Naturalne związki jako potencjalne leki przeciwnowotworowe

Iwona WawerWarszawski Uniwesytet Medyczny

Wydział Farmaceutyczny

Jakie związki chronią przed rakiem?

Aktualnie prowadzone są badania nad ponad sześciuset takimi związkami, które potencjalnie mogłyby zatrzymać powstawanie komórek nowotworowych. Aktywność przeciwnowotworową wielu substancji wykazano na hodowlach komórek, ale nie okazały się skuteczne w badaniach in vivo. Przegląd badań klinicznych doprowadził wniosku, że nie da się zahamować wzrostu zaawansowanego nowotworu, nadzieję można mieć w przypadku wczesnych zmian. Niestety, pomiędzy początkowym etapem, czyli inicjacją zmiany, a wystąpieniem nowotworu takiej wielkości, że łatwo można go zdiagnozować, mija 10 i więcej lat. Chemioprewencję raka należałoby rozpoczynać u zdrowych (jeszcze!) pacjentów.

Jakie związki chronią przed rakiem?

• Wobec rozmaitości atakujących nas kancerogenów, nie jest możliwe przewidzenie, który jest najgroźniejszy i w którym miejscu zawiedzie obrona organizmu. Bezpieczną strategią jest stosowanie wszystkich związków ochronnych naraz - w postaci bardzo urozmaiconej diety.

• Jak wiadomo, wolne rodniki powodują powstawanie patologii w komórkach, prowadząc do rozwoju nowotworów.

• Na kaskadę rodników powstających w organizmie trzeba odpowiedzieć kaskadą antyoksydantów (witamina C, A i karotenoidy, tokoferole, koenzym Q, flawonoidy i inne polifenole).

Rola związków polifenolowych

• Tradycyjna rola to kończenie rodnikowej reakcji łańcuchowej, wymiatanie rodników.

• Nowa rola to wpływ na geny kodujące enzymy czy mechanizmy sygnałowe.

• Związki typu polifenoli działają na komórki nowotworowe zmieniając ekspresję genów. Polifenole wpływają na enzymy odtruwające II fazy (CYP 450), tak działa kurkumina, kumaryny. Wpływ na poziom glutationu oraz relację GSH/GSSG (kwercetyna), tworzenie mostków siarczkowych to sygnał do apoptozy.

• Polifenole w nowych rolach są potrzebne w niskich stężeniach, rzędu nanomoli.

EFSA odrzuciła oświadczenia zdrowotne dotyczące antyoksydantów jako

niedostatecznie udowodnione

„Antyoksydant dietetyczny” : „to składnik odżywczy zmniejszający szkodliwe efekty działania rodników i ROS (tj. produkty utlenienia DNA, lipidów i białek) na normalne fizjologiczne funkcje człowieka.Wystarczające spożycie antyoksydantów jest zależne od indywidualnego zapotrzebowania, wieku, płci, stanu zdrowia, nutrigenomiki i polimorfizmu genów. Polecamy: 5xD, dietę śródziemnomorską, zieloną herbatę, czerwone wino, przyprawy...

Polifenole herbaty

• Antynowotworowe właściwości związków polifenolowych z herbaty były przedmiotem wielu badań, nie tylko laboratoryjnych, prowadzonych np. na hodowlach komórek, ale też badań epidemiologicznych, przy czym dane zbierano na dużych, kilkutysięcznych populacjach ludzi.

• U ponad 8000 Chinek codziennie pijących zieloną herbatę znacznie rzadziej występował rak sutka. Znacznie mniej przypadków raka żołądka stwierdzano u osób pijących dużo herbaty.

• Częstość występowania zmian nowotworowych prostaty jest podobna w Azji i w krajach zachodnich ale tam, gdzie pije się dużo herbaty rzadziej prowadzą one do rozsiania nowotworu i śmierci.

W eksperymentach na myszach pokazano, że w grupie dostającej zieloną herbatę rozwinęło się mniej nowotworów, mniej też było przerzutów mimo kancerogennej diety. Co działa w zielonej herbacie i jak działa?

OH

OH

OH

OOH

OH

OH

O

OH

OH O

Polifenole: flawonoidy, kurkuminoidy, taniny mogą katalizować uszkodzenia DNA w obecności jonów miedzi i żelaza. Wiadomo, że komórki nowotworowe akumulują miedź. Pro-oksydacyjne właściwości tego układu mogą decydować o efektywnym wywoływaniu apoptozy. Obecność takich kompleksów z Cu i Fe może tłumaczyć działanie przeciwnowotworowe poprzez mechanizm apoptozy.

Toxicology in Vitro 18 (2004) 555–561

Galusan epigalokatechiny (EGCG) w obecności Cu, Fe

EGCG we wspomaganiu terapii

• Oprócz hamowania karcynogenezy, EGCG pomaga zlikwidować oporność na leki używane w terapii raka piersi, np. Trastuzumab.

• 30% pacjentek leczonych tamoxifenem na raka piersi ma wznowę choroby. EGCG wpływa na białka P-gp i BCRP, które uczestniczą w usuwaniu leku poza komórkę (drug efflux).

• Terapeutyczne stężenie EGCG można osiągnąć po podaniu dożylnym (zwierzętom).

Nagle, et al. 2006. Epigallocatechin-3-gallate (EGCG): chemical and biomedical perspectives. Phytochemistry 67, 1849–1855

OH

CH3

OH

Resweratrol

W czerwonym winie może być 1-7 mg/l, ale w liściach winogron jest go więcej niż w owocach. Resweratrol wpływa na funkcjonowanie układu krążenia: może przeciwdziałać agregacji płytek krwi, poprawiać funkcję śródbłonka naczyń, stymuluje wydzielanie NO. Nie znamy rekomendowanych dawek dziennych. Można przyjąć, że powinny być to dawki zbliżone do przyjmowanych z żywnością. Zawartość w suplemencie: 6 mg/kapsułkę dziennie to ekwiwalent 4 l czerwonego wina.

Resweratrol – wspomaganie terapii

• Potencjalny lek przeciwnowotworowy? Tak, bo oksydacyjne uszkodzenia lipidów czy DNA początkują zmiany nowotworowe.

• Pacjentom z rakiem odbytnicy podawano 0,5-1 g resweratrolu dziennie. Maksymalne stężenie w tkankach to 674 nmol/g, a więc mógł hamować proliferację nowotworu.

• Stosowanie resweratrolu razem z lekami, takimi jak cisplatyna i doksorubicyna, poprawiło efekty leczenia raka jajników, zmniejszając kardiotoksyczność. Pokazano to w hodowli komórkowej, na myszach i szczurach.

• Resweratrol jest nadzieją w leczeniu nowotworu krwi, szpiczaka mnogiego. Podawanie chemioterapeutyku i resweratrolu zwiększa skuteczność leczenia. Jednak, pomimo dużych i częstych dawek, stężenie tego związku we krwi jest małe.

Qian Y.-P., et al. J., J. Med. Chem., 2009; 52 (7) 1963; Patel KR, et al. Cancer Res. 2010; 70(19) 7392; la Porte C, et al. Clin Pharmacokinet. 2010; 49(7) 449.

Jak podawać resweratrol?• Zwiększanie dawki niewiele daje, bo resweratrol słabo się

wchłania. Małe dawki działają inaczej niż duże. Przy niskich dawkach (5-10 μM) resweratrol jest antyoksydantem, w większych prooksydantem. W dużych dawkach daje sygnał do apoptozy w komórkach nowotworowych. Hamuje syntezę RNA, DNA i białek.

• Najlepiej podawać resweratrol w mieszaninie naturalnych związków. Jego biodostępność rośnie, gdy spożywany jest razem z innymi flawonoidami.

• Składniki wina: resweratrol, katechina i kwas kawowy są obecne w małych stężeniach, ale działają synergistycznie.

• Lek w postaci mieszaniny polifenoli?

Antykancerogenne polifenole wina

• Porównano przeciwnowotworowe właściwości czterech związków z czerwonego wina: katechiny, trans-resweratrolu, kwercetyny i kwasu galusowego. Raka skóry u myszy wywoływano podając pochodną antracenu. Najlepsza w ochronie skóry okazała się kwercetyna, potem katechina, resweratrol, najsłabiej działał kwas galusowy.

• Podawanie tych związków ludziom pokazało, że resweratrol jest lepiej wchłaniany niż katechina czy kwercetyna.

• W winie jest 70 mg/l katechiny, 25 mg/l kwasu galusowego, po 6 mg/l resweratrolu i kwercetyny. Niestety, wchłanianie nie jest proporcjonalne do stężenia w winie. Kwercetyna i katechina są słabo wchłaniane z przewodu pokarmowego.

George J. Soleasa, et al. Clinical Biochemistry 35 (2002) 119–124

Wino w kapsułce czy wino w kieliszku?

• Stymulacja dla badań nad polifenolami w winie, winogronach i owocach jagodowych:

• resweratrol,• antocyjaniny, • katechiny i taniny.

Kurkuma, curry (Curcuma longa)

• Suszone, zmielone kłącze używa się jako przyprawy od ponad 4000 lat. Jej konsumpcja w krajach Azji to ok. 1,5 g dziennie na osobę. Niestety, kurkumina słabo się wchłania do krwioobiegu - w ilościach rzędu nanogramów.

• Jej wchłanianie jest lepsze w obecności pieprzu lub ostrej papryki. Kurkuma z pieprzem, lub kurkuma wymieszana z ostrą papryczką tworzą pikantną palącą mieszaninę, jej proporcje to wynik wielowiekowych doświadczeń.

Kurkumina

Ma silne właściwości antyoksydacyjne, hamuje aktywność cyklooksygenazy COX-2, działa przeciwzapalnieWpływa na system enzymów „odtruwających” i na system odporności (aktywność komórek T, makrofagów, neutrofili).

CH3O

HO CH CHCOCH2COCH CH OH

OCH3

Kurkumina - lek przeciwnowotworowy?

• Kliniczne badania fazy I przeprowadzono na Tajwanie, na grupie pacjentów z różnymi nowotworami (skóry, pęcherza, żołądka). Podawano im kurkuminę od 0,5 g dziennie do 8, a nawet 12 g, bez objawów toksyczności.

• Kurkumina hamuje angiogenezę, czyli powstawanie naczyń krwionośnych odżywiających nowotwór. Wpływa na adhezję komórek, co jest ważne przy tworzeniu nowych naczyń i rozroście guza.

• Jej wchłanianie jest lepsze w obecności piperyny; zjedzenie kurkuminy razem z 20 mg piperyny spowodowało wzrost absorpcji o 2000%.

Bhandarkar SS, Arbiser JL. Curcumin as an inhibitor of angiogenesis. Adv Exp Med Biol. 595 (2007)185-95

Amigdalina: witamina B17 lub letril

• Amigdalina nigdy nie została oficjalnie sklasyfikowana jako witamina.

• Migdałowiec zwyczajny (Amygdalus communis) to główne źródło amigdaliny, choć występuje ona również w pestkach owoców z rodziny Rosaceae: morele, brzoskwinie, wiśnie, śliwki.

• Produkt hydrolizy amigdaliny to toksyczny kwas cyjanowodorowy. W jednej pestce migdała gorzkiego może znajdować się ok. 1 mg HCN.

• Doustną dawkę śmiertelną dla człowieka szacuje się na 1,5 mg/kg m.c. Zjedzenie około 50-60 sztuk migdałów przez dorosłego człowieka, albo 5-10 przez dziecko może spowodować ostre zatrucie organizmu.

Amigdalina jest połączeniem dwóch cząsteczek glukozy z cząsteczką fenyloacetonitrylu, nazywanego mandelonitrylem.

Cyjanowodór (HCN) jest szybko działającą trucizną, jego toksyczne działanie wynika z blokowania enzymów oddechowych - oksydaz cytochromowych. Hipoteza: komórki nowotworowe posiadają większą zawartość enzymu β-glukozydazy, rozkładającego amigdalinę do HCN i właśnie to jest możliwą przyczyną selektywnego działania na nowotwory.

Amigdalina: truje czy leczy?

• Cochrane Database System Rev. (2011): przegląd 200 artykułów z różnych baz medycznych. Nie ma randomizowanych badań klinicznych dowodzących korzystnego działania na pacjentach z nowotworem.

• Czy amigdalina faktycznie jest hydrolizowana przez β-glukozydazę – enzym odpowiedzialny za rozkład glukozydów w organizmie?

• Pomocą w potwierdzeniu przeciwnowotworowego działania amigdaliny, może być wsparcie badań klinicznych nowoczesnymi metodami teoretycznymi, in silico, czyli prowadzenie symulacji zachowania się związków chemicznych, nie narażając zdrowia pacjentów.

Praca magisterska (WUM, 2012), Maciej Chojnacki „Badania amigdaliny z zastosowaniem metod in silico.”

• Przeprowadzone badania in silico pokazują, że amigdalina teoretycznie mógłaby mieć pożądany wpływ na komórki nowotworowe i znaleźć zastosowanie w medycynie. Amigdalina wykazuje powinnowactwo do enzymu β-glukozydazy. Jeśli hipoteza dotycząca wysokiej zawartości amigdaliny w komórkach nowotworowych jest prawdziwa, to możliwe, że takie komórki są narażone na większe stężenia cyjanowodoru.

• Interesująca jest możliwość pobudzania procesu apoptozy za pomocą amigdaliny. Enzym, którego inhibicja mogłaby powodować pożądaną aktywację kaspaz (a w efekcie śmierć komórki) to białko XIAP z grupy inhibitorów apoptozy.

• Po przeprowadzeniu dokowania molekularnego okazało się, że amigdalina mogłaby być czynnikiem skutecznie hamującym ten enzym, a więc związkiem o działaniu przeciwnowotworowym.

Ułożenie amigdaliny w miejscu aktywnym β-glukozydazy. Amigdalina wiąże się z miejscem aktywnym białka za pomocą końcowej reszty cukrowej, tworzy wodorowe wiązania z aminokwasami. Wyraźnie niski Total Score uzyskano w przypadku prunazyny, jednocukrowego odpowiednika amigdaliny. Jednak dwucukrowe glikozydy są bardziej odpowiednim substratem dla reakcji zachodzącej w miejscu aktywnym β-glukozydazy.

Druga struktura to białko XIAP, enzym z grupy inhibitorów apoptozy. Interesujące było sprawdzenie, czy cząsteczka amigdaliny może działać jako inhibitor tego enzymu i w efekcie pobudzać apoptozę w komórkach. Wyniki dokowania molekularnego do białka XIAP wskazują na możliwość jego inhibicji przez amigdalinę, silniejszą niż dla większości wcześniej badanych związków. To pozytywny wynik, choć tylko in silico. Indukowanie apoptozy potwierdzono w badaniach na komórkach HeLa - to sugeruje możliwość uśmiercania komórek nowotworowych z wykorzystaniem amigdaliny. Immunopharmacol Immunotoxicol. 2013;35(1):43-51

Praca magisterska (2012), Maciej Chojnacki „Badania amigdaliny z zastosowaniem metod in silico.”

• Przeprowadzone badania in silico pokazują, że amigdalina teoretycznie mógłaby mieć pożądany wpływ na komórki nowotworowe i znaleźć zastosowanie w medycynie. Amigdalina wykazuje powinnowactwo do enzymu β-glukozydazy. Jeśli hipoteza dotycząca wysokiej zawartości amigdaliny w komórkach nowotworowych jest prawdziwa, to możliwe, że takie komórki są narażone na większe stężenia cyjanowodoru.

• Interesująca jest możliwość pobudzania procesu apoptozy za pomocą amigdaliny. Enzym, którego inhibicja mogłaby powodować pożądaną aktywację kaspaz (a w efekcie śmierć komórki) to białko XIAP z grupy inhibitorów apoptozy.

• Po przeprowadzeniu dokowania molekularnego okazało się, że amigdalina mogłaby być czynnikiem skutecznie hamującym ten enzym, a więc związkiem o działaniu przeciwnowotworowym.

Lek roślinny to lek wielocelowy

• Biologia systemów proponuje całościowe spojrzenie na chorobę - podejście sieciowe, w którym lek ma blokować lub aktywować więcej niż jeden cel molekularny, będący elementem danego szlaku sygnałowego.

• Farmakologia systemowa (ang. network pharmacology) ma szansę być nowym i przełomowym paradygmatem w projektowaniu leków, interdyscyplinarnie łączącym dorobek chemii medycznej, nowoczesnych metod komputerowych i biologii systemów.

A. L. Hopkins, Network pharmacology: the next paradigm in drug discovery, Nat. Chem. Biol. 2008, 4, 682-690.