Surowce
Cholina – jej formy, działanie i wpływ na funkcje poznawcze mózgu

Wprowadzenie
Nie ulega wątpliwości, że obecnie żyjemy w środowisku „nadwyżki informacyjnej” (tj. stanu, w którym ilość dostępnych informacji znacząco przekracza możliwość ich przyswojenia przez człowieka), co w dotychczasowej historii człowieka jest bezprecedensowe. Poza rozlicznymi korzyściami, które oferuje era informacyjna, siłą rzeczy rosną wymagania, aby skutecznie stawić jej czoła. Tempo rozwoju technologicznego wymusza zawężanie specjalizacji wykonywanych zajęć. Wiedzy potrzebnej do opanowania danej specjalizacji wcale nie jest przez to mniej, lecz jest ona bardziej szczegółowa, co przekłada się na potrzebę wzmocnienia zdolności poznawczych i zapamiętywania.
Rynki farmaceutyczny i nutraceutyczny starają się odpowiedzieć na to wyzwanie oferując m.in. preparaty oparte na związkach choliny. Niniejszy artykuł ujmuje w sposób ogólny charakter substancji, formy choliny, działanie tych form oraz wpływ na zdolności poznawcze.
Cholina jest kluczowym składnikiem odżywczym należącym do witamin z grupy B, odgrywającym istotną rolę we właściwym funkcjonowaniu organizmu. Jest prekursorem acetylocholiny, ważnego neuroprzekaźnika oraz składnikiem błon komórkowych, co czyni ją istotną dla funkcji poznawczych mózgu, pamięci oraz regulacji nastroju. Niedobór choliny może prowadzić do zaburzeń neurologicznych oraz negatywnie wpływać na zdrowie mózgu i funkcje poznawcze, co sprawia, że suplementacja choliny jest przedmiotem licznych badań (1).
Pierwsze odkrycia dotyczące wpływu choliny na mózg sięgają początku XX wieku, kiedy naukowcy zaczęli badać związki organiczne obecne w tkankach zwierzęcych. W 1862 r. niemiecki chemik Adolph Strecker wyizolował cholinę jako organiczny związek z żółci, jednak dopiero lata 30. i 40. XX wieku przyniosły bardziej szczegółowe badania nad jej rolą w organizmie. W latach 40. wykazano, że cholina jest kluczowym prekursorem dla neuroprzekaźnika acetylocholiny, który odgrywa istotną rolę
w procesach uczenia się, pamięci i funkcjach poznawczych. Kolejne badania w latach 70. i 80., zwłaszcza prace Richarda J. Wurtmana, potwierdziły, że cholina jest niezbędnym składnikiem diety, który znacząco wpływa na rozwój i funkcjonowanie mózgu. Odkrycia te przyczyniły się do uznania choliny za niezbędny składnik odżywczy i pobudziły rozwój suplementów wspierających zdrowie neurologiczne (2).
Formy choliny
Cholina występuje w różnych formach, z których każda charakteryzuje się odmiennymi właściwościami biologicznymi i biodostępnością.
Fosfatydylocholina (PC) – jest podstawowym fosfolipidem występującym w błonach komórkowych, szczególnie w mózgu, wątrobie oraz mięśniach. Fosfatydylocholina jest szczególnie ważna dla regeneracji błon komórkowych i produkcji neuroprzekaźników (3). Najbardziej powszechne źródło fosfatydylocholiny w suplementach diety i przemyśle farmaceutycznym to soja. Fosfatydylocholina pozyskiwana z soi jest znana z wysokiej zawartości kwasów tłuszczowych oraz fosforu. Badania potwierdzają efektywność fosfatydylocholiny pochodzącej z soi w poprawie funkcji poznawczych i ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym (4). Fosfatydylocholina występuje i jest pozyskiwana również z jaj (5), nasion rzepaku (6) czy słonecznika (7).
Glicerofosfocholina (GPC) – związana z poprawą funkcji poznawczych, zwłaszcza pamięci i koncentracji, α-GPC wykazuje wysoką biodostępność i jest popularnym składnikiem suplementów poprawiających sprawność umysłową (8). Alfa-GPC jest często pozyskiwana z fosfolipidów znajdujących się w lecytynie sojowej, która stanowi bogate źródło fosfatydylocholiny. Proces ten polega na enzymatycznej hydrolizie fosfolipidów z lecytyny sojowej, co umożliwia wyizolowanie czystej glicerofosfocholiny (9). GPC jest również naturalnym metabolitem fosfatydylocholiny, a obecna jest szczególnie w tkance mózgowej. W wyniku degradacji fosfolipidów przez fosfolipazy GPC może być uzyskiwana z materiałów biologicznych pochodzenia zwierzęcego, choć stosuje się je rzadziej niż źródła roślinne (10).
W przemyśle możliwe jest także syntezowanie GPC poprzez szereg reakcji chemicznych lub z wykorzystaniem technologii mikrobiologicznych, gdzie odpowiednie mikroorganizmy są stosowane do przekształcania fosfolipidów w GPC. Jest to metoda stosowana, gdy istnieje potrzeba pozyskania substancji o wysokiej czystości (11). Jednakże z uwagi na brak historii spożycia tej substancji w Europie przed 1997 r. Komisja Europejska nadała jej status „Nowej Żywności (Novel Foods)”, co oznacza brak możliwości wykorzystania tej substancji w produkcji suplementów diety na terenie Unii Europejskiej na dzień pisania tego artykułu (12).
Cytydylo-5′-difosfocholina (CDP-Cholina) – znana również jako cytykolina, jest związkiem o działaniu neuroprotekcyjnym i korzystnym wpływie na funkcje poznawcze. Badania sugerują, że cytykolina może poprawiać pamięć, wspomagać regenerację mózgu po urazach i poprawiać ogólne zdolności poznawcze (13). Jest ona istotnym prekursorem w syntezie fosfatydylocholiny. W suplementach oraz preparatach farmaceutycznych, cytykolina jest pozyskiwana głównie za pomocą procesu syntezy chemicznej (poprzez reakcje chemiczne, które łączą cytydynę i cholinę w formie CDP- choliny) (14), rzadziej poprzez fermentację mikrobiologiczną (15) czy izolację z tkanek zwierzęcych (16).
W przeciwieństwie do wcześniej opisanej formy α-GPC, CDP-cholina jest dopuszczona do stosowania na terenie Unii Europejskiej.
Cholina w postaci soli – dwuwinian choliny to, ze względu na niski koszt, często stosowana w suplementach diety forma choliny, jednak o niższej biodostępności w porównaniu do GPC i CDP- choliny (17). Jako substancja stosunkowo stabilna, dwuwinian choliny może być stosowany jako stabilizator dla innych wrażliwych substancji, które mogą być stosowane razem z choliną w produktach złożonych (18).
Działanie choliny
Cholina pełni kluczowe funkcje w organizmie poprzez:
Syntezę acetylocholiny – jest kluczowym składnikiem syntezy tego neuroprzekaźnika, który jest odpowiedzialny za przekazywanie impulsów nerwowych, co ma szczególny wpływ na (1):
- funkcje poznawcze – badania wykazują, że odpowiedni poziom choliny w organizmie wpływa korzystnie na funkcje poznawcze, szczególnie na pamięć, szybkość reakcji oraz procesy związane z uczeniem się (19);
- wsparcie struktury błon komórkowych – cholina jest składnikiem fosfolipidów błon komórkowych, takich jak fosfatydylocholina i sfingomielina, które są niezbędne do zachowania integralności i płynności błon komórkowych (3).
Metabolizm choliny w mózgu jest skomplikowanym procesem biochemicznym, który obejmuje wiele szlaków prowadzących do produkcji niezbędnych związków, takich jak acetylocholina, fosfatydylocholina, betaina oraz sfingomielina. Cholina jest niezwykle ważna w procesach neuroprzekaźnictwa i dla strukturalnej integralności błon komórkowych neuronów. Kluczowe Szlaki Metabolizmu Choliny to:
Biosynteza Acetylocholiny (ACh)
- Cholina jest przekształcana w acetylocholinę poprzez enzym cholinacetylotransferazę (ChAT) w obecności acetylokoenzymu A (Ac-CoA). Jak wspomniano powyżej, acetylocholina jest kluczowym neuroprzekaźnikiem w układzie nerwowym, związanym z procesami pamięciowymi i uwagą (1).
- Po uwolnieniu acetylocholiny do synapsy, enzym acetylocholinoesteraza (AChE) rozkłada ją na cholinę i octan, co umożliwia powrót choliny do neuronu presynaptycznego przez transportery choliny, gdzie proces może się powtórzyć (20).
Fosfatydylocholina i Błony Komórkowe
- Cholina jest także wykorzystywana do produkcji fosfatydylocholiny (PC), która jest podstawowym składnikiem błon komórkowych. Proces ten przebiega poprzez cykl Kennedy’ego, gdzie cholina jest fosforylowana przez kinazę cholinową do fosfocholiny, a następnie łączy się z CDP w wyniku działania cytydylotransferazy cholinowej (20).
Betaina jako Donor Grupy Metylowej
- Cholina jest przekształcana w betainę przez enzym dehydrogenazę choliny. Betaina działa jako donor grup metylowych, które są wykorzystywane do remetylacji homocysteiny do metioniny, co ma kluczowe znaczenie dla regulacji stresu oksydacyjnego i zdrowia neurologicznego (21).
Produkcja Sfingomieliny
- W mniejszym stopniu cholina jest także wykorzystywana do produkcji sfingomieliny, innego istotnego fosfolipidu błon komórkowych. Sfingomielina pełni kluczową rolę w tworzeniu osłonki mielinowej neuronów, co sprzyja efektywności transmisji sygnałów nerwowych (22).
Wpływ choliny na funkcje poznawcze
Badania nad wpływem choliny na funkcje poznawcze wykazały, że jej suplementacja, zwłaszcza w postaci α-GPC i CDP-choliny, może znacząco wspierać procesy poznawcze, zwłaszcza u osób starszych oraz tych narażonych na stres oksydacyjny i inne czynniki neurodegeneracyjne. Cytykolina, poprzez poprawę ukrwienia mózgu i działanie neuroprotekcyjne, wspiera pamięć i funkcje wykonawcze u osób starszych (13). Doświadczenia na modelach zwierzęcych wykazały, że suplementacja choliną sprzyja poprawie pamięci przestrzennej i zdolności uczenia się (3).
Natomiast randomizowane badania z udziałem ludzi wykazały, że suplementacja CDP-choliną oraz α- GPC poprawia pamięć i zdolności poznawcze u osób starszych i u pacjentów po udarze (8, 13).
Skoro cholina wpływa na rozwój neuronów oraz procesy związane z pamięcią i uczeniem się to logika podpowiada, że może być kluczowym elementem rozwoju młodego organizmu ludzkiego od fazy prenatalnej. I rzeczywiście, badanie z 2013 r. opublikowane w „The American Journal of Clinical Nutrition” dowiodło, że wyższe spożycie choliny podczas ciąży (przy suplementacji) wpłynęło korzystnie na rozwój neurologiczny dzieci (23). Co więcej, w badaniach epidemiologicznych zaobserwowano, że dzieci, których matki miały wyższe spożycie choliny, uzyskiwały lepsze wyniki w testach poznawczych. Przykładem jest badanie przeprowadzone przez Boeke i wsp. (24), które wskazało na korelację między wysokim spożyciem choliny a lepszymi wynikami w testach IQ u dzieci w wieku 4–7 lat (KBIT-2, Kaufman Brief Intelligence Test) (24).
Spożycie choliny przez matki w ciąży jest kluczowe dla rozwijającego się płodu. Cholina przenika przez łożysko i wpływa na rozwój mózgu i układu nerwowego dziecka. Badania wskazują, że niedobór choliny w diecie matki może prowadzić do zaburzeń w rozwoju poznawczym dziecka oraz zwiększać ryzyko chorób neurodegeneracyjnych w późniejszym życiu.
Wnioski
Cholina jest kluczowym składnikiem dla zdrowia mózgu i funkcji poznawczych. Suplementacja choliny, szczególnie w formach o wysokiej biodostępności, takich jak CDP-cholina i α-GPC, może wspomagać pamięć, procesy uczenia się oraz neuroplastyczność. Skoro cholina usprawnia funkcjonowanie neuroprzekaźników, to jej suplementacja jest bardzo istotna dla rozwoju potencjału poznawczego człowieka szczególnie w tak wrażliwych okresach jak wczesny, dynamiczny rozwój czy podeszły wiek i dysfunkcje związane ze starzeniem się komórek. Dalsze badania są jednak potrzebne, aby w pełni zrozumieć długoterminowe efekty suplementacji choliny i jej wpływ na funkcje poznawcze.
Bibliografia
1. Blusztajn, J. K., Slack, B. E., & Mellott, T. J. (2017). Neuroprotective actions of dietary choline. Nutritional Neuroscience, 20(5), 386–391.
2. Zeisel, S. H., & Blusztajn, J. K. (1994). Choline and human nutrition. Annual Review of Nutrition, 14(1), 269–296. DOI:10.1146/annurev.
nu.14.070194.001413.
3. Zeisel, S. H., & da Costa, K. A. (2009). Choline: an essential nutrient for public health. Nutrition Reviews, 67(11), 615–623.
4. Awad, A. B., Chen, Y. C., & Fink, C. S. (2012). The effects of lecithin on cancer prevention. Journal of Nutritional Biochemistry, 23(8), 567–572.
5. Kullenberg de Gaudry, D., Küllenberg, D., Guillet, C., & Boullier, A. (2012). Lecithin and phospholipids in human health: lecithin and pho-
spholipids in the brain. Journal of Food Science, 77(8), R199–R204.
6. Sugawara, T., & Tsuzuki, W. (2011). Lipid components of canola and other oils in the Japanese diet. Journal of Nutritional Science and
Vitaminology, 57(1), 28–33.
7. Cohn, J. S., Kamili, A., Wat, E., Chung, R. W. S., & Tandy, S. (2010). Dietary phospholipids and intestinal cholesterol absorption. Nutrients,
2(2), 116–127.
8. Wurtman, R. J. (2010). Enhancement of brain function by elevating acetylcholine levels. Brain Research Reviews, 63(1), 99–106.
9. Jeongeun K;Yejin S.; Soo Jeong L.; i in (2020) Enzymatic preparation of food-grade l-alpha-glycerylphosphorylcholine from soy phosphati-
dylcholine or fractionated soy lecithin, BIOTECHNOLOGY PROGRESS, URI: https://scholarworks.bwise.kr/cau/handle/2019.sw.cau/44337
10. Parnetti, L., Abate, G., Gallai, V., & Senin, U. (2001). Choline alphoscerate in cognitive decline and in acute cerebrovascular disease: An
analysis of published clinical data. Mechanisms of Ageing and Development, 122(16), 2041–2055. DOI:10.1016/S0047-6374(01)00313-5.
11. Ko, S. i wsp. (2016). Production of alpha-GPC by phospholipase D from soy lecithin: Optimization and enzyme stability. Process Bioche-
mistry, 51(6), 806–813. DOI:10.1016/j.procbio.2016.03.009.
12. Katalog substancji Novel Foods, https://ec.europa.eu/food/food-feed-portal/screen/novel-food- catalogue/search [05.11.2024].
13. Secades, J. J. (2016). CDP-choline: updated pharmacological and clinical review. Methods and Findings in Experimental and Clinical Phar-
macology, 38(6), 450–460.
14. Wurtman, R. J., & Ulus, I. H. (2000). Choline and its products acetylcholine and phosphatidylcholine: Relations to cerebral function and
behavior. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 24(3), 341–347. DOI:10.1016/S0149-7634(00)00011-5.
15. Secades, J. J., & Lorenzo, J. L. (2006). Citicoline: pharmacological and clinical review, 2006 update. Revista de neurología, 42(Supl 2), S44–54.
16. Lopez, G. i wsp. (2018). Industrial production and applications of CDP-choline. Applied Microbiology and Biotechnology, 102(12), 4925–4932.
DOI:10.1007/s00253-018-9007-3.
17. McCann, J. C., Hudes, M., & Ames, B. N. (2006). An overview of evidence for a causal relation between dietary availability of choline during
development and cognitive function in offspring. Neurotoxicology and Teratology, 28(2), 254–268.
18. Blusztajn, J. K., & Wurtman, R. J. (1983). Choline and cholinergic neurons. Science, 221(4611), 614–620. DOI:10.1126/science.6867733.
19. Sahu, S., Mathew, J., & Aggarwal, B. (2018). Role of choline in cognitive development. Nutrition Research, 54, 1–8.
20. Kennedy, E. P., & Weiss, S. B. (1956). The function of cytidine coenzymes in the biosynthesis of phospholipides. The Journal of Biological
Chemistry, 222(1), 193–214.
21. Albright, C. D., Tsai, A. Y., Friedrich, C. B., Mar, M. H., & Zeisel, S. H. (1999). Choline availability alters embryonic development of the hip-
pocampus and septum in the rat. Brain Research Developmental Brain Research, 113(1–2), 13–20.
22. Ishii, I., & Ikeda, M. (2019). The role of phosphatidylcholine and sphingomyelin in the integrity of the cell membrane. Journal of Lipid
Research, 60(4), 581–591.
23. Caudill M.A i wsp. (2013), Pregnancy alters choline dynamics: results of a randomized trial using stable isotope methodology in pregnant
and nonpregnant women. „The American Journal of Clinical Nutrition”.
24. Boeke, C. (2012), Choline Intake During Pregnancy and Child Cognition at Age 7 Years, doi: 10.1093/aje/kws395