DETERMINATION OF ADVANCED GLYCATION (AGEs) AND LIPOXIDATION (ALEs) END PRODUCTS IN FOODS AND BIOLOGICAL SYSTEMS: ADVANCES, CHALLENGES AND PERSPECTIVES

Barbosa, Júnia H. Porto; Souza, Isis T.; Santana, Antônio E. G.; Goulart, Marília O. F.

doi:10.5935/0100-4042.20160048

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DETERMINATION OF ADVANCED GLYCATION (AGEs) AND LIPOXIDATION (ALEs) END PRODUCTS IN FOODS AND BIOLOGICAL SYSTEMS: ADVANCES, CHALLENGES AND PERSPECTIVES

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Advanced glycation (AGEs) and lipoxidation (ALEs) products are formed through specific condensation reactions between nucleophiles (amino groups of free amino acids or their residues in peptides, aminophospholipids or proteins) and electrophiles (carbonyls of reducing sugars, oxidized lipids or others) generating well-defined sets of covalent adducts. The ε-amino group of the lysine is the most reactive precursor in proteins and the primary target of carbohydrate attacks. AGEs/ALEs accumulation has consequences in the development of vascular, renal, neural and ocular complications, as well as in the triggering of inflammatory and neurodegenerative diseases. Therefore, AGEs/ALEs detection, quantification and, in some cases, the assessment of the extent of glycation in biomolecules of different matrices represent a factor of primary interest for science. Reliable analytical methods are thus required. Together with basic concepts, this review presents the main advances, challenges and prospects of research involving AGEs and ALEs in biological and food systems, exploring practical strategies to ensure greater reliability in the analysis of these compounds in different matrices.

Keywords:
N^e-(carboxymethyl)lysine; mass spectrometry; glycotoxins; carbonyl stress; Maillard reaction

Termo	Definição	Referências
Glicação	Fenômeno não controlado por enzimas de adição de açúcares a biomoléculas.	²³23 Zhang, Q.; Ames, J. M.; Smith, R. D.; Baynes, J. W.; Metz, T. O.; J. Proteome Res. 2009, 8, 754.
Glicosilação	Processo enzimático que une açúcares a biomoléculas, havendo a formação de ligações glicosídicas.	²³23 Zhang, Q.; Ames, J. M.; Smith, R. D.; Baynes, J. W.; Metz, T. O.; J. Proteome Res. 2009, 8, 754.
Adutos de glicação	Produtos da reação entre resíduos de aminoácidos em proteínas ou peptídeos e açúcares redutores, seus metabólitos ou outros compostos carbonílicos gerados nos estágios iniciais da reação de Maillard.	²⁴24 Wa, C.; Cerny, R. L.; Clarke, W. A.; Hage, D. C.; Clin. Chim. Acta 2007, 385, 48.
Adutos de lipoxidação	Produtos da reação entre resíduos de aminoácidos em proteínas, peptídeos ou aminofosfolipídeos e ECRs provenientes da peroxidação lipídica ou do metabolismo dos lipídeos.	¹⁷17 Domingues, R. M.; Domingues, P.; Melo, I.; Pérez-Sala, D.; Reis, A.; Spickett, C. M.; J. Proteomics 2013, 92, 110.
Adutos livres de glicação/lipoxidação	Aminoácidos modificados pela reação de Maillard, livres ou oriundos da hidrólise de proteínas modificadas por AGEs/ALEs.	²⁵25 Thornalley, P. J.; Pediatr. Nephrol. 2005, 20, 1515.
AGEs/ALEs-peptídeos	Peptídeos modificados por AGEs/ALEs; também denominados "segunda geração de AGEs/ALEs" quando oriundos da degradação enzimática de proteínas modificadas.	²⁶26 Thornalley, P. J.; Biochem. Soc. Trans. 2003, 31, 1343.
Reação clássica de Maillard	Reação envolvendo açúcares redutores e grupos amino disponíveis em aminoácidos ou seus resíduos em proteínas.	¹⁶16 Monnier, V. M.; Arch. Biochem. Biophys. 2003, 419, 1.
Estresse carbonílico	Acúmulo anormal de metabólitos α-oxaldeídicos gerados no curso da reação de Maillard capazes de modificar estrutura e função de biomoléculas, promovendo o estresse oxidativo e o comprometimento dos mecanismos naturais de defesa antioxidantes/anti-AGEs/anti-ALEs.	²¹21 Rabbani, N.; Thornalley, P. J.; Biochem. Biophys. Res. Commun. 2015, 458, 221.
Receptor RAGE	Proteína ligante de AGEs da superfamília das imunoglobulinas de superfície celular expressa em monócitos, macrófagos, linfócitos T, células endoteliais neuronais, musculares lisas, dentre outras; associado ao estresse oxidativo dependente do NF-kappaB e à expressão gênica de mediadores inflamatórios.	²⁷27 Kellow, N. J.; Coughlan, M. T.; Savige, G. S.; Reid, C. M.; BMC Endocr. Disord. 2014, 14, 55.
Receptores AGE-R1, AGE-R3 e scavengers MSR-AII, MSR-BI e CD-36	Receptores de AGEs associados ao reconhecimento e à degradação de proteínas modificadas, bem como à proteção contra o estresse oxidativo induzido por AGEs.	²⁸28 Ott, C.; Jacobs, K.; Haucke, E.; Santos, A. N.; Grune, T.; Simm, A.; Redox Biol. 2014, 2, 411.

Alimentos	Conteúdo em AGEs/ALEs	Marcador	Método	Referências
Café	47 U/mL	CML	ELISA	63
Café	10,8 – 39,9 ng/kg Ptn	Pentosidina	CLAE	73
Café	0 – 618 mg/kg Ptn	CML	CLAE	74
Fórmula láctea infantil	5-25 mg/kg Ptn	CML	GC-MS	75
Fórmula láctea infantil	54 – 72 ng/kg Ptn	CML	LC-MS/MS	76
Fórmula hipoalergênica	135 – 322 ng/kg Ptn	CML	LC-MS/MS	76
Fórmula láctea infantil	4.861 U/g alimento	CML	ELISA	63
Leite integral	48 U/g alimento	CML	ELISA	63
Leite pasteurizado	198 ± 247 ng/mL	CML	LC-MS/MS	77
Leite condensado	16.418 ± 1338 ng/mL	CML	LC-MS/MS	77
Leite UHT	638 ± 468 ng/mL	CML	LC-MS/MS	77
Leite pasteurizado	2,08 ± 0,49 ng/mL	CML	LC-MS/MS	78
Leite condensado	205 ± 7 ng/mg Ptn	CML	LC-MS/MS	78
Leite integral cru	188 ± 93 ng/mL	CML	LC-MS/MS	77
Bebida achocolatada	1135 ± 44,9 mg kg Ptn	CML	LC-MS/MS	79
Bebida achocolatada	0,38 mg/100 g	CML	UPLC-MS/MS	72
Leite pasteurizado	16,2 ng/mg Ptn	CML	LC-MS/MS	70
Bebida láctea fermentada	140 U/garrafa	CML	ELISA	71
Manteiga	37,01 ng/kg Ptn	CML	LC-MS/MS	70
Manteiga	264,873 U/g	CML	ELISA	63
Frango cozido	11.236 U/g	CML	ELISA	63
Frango assado	60.203 U/g	CML	ELISA	63
Frango cozido	0,18 ± 0,03 mg/100 g	CML	UPLC-MS/MS	72
Frango cozido	192 ± 24 μg/100 g	Pentosidina	CLAE	80
Frango assado	254 ± 23 μg/100 g	Pentosidina	CLAE	80
Frango cozido	638 ± 45 μg/100 g	CML	CLAE	80
Molho de soja	10-82 μg/100 mL	Pentosidina	CLAE	80
Molho de tomate	20 – 76 μg/100 mL	Pentosidina	CLAE	80
Aveia	103 408 ng/kg/Ptn	CML	LC-MS/MS	81
Aveia	232 – 285 ng/kg/Ptn	CML	GC-MS	81
Aveia	42 – 170 mg/kg/Ptn	CML	ELISA	81
Pão, crosta	366 U/g	CML	ELISA	63
Pão, crosta	388 mg/kg Ptn	CML	LC-MS/MS	70
Pão, miolo	31,4 ng/kg Ptn	CML	LC-MS/MS	70
Pão, miolo	225 U/g	CML	ELISA	63
Pão branco	0,24 ± 0,02 ng CML/100 g	CML	UPLC-MS/MS	72

Analito	Íon referência (Da)	Íon Fragmento (Da)	CE (Ev)	Fragmentos neutros
G-H1	215,0	100,2	14	NH₂CH(CO₂H)CH₂C=CH₂
FL	291,0	84,3	31	H₂CO₂, frutosilamina
MG-H1	229,2	114,3	14	NH₂CH(CO₂H)CH₂C=CH₂
3DG-H	319,1	114,8	20	NH₂CH(CO₂H)CH₂C=CH₂
CEL	219,2	130,1	13	NH₂CH(CH₂)CO₂H
CML	204,9	130,1	12	NH₂CH₂CO₂H
Pirralina	255,2	84,3	23	2-CHO-5-HOCH₂-pirrol, H2CO₂
Agripimidina	255,3	140,3	17	NH₂CH(CO₂H)CH₂CH=CH₂
Pentosidina	379,3	250,4	22	NH₂CH(CO₂H)CH₂ CH₂CH=CH₂
GOLD	327,1	198,3	21	NH₂CH(CO₂H)CH₂ CH₂CH=CH₂
MOLD	341,2	212,3	21	NH₂CH(CO₂H)CH₂ CH₂CH=CH₂

Métodos	Vantagens	Limitações	Referências
Espectrofotometria de fluorescência	Maior facilidade de acesso à instrumentalização;	Não específico; AGEs/ALEs não fluorescentes não são detectados	⁹⁸98 Ames, J.; Ann. N. Y. Acad. Sci. 2008, 1126, 20.
CLAE-UV	Maior facilidade de acesso à instrumentalização; capaz de detectar analitos fluorescentes, ex: pentosidina	Necessidade de derivatização com o-ftaldialdeídos para a análise de produtos não fluorescentes, ex: CML; baixa retenção de analitos hidrofílicos (CML e CEL) em colunas de fase reversa; limites de detecção altos para a análise de AGEs/ALEs em matrizes biológicas	¹³13 Poulsen, M. W.; Hedegaard, R. V.; Andersen, J. M.; Courten, B.; Bugel, S.; Nielsen, J.; Skibsted, L. H.; Dragsted, L. O.; Food Chem. Toxicol. 2013, 60, 10. ^, ¹⁰²102 Nguyen, H. T.; Fels-Klerx, H. J.; Boekel, M. A. J. S.; Food Rev. Int. 2014, 30, 36.
ELISA	Prático; rápido; preserva a composição das amostras sob investigação	Baixa especificidade de alguns anticorpos; possibilidade de interferências de componentes da matriz na interação antígeno-anticorpo; necessidade de validação do teste para cada matriz a ser analisada; "contaminação" por adutos glicação em proteínas bloqueadoras utilizadas em alguns kits	³²32 Uribarri, J.; Castillo, M. D.; Maza, M. P.; Filip, R.; Gugliucci, A.; Luevano-Contreras, C.; Macías-Cervantes, M. H.; Bastos, D. H.; Medrano, A.; Menini, T.; Portero-Otin, M.; Rojas, A.; Sampaio, G. R.; Wrobel, K.; Wrobel, K.; Garay-Sevilla, M. E.; Adv. Nutr. 2015, 6, 461. ^, ⁵⁷57 Thornalley, P. J.; Rabbani, N.; Biochim. Biophys. Acta 2014, 1840, 818.
GC-MS	Alta especificidade	Necessidade de analistas especializados; A necessidade de derivatização para a volatização e detecção de alguns analitos, como a CML, torna os protocolos analíticos mais complexos e custosos.	⁹⁸98 Ames, J.; Ann. N. Y. Acad. Sci. 2008, 1126, 20. ^, ¹⁰²102 Nguyen, H. T.; Fels-Klerx, H. J.; Boekel, M. A. J. S.; Food Rev. Int. 2014, 30, 36.
LC-MS/MS	Alta sensibilidade; alta especificidade, baixos limites de detecção; método robusto	Necessidade de analistas especializados; alto custo dos instrumentos; necessidade de extensa manipulação para a purificação (extração, hidrólise, delipidação) das amostras e a resolução dos analitos; adição de padrões internos para cada analito sob investigação	⁷⁷77 Delatour, T.; Hegele, J.; Parisod, V.; Richoz, J.; Maurer, S.; Steven, M.; Buetler, T.; J. Chromatogr. A 2009, 1216, 2371.
MALDI-TOF MS	Análise de proteínas intactas; mínima manipulação das amostras; detecção simultânea de diferentes tipos de modificação	Necessidade de analistas especializados; Alto custo dos instrumentos; a incorporação incompleta de açúcares às proteínas pode resultar em mudanças de massas características dos produtos de Amadori (Δm 162 Da)	²³23 Zhang, Q.; Ames, J. M.; Smith, R. D.; Baynes, J. W.; Metz, T. O.; J. Proteome Res. 2009, 8, 754.

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