Флавоноиди: мит или реалност за терапия на рак?

За повече подробности, свържете се сtina.xiang@wecistanche.com

Резюме: Nutraceuticals са биологично активни молекули, присъстващи в храните; те могат да имат благоприятен ефект върху здравето, но не са налични в достатъчно големи количества, за да изпълняват тази функция. Растителните метаболити, като полифенолите, са широко разпространени в растителното царство, където играят фундаментална роля в развитието на растенията и взаимодействията с околната среда. Сред тях флавоноидите са от особен интерес, тъй като имат значително въздействие върху човешкото здраве. In vitro и/или in vivo проучвания описват флавоноидите като основни хранителни вещества за предотвратяване на няколко заболявания. Те показват широка и обещаваща биоактивност за борба с рака,възпаление, бактериални инфекции, както и за намаляване на тежестта на невродегенеративни и сърдечно-съдови заболявания или диабет. Ето защо не е изненадващо, че интересът към флавоноидите рязко се е увеличил през последните години. Повече от 23 000 научни публикации за флавоноиди са описали потенциалната противоракова активност на тези естествени молекули през последното десетилетие. Изследвания, in vitro и in vivo, показват, че флавоноидите проявяват противоракови свойства, а много епидемиологични проучвания потвърждават, че диетичният прием на флавоноиди води до намален риск от рак. Този преглед дава поглед върху механизмите на действие на флавоноидите върху раковите клетки.

Ключови думи: флавоноиди; рак; оксидативен стрес; възпаление; апоптоза/автофагия; метастази; ангиогенеза

1. Въведение

Theраксмъртността е намаляла през годините поради изследвания и профилактика, но честотата на заболеваемост се е увеличила. Няколко проучвания подчертават ролята на растителната диета в превенцията на заболявания, свързани с появата на тумори [1]. Ползите от растителната диета могат да произтичат от наличието на различни биоактивни компоненти - като фенолни съединения, каротеноиди и особено флавоноиди - в зеленчуците. Последните се считат за незаменими и присъстват в различни хранителни, козметични, фармацевтични, медицински и козметични приложения. Поради тези приложения изследванията върху флавоноидите се увеличиха значително през последните години.

Флавоноиди са подгрупа от вторични метаболити, принадлежащи към голяма колекция от фенолни съединения, синтезирани от растенията. Те са широко разпространени сред фотосинтезиращите организми и са изобилни в храни и напитки от растителен произход (Таблица 1), където качественият и количественият състав могат да варират значително. Химическата структура е съставена от скелет с 15 въглеродни атома, съдържащ два бензенови пръстена (А и В), свързани с хетероцикличния пираничен пръстен (С) [2]. Флавоноидите могат да бъдат разделени на няколко подгрупи: флавони, флавоноли, флаванони, флаванноли, флаваноли или катехини, антоцианини и халкони [3]. Това разграничение произтича от основната структура на флавоноида (Фигура 1), флавоновия пръстен, който представлява основната част от флавоноида, и степента на ненаситеност и окисление на въглеродния пръстен. Освен това в растенията агликонът е основната флавоноидна структура; въпреки това могат да присъстват метилови етери и ацетилови естери на алкохолната група, както и гликозиди, образувани чрез свързване с въглехидрати, като L-рамноза, D-глюкоза, глюкозо-рамноза, галактоза или арабиноза [4].

Над 10 000 молекули принадлежат към голямата група флавоноиди [12,13]. Този брой се увеличава значително, ако вземем предвид не само продуктите, получени от флавоноидите и образувани по време на обработката и съхранението на храната, но и метаболитите и конюгатите, произведени в тялото след приема им. Следователно концентрациите на флавоноиди и структурната сложност и физикохимичните характеристики варират значително в зависимост от източника и матрицата [14].

Много е трудно да се оцени диетичният прием на флавоноиди поради тяхната количествена и качествена вариабилност в зеленчуците и плодовете, което може да попречи на установяването на епидемиологични връзки по отношение на тяхното въздействие върху човешкото здраве и болести. Многобройните изследвания върху абсорбцията и бионаличността присъстват в литературата са прегледани от различни автори [15-17]. Няколко фактора могат да повлияят на бионаличността на флавоноидите, като молекулни тегла, гликозилиране и естерификация, което води до известна степен на несигурност относно реалните нива на тяхната бионаличност и абсорбция в човешкото тяло [17].

Подробно описание на метаболитното превръщане на флавоноидите след прием с храна е предоставено от Crozier и колеги [16] и Landete [18]. Накратко, метаболитното преобразуване на флавоноидите може да се извърши в тънките черва с освобождаване на агликони в резултат на хидролазни дейности. Тази стъпка е последвана от преобразуване в черния дроб, където се произвеждат конюгирани форми, т.е. О-глюкурониди, сулфатни естери и О-метилови естери на флавоноидите. Тялото може да третира тези метаболити като ксенобиотици; като по този начин ги отстранява от кръвния поток [16,18]. Глюкуронидите и сулфатните производни могат да се екскретират по-лесно чрез урината и жлъчката [18]. Следователно анализът на плазмата може да не предостави ценна информация за профилите на тези метаболити, докато екскрецията в урината представлява голяма индивидуална вариабилност в зависимост от класовете флавоноиди и възможността за абсорбиране на метаболитите от телесните тъкани. Нещо повече, съединенията, които не се абсорбират от червата, ще продължат към дебелото черво, където ще бъдат структурно модифицирани от микрофлората на дебелото черво. Получените катаболити могат да се абсорбират в кръвния поток и накрая да се екскретират в урината. Освен това, флавоноидите могат да модулират състава на чревната микробиота чрез увеличаване на популацията от полезни бактерии, напр. Bifidobacterium и Lactobacillus, и инхибиране на растежа на различни патогени [19]. Тази способност на флавоноидите осигурява важен антиполитичен механизъм.

1.1. Биосинтетичен път на флавоноидите в растенията

Метаболизмът нафлавоноидивключва гени, които вече присъстват в първите сухоземни растения, черния дроб и мъховете [20]. Биохимичният път се характеризира чрез изследване на мутанти с променен синтез на флавоноиди, присъстващи в различни растителни видове [21]. Ключовите прекурсори за синтеза на флавоноиди са фенилаланин и малонил-КоА, произведени от пътя на шикимата и цикъла на ТСА (цикъла на трикарбоксилната киселина). По пътя на шикимата ароматните аминокиселини се произвеждат в растения, бактерии и гъбички. Този път се състои от седем ензимни реакции, като се започне от реакцията между фосфоенолпируват и еритрозо-4-фосфат, до синтеза на хоризмат, крайният продукт на пътя, катализиран от хоризмат синтаза. Мутазата на хоризмата пренарежда хоризмата към префената; последният е субстратът, използван за синтезиране на фенилаланин [22]. В растенията фенилаланинът е предшественик на 4-кумароил-КоА, последващ фенилаланин амонячно-лиазна активност (PAL) и 4-кумарат-КоА лигаза. За да инициира синтеза на флавоноиди, 4-кумароил-КоА реагира с малонил-КоА [23] (Фигура 2). Тези ензими се локализират от цитозолната страна на ендоплазмения ретикулум (ER), както се предполага от експерименти за имунна локализация, и се възстановяват в разтворимата фракция на клетъчните екстракти. Освен това, ензимите се свързват един с друг чрез протеин-протеинови взаимодействия на повърхността на ендоплазмения ретикулум (ER); по този начин, образувайки комплекс [21,24,25]. Данните за ко-локализацията на някои ензими в тонопласта и ядрото предполагат динамично поведение на биосинтетичния комплекс. Това би благоприятствало както канализирането, така и изместването на крайните продукти за задоволяване на физиологичните нужди на клетката [24]. Съединенията са насочени към вакуоли като органели за съхранение (т.е. антоцианини, флавонол и флавонови гликозиди) или към клетъчни стени [21. Важно е обаче да се отбележи, че при определени физиологични условия растителните клетки са в състояние да ремобилизират флавоноиди от вакуолни отлагания, така че транспортът през тонопласта не е еднопосочен [25]. В допълнение към вакуолите и клетъчните стени, флавоноидите се намират в цитозола, ER, хлоропластите (т.е. кверцетин и кемпферол гликозиди), ядрото (т.е. изофлавоноидите куместрол и 4',7-дихидроксифлавон в Medicago truncatula) и малки везикули, както и апопластично пространство (т.е. флавон, флавонол агликони и изофлавони)[25]. Една ефективна транспортна система на флавоноиди в клетките изглежда е в основата на тяхното широко разпространение в различни клетъчни отделения. Две основни системи изглежда участват в транспорта на флавоноиди, едната базирана на мембранни везикули, а другата на мембранен транспортер, които не изглеждат взаимно изключващи се [25].

1.2. Ролята на флавоноидите в растенията

Запазването на гените, участващи в метаболизма на флавоноидите по време на еволюцията на сухоземните растения, е ясна индикация за тяхната фундаментална роля във физиологията на растението [15]. Флавоноидите са отговорни за цвета и аромата на цветята, участват в репродуктивните стратегии, защитават клетките от вредното ултравиолетово лъчение (съществено за живота на сухоземните растения) и играят роля в устойчивостта към болести, както и в симбиотичната асоциация (т.е. като сигнални молекули в симбиоза растение-микроорганизъм). Като участват в реакциите на стрес, те предпазват растението от суровите условия на околната среда [26-28]. Широкото разпространение на флавоноидите предполага, че тяхната антиоксидантна активност е стабилна характеристика за оцеляването и годността на сухоземните растения. Всъщност техният синтез се засилва след излагане на растението на силен стрес, тъй като тяхната мощна антиоксидантна активност може да противодейства на вредните ефекти на реактивните кислородни видове (ROS) [29,30].

1.3. Флавоноиди и биотехнология

Флавоноидите са свързани с много благоприятни агрономични характеристики и ползи за здравето на хората, така че тяхното метаболитно инженерство е важна цел за растителната биотехнология [25]. Количеството флавоноиди в растенията варира в зависимост от вида, условията на отглеждане и етапа на развитие. Всъщност, дори ако лечебните и ароматните растения са доста ефективни при производството на тези молекули, растенията, отглеждани на полето, не винаги могат да представляват добър източник на тези метаболити. Това се дължи на трудностите при култивирането на растенията, сезонните вариации в продуктивността, специфичното за тъканите/органите производство и проблемите, свързани с пречистването. Поради тези причини промишленото производство на полифеноли би било трудно да се поддържа, ако растенията, отглеждани на полето, бяха единственият източник на суровина. От друга страна, изключително сложните структури и стереоспецифичността на флавоноидите често правят химическия синтез икономически неосъществим [31]. Техниките in vitro могат да представляват инструмент за подобряване на биосинтеза на флавоноиди и наличност през цялата година за преодоляване на тези проблеми. Различни растителни култури in vitro (т.е. калус, култури от клетъчна суспензия, култури от органи и космати корени) и техники за трансформация са използвани за изследване и подобряване на синтеза на тези важни молекули [31-35]. Бяха взети под внимание няколко подхода, като избор на високодобивни линии, хранене с прекурсори и използване на елиситори [36]. Последното включва добавяне към хранителната среда на молекули на биологичен или химичен синтез, способни да стимулират натрупването на вторични метаболити в растението като защитен отговор на стресови условия [28], задействани и активирани от елиситори [{{8} },36]. Положителни резултати са получени при различни видове [37] и в тази перспектива използването на елиситори може да се обмисли за бъдещо развитие в индустриален мащаб.

Освен това, подобрените познания за ролята на miRNAs в регулирането на биосинтетичния път на флавоноидите ще позволят подобрения в метаболизма на тези молекули. Модулирането на нивата на miRNA може да бъде мощен инструмент както за получаване на по-добър добив, така и за синтез на желани комбинации от метаболити [38].

2. Ракови превантивни дейности на флавоноидите

Широкият спектър от биологични действия, извършвани от флавоноидите, до голяма степен зависи от тяхната характеристика като мощни противовъзпалителни и антиоксиданти, които противодействат на свободните радикали, свързани по важен начин с много хронични дегенеративни заболявания (Фигура 3). При патологични състояния увеличаването на свободните радикали уврежда различни видове молекули, като нуклеинови киселини, протеини и липиди, и води до стареене и смърт на клетките, но също така и до насърчаване на канцерогенезата [39].

2.1. Флавоноиди и хронично възпаление

Раксе счита за заболяване, свързано с хроничнивъзпаление[41]. При различни възпалителни заболявания изходът води до канцерогенеза. В жлъчните пътища холангиокарциномът произвежда хроничен възпалителен инфилтрат, дължащ се на инфекцията с Clonorchis Sinensis [42]. Helicobacter pylori представлява една от основните причини за аденокарцином и лимфом на лимфоидната тъкан, свързана със стомашната лигавица [43]. Хроничната инфекция с вируса на хепатит B и C може да доведе до хепатоцелуларен карцином, третата водеща причина за смърт от рак [44]. И накрая, папиломавирусната инфекция е водеща причина за рак на пениса и аногенитален рак при хората. Освен това рискът от развитие на рак на пикочния мехур може да повиши следната шистозомиаза, както и рискът от заразяване със сарком на Капоши след инфекция с човешки херпесвирус тип 8. Други форми на хронично възпаление, освен тези, генерирани от микробни инфекции, могат да допринесат за канцерогенезата. Повишеният риск от рак на панкреаса, хранопровода и жлъчния мехур е описан като последица от възпалителни заболявания като метаплазия на Барет, езофагит и хроничен панкреатит [45, A46]. Открити са също така възможни връзки между язва на Marjolin и рак на кожата [47], азбест и мезотелиом [48], цигарен дим и рак на бронхите [48], хронична астма и рак на белия дроб [49], язвен лихен планус и плоскоклетъчен карцином [ 50], възпаление/фимоза на препуциума и рак на пениса [51] и между възпаление на таза/яйчниците и рак на яйчниците [52]. Ракът на простатата се свързва с хроничен простатит, причинен от персистираща бактериална инфекция или от неинфекциозни механизми [53]. Следователно връзката между хроничното възпаление и развитието на рак изглежда подкрепена от все повече доказателства.

В това отношение флавоноидите демонстрират двойната способност да намаляват възпалението и пролиферацията на туморни клетки. Таксифолинът, флаванонол, открит в иглолистните дървета, има противовъзпалителни или антипролиферативни ефекти. При швейцарски мишки албиноси, заразени с бензопирен, мутаген, който често присъства в цигарения дим и автомобилните изгорели газове. той упражнява потиснато възпаление чрез стимулиране на Nrf2 (ядрен фактор еритроиден 2-свързан фактор 2) сигнален път, който играе централна роля в осигуряването на резистентност към оксидативен стрес и възпаление чрез инхибиране на NF-kB [54,55]. Хризинът е агликонов флавоноид с противовъзпалителни функции. Прилагането на хризин при мишки, заразени с LPS (липополизахарид), намалява развитието на белодробни увреждания чрез потискане на инозитол-изискващия ензим l /тиоредоксин взаимодействие протеин/нуклеотид-свързващ олигомеризиращ домейн-подобен рецепторен протеин 3 път [56]. При плъхове той предотвратява миокардните усложнения на предизвикания от хиперхолестеролемия оксидативен стрес чрез активиране на ендотелната синтаза на азотен оксид и Nrf2 целевите гени като SOD (супероксид дисмутаза) и каталаза [57]. Освен това, хризин значително инхибира пролиферацията и индуцира апоптоза на човешки ракови клетки на шийката на матката [58] и колоректални ракови клетки [59] чрез модулиране на различни апоптотични гени и гени на пътя на AKT/MAPK. Тези резултати подчертават два различни механизма, чрез които флавоноидите определят ефектите върху възпалението и клетъчната пролиферация: от една страна, те активират Nrf2 пътя, за да инхибират NF-kB и да задействат противовъзпалителния ефект; от друга страна, те действат върху клетъчната пролиферация чрез модулиране на гените, участващи в апоптозата и AKT/MAPK (протеин киназа В/митоген-активирана протеин киназа) пътя.

2.2. Флавоноиди и оксидативен стрес

Вътреклетъчната среда в раковите клетки има високо ниво на ROS в сравнение с нормалната клетка, главно водороден пероксид, поради антиоксидантна система, която вече не е ефективна. В нормалните клетки адекватното съотношение на глутатион (GSH/GSSG) превръща водородния пероксид във вода. Когато съотношението на глутатиона намалее, водородният пероксид се превръща в хидроксилен радикал (OH'), който е много реактивен радикал, който води до увреждане на ДНК и мутации в туморни супресорни гени, първоначално критично събитие, което предизвиква канцерогенеза [60]. Най-малко три етапа характеризират развитието на рака: инициация, промоция и прогресия.Оксидативен стресучаства във всички фази на този процес (Фигура 4). По време на началната фаза ROS може да увреди ДНК чрез въвеждане на генни мутации и структурни промени в ДНК. Във фазата на промоция, ROS има фундаментална роля за увеличаване на клетъчната пролиферация или намаляване на клетъчната апоптоза като следствие от модификация на генната експресия, комуникацията между клетките и вътреклетъчните сигнални пътища [61]. И накрая, оксидативният стрес допринася за прогресирането на туморния процес чрез по-нататъшна мутагенеза в инициираната клетъчна популация [62]. Терапевтичната цел на много противоракови лекарства е да повишат вече високото ниво на ROS, присъстващо в туморните клетки, за да задействат апоптозната каскада [63]. Дори флавоноидите, макар и признати за тяхната антиоксидантна активност, могат да имат прооксидантна активност и по този начин да предизвикат апоптоза в раковите клетки.

Нарингенинът е флаванон, който е най-изобилен в грейпфрут, мандарина, портокал, сурова лимонова кора и сурова кора от лайм. Той спира клетъчния цикъл и индуцира апоптоза в няколко човешки туморни клетки [64,65] и също така потиска инвазивността и метастатичния потенциал на стомашни ракови клетки и клетки на хепатоцелуларен карцином [66,67]. Нарингенинът има прооксидантен ефект, тъй като намалява активността на глутатион редуктазата, глутатион S-трансферазата и глиоксалазата в туморните клетки, което от своя страна намалява механизмите на детоксикация на водороден пероксид, съгласувайки се с натрупването и увеличаването на липидната пероксидация с последващо увреждане на клетъчната мембрана [68]. Интересно е, че наскоро приключило фаза 1 клинично изпитване подчерта безопасността и фармакокинетиката на нарингенин [69]. Нарингенин, 4 часа след прилагането на единична доза екстракт от Citrus sinensis (сладък портокал), се открива в плазмата при концентрация от 43 µM.

2.3. Флавоноиди и апоптоза/автофагия

Търсенето на противоракови терапии в момента е фокусирано върху индуцирането на апоптоза на ракови клетки [70]. За съжаление, раковите клетки са в състояние да избегнат активирането на апоптотичната каскада, защитавайки се от клетъчна смърт. Освен това развитието на тумор се благоприятства от индуцирането на лекарствена резистентност [71]. Модулирането на Bcl-2 и други протеини позволява на флавоноиди, като кастинг, изолирани от вида Vitex agnus-castus, широко използвани в традиционната китайска медицина като противовъзпалително средство, да предизвикат апоптоза чрез модулиране на Bcl{{ 5}} и други про-оцеляване. Тази молекула задейства вътрешния път на апоптоза чрез регулиране надолу на Bcl-2, Bcl-xL, сурвивин и регулиране на Bax, както се вижда от множество туморни линии на рак на жлъчния мехур, рак на хранопровода, рак на дебелото черво, левкемия и глиобластом [72] . По същия начин, витексинът е естествено получено флавоноидно съединение, извлечено от китайската билка Crataegus pinnatifida, за което е доказано, че намалява съотношението Bcl-2/Bax, освобождаването на цитохром c от митохондриите и при човешки недребноклетъчен рак на белия дроб A549 клетки, разцепване на каспаза-3 [73].

Наблюдавана е понижена експресия на антиапоптотични молекули като Bcl-2 и Bcl-xL и повишена регулация на експресията на проапоптотични молекули като каспаза-3 и каспаза-9. инхибиране на пролиферацията на линия от човешки метастатичен рак на яйчниците (PA-1), упражнявано от кверцетин [74], един от най-разпространените флавоноиди в лука и броколите.

Автофагията е силно запазен предизвикан от стрес катаболитен процес, който положително регулира процеса на клетъчна смърт. Няколко противоракови лекарства задействаха аутофагия и следователно нейната индукция представлява потенциална стратегия за терапия на рак J751. Водният екстракт от бахар е богат на различни видове флавоноиди. В клетките на рака на гърдата той активира аутофагията, in vitro и in vivo, и индуцира клетъчна смърт чрез потискане на Akt/мишена на бозайник на пътя на рапамицин (mTOR) [76]. По подобен начин, в SK-HEP-1 човешки чернодробни ракови клетки, кемпферолът индуцира аутофагия чрез Akt сигнализиране и аденозин монофосфат-активирана протеин киназа (AMPK) и чрез понижаване на CDK1/циклин B води до спиране на G2/M [77]. ]. Освен това, индукцията на генистеин на аутофагия при множество видове рак, като рак на гърдата, простатата и рак на матката, изглежда е в основата на неговия антитуморен ефект [78].

2.4. Флавоноиди, насочени към ракови стволови клетки

Раковите стволови клетки (CSCs) са малка субпопулация от клетки в тумор, които се самообновяват и могат да инициират и поддържат растежа на тумора. Освен това, CSCs при рак играе критична роля в началото, поддържането, прогресията, лекарствената резистентност и рецидивите или метастазите [79]. Натрупаните доказателства сочат, че диетичните фитохимикали, включително флавоноиди, са обещаващи средства за противодействие на CSC [80]. Например, доказано е, че нарингенинът инхибира стволовите клетки от рак на гърдата чрез увеличаване на р53 и естрогенния рецептор, подобно на установеното за хесперидин [81].

Апигенинът е често срещан флавон, който се намира главно в лайка, целина и магданоз. Противораковата активност на апигенин е наблюдавана при глиобластом (най-често срещаният първичен и агресивен мозъчен тумор). Всъщност Ким и колегите [82] демонстрираха, че апигенинът (и кверцетинът) е в състояние да повлияе на способността за самообновяване и инвазивността на глиобластомните стволови клетки чрез понижаване на регулацията на c-Met сигналния път. Апигенинът повишава антинеопластичната активност на цисплатина в популациите на стволови клетки от CD44 плюс рак на простатата [83] и потиска подобните на стволови клетки свойства и туморогенния потенциал на тройно негативните клетки от рак на гърдата [84]. Инхибирането на способността за самообновяване и възстановяването на радиочувствителността е демонстрирано в орални ракови стволови клетки за лутеолин [85], флавон, открит в голямо разнообразие от хранителни източници, включително целина, моркови, чушки, зехтин, розмарин, и риган. Флавонолът кверцетин е молекула от медицински интерес, тъй като притежава противораков потенциал [86]. Всъщност, кверцетинът е насочен към няколко вида CSC, включително стволови клетки на панкреаса [87], гърдата [88] и стомаха [89].

2.5. Антиангиогенни и антиметастатични свойства на флавоноидите

Флавоноидите играят интересна роля като инхибитори на ангиогенезата. Ангиогенезата се състои в развитието на нови кръвоносни съдове, което е основен процес за растежа на тъканите, заздравяването на рани и ембрионалното развитие, но представлява отрицателна характеристика в присъствието на тумор, тъй като повече кръвоносни съдове пренасят повече хранителни вещества към раковите клетки, което позволява те да живеят по-добре и да се размножават. Това е процес, строго контролиран от широк набор от индуктори, като васкуларен ендотелен растежен фактор (VEGF) и адхезионни молекули, както и от различни инхибитори, включително ангиостатин и тромбоспондин, и стимулиран от много фактори, допринасящи за възпаление и рак, което показва, че че ангиогенезата, възпалението и ракът са тясно свързани процеси [90]. През последните години разработването на инхибитори на ангиогенезата беше гореща точка на противоракови изследвания, тъй като този неконтролиран процес е фундаментална стъпка в растежа, инвазията и метастазите на рака. След това усилие, FDA одобри използването на множество лекарства против ангиогенеза за лечение на рак [91]. Тестват се нови молекули, способни да инхибират туморната ангиогенеза. Вогонин, О-метилиран флавон, химично съединение, подобно на флавоноид, синтезирано от Scutellaria baicalensis, инхибира LPS-индуцираната ангиогенеза както in vitro, така и in vivo [92]. Генистеинът инхибира ангиогенезата чрез модулиране на експресията на VEGF, металопротеази (MMP) и рецептор на епидермален растежен фактор (EGFR) [93]. В ендотелните клетки на човешката пъпна вена, стимулирани от VEGF (HUVECs), кемпферолът инхибира ангиогенезата, като действа върху VEGF рецептор 2. Този процес също се осъществява благодарение на понижената регулация на P13kt/Akt заедно с митоген-активирания протеин киназа (MEK) и ERK пътищата [94].

Лутеолин (8-C- -D-глюкопиранозид), гликозил хранителен флавоноид, намалява туморната инвазия в 12-O-тетрадеканоилфорбол-13-ацетат (TPA) MCF{{ 7}} клетки от рак на гърдата, блокиращи експресията на MMP-9 металопротеиназа и интерлевкин-8(IL-8)[95]. В раковите клетки на стомаха кверцетинът показва антиметастатични ефекти чрез разрушаване на функцията на урокиназния плазминогенен активатор (uPA)/uPA рецептор (uPAR), чрез модулиране на NF-kB, PKC-6, ERK1/2 и AMPK [96]. Наскоро Yao et al. съобщават, че в A375 човешки меланомни клетки, лутеолинът инхибира пролиферацията, миграцията и инвазията чрез индуциране на зависима от дозата апоптоза. В същия клетъчен модел се наблюдава също инхибиране на Akt и PI3K фосфорилирането. Същите автори са събрали експериментални доказателства, че лутеолинът позволява свръхекспресията на тъканни инхибитори на металопротеиназата (TIMP)-1 и TIMP-2 и намалява експресията на MMP-2 и MMP{{23} }]. Допълнителни експериментални резултати подчертават, че лутеолинът значително намалява туморния растеж на A375 клетки в модел на миши ксенографт, потвърждавайки, че антитуморната активност се получава от понижаване на експресията на MMP-2 и MMP-9 чрез PI3K/Akt път [97].

2.6. Флавоноиди и диференциация на ракови клетки

Диференциращата терапия има за цел да индуцира диференциацията на раковите клетки; като по този начин се намалява тяхната пролиферация [68]. Диференциращата терапия в сравнение с конвенционалната химиотерапия има предимството, че е по-малко токсична и следователно причинява по-малко странични ефекти на пациента [98]. Кверцетин и пеларгонидин индуцират диференциация на силно метастатични B{2}}F10 меланомни миши клетки чрез механизъм, включващ трансглутаминаза тип 2 [99]. All-trans retinoic acid (ATRA) има широка клинична употреба в диференциращата терапия при пациенти с остра промиелоцитна левкемия (APL). Въпреки това, продължителното лечение води до лекарствена резистентност и изисква все по-висока доза [100]. Появата на явления на лекарствена резистентност изисква разработването на нови агенти с по-голяма активност на индукция на диференциация. Флавоноидите имат интересни характеристики в този смисъл. Всъщност те са в състояние да индуцират клетъчна диференциация на APL клетки. Въпреки това структурата на флавона може да бъде от решаващо значение за индуцирането на клетъчна диференциация. Наистина, в клетките на APL кверцетинът индуцира диференциацията им в моноцити, а апигенинът и лутеолинът индуцират диференциацията им в гранулоцити. Напротив, галангин, кемпферол и нарингенин не индуцират никаква диференциация в APL клетки [100].

Наскоро Moradzadeh et al. [101] съобщават, че епигалокатехин галат (EGCG), полифенол от зелен чай, в гранулоцитната диференциация на APL HL-60 и NB4 клетки, притежава подобен ефект на ATRA. И в двете от тези клетъчни линии, EGCG намалява експресията на хистон деацетилаза 1. Освен това, в NB4 клетки, EGCG също намалява експресията на съответния клиничен маркер PML-RARo. Клетъчната диференциация се индуцира от вогонин в клетъчната линия K562, първичен клетъчен модел на хронична миелоидна левкемия (CML). Същият резултат се наблюдава при първична ХМЛ, получена от пациента, която е чувствителна и резистентна към иматиниб. Повишена регулация на транскрипционния фактор GATA-1 и повишено свързване между GATA-1 и транскрипционния коактиватор FOG-1 също се наблюдава в тези клетки [102]. Няколко наблюдения предоставят доказателства в подкрепа на потенциалното приложение на флавоноиди при лечението на пациенти с различни видове рак. В туморни клетки, изолирани от различни солидни тумори, като злокачествен меланом, рак на гърдата, глиома и хепатом, е доказана диференциация, предизвикана от лечението с флавоноиди [103]. По-конкретно, в стволови клетки от рак на гърдата е наблюдавана клетъчна диференциация, индуцирана от генистеин [78,93] и флавоноид, изолиран от женско биле (Glycyrrhiza sp.), изоликвиритигенин [104].

При лечението на APL NB4 клетки с дихидромирицетин (DMY), дихидрофлавонол, извлечен от Ampelopsis sp., беше наблюдавано, че това синергизира с ATRA, за насърчаване на клетъчната диференциация [105]. ATRA-индуцираното фосфорилиране на p38 MAPK активира STAT1 и STAT1 играе ключова роля в крайната диференциация на миелоидните клетки чрез регулиране на протеини от клетъчния цикъл и специфични миелоидни транскрипционни фактори. DMY-подобрената диференциация, когато се комбинира с ATRA, зависи от повишеното активиране на p38MAPK/STAT1 сигналния път. Интересно е, че само DMY не успя да активира диференциацията и намали фосфорилирането на p38 MAPK с последващо намаляване на активността на STAT1 [105]. Това неочаквано различно поведение при активирането на пътя предполага, че не е възможно да се предскаже биологичният ефект, получен от комбинацията на генеричен флавоноид с конвенционално лекарство, просто въз основа на познаването на техния механизъм на действие, изследван при единично лечение, тъй като може да не е същото. Следователно всички флавоноиди могат да бъдат възможни подобрители на диференциацията в комбинация с конвенционални лекарства.

2.7. Флавоноиди за подобряване на чувствителността към химиотерапия

Комбинираните лечения с множество молекули могат да подобрят цялостната клинична ефикасност на настоящите противоракови лекарства [68,106]. Поради резистентността към множество лекарства и рецидивите на тумора, разработването на нови стратегии за подобряване на чувствителността към химиотерапия и минимизиране на неблагоприятните странични ефекти все още е спешно. В това отношение флавоноидите се считат за обещаващи кандидати по силата на тяхната противоракова активност (Фигура 5). Юан и др.[107] предоставиха доказателства за антипролиферативната ефикасност на комбинацията от арсенит и делфинидин (последният е едно от антоцианиновите съединения) върху човешки NB4 и HL-60 APL клетки. Делфинидинът сенсибилизира резистентните на арсенит левкемични клетки към апоптоза, модулираща количеството глутатион и намалявайки активността на NF-kB. Те също така показаха, че комбинираното лечение е селективно, тъй като повишава цитотоксичността на арсенита срещу ракови клетки, но не и върху човешки мононуклеарни клетки от периферна кръв [107].

Освен това, комбинираното лечение с флавоноиди оказва благоприятен ефект върху различни видове клетки, стабилизирани от солидни тумори. Доказано е, че кверцетинът сенсибилизира клетките на човешкия глиобластом U87 и U251 към темозоломид, перорално алкилиращо химиотерапевтично средство, in vitro чрез инхибиране на протеин на топлинен шок 27 [108]. Флавоноидите могат да навлязат в мозъка [109]. Противораковият потенциал на комбинация от изофлавон биоханин А

и темозоломид срещу клетки на глиобластом U87 и T98G се свързва с повишена експресия на p-p53, инхибиране на клетъчната жизнеспособност и експресия на протеини за клетъчно оцеляване EGFR, p-Akt, p-ERK, мембранен тип-MMP1 и c-myc[ 110]. Комбинираното лечение при ракови клетки предизвиква спиране на клетъчния цикъл във фазата G1 и значителна промяна в енергийния метаболизъм от анаеробен към аеробен [95]. В раковите клетки на дебелото черво кастингът потенцира апоптозата, индуцирана от TNF-свързан индуциращ апоптоза лиганд (TRAIL) чрез регулиране нагоре на рецептора на смъртта 5 и регулиране надолу на протеини за оцеляване, като сурвивин, Bdl-xL, Bcl-2, клетъчен FLICE -подобен инхибиторен протеин (cFLIP) и X-свързан инхибитор на апоптозен протеин (XIAP)[95]. В LoVo клетки на човешки колоректален аденокарцином, Palko-Labuzet al. наскоро демонстрира, че флавоноидът байкалеин потенцира антипролиферативния и проапоптотичния ефект на статините, което прави лечението с доксорубицин ефективно при иначе резистентна клетъчна линия [111]. В допълнение, EGCG катехинът от зелен чай потиска туморния растеж и повишава терапевтичната ефикасност на лекарствата при различни видове рак, като тази на 5-флуороурацил (5-FU) върху ракови клетки на дебелото черво чрез инхибиране на глюкозо-регулирания протеин 78 (GRP78)/NF-kB/miR-155-5p/MDR1 път [112].

Предполага се, че EGCG полифенолът в чая има потенциала да бъде терапевтичен адювант срещу човешки метастатичен рак на гърдата [113]. Клинично проучване показа, че пациенти с рак на гърдата, подложени на лъчетерапия и перорално приложение на EGCG, проявяват намалено активиране на MMP-9/MMP-2, придружено с ниски серумни нива на VEGF и хепатоцитен растежен фактор (HGF)[113]. В MDA-MB-231 клетъчна линия от човешки рак на гърдата лутеолинът усилва действието на доксорубицин и паклитаксел чрез потискане на Nrf2-медиираната сигнализация и блокиране на STAT3 [95,114]. Подобна активност се наблюдава за флавоноида глабридин в клетъчни линии на рак на гърдата, устойчиви на MDA-MB-231/MDR1 (със свръхекспресия на P-GP) и в MCF-7/ADR клетки (със свръхекспресия на P -GP и MRP2). Сенсибилизиращият ефект на глабридин може да се дължи на способността му да увеличава натрупването на доксорубицин в MDA-MB-231/MDR1 клетки чрез потискане на експресията на P-GP и конкурентно инхибиране на ефлуксната помпа на P-GP, като по този начин повишава апоптотичната активност на доксорубицин [115]. Кундур и др. са показали, че кверцетинът и куркуминът, приложени заедно, имат синергичен антитуморен ефект върху тройно отрицателни клетки на рак на гърдата (TNBC), включително линията MDA-MB-231, повишавайки експресията на протеин на чувствителност към рак на гърдата тип 1 [116].

Наскоро Moon и колеги съобщиха, че лечението с нобилетин повишава натрупването на вътреклетъчен адриамицин (ADR) в човешката NSCLC A549/ADR клетъчна линия чрез насърчаване на ефикасността на лечението чрез механизъм, придружен от понижаване на експресията на Akt, MYC(MYCN), получен от невробластом ), GSK-3 , MRP1 и -катенин [117]. Освен това, в EGFR мутант-резистентни NSCLC клетки, апигенинът, съчетан с EGFR тирозин киназния инхибитор гефитиниб, инхибира важни онкогенни фактори като c-Myc, хипоксия-индуцируем фактор 1 алфа (HIF-1a) и EGFR, а също намалява употребата на глюкоза чрез потискане на експресията на нейния транспортер, което предполага възможното използване на комбинацията от двете молекули в клиничната практика [118]. Активирането на присъщия път на апоптоза чрез спиране на G1 фазата и експресия на фосфатаза повишава цитотоксичността на паклитаксел в ракови клетки на простатата, третирани с цитрусов полифенолен флавоноид, нарингенин. Един от ключовите отрицателни регулатори на сигналния път PI3K/Akt, хомологът на тензина, изтрит на хромозома 10 (PTEN), също участва в този механизъм, заедно с регулирането надолу на NF-kB, Snail, Twist и c-Myc експресия на иРНК и потискане на клетъчната миграция [119]. Тези резултати от комбинираното използване на двете молекули in vitro подчертават техния терапевтичен потенциал при рак на простатата, въпреки че очевидно също е необходима подробна оценка на механизма, който е в основата на комбинираното действие in vivo.

3. Изводи

Флавоноидите са показали особено ефективни свойства за противодействие на туморния растеж и за превръщане на раковите клетки в резистентни към конвенционалните терапии. С настоящата компилация от информация от текущата литература е направен опит да се подчертае потенциалът на флавоноидите в терапията на рак, независимо дали се използват самостоятелно или в комбинация с химиотерапевтични средства. Въпреки че е подчертана потенциалната ефикасност на флавоноидите при противодействие на туморния растеж, търсенето на механизми на действие ще отнеме много време.

Авторски принос: CF и SB замислиха идеята да напишат този преглед. CF, MRIB, GF, GP, CT, CM и SB допринесоха за търсенето и писането на литература. CF, SB, CM и CT ревизираха документа. CT редактирал статията. Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.

Финансиране: Това изследване не е получило външно финансиране.

Благодарности: MR и GP са получатели на Ph.D. Програма по еволюционна биология и екология, Катедра по биология, Римски университет Tor Vergata, Via Della Ricerca Scientifica, 00133 Рим, Италия). CT беше подкрепен от Fondazione Umberto Veronesi, за което сме благодарни.

Конфликт на интереси: Авторите декларират липса на конфликт на интереси.

Препратки

1. Щек, SE; Murphy, EA Диетични модели и риск от рак. Нац. преп. Рак. 2020, 20, 125–138. [CrossRef]

2. Марай, JPJ; Deavors, B.; Dixon, RA; Ferreira, D. Стереохимията на флавоноидите. В науката за флавоноидите; Springer: Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ, 2007 г.; стр. 1–35.

3. Панче, AN; Диван, АД; Chandra, SR Флавоноиди: Общ преглед. J. Nutr. Sci. 2016, 5, e47. [CrossRef]

4. Мидълтън, Е. Флавоноидите. Тенденции Pharmacol. Sci. 1984, 5, 335–338. 5. Сюн, Й.; Джан, П.; Warner, RD; Fang, Z. 3-Дезоксиантоцианидинов оцветител: природа, здраве, синтез и приложения в храните. компр. Rev. Food Sci. Food Saf. 2019, 18, 1533–1549. [CrossRef] [PubMed]

6. Khoo, HE; Азлан, А.; Танг, ST; Lim, SM Антоцианидини и антоцианини: оцветени пигменти като храна, фармацевтични съставки и потенциалните ползи за здравето. Храна Nutr. Рез. 2017, 61, 1361779. [CrossRef]

7. Хостетлър, GL; Ралстън, RA; Schwartz, SJ Flavones: хранителни източници, бионаличност, метаболизъм и биоактивност. адв. Nutr. 2017, 8, 423–435. [CrossRef]

8. Aherne, SA; O'Brien, NM Диетични флавоноли: химия, хранително съдържание и метаболизъм. Хранене 2002, 18, 75–81. [CrossRef]

9. Мазур, WM; Дюк, JA; Wähälä, K.; Раску, С.; Adlercreutz, H. Изофлавоноиди и лигнани в бобови растения: Хранителни и здравни аспекти при хората. Nutr. Biochem. 1998, 9, 193–200. [CrossRef]

10. Хамърстоун, FJ; Lazarus, SA; Schmitz, HH Съдържание на процианидин и вариация в някои често консумирани храни. J. Nutr. 2020, 130, 2086S–2092S. [CrossRef]