Antioxidant and antitumor effects and immunomodulatory activities of crude and purified polyphenol extract from blueberries

Abstract

The antioxidant and antitumor effects as well as the immunomodulatory activities of crude and purified polyphenol extract from blueberries were investigated. The antioxidant and antitumor effects of the polyphenol extract were measured both in vitro and in vivo, and their effect on the immune systems of CD-1 tumor-bearing mice were also analyzed. In vitro assays demonstrated that blueberry purified polyphenol extract (BBPP) exhibited higher antioxidant activities than blueberry crude polyphenol extract (BBCP), but the opposite effect was observed in vivo. Both the in vitro and in vivo antitumor activity and the immunity assay showed that BBCP not only inhibited tumor growth, but also significantly improved the immunity of the mice. According to physical and histological studies, the CD-1 tumor-bearing mice treated with the polyphenol extract, especially high doses of BBCP experienced a higher quality of life than the positive control group (treated with cyclophosphamide). These results indicate that BBCP has significant antioxidant and antitumor activities and that it can enhance the immunity of CD-1 tumor-bearing mice.

Graphical abstract

Keywords

crude polyphenol extract / purified polyphenol extract / blueberry / antioxidant / antitumor / immunity

References

[1] Cheng A W, Yan H Q, Han C J, Wang W L, Tian Y Q, Chen X Y. Polyphenols from blueberries modulate inflammation cytokines in LPS-induced RAW264.7 macrophages. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 69(6): 382–387

[2] Leiva-Valenzuela G A, Aguilera J M. Automatic detection of orientation and diseases in blueberries using image analysis to improve their postharvest storage quality. Food Control, 2013, 33(1): 166–173

[3] Bhullar K S, Rupasinghe H P V. Antioxidant and cytoprotective properties of partridgeberry polyphenols. Food Chemistry, 2015, 168(1): 595–605

[4] Kim H G, Kim G S, Park S, Lee J H, Seo O N, Lee S J, Kim J H, Shim J H, Abd El-Aty A M, Jin J S, Shin S C, EI-Aty A M A, Jin J S, Shin S C. Flavonoid profiling in three citrus varieties native to the Republic of Korea using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry: Contribution to overall antioxidant activity. Biomedical Chromatography, 2012, 26(4): 464–470

[5] Valavanidis A, Vlachogianni T. Studies in Natural Products Chemistry. Holland: Elsevier Press, 2013, 269–295

[6] Vaithiyanathan V, Mirunalini S. Chemo preventive potential of fruit juice of Phyllanthu emblica Linn. (amla) against mammary cancer by altering oxidant/antioxidant status, lipid profile levels and estrogen/progesterone receptor status in female Sprague-Dawley rats. Biomedicine & Preventive Nutrition, 2013, 3(1): 357–366

[7] Senkus E, Cardoso F, Pagani O. Time for more optimism in metastatic breast cancer? Cancer Treatment Reviews, 2014, 40(2): 220–229

[8] Grem J L. 5-Fluorouracil: Forty-plus and still ticking: A review of its preclinical and clinical development. Investigational New Drugs, 2000, 18(4): 299–313

[9] Siegel R L, Miller K D, Jemal A. Cancer statistics. CA: a Cancer Journal for Clinicians, 2015, 65(1): 5–29

[10] Xue Z H, Gao J, Zhang Z J, Yu W C, Wang H, Kou X H. Antihyperlipidemic and antitumor effects of chickpea albumin hydrolysate. Plant Foods for Human Nutrition (Dordrecht, Netherlands), 2012, 67(4): 393–400

[11] Rodriguez-Mateos A, Cifuentes-Gomez T, George T W, Spencer J P E. Impact of cooking, proving, and baking on the (poly)phenol content of wild blueberry. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(18): 3979–3986

[12] Cordova F M, Watson R R. Food and supplement polyphenols action in cancer recurrence. San Diego: Academic Press, 2014, 191–195

[13] Zhu L C, Liu X, Tan J, Wang B C. Influence of harvest season on antioxidant activity and constituents of rabbiteye blueberry (Vaccinium ashei) leaves. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(8): 11477–11483

[14] Li C Y, Feng J, Huang W Y, An X T. Composition of polyphenols and antioxidant activity of Rabbiteye blueberry (Vaccinium ashei) in Nanjing. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(3): 523–531

[15] Lau F C, Bielinski D F, Joseph J A. Inhibitory effects of blueberry extract on the production of inflammatory mediators in lipopolysaccharide-activated BV2 microglia. Journal of Neuroscience Research, 2007, 85(5): 1010–1017

[16] Dai J, Mumper R J. Plant phenolics: Extraction, analysis and their antioxidant and anticancer properties. Molecules (Basel, Switzerland), 2010, 15(10): 7313–7352

[17] Tsao R. Chemistry and biochemistry of dietary polyphenols. Nutrients, 2010, 2(12): 1231–1246

[18] Buran T J, Sandhu A K, Li Z, Rock C R, Yang W W, Gu L. Adsorption/desorption characteristics and separation of anthocyanins and polyphenols from blueberries using macroporous adsorbent resins. Journal of Food Engineering, 2014, 128(1): 167–168

[19] Papandreou M A, Dimakopoulou A, Linardaki Z I, Cordopatis P, Zacas D K, Margarity M, Lamari F N. Effect of a polyphenol-rich wild blueberry extract on cognitive performance of mice, brain antioxidant markers and acetylcholinesterase activity. Behavioural Brain Research, 2009, 198(2): 352–358

[20] Ozgen M, Reese R N, Tulio A Z, Scheerens J C, Miller A R. Modified 2,2-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfnic acid (ABTS) method to measure antioxidant capacity of selected small fruits and comparison to ferric reducing antioxidant power (FRAP) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) methods. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(1): 1151–1157

[21] Yang G Y, Yue J, Gong X C, Qian B J, Wang H J, Deng Y, Zhao Y Y. Blueberry leaf extract incorporated chitosan coatings for preserving postharvest quality of fresh blueberries. Postharvest Biology and Technology, 2014, 92(1): 46–53

[22] Cao L, Liu X Z, Qian T X, Sun G B, Guo Y, Chang F J, Zhou S M, Sun X B. Antitumor and immunomodulatory activity of arabinoxylans: A major constituent of wheat bran. International Journal of Biological Macromolecules, 2011, 48(1): 160–164

[23] Fan M Z, Li C R, Li Z Z, Lv Z M, Shi G Y, Chen X X. Evaluation on immunity function of “strong” cordyceps mecylium capsules. Microbiology-Sgm, 2000, 27(1): 19–22

[24] Ignat I, Volf I, Popa V I. A critical review of methods for characterisation of polyphenolic compounds in fruits and vegetables. Food Chemistry, 2011, 126(1): 1821–1835

[25] Oszmianski J, Wojdylo A, Gorzelany J, Kapusta I. Identification and characterization of low molecular weight polyphenols in berry leaf by HPLC-DAD and LC-ESI/MS. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(24): 12830–12835

[26] Chun O K, Kim D O, Lee C Y. Superoxide radical scavenging activity of the major polyphenols in fresh plums. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(27): 8067–8072

[27] Chun O K, Kim D O, Moon H Y, Kang H G, Lee C Y. Contribution of individual polyphenolics to total antioxidant capacity of plums. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(25): 7240–7245

[28] Khanal R, Howard L R, Prior R L. Urinary excretion of phenolic acids in rats fed cranberry, blueberry, or Black Raspberry Powder. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(18): 3987–3996

[29] Giovanelli G, Buratti S. Comparison of polyphenolic composition and antioxidant activity of wild Italian blueberries and some cultivated varieties. Food Chemistry, 2009, 112(4): 903–908

[30] Hwang J Y, Shue Y S, Chang H M. Antioxidative activity of roasted and defatted peanut kernels. Food Research International, 2001, 34(7): 639–647

[31] Shon M Y, Kim T H, Sung N J. Antioxidant and free radical scavenging activity of Phellinus baumii (phellinus of hymenochaetaceae) extract. Food Chemistry, 2003, 82(4): 593–597

[32] Niki E. Antioxidant capacity: Which capacity and how to assess it? Journal of Berry Research, 2011, 1(4): 169–176

[33] Malik U U, Siddiqui I A, Hashim Z, Zatina S. Measurement of serum paraoxonase activity and MDA concentrations in patients suffering with oral squamous cell carcinoma. Clinica Chimica Acta, 2014, 430(1): 38–42

[34] Ji P, Wei Y M, Xue W X, Hua Y L, Zhang M, Sun H G, Song Z X, Zhang L, Li J X, Zhao H F, Zhang W Q. Characterization and antioxidative activities of polysaccharide in Chinese angelica and its processed products. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 67(3): 195–200

[35] Francis C L, James A J, Jane E M, Wilhelmina K. Attenuation of iNOS and COX2 by blueberry polyphenols is mediated through the suppression of NF-kB activation. Journal of Functional Foods, 2009, 1(1): 274–283

[36] Sun T, Chen Q Y, Wu L J, Yao X M, Sun X J. Antitumor and antimetastatic activities of grape skin polyphenols in a murine model of breast cancer. Food and Chemical Toxicology, 2012, 50(10): 3462–3467

[37] Wang D, Sun S Q, Wu W Z, Yang S L, Tan J M. Characterization of a water-soluble polysaccharide from Boletus edulis and its antitumor and immunomodulatory activities on renal cancer in mice. Carbohydrate Polymers, 2014, 105(1): 127–134

[38] Xu H S, Wu Y W, Xu S F, Sun H X, Che F Y, Yao L. Antitumor and immunomodulatory activity of polysaccharides from the roots of Actinidia eriantha. Journal of Ethnopharmacology, 2009, 125(2): 310–317

[39] Cheng A W, Yan H Q, Han C J, Wang W L, Tian Y Q, Chen Y Q. Polyphenols from blueberries modulate inflammation cytokines in LPS-induced RAW264.7 macrophages. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 69(1): 382–387

[40] Sun X, Gao R L, Xiong Y K, Huang Q C, Xu M. Antitumor and immunomodulatory effects of a water-soluble polysaccharide from Lilii Bulbus in mice. Carbohydrate Polymers, 2014, 102(16): 543–549

[41] Roopchand D E, Kuhn P, Rojo L E, Lila M A, Raskin L. Blueberry polyphenol-enriched soybean flour reduces hyperglycemia, body weight gain and serum cholesterol in mice. Pharmacological Research, 2013, 68(1): 59–67

[42] Tang X H, Yan L F, Gao J, Yang X L, Xu Y X, Ge H Y, Yang H D. Antitumor and immunomodulatory activity of polysaccharides from the root of limonium sinense kuntze. International Journal of Biological Macromolecules, 2012, 51(5): 1134–1139

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg