Tissue ischemia is a major cause of morbidity contributing to disease processes such as cardiovascular diseases, stroke, cancer, and traumatic injury and may lead to death. Failure to quickly reestablish flow to ischemic tissue results in tissue death. However, even timely return to normal flow has a downside in that the reintroduction of oxygen to ischemic tissue results in ischemia/reperfusion (I/R) injury that produces an oxidant stress. This pathological process requires new therapeutic strategies and agents to reduce the personal, social and economic loss. One of the most generally accepted mechanisms for the pathology of I/R injury is the production of the reactive oxygen species (ROS), suggesting antioxidants may ameliorate I/R injury. Caffeic acid phenethyl ester (CAPE), a plant derived polyphenolic compound, has been shown to protect organs from I/R induced damage in vivo, and this effect has been attributed to its antioxidant activity. To better understand the mechanism of CAPE protection, a model using menadione-induced oxidative stress in human endothelial cells to simulate I/R injury in vitro was developed. Gene expression analysis was performed with microarrays undergoing cytoprotection with CAPE. The dose-dependent cytoprotection of CAPE has been related to its induction of heme oxygenase-1 (HO-1). With the aim of improving the beneficial effect of CAPE and understanding structure activity relationship, six new catechol ring-fluorinated CAPE derivatives were synthesized and evaluated in the menadione-endothelial cell model. The data suggest good cytoprotective effects of CAPE and some analogues and indicate important structural features for cytoprotection. Further investigation of the mechanism of cytoprotection showed that cytoprotection profiles of CAPE and derivatives correlate better to their ability to induce HO-1 in human endothelial cells than free radical scavenging activity. One CAPE derivative (FCAPE) with cytoprotective effects similar to CAPE in vitro exhibited better stability in rat plasma. A validated ultra-performance liquid chromatography/tandem mass spectrometric method was developed that allowed for quantification of CAPE and FCAPE in plasma samples. Pharmacokinetic studies in male Sprague Dawley rats following intravenous bolus administration of 5, 10, and 20 mg/kg CAPE and 20 mg/kg FCAPE were performed. The results indicate that dose proportionality for CAPE does not exist in the dose range studied. Although the elimination half life was found not to be significant different between CAPE and FCAPE, significant difference was observed between the total body clearance of FCAPE and CAPE which may due to the difference in volume of distribution.

Thesis (M.S.)--Miami University, Dept. of Chemistry and Biochemistry, 2004. / Title from first page of PDF document. Includes bibliographical references (p. 61-63).

L'obésité se définit comme une accumulation anormale ou excessive de masse grasse corporelle pouvant nuire à la santé. En effet, surpoids et obésité concourent au développement de pathologies graves comme le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires qui représentent un véritable problème de santé publique dans de nombreux pays et à La Réunion. Aussi, la recherche des mécanismes physiopathologiques associés à l'obésité constitue un enjeu scientifique et médical majeur. Dans l'organisme, c'est au niveau du tissu adipeux que le stockage de gras se localise, plus précisément dans les cellules adipeuses (adipocytes) provenant elles-mêmes de la maturation de cellules précurseurs appelées préadipocytes. Chez le sujet obèse, le tissu adipeux stockant un excès de gras, est le siège d'un stress oxydatif et d'une inflammation chronique qui concourent à la résistance à l'insuline, engendrant un état diabétique. Plusieurs données bibliographiques montrent les effets antioxydants et anti-inflammatoires des produits végétaux riches en polyphénols et soulignent leur intérêt dans le cadre de thérapies innovantes vis-à-vis de l'obésité. La Réunion dispose d'une grande variété de ressources végétales dont des plantes médicinales qui présenteraient des propriétés anti-inflammatoires, antidiabétiques et « anti-obésité ». Cependant, il manque des données scientifiques pour valider leur éventuel bénéfice santé. L'objectif du travail de thèse était d'évaluer l'impact des extraits riches en polyphénols antioxydants de plantes médicinales de La Réunion sur la réponse métabolique et inflammatoire des cellules adipeuses dans le contexte de la pathologie de l'obésité. Pour ce faire, trois plantes médicinales ont été sélectionnées pour leur utilisation en pharmacopée traditionnelle, à savoir Antirhea borbonica (Bois d’Osto), Doratoxylon apetalum (Bois de gaulette) et Gouania mauritiana (Liane Montbrun). Nos résultats ont mis en évidence les propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires des extraits végétaux sur des préadipocytes 3T3-L1 soumis à des médiateurs majeurs liés à l'obésité tels que l'agent pro-oxydant H2O2, la cytokine pro-inflammatoire TNF-α et l'agent bactérien LPS. Par ailleurs, nos données ont montré la capacité des extraits végétaux à potentialiser l'accumulation de gras induite par l'insuline, et à réduire la sécrétion de molécules pro-inflammatoires des adipocytes 3T3-L1soumis à un stress oxydatif. Une étude menée sur des souris rendues obèses par un régime riche en graisses contenant ou non l'extrait de la plante D. apetalum a confirmé la capacité de cet extrait végétal à améliorer le stockage de gras, le statut antioxydant et le profil inflammatoire du tissu adipeux des animaux obèses. Plusieurs cibles moléculaires ont été identifiées dont les facteurs de transcription PPARγ et NF-κB, l'enzyme antioxydante SOD ainsi que les adipokines de type leptine, adiponectine, TNF-α, IL-6 et MCP-1. En conclusion, ce travail de thèse a permis d'évaluer, pour la première fois, l'impact d'extraits riches en polyphénols antioxydants de trois plantes médicinales locales sur la réponse métabolique et inflammatoire des cellules adipeuses, dans le contexte de l'obésité. L'utilisation des modèles cellulaires et animaux développés au cours de ce travail permettra de poursuivre l'exploration des voies moléculaires impliquées et d'identifier de possibles nouvelles cibles thérapeutiques. / During obesity, excess fat mass is accumulated in adipose tissue, more precisely in adipocytes, which the precursor cells are preadipocytes. Adipose tissue is the place of oxidative stress and chronic inflammation involved in insulin resistance and type 2 diabetes. Plants rich in polyphenol, known for their antioxidant and anti-inflammatory effects, are high of interest to fight against obesity. In La Réunion, medicinal plants are commonly used for these properties but few literature data exist. Our objective was to evaluate the impact of antioxidant polyphenol-rich extracts from medicinal plants of La Réunion, such as Antirhea borbonica (Bois d’Osto), Doratoxylon apetalum (Bois de gaulette), Gouania mauritiana (Liane Montbrun), on the metabolic and inflammatory response in adipose cells in the context of obesity. Our results have demonstrated antioxidant and anti-inflammatory properties of plant extracts on 3T3-L1 preadipocytes in presence of three mediators of inflammation. Plant extracts are able to potentiate fat accumulation induced by insulin reduce the secretion of pro-inflammatory molecules in 3T3-L1 adipocytes during oxidative stress. These results were confirmed by a study on animal model. The plant extract from D. apetalum improved storage fat, antioxidant status and inflammatory profile of adipose tissue of obese mice. This work lead to evaluated the impact of antioxidant polyphenol-rich extract from three medicinal plants on metabolic and inflammatory response in adipose cells in the context of obesity.

L’hyperglycémie associée au diabète de type 2 induit des complications vasculaires menant à des désordres cérébrovasculaires, comme l’accident vasculaire cérébral. En effet, l’hyperglycémie altère l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique, et les cellules endothéliales cérébrales qui la composent sont particulièrement affectées. Le stress oxydant et l’état pro-inflammatoire engendrés par l’hyperglycémie jouent un rôle causal. Dans ce contexte, un intérêt croissant est accordé aux polyphénols d’origine végétale qui pourraient exercer une action antioxydante et anti-inflammatoire protectrice. L’objectif du travail de thèse était d’évaluer l’impact de l’hyperglycémie sur des marqueurs redox, inflammatoires et vasoactifs des cellules endothéliales cérébrales. L’action protectrice de l’insuline en tant qu’hormone hypoglycémiante clé a été explorée. De plus, nous avons étudié le rôle protecteur de polyphénols antioxydants extraits de la plante médicinale Antirhea borbonica de La Réunion. Pour ce faire, un modèle de cellules endothéliales cérébrales murines ainsi qu’un modèle animal d’ischémie cérébrale en condition d’hyperglycémie ont été utilisés. Nos résultats ont montré que l’hyperglycémie a induit un stress oxydant et une réponse pro-inflammatoire contribuant à une altération de la fonction endothéliale. Plusieurs cibles moléculaires ont été identifiées dont les protéines redox Nox4, Cu/ZnSOD, MnSOD, catalase et HO-1 ainsi que les facteurs vasoactifs ET-1, eNOS et NO. L’implication des médiateurs de signalisation Nrf2, AMPK, PI3K, JNK, ERK, p38 MAPK, NFκB et de la cytokine pro-inflammatoire IL-6 a été mise en évidence. L’insuline et les polyphénols ont exercé des effets antioxydants et anti- inflammatoires protégeant la fonction endothéliale. En situation d’ischémie cérébrale, l’hyperglycémie a exacerbé la dérégulation de l’état redox et pro-inflammatoire cérébral, associée à une altération de la barrière hémato-encéphalique. De plus, l’hyperglycémie a aggravé le déficit neurologique, le volume de l’infarctus cérébral et la transformation hémorragique. Les polyphénols ont exercé un rôle protecteur. L’acide caféique et son métabolite circulant, l’acide férulique, détectés au niveau cérébral, pourraient rendre compte de cette action protectrice. Des travaux complémentaires ont montré que les polyphénols protègent également contre l’altération de la fonction de cellules endothéliales aortiques humaines et la perte de vasorelaxation d’anneaux aortiques isolés de souris exposés à une hyperglycémie associée aux lipopolysaccharides de la bactérie Escherichia coli, qui sont des endotoxines liées de manière causale au contexte diabétique. En conclusion, ce travail de thèse a mis en évidence l’effet délétère de l’hyperglycémie sur la fonction endothéliale et le rôle protecteur de polyphénols antioxydants. L’utilisation des modèles expérimentaux développés permettra d’approfondir l’exploration des voies moléculaires impliquées et d’identifier de possibles cibles thérapeutiques innovantes. / Type 2 diabetes promotes vascular complications, leading to cerebrovascular disorders such as stroke. Indeed, hyperglycemia alters the blood-brain barrier integrity by deregulating the cerebral endothelial cell function. Oxidative stress and pro-inflammatory response may play a causal role. Thus, the biological effect of plant polyphenols known to exert antioxidant and anti-inflammatory capacities is of high interest. We evaluated the impact of hyperglycemia on the production of redox, inflammatory and vasoactive markers of cerebral endothelial cells, and the protective effect of polyphenols from the medicinal plant Antirhea borbonica from Reunion island. The murine bEnd.3 cerebral endothelial cells and an ischemia-reperfusion mouse model exposed to hyperglycemia were used. Our results demonstrated that hyperglycemia induced an oxidative stress and a pro-inflammatory state, leading to cerebral endothelial dysfunction through the activation of specific signaling molecules. Importantly, polyphenols extracted from Antirhea borbonica counteracted hyperglycemia deleterious effects and protected cerebral endothelial cells. Moreover, hyperglycemia exacerbated oxidative stress and pro-inflammatory state promoting cerebrovascular damages and loss of endothelial barrier integrity in ischemia-reperfusion mice model. Polyphenols exerted antioxidant and anti-inflammatory activities, attenuating cerebrovascular damages. These findings suggest that polyphenols extracted from Antirhea borbonica exerted protective effects on cerebral endothelial cells and an ischemia-reperfusion mouse model against deleterious effects of hyperglycemia.