Evaluation of the antioxidant and neuroprotective effects of extracts and compounds from medicinal plants of the genus Baccharis spp

Abstract

The antioxidant potential of plants has been received a great deal of attention because increased oxidative stress has been identified as a major causative factor in the development and progression of neurodegenerative diseases. Baccharis spp. plants have been demonstrated antioxidant, and neuroprotective properties. The goals of this work were (i) to characterize the phytochemical profiles of ethanolic extracts from the aerial parts B. dracunculifolia (BD) and B. trimera (BT), (ii) to evaluate in vitro antioxidant activity of BD and BT extracts, (iii) to study the cytotoxicity in BV2 cells after extracts exposure and (iv) to evaluate their neuroprotective effects in the seme cells when treated with herbicide Paraquat (PQ), known as oxidant agent. Phytochemical profiles of extracts were obtained by HPLC-DAD and showed that both extracts were composed by flavonoids and phenolic acids derivatives, powerful antioxidant agents. Antioxidant activity was evaluated using several in vitro models: free radical scavenging (DPPH, NO, O2 -•), iron chelation (ferrozine method), reduction power (FRAP method), and lipid peroxidation (β-carotene bleaching); quercetin was used as a reference antioxidant standard. Both extracts showed antioxidant activity in all assays, except BT that did not display an efficient chelating iron activity. In general, BD exhibited better antioxidant activities than BT, except in scavenging NO. Remarkably, BD demonstrated higher activity (p<0.05) than quercetin scavenging O2 -•radical. Cytotoxicity was evaluated by MTS assay, which measures metabolic activity, after 3 and 24 h of extract’s exposure. With the exception of 500 μg dwr/ml BD extract (24h) that induced significant toxicity comparing with control group (p≤0.01), none of the extracts induced cytotoxicity in the tested conditions. Neuroprotection was evaluated by resazurina assay, using co-incubation of extracts with 1 and 5 mM PQ. Co-incubation with 1mM PQ demonstrated that 500 μg dwr/ml BD extract (3 h recovery), 25 μg dwr/ml BD extract (24 h recovery), 100 μg dwr/ml BT extract (3 and 24 h recovery) and 25 μg dwr/ml BT extract (24 h recovery), significantly protect the cells from de damage caused by PQ, when compared with control group treated with insult alone. In coincubation with 5mM PQ BD extract did not confer protection and BT extract induced a decrease in cellular viability, when compared with cells subjected to PQ only, suggesting a prooxidant effect of the extract.

O potencial antioxidante das plantas tem recebido grande atenção dado que níveis elevados de stress oxidativo têm sido identificados como principais fatores no desenvolvimento e progressão de doenças neurodegenerativas. As plantas Baccharis spp. têem demonstrado propriedades antioxidantes e neuroprotetoras. Os objetivos deste trabalho foram i) caracterizar os perfis fitoquímicos dos extratos etanólicos de partes aéreas de B. dracunculifolia (BD) e B. trimera (BT), ii) avaliar a capacidade antioxidante dos extratos, iii) estudar a citotoxicidade em células BV2 após exposição aos extratos e iv) avaliar as suas propriedades neuroprotetoras nas mesmas células, quando tratadas com o herbicida Paraquat (PQ), reconhecido como agente oxidante. Os perfis fitoquímicos dos extratos foram obtidos por HPLC-DAD e mostraram que ambos os extratos são constituídas por derivados de flavonoides e ácidos fenólicos, potentes antioxidantes. A atividade antioxidante foi avaliada usando vários modelos in vitro : sequestro de radicais (DPPH; NO e O2 •−), quelação de ferro (método ferrozina), poder redutor (método FRAP) e peroxidação lipídica (ensaio com β-caroteno); a quercetina foi usada como padrão antioxidante de referência. Com a exceção do extrato de BT, que não mostrou eficácia a quelar ferro, ambos os extratos demonstraram atividade antioxidante em todos os ensaios. O extrato de BD exibiu melhores atividades do que o extrato de BT, exceto na sequestração de radicais NO. Notavelmente, o extrato de BD demonstrou melhor atividade (p≤0.05) do que a quercetina a sequestrar O2 •−. A citotoxicidade foi avaliada pelo ensaio MTS, que avalia atividade metabólica, após incubação de 3h e 24h. Com exceção do extrato 500 μg dwr/ml BD (24h), que induziu toxicidade significativa em relação ao grupo controlo (p≤0.01), nenhum dos extratos induziu toxicidade para as condições testadas. A atividade neuroprotetora dos extratos foi avaliada pelo ensaio de resazurina utilizando coincubação dos extratos com 1 e 5 mM PQ. A co-incubação com 1mM PQ, demonstrou que 500 μg dwr/ml BD (3h recuperação) e 25 μg dwr/ml BD (24h recuperação), bem como 100 μg dwr/ml BT (3 e 24h recuperação) e 25 μg dwr/ml BT (24h recuperação), protegem significativamente as células do dano causado pelo PQ, aquando comparadas com o grupo controlo tratado apenas com o insulto. Com 5mM PQ, o extrato de BD não induziu proteção e o extrato de BT produziu um decréscimo nos valores de viabilidade celular, comparando com células sujeitas apenas a PQ, sugerindo um efeito pró-oxidante do extrato.