MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav experimentální biologie Oddělení genetiky a molekulární biologie

Přírodní polyfenolické látky v prevenci a terapii nádorových onemocnění

Brno 2012

Martin Sloupenský

Poděkování Rád bych touto cestou poděkoval vedoucímu bakalářské práce Mgr. Petru Benešovi PhD. za užitečné rady a za čas, který mi při zpracování bakalářské práce věnoval. Dále bych chtěl poděkovat prof. RNDr. Janu Šmardovi, CSc , pod jehož záštitou práce vznikla.

2

Obsah 1

Úvod.........................................................................................................4

2

Polyfenolické látky .................................................................................5

3

2.1

Kurkumin................................................................................................ 6

2.2

Resveratrol.............................................................................................. 7

2.3

Epigallokatechin gallát .......................................................................... 7

Molekulární cíle .....................................................................................8 3.1

4

Inhibice transkripčních faktorů ........................................................... 8 3.1.1

NF-κB ................................................................................................. 10

3.1.2

AP-1 .................................................................................................... 11

3.1.3

JAK/STAT signalizace...................................................................... 12

3.2

Indukce apoptózy ................................................................................. 13

3.3

Potlačení angiogeneze .......................................................................... 14

3.4

Vliv na cyklooxygenázy a lipoxygenázy ............................................. 15

Klinické studie..................................................................................... 16 4.1

Rakovina tlustého střeva ..................................................................... 16

4.2

Rakovina děložního čípku ................................................................... 17

5

Závěr .................................................................................................... 19

6

Literatura............................................................................................. 20

3

1 Úvod Rakovina je zákeřné onemocnění ovlivněné řadou faktorů vnějšího a vnitřního prostředí organismu. V současné době roste její výskyt především ve vyspělých zemích, což je přisuzováno hlavně špatnému životnímu stylu obyvatel. V České republice onemocní rakovinou téměř 70 000 obyvatel ročně a tento počet se každým rokem zvyšuje. Ukázalo se, že lidé v jihovýchodní Asii trpí méně často rakovinou ve srovnání se západním obyvatelstvem. Toto zjištění je přisuzováno skladbou jídelníčku obyvatel Asie, který je bohatý na potraviny rostlinného původu jako je česnek, zázvor, kurkuma, sója, cibule, chilli, zelený čaj atd. Tyto potraviny jsou bohaté na výskyt polyfenolických látek, kterým je přisuzován protinádorový účinek. Polyfenolické látky jako kurkumin v koření kari, epigalokatechin gallát v čaji, resveratrol v červeném víně a další tvoří skupinu složek stravy s pozoruhodnou účinností v preklinických modelech karcinogeneze. Polyfenoly mohou zrušit nebo potlačit proces karcinogeneze

působením

na

buněčné

signalizační

dráhy,

což

může

vést

k vyvolání apoptózy. Polyfenoly potlačují transformační, hyperproliferační a zánětlivé procesy, které způsobují karcinogenezi. Těmito procesy může dojít dokonce k inhibici angiogeneze a metastazování. V dnešní době probíhá řada studií zabývajících se mechanismy účinků těchto látek na buněčných liniích in vitro. Klinických studií, které by mohli pomoci vyhodnotit jejich léčebné využití v nádorových onemocnění je zatím málo. Cílem této práce je shrnutí dosud známých informací o účinku polyfenolických látek na prevenci rakoviny a na její léčbu, se zaměřením na vnitřní mechanismy. A v neposlední řadě představit nové poznatky ve využití těchto látek v léčebném procesu.

4

2 Polyfenolické látky Polyfenolické sloučeniny jsou jednou z nejpočetnějších a široce distribuovaných skupin látek v rostlinné říši. V současné době je známých více než 8000 fenolických struktur. (Harborne, 1993) Polyfenoly jsou produktem sekundárního metabolismu rostlin. Vznikají dvěma syntetickými cestami: shikimátové cesty a acetátové cesty. (Harborne, 1989) Přírodní polyfenoly se mohou vyskytovat ve formě jednoduchých molekul, jako jsou fenolové kyseliny, až po vysoce polymerní látky, jako jsou třísloviny. Vyskytují se především v konjugované formě s jedním nebo více cukernými zbytky spojenými s hydroxylovými skupinami. Spojené cukry mohou být přítomné ve formě monosacharidů, disacharidů nebo dokonce oligosacharidů. Nejběžnějším cukerným zbytkem je glukóza. (Bravo, 1998) Nejdůležitějšími zdroji polyfenolů jsou ovoce, zelenina, semena, káva, víno, pivo a kakao. (Scalbert a Williamson, 2000) V poslední době vzrůstá zájem o tyto látky díky jejím ochranným biologickým vlastnostem. Postupně se zjišťuje, že polyfenoly mají antioxidační, antikarcinogenní, protizánětlivé, antialergické a další vlastnosti, díky kterým se mohou uplatnit při léčbě řady chorob. (Jemal et al., 2008)

5

Obr. 1: Nejdůležitější polyfenolické látky v léčbě nádorových onemocnění (Domenico et al., 2011, upraveno)

2.1

Kurkumin Kurkumin (diferuloylmethan) je žlutě zbarvený polyfenol, který se získává z rostliny

Curcuma longa (známé pod názvem kurkuma). Žluté pigmenty v kurkumě obsahují kurkuminoidy, které se dělí na curcumin (kurkumin I), demethoxycurcumin (kurkumin II), bisdemethoxycurcumin (kurkumin III) a nedávno identifikovaný cyklocurcumin. Komplex kurkumonoidů je také známý pod názvem zázvor žlutý nebo indický šafrán. Kurkuminoidy tvoří 3-5% kurkumy. (Aggarwal et al., 2007) Různé fytochemické látky získané z kurkumy vykazují strukturální homologie k derivátům zázvoru, pepře, chilli nebo hřebíčku. Kurkumin je polyfenolická sloučenina obsahující ß-diketon skupinu. Obsahuje dvě molekuly kyseliny ferulové spojené přes methylenové mosty na atom C karboxylových skupin. (Sharma, 1976) V současné době je stále nejasné, jaká část je rozhodující pro jeho biologickou aktivitu. Mezi kandidáty patří 6

dvojné vazby v alkenové části molekuly, hydroxyl skupiny benzenových jader nebo hlavní ß -diketon složka. (Osawa et al., 2005) Kurkumin je málo rozpustný ve vodě. Rozpouští se v organických rozpouštědlech , jako je dimethylsulfoxid, etanol, metanol nebo aceton. Jeho molekulární vzorec je C21H20O6, teplota varu je 183 °C a mvolekulární hmotnost 368,37g/mol. Kurkumin je stabilní v kyselém prostředí, ale nestabilní v neutrálním prostředí, kde je degradován na ferulovou kyselinu a feruloylmethan. (Pan et al., 1999)

2.2 Resveratrol Resveratrol (3,4,5-trihydroxystilben) je derivát stilbenu, který se nachází ve slupkách a jadérkách vinné révy, v rybízu, v borůvkách, v červeném víně a ve spoustě dalších rostlin. Rostliny produkují resveratrol ve větší míře ve stresových podmínkách, které mohou být způsobeny bakteriálními nebo plísňovými patogeny. Resveratrol se nachází buď samostatně nebo je vázán na glukózu. Existuje ve dvou izomerech: cis a trans. Trans forma se může změnit na cis formu ultrafialovým zářením. Jeho molekulární vzorec je C14H12O3.(Prokop et al., 2006) Rostliny produkují resveratrol ve větší míře ve stresových podmínkách, které mohou být způsobeny bakteriálními nebo plísňovými patogeny. Hladina resveratrolu v potravinách je značně rozdílná. Například červené víno obsahuje až desetkrát více této látky, než bílé víno. To je zapříčiněné rozdílnou technologií výroby, kdy červené víno kvasí i se slupkami a bílé bez nich. Velkou roli hraje také odrůda vinné révy. Červené víno obsahuje běžně 4-20 mg/l resveratrolu. (Gu et al., 1999)

2.3 Epigallokatechin gallát Konzumace čaje sahá až do starověku, kdy ho využívali Číňané. Už v té době mu přisuzovali blahodárné účiny na zdraví. V současné době je čaj jeden z nejpopulárnějších nápojů na světě. Používají ho 2/3 lidské populace. Zelený i černý čaj se získávají z listů Camellia sinensis. Čajové lístky obsahují řadu polyfenolů, ale nejdůležitější jsou katechiny, které tvoří 30-40% jejich hmotnosti. Hlavním katechinem obsaženém v čaji je

7

epigallokatechin gallát (EGCG) ester kyseliny epigallokatechinové a kys. gallové. Jeho molekulární vzorec je C22H18O11. EGCG se nachází pouze v zeleném čaji. V černém čaji se nevyskytuje, protože při jeho zpracování dochází k přeměně katechinů na theaflaviny a thearubiginy. (Arts et al., 2000)

3 Molekulární cíle Ukazuje se, že polyfenoly působí na řadu biochemických a molekulárních kaskád. Modulují různé cíle prostřednictvím přímé interakce nebo modifikace exprese genů. Polyfenoly se váží na 33 různých proteinů včetně thioredoxin reduktázy, COX2, protein kinázy C, 5-lipoxygenázy a tabulin. Různé molekulární cíle modulované polyfenoly jsou transkripční faktory, růstové faktory a jejich receptory, cytokiny, enzymy a geny regulující buněčnou proliferaci a apoptózu. (Aggarwal et al., 2007) V dalších částech jsem se zaměřil především na protirakovinné účinky kurkuminu. Ostatní polyfenolické látky působí stejným nebo podobným způsobem.

3.1 Inhibice transkripčních faktorů Transkripční faktory jsou proteiny, které se vážou na DNA pomocí specifického promotoru nebo zesilovače a fungují jako genetické přepínače regulující expresi různých genů. Transkripční faktory mohou být selektivně aktivovány nebo deaktivovány jinými proteiny, což je často poslední krok v signální transdukci. Eukaryotické transkripční faktory skoro vždy působí jako pozitivní regulátory. Stovky transkripčních faktorů s funkčně rozdílnými

doménami,

nezbytnými

pro

aktivaci

DNA,

byly

identifikovány

a

charakterizovány u několika organismů. Některé z transkripčních faktorů jsou důležitým terapeutickým cílem při řadě onemocnění. Například prozánětlivý transkripční faktor NF-κB řídí expresi genů, která ovlivňuje důležité buněčné procesy, jako je transformace buněk, proliferace, invaze, metastáz, adheze, angiogeneze a apoptóza. (Aggarwal, 2004)

8

Další transkripční faktor, aktivační protein 1 (AP-1), je spojený s aktivací růstové regulace a transformace buněk, zánětu a vrozené imunitní odpovědi. AP-1 je důležitým regulátorem exprese genů, řídících apoptózu a proliferaci. Proteiny STAT, neboli signální snímače a aktivátoři trandukce, svou aktivací přispívají k onkogenezi. Bylo prokázáno, že kurkumin modifikuje signální dráhy odpovědné za regulaci a aktivaci některých transkripčních faktorů. (Shishodia a Aggarwal, 2004)

Obr. 2: Mechanismus účinku kurkuminu na některé transkripční faktory v buňce karcinomu (Johnson a Mukhtar, 2007, upraveno)

9

3.1.1

NF-κB Transkripční faktor NF-κB je aktivován u téměř všech typů rakoviny a potlačuje

apoptózu v nejrůznějších nádorech. NF-κB je transkripční faktor, který se nachází v cytoplazmě jako heterotrimer skládající se z p50 - p65 podjednotek. V cytoplazmě je udržován pomocí inhibitiru I-κBα. NF-κB se váže na promotor RNA polymerázy II a ovlivňuje tím expresi genů. NF-κB se aktivuje pomocí receptorů pro TNF-α a IL-1, které patří mezi cytokiny. Po navázání těchto cytokinů se rozpadne inhibitor I-κB. Tím se uvolní NF-κB, který byl vázán na I-κB. (Baldwin, 2001) NF-κB může být aktivováno volnými radikály, zánětlivými procesy, karcinogeny, promotory rakoviny, endotoxiny, UV zářením, rentgenovým zářením. Po aktivaci je transportován do jádra, kde navodí expresi více než 200 genů, které mají za následek potlačení apoptózy. Mnoho z cílových genů, které jsou aktivovány NF-κB, jako COX-2, cyklin D1, Bcl-2 a Bcl-XL jsou rozhodující pro rozvoj karcinogeneze. Proto látky, které mohou potlačit aktivaci NF-κB, mají potenciál, aby zabránily nebo oddálily nástup rakoviny. (Wang et al., 2006) Kurkumin moduluje konstitutivní aktivaci NF-κB signalizujících buněk v G1/S fázi buněčného cyklu a aktivaci navazujících kaspáz. Kurkumin vyvolává tuto činnost downregulací aktivity IKK (I-κB kinázy), která způsobuje fosforylaci a ubiquitinem zprostředkovanou degradaci inhibičních podjednotek I-κBα a tím brání uvolnění podjednotky p65 pro jadernou translokaci a následné aktivaci jeho cílových genů. Down-regulace exprese NF-κB vede k potlačení proliferace, zastavení buněčného cyklu v G1/S fázi a indukci apoptózy. NF-κB může být aktivován různými látkami jako TNF-α, H2O2, cigaretovým kouřem, interferonem-α. (Vadhan et al., 2007; Dhillon et al., 2006)

10

Obr. 3: Model zobrazující NF-κB a Akt dráhy a jejich inaktivaci kurkuminem (Mohanty a Sahoo, 2010, upraveno)

3.1.2

AP-1 Aktivační protein 1 je další transkripční faktor, který je úzce spjatý s transformací a

rozsevem nádorových buněk. (Karin et al., 1997) K aktivaci AP-1 je zapotřebí fosforilace cJun, která je aktivována stresem aktivovanou kinázou JNK (c-Jun N terminal kinase). Aktivace JNK je spojována s buněčnou transformací. (Xia et al., 2000) Bylo zjištěno, že kurkumin inhibuje aktivaci AP-1 vyvolané nádorovými promotéry a aktivaci JNK, vyvolanou karcinogeny. (Chen a Tan, 1998) Bierhaus et al. (1997) prokázali, že kurkumin způsobuje inhibici AP-1 díky své přímé interakci s AP-1 DNA vazebným motivem. Dickinson et al. (2003) zjistili, že blahodárné účinky vyvolané kurkuminem jsou dány změnami ve struktuře transkripčních faktorů, které tvoří EpRE a AP-1 komplexy, které ovlivňují genovou expresi glutamát-cystein ligázy. Kurkumin potlačuje AP-1 a transkripční aktivity v T lymfocytech infikovaných HTLV-1 virem. Kurkumin inhibuje růst HTLV-1 infikovaných buněk tím, že zastaví buněčný cyklus. To může být způsobeno

11

potlačením exprese junD. (Tomita et al., 2006) Infekce papillomavirem vede k rozvoji rakoviny děložního čípku především kvůli působení virových onkogenů E6 a E7. Kurkumin potlačuje expresi virových onkogenů E6 a E7, stejně jako downregulaci vazby AP-1, které jsou nepostradatelné součásti tkáňové exprese HPV. (Divya a Pillai, 2006)

3.1.3

JAK/STAT signalizace Rakovina

vzniká

několika

genetickými

nebo

epigenetickými

mechanismy,

které aktivují řadu onkogenních signálních drah. Vypadá to, že všechny dráhy konvergují na omezený počet jaderných transkripčních faktorů, které fungují jako konečné efektory a startují určité modely exprese genů pro určitou rakovinu. Jedná se o skupinu proteinů STAT (signální snímače a aktivátory transkripce). (Yu a Jove, 2004) Mohou být aktivovány fosforilací přes JAK kinázy nebo přes receptory cytokinů (EGFR) tyrosin-kinázovou aktivitu. Ze sedmi známých STAT proteinů jsou v karcinomu často aktivovány proteiny STAT3 a STAT5. Podílejí se na tvorbě myelomů, lymfomů, leukémií a několika solidních nádorů, a proto jsou to vyhledávané cíle pro rakovinou terapii. Tyto STAT proteiny přispívají k přežití a růstu buněk tím, že zabraňují apoptóze prostřednictvím zvýšené exprese antiapoptických proteinů, jako Bcl-2 a Bcl-XL. Nedávno se ukázalo, že STAT3 je přímým aktivátorem genu VEGF, který je zodpovědný za zvýšenou angiogenezi. Ještě důležitější se ukázala zvýšená exprese STAT3 a STAT5. Tyto transkripční faktory se podílejí na procesech, které chrání nádorové buňky před imunitním systémem. Zvyšují expresi genů potlačujících imunitní systém a snižují expresi prozánětlivých cytokinů, které jsou zodpovědné za zrání dendritických buněk. (Hong et al., 2003) Bylo prokázáno, že kurkumin inhibuje JAK-STAT zprostředkované signální procesy u rakoviny, jako je mnohočetný myelom. (Bharti et al., 2003) Kurkumin také inhibuje IL-6 indukovanou STAT-3 fosforylaci a jadernou STAT3 translokaci u mnohočetného myelomu. Proto může kurkumin účinně ovlivňovat abnormální signalizační procesy, které se vyskytují u nádorů. Aktivace Src homologické domény (SH2), obsahující protein tyrosin fosfatázy, jako SHP-2, negativně ovlivňuje činnost JAK, čímž by mohl kurkumin negativně ovlivnit STAT signalizaci. (Kim et al., 2003)

12

3.2 Indukce apoptózy Apotóza neboli programovaná buněčná smrt hraje zásadní roli v normálním vývoji mnohobuněčných organismů a v zachování tkáňové homeostáze. Aberace apoptózy je spojena s rozvojem nádorových onemocnění a odolnosti nádorových buněk proti terapii. (Steller, 1995) Chemoterapií a ozařováním se ničí nádorové buňky z části tím, že se přimějí k apoptóze, ale většina nádorů má vysokou hladinu konstitutivně aktivního NF-κB, který činí nádorové buňky odolné vůči indukci apoptózy. Podpora apoptózy v nádorových buňkách může tedy vést k regresi a zlepšení prognózy rakoviny. Schopnost

kurkuminu

vyvolávat

apoptózu

selektivně

v nádorových

a

transformovaných buňkách přispívá k jeho protinádorovému potenciálu. Jeho inhibiční účinek byl prokázán u buněčných linií leukémie, rakoviny plic a rakoviny děložního čípku. (Bharti et al., 2003) Jing et al. (1996) uvádějí, že kurkumin indukuje buněčné smršťování, kondenzaci chromatinu a fragmentaci DNA u fibroblastů myšího embrya (NIH 3T3), myších zhoubných buněk S180 a buněk rakoviny tlustého střeva HT-29. (Jiang et al., 1996) Mezi nejdůležitější signalizační dráhy účastnící se apoptózy patří intracelulární kaspázy. Aktivita těchto kaspáz je přímo nebo nepřímo odpovědná za proteolytické štěpení určitých buněčných proteinů, což má za následek apoptickou buněčnou smrt. Nejdůležitější jsou kaspázy 3, 8 a 9. (Anto et al., 2002) Kurkumin aktivuje kaspázu 3 a kaspázu 9 pomocí cytochromu c, který se uvolní z mitochondrií. (Mukhopadhyaya et al., 2001) Kurkumin také snižuje produkci antiapoptických bílkovin Bcl-2, Bcl-XL, cIAP a zvyšuje hladinu proapoptického proteinu Bax. (Aggarwal et al. 2006)

13

Obr. 4: Model zobrazující místa působení kurkuminu při indukci apoptózy (Reuter et al., 2008, upraveno)

3.3 Potlačení angiogeneze Angiogeneze, regulovaný vznik nových cév, je základem některých fyziologických procesů, jako například embryonálního vývoje, formování placenty a hojení ran. Je to jeden z příkladů, jak může nádor převzít kontrolu nad těmito procesy a deregulovat je ke svému vlastnímu prospěchu. Normální vznik krevních cév se skládá z příjmu stimulačního signálu endoteliálními buňkami a sekrecí matrix metalloproteinázy (MMP) a heparanázy, které způsobují rozpuštění extracelulárního matrixu (ECM). Uvolněné buňky poté migrují do nových míst, kde se formují do nových kapilár a rostou ke zdroji čerstvé krve. (Folkman, 2003) Když se nádor pokouší o růst nových kapilár, jsou tyto fyziologické procesy pozměněny. Nové cévy tvořené nádorem mají často neúplné bazální membrány a mikrokapiláry jsou chaotické bez organizace. Tyto kapiláry mají také neúměrné endoteliální

14

buňky k pericytu. Nové krevní kapiláry jsou více propustné, což má za následek nerovnováhu proantigenních a antiantigenních faktorů. Zásah do mechanismů spínačů angiogeneze může mít velký vliv při léčbě rakoviny. Kurkumin může zasahovat do činnosti MMP-2 a MMP-9, čímž se snižuje degradace ECM, která tvoří základ angiogeneze. (Chen et al., 2004) Lze tedy zasahovat do uvolňování angiogenních a růstových faktorů, které jsou uloženy v ECM. Tím, že kurkumin inhibuje několik receptorů růstových faktorů, jako je EGFR a VEGFR, může mít významný dopad na indukci angiogeneze, která je nezbytná pro růst nových krevních kapilár v nádoru. (Dorai et al., 2001) Kurkumin a EGCG také ovlivňují non-receptory tyrosin kinázy jako SRC a FAK, čímž mohou ovlivnit signalizaci PI-3 kinázy, zodpovědné za indukci angiogeneze prostřednictvím cílových genů jako je COX-2, VEGF, IL-8 a MMP. (Reddy a Aggarwal, 1994; Leu et al., 2003) Tím, že kurkumin inhibuje MMP-2, může mít negativní dopad na MMP-2 zprostředkovanou degradaci lamin-5 izoformy, která se podílí na vytvoření agresivního nádoru jako je melanom nebo rakovina prostaty. (Shim et al., 2003)

3.4 Vliv na cyklooxygenázy a lipoxygenázy Bylo prokázáno, že kurkumin potlačuje syntézu prostaglandinů (PGs). Vliv PGs a dalších eikosanoidů ve vývoji rakoviny je znám již více než dvě desetiletí. Zvýšení syntézy PGs může mít vliv na růst nádoru u lidí. Řada studií ukazuje účinek syntézy PG na metabolismus karcinogennů, proliferaci nádorových buněk a jejich metastazující potenciál. (Qiao et al., 1995) Cyklooxygenáza (COX) je klíčový enzym odpovědný za konverzi kyseliny arachidonové na PGs. Skládá se ze dvou různých izoforem (COX-1 a COX-2). COX-1 je konstitutivní izoforma přítomná ve většině tkání a napomáhá jejich normální funkci. (Funk et al., 1991) Při inhibici COX-1 dochází k řadě nežádoucích účinků, jako je tvorba peptidického vředu nebo zhoršení průtoku krve v ledvinách. Naproti tomu COX-2 se nachází pouze v mozku a míšní tkáni. V mnoha ostatních tkáních může být jeho exprese indukována hormony ovulace v těhotenství, cytokiny, růstovými faktory, onkogeny a nádorovými promotéry. Nadměrná exprese COX-2 aktivuje karcinogenezi u mnoha nádorových onemocnění. (Fang et al., 2003) Existuje stále více důkazů, že inhibitory aktivity COX-2 jsou užitečné při léčbě zánětlivých onemocnění a při prevenci nebo léčbě rakoviny. (Masferrer et al., 1994) Další výzkumy naznačují, že metabolity arachidonové kyseliny 15

odvozené z lipoxygenázy (LOX) hrají důležitou roli při vzniku transdukčních signálu, což by mohlo pomoci k zachycení progrese rakoviny. V poslední době se objevuje množství důkazů, naznačujících, že kurkumin potlačuje COX-2. Kawamori et al. (1998) dokázali, že kurkumin výrazně inhibuje fosfolipázy A2 ve sliznici tlustého střeva a v nádorech, což vede k uvolňování PGE2. Na rozdíl od COX-2, který inhibuje katalytickou aktivitu enzymu COX, kurkumin snižuje COX-2 na transkripční úrovni. Mechanismus účinku kurkuminu není omezený pouze na PG inhibici. Kurkumin také potlačuje LOX aktivitu a produkci LOX metabolitů ve střevní sliznici a nádorech. LOX metabolity podporují adhezi nádorových buněk, stimulují šíření nádorových buněk a zvětšují metastatický potenciál. (Hong et al., 2004) Zhang et al. (1999) exponovali gastrointestinální buňky k dvěma známým nádorovým promotorů: chenodeoxycholátu a phorbolovému esteru. Tým zjistil, že COX-2 byl indukován v několika buněčných liniích a doprovázený desetinásobným zvýšením syntézy PGE2. Po přidání kurkuminu byla potlačena indukce exprese COX-2 proteinu a syntéza PGE2. Nejzajímavější však bylo zjištění, že kurkumin inhibuje přímo enzymatickou aktivitu COX-2.

4 Klinické studie

4.1 Rakovina tlustého střeva Rakovina tlustého střeva je třetí nejčastější rakovina ve Spojených státech amerických. Vyskytuje se především ve vyspělých zemích u lidí trpících obezitou a se špatnými stravovacími návyky. Riziko vzniku rakoviny narůstá při nízkém příjmu vlákniny, vysokém obsahu tuků v potravě a nízkém příjmu vápníku. (Pisani et al., 2002) Sharma et al. studovali farmakodynamické a farmakokinetické účinky perorálního extraktu z kurkumy u pacientů s kolorektálním karcinomem. Patnáct pacientů s pokročilým karcinomem odolným proti standardní chemoterapii pobíralo extrakt z kurkumy po dobu čtyř měsíců. Extrakt byl dobře tolerován a neukázaly se žádné toxické účinky u pacientů. Požitím 440 mg extraktu kurkumy za 29 dní se snížila o 59% činnost lymfocytární gluthation S-transferázy, což je pozitivní zjištění. (Sharma et al., 2001) Garcea et al. (2005) provedli 16

studii na dvanácti pacientech s metastazujícím kolorektálním karcinomem. Tito pacienti užívali 450-3600 mg kurkuminu denně po dobu jednoho týdne před chirurgickým zákrokem. Vědci se chtěli dozvědět, zda perorální podání kurkuminu ve výše uvedených koncentracích u maligní jaterní tkáně vyvolává farmakologickou aktivitu. Toto se nepotvrdilo. Pravděpodobně proto, že střevní metabolismus kurkuminu vede k nižší biologické dostupnosti.

Graf 1: Na době a dávce závislé usmrcování buněk rakoviny tlustého střeva kurkuminem. Buňky HCT-116 byly vystaveny léku DMSO samostatně nebo s kurkuminem v uvedených koncentrací (Watson et al., 2010, upraveno)

4.2 Rakovina děložního čípku Rakovina děložního čípku je velkou hrozbou pro zdraví spousty žen. Je to jedna z nejčastěji se vyskytujících rakovin na světě. Hlavním etiologickým faktorem rakoviny děložního čípku byly identifikovány lidské papillomaviry (HPV). Hypotéza o vztahu mezi HPV infekcí a rakovinou děložního čípku byla poprvé formulována na začátku 70. let. (zur Hausen, 1974) Chemopreventivní a chemoterapeutické účinky kurkuminu byly prokázány na modelech rakoviny děložního čípku. Nicméně přes potvrzené prospěšné účinky kurkuminu bylo provedeno jen málo klinických studií. Cheng et al. provedli v roce 2001 studii zaměřenou na hodnocení protinádorových vlastností, toxikologii, farmakokinetiku a biologické účinky 17

dávky u pacientů s cervikální intraepiteliální neoplazií. Studie ukázala, že kurkumin není toxický pro člověka až do dávky 8000 mg za den. Pacientům byl kurkumin podáván ústy po dobu tří měsíců. Použití kurkuminu zlepšilo prekancerózní léze nejméně u 25% pacientů. (Cheng et al., 2001)

18

5 Závěr Přirozeně se vyskytující polyfenolické látky, mezi které patří i kurkumin, resveratrol a epigalokatechin gallát, přináší nový pohled na prevenci a léčbu rakoviny. Tyto látky mohou interferovat zahájení, vývoj a progresi rakoviny různými buněčnými procesy. Mohou zastavit buněčný cyklus tím, že indukují apoptózu prostřednictvím uvolnění cytochromu c, aktivací kaspáz, regulací Bcl-2 proteinů nebo inhibicí šíření transkripčních signálů. Mohou se také podílet na potlačení klíčových proteinů zapojených do angiogeneze a metastáze. Důležité je, že se tyto antiproliferační a proapoptické účinky polyfenolů ukazují být selektivní na buňky rakoviny. Tím pádem normální buňky nejsou ovlivněné léčbou. Většina moderních léků používaných k léčbě rakoviny má řadu nevýhod. Mezi ně patří jejich vysoká cena, toxicita pro organismus a často malá účinnost při léčbě. Proto pochopení signalizačních drah a molekulárních událostí vedoucích ke karcinogenezi poskytne lepší možnosti při vývoji účinných chemopreventivních a chemoterapeutických látek, které se specificky zaměřují na funkci těchto drah. Budoucí studie z in vitro systémů by měly být začleněny ve studiích in vivo, zejména v klinických studiích pro hodnocení použitelnosti polyfenolů při léčbě rakoviny u lidí. Chceme-li v budoucnu využívat polyfenoly při léčbě rakoviny, další studie a pokusy jsou nutné.

19

6 Literatura Aggarwal, B.B, Surh, Y.H., Shishodia, S. 2007. The molecular targets and therapeutics of curcumin in health and disease. Advances in Experimental Medicine and Biology. Springer Publication, 995 pp.

Aggarwal, B.B. 2004. Nuclear factor-kappaB: the enemy within. Cancer Cell. 6: 203–208.

Aggarwal, B.B., Kumar, A., Bharti, A.C. 2003. Anticancer potential of curcumin: preclinical and clinical studies. Anticancer Res. 23: 363–398.

Aggarwal, S., Ichikawa, H., Takada, Y., Sandur, S.K., Shishodia, S., Aggarwal, B.B. 2006. Curcumin (diferuloylmethane) down-regulates expression of cell proliferation and antiapoptotic and metastatic gene products through suppression of IkappaBalpha kinase and Akt activation. Mol Pharmacol. 69: 195.

Anto, R.J., Mukhopadadhyay, A., Denning, K., Aggarwal, B.B. 2002. Curcumin (diferuloylmethane) induces apoptosis through activation of caspase-8, BID cleavage and cytochrome c release: its suppression by ectopic expression of Bcl-2 and Bcl-xL. Carcinogenesis. 23: 143.

Anuchapreeda, S., Leechanachai, P., Smith, M.M., Ambudkar, S.V., Limtrakul, P.N. 2002. Modulation of P-Glycoprotein expression and function by curcumin in multi-drug resistant human KB cells. Biochem. Pharmacol. 64: 573–582.

Arts, I.C.W., van den Putte, C., Hollman, P.H.C. 2000. Catechin contents of foods commonly consumed in the Netherlands. Journal of Agriculture and Food Chemistry. 48: 1752–1757.

20

Baldwin, A.S., Jr. 2001. Series introduction: the transcription factor NF-kappaB and human disease. J Clin Invest. 107: 3–6.

Bharti, A.C., Donato, N., Aggarwal, B.B. 2003. Curcumin (diferuloylmethane) inhibits constitutive and IL-6 inducible STAT3 phosphorylation in multiple myeloma cells. J. Immunol. 171: 3863–3871.

Bharti, A.C., Donato, N., Singh, S., Aggarwal, B.B. 2003. Curcumin (diferuloylmethane) down-regulates the constitutive activation of nuclear factor-kB and IkBa kinase in human multiple myeloma cells, leading to suppression of proliferation and induction of apoptosis. Blood. 101: 1053.

Bierhaus, A.,

Zhang, Y., Quehenberger, P., Luther, T., Haase, M., Muller, M.,

Mackman, N., Ziegler, r., Nawroth, P.P. 1997. The dietary pigment curcumin reduces endothelial tissue factor gene expression by inhibiting binding of AP-1 to the DNA and activation of NF-kappa B. Thromb Haemost. 77: 772–782.

Bravo, L. 1988. Polyphenols: Chemistry, dietary sources, metabolism, and nutritional significance. Nutr. Rev. 11: 317-333.

Dhillon, N., Aggarwal B.B., Li, L., Chiao, P., Sarkar, F., Wolff, R.A., Kurzrock, R. 2006. Phase II trial of curcumin (diferuloylmethane), an NF-jB inhibitor, in patients with advanced pancreatic cancer. J. Clin. Oncol. 24: 14151.

Dickinson, D.A., Iles, K.E., Zhang, H., Blank, V., Forman, H.J. 2003. Curcumin alters EpRE and AP-1 binding complexes and elevates glutamate-cysteine ligase gene expression. FASEB J. 17: 473–475.

21

Divya, C.S., Pillai, M.R. 2006. Antitumor action of curcumin in human papillomavirus associated cells involves downregulation of viral oncogenes, prevention of NFkB and AP1 translocation, and modulation of apoptosis. Mol Carcinog. 45: 320–332.

Domenico, F.D., Foppoli, C., Coccia, R., Perluigi, M. 2011. Antioxidants in cervical cancer: Chemopreventive and chemotherapeutic effects of polyphenols. Biochim. Biophys. Acta. 10: 1016.

Dorai, T., Cao, Y-C., Dorai, B., Buttyan, R.,Katz, A.E. 2001. Therapeutic potential of curcumin in prostate cancer-III. Curcumin inhibits proliferation, induces apoptosis and inhibits angiogenesis of LNCaP prostate cancer cells in vivo. Prostate. 47: 293–303.

Fang, H.Y., Lin, T.S., Lin, J.P., Wu, Y.C., Chow, K.C., Wang, L.S. 2003. Cyclooxygenase-2 in human non-small cell lung cancer. Eur J Surg Oncol. 29: 171–177.

Folkman, J. 2003. Fundamental concepts of the angiogenic process. Curr. Mol. Med. 3: 643–651.

Funk, C.D., Funk, L.B., Kennedy, M.E., Pong, A.S., FitzGerald, G.A. 1991. Human platelet/erythroleukemia cell prostaglandin G/H synthase: cDNA cloning, expression and gene chromosomal assignment. FASEB J. 5: 2304–2312.

Garcea, G., Berry, D.P., Jones, D.J., Singh, R., Dennison, A.R., Farmer, P.B., Sharma, R.A., Steward, W.P., Gescher, A.J. 2005. Consumption of the putative chemopreventive agent curcumin by cancer patients: assessment of curcumin levels in the colorectum and their pharmacodynamic consequences. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 14: 120–125.

Gu, X., Creasy, L., Kester, A., Zeece, M. 1999. Capillary electrophoretic determination of resveratrol in wines. J Agric Food Chem. 47: 3223-3227.

22

Harborne, J.B. 1989. Methods in plant biochemistry, I: plant phenolics. Academic Press, London.

Harborne, J.B. 1993. The flavonoids: advances in research since 1986. Chapman and Hall, London.

Hong, J., Bose, M., Ju, J., Ryu, J.H., Chen, X., Sang, S. 2004. Modulation of arachidonic acid metabolism by curcumin and related beta-diketone derivatives: Effects on cytosolic phospholipase A(2), cyclooxygenases and 5-lipoxygenase. Carcinogenesis. 25: 1671– 1679.

Hong, J., Lambert, J.D., Lee, S.H., Sinko, P.J., Yang, C.S. 2003. Involvement of multidrug resistance associated proteins in regulating the cellular levels of (K)-epigallocatechin-3-gallate and its methyl metabolites. Biochem. Biophys. Res. Commun. 310: 222–227.

Chen, H.W., Yu, S.L., Chen, J.J., Li, H.N., Lin, Y.C., Yao, P.C. 2004. Anti-invasive gene expression profile of curcumin in lung adenocarcinoma based on a high throughput microarray analysis. Mol. Pharmacol. 65: 99–110.

Chen, Y.R., Tan, T.H. 1998. Inhibition of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling pathway by curcumin. Oncogene. 17: 173–178.

Cheng, A.L., Hsu, C.H., Lin, J.K., Hsu, M.M., Ho, Y.F., Shen, T.S., Ko, J.Y., Lin, J.T., Lin, B.R., Ming-Shiang, W., Yu, H.S., Jee, S.H., Chen, G.S., Chen, T.M., Chen, C.A., Lai, M.K., Pu, Y.S., Pan, M.H., Wang, Y.J., Tsai, C.C., Hsieh, C.Y. 2001. Phase I clinical trial of curcumin, a chemopreventive agent, in patients with high-risk or premalignant lesions. Anticancer. Res. 21: 2895–2900.

23

Jemal A, Siegel R, Ward E, Hao Y, Xu J, Murray. 2008. Cancer Statistics. CA Cancer J Clin. 58: 71-96.

Jiang, M.C., Yang-Yen, H.F., Yen, J.J., Lin, J.K. 1996. Curcumin induces apoptosis in immortalized NIH 3T3 and malignant cancer cell lines. Nutr. Cancer. 26: 111–120.

Johnson, J.J., Mukhtar, H. 2007. Curcumin for chemoprevention of colon cancer. Cancer Letters. 255: 170–181.

Karin, M., Liu, Z., Zandi, E. 1997. AP-1 function and regulation. Curr Opin Cell Biol. 9: 240–246.

Kawamori, T., Rao, C.V., Seibert, K., Reddy, B.S. 1998. Chemopreventive activity of celecoxib, a specific cyclooxygenase-2 inhibitor, against colon carcinogenesis. Cancer Res. 58: 409–412.

Kim, S.Y., Park, E.J., Joe, E.H., Jou, I. 2003. Curcumin suppresses Janus Kinase-STAT inflammatory signaling through activation of src homology-2 domain containing tyrosine phosphatase 2 in brain microglia. J. Immunol. 171: 6072–6079.

Leu, T.H., Su, S.L., Chuang, Y.C., Maa, M.C. 2003. Direct inhibitory effect of curcumin on src and focal adhesion kinase activity. Biochem. Pharmacol. 66: 2323–2331.

Masferrer, J.L., Zweifel, B.S., Manning, P.T., Hauser, S.D., Leahy, K.M., Smith, W.G., Isakson, P.C., Seibert, K. 1994. Selective inhibition of cyclooxygenase-2 in vivo is antiinflammatory and nonulcerogenic. Proc Natl Acad Sci USA. 91: 3228–3232.

24

Mohanty, Ch., Sahoo, S.K. 2010. The in vitro stability and in vivo pharmacokinetics of curcumin

prepared

as

an

aqueous

nanoparticulate

formulation.

Biomaterials.

31: 6597-6611.

Mukhopadhyaya, A., Bueso-Ramos, C., Chatterjee, D., Pantazis, P., Aggarwal, B.B. 2001. Curcumin downregulates cell survival mechanisms in human prostate cancer cell lines. Oncogene. 20: 759.

Osawa, T., Sugiyama, Y., Inayoshi, M., Kawakishi, S. 2005. Biosci. Biotech. Biochem. Tokio, 59: 1609.

Pan, M.H., Huang, T.M., Lin, J.K. 1999. Biotransformation of curcumin through reduction and glucuronidation in mice. Drug Metab. Dispos. 27: 486–494.

Pisani, P., Bray, F., Parkin, D.M. 2002. Estimates of the world-wide prevalence of cancer for 25 sites in the adult population. Int. J. Cancer. 97: 72–81.

Prokop, J., Abrman, P., Seligson, A.L., Sovak, M. 2006. Resveratrol and its glycon piceid are stable polyphenols. Journal of Medicinal Food. 9: 4-11.

Qiao, L., Kozoni, V., Tsioulias, G.J., Koutsos, M.I., Hanif, R., Shiff, S.J. 1995. Selected eicosaniods increase the proliferation rate of human colon carcinoma cell lines and mouse colonocytes in vivo. Biochim Biophys Acta. 1258: 215–223.

Reddy, S., Aggarwal, B.B. 1994. Curcumin is a non-competitive and selective inhibitor of phosphorylase kinase. Fed. Eur. Biochem. Soc. Lett. 341: 19–22.

25

Reuter, S., Eifes, S., Dicato, M., Aggarwal, B.B., Diederich, M. 2008. Modulation of anti-poptotic and survival pathways by curcumin as a strategy to induce apoptosis in cancer cells. Biochemical pharmacology. 76: 1340-1351.

Scalbert, A., Williamson, G. 2000. Dietary intake and bioavailability of polyphenols. J Nutr. 130: 2073-2085.

Sharma, O.P. 1976. Biochem. Pharmacol. Tokio, 25: 1811.

Sharma, R.A., McLelland, H.R., Hill, K.A., Ireson, C.R., Euden, S.A., Manson, M.M., Pirmohamed,

M.,

Marnett,

L.J.,

Gescher,

A.J.,

Steward,

W.P.

2001.

Pharmacodynamic and pharmacokinetic study of oral curcuma extract in patients with colorectal cancer. Clin. Cancer Res. 7: 1894–1900.

Shim, J.S., Kim, J.H., Cho, H.Y., Yum, Y.N., Kim, S.H., Park, H.J. 2003. Irreversible inhibition of CD13/AminopeptidaseN by the anti-angiogenic agent curcumin. Chem. Biol. 10: 695–704.

Shishodia, S., Aggarwal, B.B. 2004. Nuclear factor-kappaB: A friend or a foe in cancer? Biochem Pharmacol. 68: 1071–1080.

Steller, H. 1995. Mechanisms and genes of cellular suicide. Science. 267: 1445.

Tomita, M., Kawakami, H., Uchihara, J.N., Okudaira, T., Masuda, M., Takasu, N., Matsuda, T., Ohta, T., Tanaka, Y., Mori, N. 2006. Curcumin suppresses constitutive activation of AP-1 by downregulation of JunD protein in HTLV-1-infected T-cell lines. Leuk Res. 30: 313–321.

26

Vadhan, V.S., Weber, D., Giralt, S., Alexanian, R., Thomas, S., Zhou, X., Patel, P., Bueso-Ramos, C., Newman, R., Aggarwal B.B. 2007. Curcumin downregulates NF-κB and related genes in patients with multiple myeloma: results of phase1/2 study. Am. Soc. Hematol.

Wang, Z., Zhang, Y., Banerjee, S., Li, Y., Sarkar, F.H. 2006. Notch-1 down-regulation by curcumin is associated with the inhibition of cell growth and the induction of apoptosis in pancreatic cancer cells. Cancer. 106: 2503–2513.

Watson, J.L., Hill, R., Yaffe, P.B., Greenshields, A., Walsh, M., Lee, P.W., Giacomantonio, C.A., Hoskin, D.W. 2010. Curcumin causes superoxide anion production and p53-independent apoptosis in human colon cancer cells. Cancer Letters. 297: 1–8.

Xia, Y., Makris, C., Su, B., Li, E., Yang, J., Nemerow, G.R., Karin, M. 2000. MEKkinase 1 is critically required for c-Jun N-terminal kinase activation by proinflammatory stimuli and growth factor-induced cell migration. Proc Natl Acad Sci USA. 97: 5243–5248.

Yu, H., Jove, R. 2004. The STATs of cancer. New molecular targets come of age. Nat. Rev. Cancer. 4: 97–103.

Zhang, F., Altorki, N.K., Mestre, J.R., Subbaramaiah, K., Dannenberg, A.J. 1999. Curcumin inhibits cyclooxygenase-2 transcription in bile acid- and phorbol ester-treated human gastrointestinal epithelial cells. Carcinogenesis. 20: 445–451.

zur Hausen, H., Meinhof, W., Scheiber., W., Bornkamm, C.W. 1974. Attempts to detect virus-specific DNA in human tumors. I. Nucleic acid hybridizations with complementary RNA of human wart virus. Int. J. Cancer. 13: 650–656.

27