Assessment of the effects of extra virgin olive oil in improving symptoms of Alzheimer disease by molecular, pharmacological, and clinical approaches

Abstract

This doctoral thesis investigates the therapeutic potential of extra virgin olive oil and its bioactive polyphenolic compounds in Alzheimer’s disease through an integrated molecular, pharmacological, and clinical approach. Alzheimer’s Disease is a multifactorial neurodegenerative disorder characterized by amyloid-β accumulation, tau hyperphosphorylation, oxidative stress, neuroinflammation, and synaptic dysfunction. Given the limited efficacy of current therapies, this work explores natural compounds, particularly olive oil polyphenols, as multi-target modulators of AD-related pathways. The study combines in vitro experiments, clinical sample analysis, and in silico modeling. Cytotoxicity and cellular response were evaluated across multiple human cell lines (HepG2, SH-SY5Y, MRC5), demonstrating dose- and time-dependent effects of individual olive oil-derived compounds and their mixtures. Molecular mechanisms were investigated using RT-qPCR, revealing modulation of key pathways involved in DNA repair (ATM, XRCC1), oxidative stress (SOD2, GPX1), inflammation (TNF, IL1B, IL6), and cell cycle regulation (BDNF). Neuropharmacological relevance was further assessed through cholinesterase inhibition assays, highlighting the potential of specific compounds to target neurotransmission deficits in AD. In parallel, lipidomic and metabolomic analyses (LC-MS, MALDI-MS) of clinical samples from dietary intervention studies demonstrated systemic metabolic remodeling. These changes included improved lipid homeostasis, reduced ceramide-associated toxicity, enhanced mitochondrial function, and modulation of inflammatory pathways. Additionally, artificial intelligence-driven ADMET and target prediction analyses provided insights into pharmacokinetic behavior and blood–brain barrier permeability, identifying compounds with favorable central nervous system accessibility. Overall, the findings support the hypothesis that olive oil polyphenols exert multi-level neuroprotective effects, acting on interconnected biological pathways relevant to AD pathogenesis. This integrative approach bridges nutrition, molecular pharmacology, and precision medicine, highlighting Extra Vigin Olive Oil as a promising candidate for preventive and therapeutic strategies against Alzheimer’s Disease.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά το θεραπευτικό δυναμικό του εξαιρετικά παρθένου ελαιολάδου και των βιοδραστικών πολυφαινολικών ενώσεών του στη νόσο Alzheimer μέσω μιας ολοκληρωμένης μοριακής, φαρμακολογικής και κλινικής προσέγγισης. Η νόσος Alzheimer αποτελεί μια πολυπαραγοντική νευροεκφυλιστική διαταραχή, που χαρακτηρίζεται από συσσώρευση αμυλοειδούς‑β, υπερφωσφορυλίωση της tau, οξειδωτικό στρες, νευροφλεγμονή και συναπτική δυσλειτουργία. Δεδομένης της περιορισμένης αποτελεσματικότητας των υφιστάμενων θεραπειών, η παρούσα εργασία εξετάζει φυσικές ενώσεις, ιδίως τις πολυφαινόλες του ελαιολάδου, ως πολυ-στοχευτικούς ρυθμιστές μονοπατιών που σχετίζονται με την παθογένεση της νόσου. Η μελέτη συνδυάζει in vitro πειράματα, ανάλυση κλινικών δειγμάτων και in silico μοντελοποίηση. Η κυτταροτοξικότητα και η κυτταρική απόκριση αξιολογήθηκαν σε πολλαπλές ανθρώπινες κυτταρικές σειρές (HepG2, SH‑SY5Y, MRC5), αποκαλύπτοντας δοσοεξαρτώμενες και χρονικά εξαρτώμενες επιδράσεις μεμονωμένων ενώσεων που προέρχονται από το ελαιόλαδο, καθώς και των μιγμάτων τους. Οι μοριακοί μηχανισμοί διερευνήθηκαν μέσω RT‑qPCR, αναδεικνύοντας ρύθμιση βασικών μονοπατιών που εμπλέκονται στην επιδιόρθωση DNA (ATM, XRCC1), στο οξειδωτικό στρες (SOD2, GPX1), στη φλεγμονή (TNF, IL1B, IL6) και στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου (BDNF). Η νευροφαρμακολογική σημασία αξιολογήθηκε περαιτέρω μέσω δοκιμασιών αναστολής χολινεστεράσης, οι οποίες ανέδειξαν τη δυνατότητα συγκεκριμένων ενώσεων να στοχεύουν ελλείμματα νευροδιαβίβασης στη νόσο Alzheimer. Παράλληλα, λιπιδωμικές και μεταβολομικές αναλύσεις (LC‑MS, MALDI‑MS) κλινικών δειγμάτων από μελέτες διατροφικής παρέμβασης αποκάλυψαν συστημική μεταβολική αναδιαμόρφωση. Οι αλλαγές αυτές περιλάμβαναν βελτιωμένη λιπιδική ομοιόσταση, μείωση της τοξικότητας που σχετίζεται με τα κεραμίδια, ενίσχυση της μιτοχονδριακής λειτουργίας και τροποποίηση φλεγμονωδών μονοπατιών.