам.

Представляет интерес тот факт, что беталаины из амаранта колючего (Amaranthus spinosus) проявляют противомалярийную активность [37].

Необходимо отметить, что широта терапевтического действия беталаинов сочетается с чрезвычайно низкой токсичностью. Например, при испытаниях на крысах линии Вистар беталаинов из плодов кактуса гарамбулло (Myrtillocactus geometrizans) не обнаружено явлений острой токсичности вплоть до доз порядка 5 г/кг [38]. Фармакокинетические исследования на добровольцах, получавших внутрь 500 г мякоти плодов кактусовой груши, содержащих индиаксантин и бетанин 28 и 16 мг соответственно, показали, что максимальные концентрации беталаинов в плазме крови достигаются через 3 часа, период полувыведения составляет 2,36 ч, а снижение до «следовых» концентраций – через 12 ч после приема [39]. Для человека с профилактической целью рекомендуется 50–100 мг беталаинов ежедневно [40].

Однако беталаины, как и многие антиоксиданты, довольно чувствительны к теплу [41] и кислороду [42], которые вызывают их деградацию при сборе и хранении беталаинсодержащего сырья, что требует поиска специальных технологических приемов его переработки [43]. Например, предлагается инкапсуляция в полисахаридные матрицы [44], что не только сохраняет свойства беталаинов, но и повышает их противовоспалительную активность.

Несмотря на токсикологическую безопасность и благоприятное влияние на здоровье, беталаины еще мало используются в диетологии и фармацевтике из-за недостаточности научных разработок, раскрывающих их уникальные лечебно-профилактические свойства [39], что определяет необходимость углубления дальнейших исследований [45].

Безусловно, беталаины по АОА несколько уступают антоцианам [9] и каротиноидам [10], однако имеют более широкую распространенность, высокую биологическую доступность за счет хорошей водорастворимости и сравнительно низкую стоимость. Мировой рынок свекольного сока расширяется ежегодно в среднем на 5% – эта тенденция, по мнению специалистов [29], останется устойчивой и в последующие годы.