Flavonoidi: mit ali resničnost za zdravljenje raka?

Za več podrobnosti kontaktirajtetina.xiang@wecistanche.com

Povzetek: Nutracevtiki so biološko aktivne molekule, prisotne v živilih; lahko blagodejno vplivajo na zdravje, vendar niso na voljo v dovolj velikih količinah, da bi opravljale to funkcijo. Rastlinski metaboliti, kot so polifenoli, so široko razširjeni v rastlinskem kraljestvu, kjer igrajo temeljno vlogo pri razvoju rastlin in interakcijah z okoljem. Med njimi so posebej zanimivi flavonoidi, ki pomembno vplivajo na zdravje ljudi. Študije in vitro in/ali in vivo so flavonoide opisale kot bistvena hranila za preprečevanje številnih bolezni. Prikazujejo široko in obetavno bioaktivnost v boju proti raku,vnetje, bakterijskih okužb, pa tudi za zmanjšanje resnosti nevrodegenerativnih in kardiovaskularnih bolezni ali sladkorne bolezni. Zato ne preseneča, da se je zanimanje za flavonoide v zadnjih letih močno povečalo. Več kot 23000 znanstvenih publikacij o flavonoidih je v zadnjem desetletju opisalo potencialno protirakavo delovanje teh naravnih molekul. Študije, in vitro in in vivo, kažejo, da imajo flavonoidi antikancerogene lastnosti, številne epidemiološke študije pa potrjujejo, da vnos flavonoidov s hrano zmanjša tveganje za raka. Ta pregled ponuja vpogled v mehanizme delovanja flavonoidov na rakave celice.

Ključne besede: flavonoidi; rak; oksidativni stres; vnetje; apoptoza/avtofagija; metastaze; angiogeneza

1. Uvod

Therakumrljivost se je z leti zaradi raziskav in preventive zmanjšala, vendar se je stopnja pojavnosti povečala. Več študij je poudarilo vlogo rastlinske prehrane pri preprečevanju bolezni, povezanih z nastankom tumorjev [1]. Prednosti rastlinske prehrane bi lahko izhajale iz prisotnosti različnih bioaktivnih sestavin, kot so fenolne spojine, karotenoidi in zlasti flavonoidi, v zelenjavi. Slednji veljajo za nepogrešljive in so prisotni v različnih nutricevtičnih, kozmetičnih, farmacevtskih, medicinskih in kozmetičnih aplikacijah. Zaradi teh aplikacij so se raziskave flavonoidov v zadnjih letih močno povečale.

Flavonoidi so podskupina sekundarnih metabolitov, ki pripadajo veliki zbirki fenolnih spojin, ki jih sintetizirajo rastline. Široko so razširjeni med fotosintetskimi organizmi in jih je veliko v živilih in pijačah rastlinskega izvora (tabela 1), kjer se kakovostna in količinska sestava lahko precej razlikujeta. Kemična struktura je sestavljena iz skeleta s 15 ogljikovimi atomi, ki vsebuje dva benzenova obroča (A in B), povezana s heterocikličnim piranskim obročem (C) [2]. Flavonoide lahko razdelimo v več podskupin: flavoni, flavonoli, flavanoni, flavanonoli, flavanoli ali katehini, antocianini in halkoni [3]. To razlikovanje izhaja iz osnovne strukture flavonoida (slika 1), flavonskega obroča, ki predstavlja glavni del flavonoida, ter stopnje nenasičenosti in oksidacije ogljikovega obroča. Poleg tega je v rastlinah aglikon osnovna flavonoidna struktura; lahko pa so prisotni metilni etri in acetilni estri alkoholne skupine, pa tudi glikozidi, ki nastanejo s povezavo z ogljikovimi hidrati, kot so L-ramnoza, D-glukoza, glukoza-ramnoza, galaktoza ali arabinoza [4].

Precej več kot 10000 molekul spada v veliko skupino flavonoidov [12,13]. To število se znatno poveča, če ne upoštevamo samo produktov, ki izhajajo iz flavonoidov in nastanejo med predelavo in shranjevanjem hrane, temveč tudi metabolite in konjugate, ki nastanejo v telesu po njihovem vnosu. Zato se koncentracije flavonoidov ter strukturna kompleksnost in fizikalno-kemijske lastnosti zelo razlikujejo glede na vir in matriks [14].

Zelo težko je oceniti vnos flavonoidov s hrano zaradi njihove kvantitativne in kvalitativne variabilnosti v zelenjavi in ​​sadju, kar lahko ovira vzpostavljanje epidemioloških razmerij glede njihovega vpliva na zdravje in bolezni ljudi. Številne študije o absorpciji in biološki uporabnosti v literaturi so pregledali različni avtorji [15-17]. Več dejavnikov lahko vpliva na biološko uporabnost flavonoidov, kot so molekulske mase, glikozilacija in esterifikacija, kar povzroča določeno stopnjo negotovosti glede dejanskih ravni njihove biološke uporabnosti in absorpcije v človeškem telesu [17].

Podroben opis presnovne pretvorbe flavonoidov po zaužitju s hrano so podali Crozier in sodelavci [16] ter Landete [18]. Na kratko, presnovna pretvorba flavonoidov lahko poteka v tankem črevesu s sproščanjem aglikonov kot rezultat aktivnosti hidrolaz. Temu koraku sledi pretvorba v jetrih, kjer nastajajo konjugirane oblike, to so O-glukuronidi, sulfatni estri in O-metilni estri flavonoidov. Telo lahko te metabolite obravnava kot ksenobiotike; tako jih odstrani iz krvnega obtoka [16,18]. Glukuronidi in sulfatni derivati ​​se lahko lažje izločijo z urinom in žolčem [18]. Posledično analiza plazme morda ne zagotovi dragocenih informacij o profilih teh metabolitov, medtem ko je izločanje z urinom zelo individualno variabilno, odvisno od razredov flavonoidov in možnosti absorpcije metabolitov v telesnih tkivih. Poleg tega bodo spojine, ki jih črevesje ne absorbira, nadaljevale v debelo črevo, kjer jih bo mikroflora debelega črevesa strukturno spremenila. Nastali kataboliti se lahko absorbirajo v krvni obtok in končno izločijo z urinom. Poleg tega lahko flavonoidi spreminjajo sestavo črevesne mikrobiote s povečanjem populacije koristnih bakterij, npr. Bifidobacterium in Lactobacillus, ter zavirajo rast različnih patogenov [19]. Takšna sposobnost flavonoidov zagotavlja pomemben antipolitični mehanizem.

1.1. Biosintezna pot flavonoidov v rastlinah

Presnova priflavonoidivključuje gene, prisotne že v prvih kopenskih rastlinah, jetrnicah in mahovih [20]. Biokemijsko pot so okarakterizirali s preučevanjem mutantov s spremenjeno sintezo flavonoidov, prisotnih v različnih rastlinskih vrstah [21]. Ključna prekurzorja za sintezo flavonoidov sta fenilalanin in malonil-CoA, ki ju proizvajata šikimatna pot in cikel TCA (cikel trikarboksilne kisline). Po šikimatni poti se aromatične aminokisline proizvajajo v rastlinah, bakterijah in glivah. Ta pot je sestavljena iz sedmih encimskih reakcij, od reakcije med fosfoenolpiruvatom in eritrozo-4-fosfatom do sinteze korizmata, končnega produkta poti, ki ga katalizira korizmat sintaza. Korizmatska mutaza preuredi korizmata v prefenat; slednji je substrat, ki se uporablja za sintezo fenilalanina [22]. V rastlinah je fenilalanin predhodnik 4-kumaroil-CoA, ki sledi fenilalanin amoniak-liazni aktivnosti (PAL) in 4-kumarat-CoA ligazi. Za sprožitev sinteze flavonoidov 4-kumaroil-CoA reagira z malonil-CoA [23] (slika 2). Ti encimi se lokalizirajo na citosolni strani endoplazmatskega retikuluma (ER), kot kažejo poskusi imunske lokalizacije, in se obnovijo v topni frakciji celičnih ekstraktov. Poleg tega so encimi med seboj povezani z interakcijami protein-protein na površini endoplazmatskega retikuluma (ER); tako tvorijo kompleks [21,24,25]. Podatki o so-lokalizaciji nekaterih encimov na tonoplastu in jedru kažejo na dinamično obnašanje biosintetičnega kompleksa. To bi dalo prednost kanaliziranju in premestitvi končnih produktov za izpolnjevanje fizioloških potreb celice [24]. Spojine so usmerjene v vakuole kot organele za shranjevanje (tj. antocianini, flavonol in flavonski glikozidi) ali v celične stene [21. Vendar pa je bistveno poudariti, da so pod določenimi fiziološkimi pogoji rastlinske celice sposobne remobilizirati flavonoide iz vakuolnih usedlin, zato transport po tonoplastu ni enosmeren [25]. Poleg vakuol in celičnih sten so flavonoidi v citosolu, ER, kloroplastih (tj. kvercetin in kaempferol glikozidi), jedru (tj. izoflavonoidi kumestrol in 4',7-dihidroksiflavon v Medicago truncatula) in majhne vezikle, kot tudi apoplastični prostor (tj. flavoni, flavonol aglikoni in izoflavoni)[25]. Zdi se, da je učinkovit transportni sistem flavonoidov znotraj celic osnova njihove široke porazdelitve v različne predelke celic. Zdi se, da sta pri transportu flavonoidov vpletena dva glavna sistema, eden temelji na membranskih veziklih in drugi na membranskem transporterju, ki se med seboj ne izključujeta [25].

1.2. Vloga flavonoidov v rastlinah

Ohranjanje genov, vključenih v presnovo flavonoidov med evolucijo kopenskih rastlin, je jasen pokazatelj njihove temeljne vloge v fiziologiji rastline [15]. Flavonoidi so odgovorni za barvo in aromo cvetov, sodelujejo pri reproduktivnih strategijah, ščitijo celice pred škodljivim UV-sevanjem (bistvenega pomena za življenje kopenskih rastlin) in igrajo vlogo pri odpornosti proti boleznim ter pri simbiotskem povezovanju (tj. kot signalne molekule v simbiozi rastlina-mikroorganizem). Ker sodelujejo pri odzivih na stres, ščitijo rastlino pred težkimi okoljskimi razmerami [26-28]. Razširjena difuzija flavonoidov kaže, da je njihova antioksidativna aktivnost močna značilnost za preživetje in sposobnost kopenskih rastlin. Pravzaprav se njihova sinteza poveča po izpostavitvi rastline hudemu stresu, saj lahko njihova močna antioksidativna aktivnost prepreči škodljive učinke reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) [29,30].

1.3. Flavonoidi in biotehnologija

Flavonoidi so bili povezani s številnimi ugodnimi agronomskimi lastnostmi in koristmi za zdravje ljudi, zato je njihov presnovni inženiring pomemben cilj rastlinske biotehnologije [25]. Količine flavonoidov v rastlinah se razlikujejo glede na vrsto, rastne razmere in stopnjo razvoja. Pravzaprav, tudi če so zdravilne in aromatične rastline precej učinkovite pri proizvodnji teh molekul, rastline, gojene na polju, ne morejo vedno predstavljati dobrega vira teh metabolitov. To je posledica težav pri gojenju rastlin, sezonskih nihanj produktivnosti, proizvodnje, specifične za tkiva/organe, in težav, povezanih s čiščenjem. Zaradi teh razlogov bi bila industrijska proizvodnja polifenolov težko vzdržna, če bi bile rastline, ki rastejo na polju, edini vir surovine. Po drugi strani pa zaradi zelo kompleksne strukture in stereospecifičnosti flavonoidov kemična sinteza pogosto ni ekonomsko izvedljiva [31]. Tehnike in vitro lahko predstavljajo orodje za izboljšanje biosinteze flavonoidov in razpoložljivosti skozi vse leto za premagovanje teh težav. Za raziskovanje in izboljšanje sinteze teh pomembnih molekul so bile uporabljene različne rastlinske kulture in vitro (tj. kulture kalusa, celične suspenzije, kulture organov in dlakavih korenin) in tehnike transformacije [31-35]. Upoštevanih je bilo več pristopov, kot je izbira visokorodnih linij, hranjenje s predhodniki in uporaba elicitatorjev [36]. Slednje vključuje dodatek gojišču molekul bodisi biološke ali kemične sinteze, ki lahko spodbudijo kopičenje sekundarnih metabolitov v rastlini kot obrambni odziv na stresne razmere [28], ki jih sprožijo in aktivirajo elicitorji [{{8} },36]. Pozitivni rezultati so bili pridobljeni pri različnih vrstah [37] in s tega vidika je mogoče razmisliti o uporabi elicitatorjev za prihodnji razvoj v industrijskem obsegu.

Poleg tega bo izboljšano znanje o vlogi miRNA pri regulaciji biosintetske poti flavonoidov omogočilo izboljšave presnove teh molekul. Modulacija ravni miRNA bi lahko bila močno orodje za doseganje boljšega izkoristka in za sintezo želenih kombinacij metabolitov [38].

2. Preventivne dejavnosti flavonoidov proti raku

Širok spekter bioloških učinkov, ki jih izvajajo flavonoidi, je v veliki meri odvisen od njihove lastnosti močnih protivnetnih in antioksidantov, ki preprečujejo proste radikale, kar je pomembno povezano s številnimi kroničnimi degenerativnimi boleznimi (slika 3). V patoloških pogojih povečanje prostih radikalov poškoduje različne vrste molekul, kot so nukleinske kisline, beljakovine in lipidi, kar povzroči staranje in smrt celic, pa tudi spodbujanje karcinogeneze [39].

2.1. Flavonoidi in kronično vnetje

Rakvelja za bolezen, ki je povezana s kroničnimivnetje[41]. Pri različnih vnetnih boleznih izid vodi v karcinogenezo. V žolčnem traktu holangiokarcinom povzroči kronični vnetni infiltrat zaradi okužbe s Clonorchis Sinensis [42]. Helicobacter pylori predstavlja enega glavnih povzročiteljev adenokarcinoma in limfoma limfoidnega tkiva, povezanega z želodčno sluznico [43]. Kronična okužba z virusoma hepatitisa B in C lahko povzroči hepatocelularni karcinom, ki je tretji najpogostejši vzrok smrti zaradi raka [44]. In končno, okužba s papiloma virusom je vodilni vzrok raka penisa in anogenitalnih bolezni pri ljudeh. Poleg tega lahko tveganje za razvoj raka na mehurju poveča naslednjo shistosomiazo, prav tako kot tveganje za okužbo s Kaposijevim sarkomom po okužbi s človeškim herpesvirusom tipa 8. Nadaljnje oblike kroničnega vnetja, poleg tistih, ki jih povzročajo mikrobne okužbe, lahko prispevajo k rakotvornosti. Povečano tveganje za raka trebušne slinavke, požiralnika in žolčnika je bilo opisano kot posledica vnetnih bolezni, kot so Barrettova metaplazija, ezofagitis in kronični pankreatitis [45, A46]. Možne povezave so bile ugotovljene tudi med Marjolinovo razjedo in kožnim rakom [47], azbestom in mezoteliomom [48], cigaretnim dimom in bronhialnim rakom [48], kronično astmo in pljučnim rakom [49], ulceroznim lichen planusom in ploščatoceličnim karcinomom [48]. 50], vnetje kožice/fimoza in rak penisa [51] ter med vnetjem medenice/jajčnikov in rakom jajčnikov [52]. Rak prostate je bil povezan s kroničnim prostatitisom, ki ga povzroča trdovratna bakterijska okužba ali neinfekcijski mehanizmi [53]. Zato se zdi, da povezavo med kroničnim vnetjem in razvojem raka podpira vedno več dokazov.

V zvezi s tem so flavonoidi dokazali dvojno sposobnost zmanjšanja vnetja in širjenja tumorskih celic. Taksifolin, flavanonol, ki ga najdemo v iglavcih, deluje protivnetno ali antiproliferativno. Pri švicarskih albino miših, ki so jih izzvali z benzopirenom, mutagenom, ki je pogosto prisoten v cigaretnem dimu in avtomobilskih izpuhih. izvajal je zatrto vnetje s stimulacijo signalne poti Nrf2 (jedrski faktor eritroid 2-povezan faktor 2), ki ima osrednjo vlogo pri zagotavljanju odpornosti proti oksidativnemu stresu in vnetju z zaviranjem NF-kB [54,55]. Chrysin je aglikonski flavonoid s protivnetnimi funkcijami. Dajanje krizina pri miših, ki so bile izzvane z LPS (lipopolisaharidom), je zmanjšalo razvoj pljučnih poškodb z zaviranjem poti proteina 3 za interakcijo proteina 3, ki zahteva inozitol, encim l/tioredoksin/nukleotid-vezavna oligomerizacijska domena [56]. Pri podganah je preprečil miokardne zaplete oksidativnega stresa, ki ga sproži hiperholesterolemija, z aktivacijo endotelijske sintaze dušikovega oksida in ciljnih genov Nrf2, kot sta SOD (superoksid dismutaza) in katalaza [57]. Poleg tega je krizin znatno zaviral proliferacijo in induciral apoptozo na človeških celicah raka materničnega vratu [58] in celicah raka debelega črevesa in danke [59] z modulacijo različnih apoptotičnih genov in genov poti AKT/MAPK. Ti rezultati poudarjajo dva različna mehanizma, preko katerih flavonoidi določajo učinke na vnetje in celično proliferacijo: na eni strani aktivirajo pot Nrf2, da zavirajo NF-kB in sprožijo protivnetni učinek; po drugi strani pa delujejo na celično proliferacijo z modulacijo genov, ki sodelujejo pri apoptozi in poti AKT/MAPK (protein kinaza B/mitogen-aktivirana protein kinaza).

2.2. Flavonoidi in oksidativni stres

Znotrajcelično okolje v rakavih celicah ima visoko raven ROS kot normalna celica, predvsem vodikov peroksid, zaradi antioksidativnega sistema, ki ni več učinkovit. V normalnih celicah ustrezno razmerje glutationa (GSH/GSSG) pretvori vodikov peroksid v vodo. Ko se razmerje glutationa zmanjša, se vodikov peroksid pretvori v hidroksilni radikal (OH'), ki je zelo reaktiven radikal, ki povzroči poškodbe DNA in mutacije v genih za supresorje tumorjev, začetni kritični dogodek, ki sproži karcinogenezo [60]. Za razvoj raka so značilne vsaj tri stopnje: začetek, napredovanje in napredovanje.Oksidativni stresje vključen v vse faze tega procesa (slika 4). Med iniciacijsko fazo lahko ROS poškoduje DNK z uvedbo genskih mutacij in strukturnih sprememb v DNK. V fazi promocije ima ROS temeljno vlogo pri povečevanju celične proliferacije ali zmanjšanju celične apoptoze kot posledice modifikacije izražanja genov, komunikacije med celicami in znotrajceličnih signalnih poti [61]. Končno, oksidativni stres prispeva k napredovanju tumorskega procesa z nadaljnjo mutagenezo v iniciirani celični populaciji [62]. Terapevtski cilj številnih zdravil proti raku je dvigniti že tako visoko raven ROS, ki je prisotna v tumorskih celicah, da se sproži kaskada apoptoze [63]. Tudi flavonoidi, čeprav je znano, da delujejo antioksidativno, lahko delujejo prooksidativno in tako sprožijo apoptozo v rakavih celicah.

Naringenin je flavanon, ki ga je največ v grenivki, mandarini, pomaranči, surovi limonini in surovi limetini lupini. Ustavil je celični cikel in sprožil apoptozo v več človeških tumorskih celicah [64,65] ter zatrl invazivnost in metastatski potencial želodčnih rakavih celic in celic hepatocelularnega karcinoma [66,67]. Naringenin je imel prooksidativni učinek, saj je zmanjšal aktivnosti glutation reduktaze, glutation S-transferaze in glioksalaze v tumorskih celicah, kar je posledično zmanjšalo mehanizme razstrupljanja vodikovega peroksida, kar je omogočilo kopičenje in povečanje lipidne peroksidacije s posledično poškodbo celične membrane. [68]. Zanimivo je, da je nedavno zaključeno klinično preskušanje faze 1 poudarilo varnost in farmakokinetiko naringenina [69]. Naringenin, 4 ure po dajanju enkratnega odmerka ekstrakta Citrus sinensis (sladka pomaranča), je bil zaznaven v plazmi v koncentraciji 43 µM.

2.3. Flavonoidi in apoptoza/avtofagija

Iskanje terapij proti raku je trenutno osredotočeno na indukcijo apoptoze rakavih celic [70]. Na žalost se rakave celice lahko izognejo aktivaciji apoptotične kaskade in se branijo pred celično smrtjo. Poleg tega razvoj tumorja spodbuja indukcija odpornosti na zdravila [71]. Modulacija Bcl-2 in drugih proteinov omogoča, da flavonoidi, kot je litje, izolirani iz vrste Vitex agnus-castus, ki se pogosto uporablja v tradicionalni kitajski medicini kot protivnetno sredstvo, sprožijo apoptozo z modulacijo Bcl{{ 5}} in drugi za preživetje. Ta molekula sproži intrinzično pot apoptoze z znižanjem Bcl-2, Bcl-xL, survivina in uravnavanjem Bax, kar je razvidno iz številnih tumorskih linij raka žolčnika, raka požiralnika, raka debelega črevesa, levkemije in glioblastoma [72] . Podobno je viteksin naravno pridobljena flavonoidna spojina, ekstrahirana iz kitajske rastline Crataegus pinnatifida, za katero je bilo dokazano, da zmanjša razmerje Bcl-2/Bax, sproščanje citokroma c iz mitohondrijev in pri človeškem nedrobnoceličnem pljučnem raku A549 celice, cepitev kaspaze-3 [73].

V zaviranje proliferacije vrste človeškega metastatskega raka jajčnikov (PA-1), ki ga izvaja kvercetin [74], eden najpogostejših flavonoidov v čebuli in brokoliju.

Avtofagija je visoko ohranjen katabolični proces, ki ga povzroči stres in pozitivno uravnava proces celične smrti. Več zdravil proti raku je sprožilo avtofagijo in zato njena indukcija predstavlja potencialno strategijo za zdravljenje raka J751. Vodni izvleček pimenta je bogat z različnimi vrstami flavonoidov. V celicah raka dojke je aktiviral avtofagijo, in vitro in in vivo, in induciral celično smrt z zatiranjem tarče Akt/sesalcev na poti rapamicina (mTOR) [76]. Podobno je v SK-HEP-1 človeških rakavih celicah jeter kemferol povzročil avtofagijo prek signaliziranja Akt in proteinske kinaze, aktivirane z adenozin monofosfatom (AMPK), ter z znižanjem regulacije CDK1/ciklina B povzročil zaustavitev G2/M [77]. ]. Poleg tega se zdi, da je indukcija avtofagije z genisteinom pri več vrstah raka, kot so rak dojke, prostate in maternice, osnova njegovega protitumorskega učinka [78].

2.4. Flavonoidi ciljajo na matične celice raka

Matične celice raka (CSC) so majhna subpopulacija celic v tumorju, ki se samoobnavljajo in lahko sprožijo in vzdržujejo rast tumorja. Poleg tega imajo CSC pri raku ključno vlogo pri nastanku, vzdrževanju, napredovanju, odpornosti na zdravila in ponovitvi ali metastazah [79]. Kopiči se dokazi, ki kažejo, da so prehranske fitokemikalije, vključno s flavonoidi, obetavna sredstva za preprečevanje CSC [80]. Na primer, dokazano je bilo, da naringenin zavira izvorne celice raka dojke s povečanjem p53 in estrogenskega receptorja, podobno kot pri hesperidinu [81].

Apigenin je pogost flavon, ki ga najdemo predvsem v kamilici, zeleni in peteršilju. Antikancerogeno delovanje apigenina so opazili pri glioblastomu (najpogostejšem primarnem in agresivnem možganskem tumorju). Pravzaprav so Kim in sodelavci [82] dokazali, da lahko apigenin (in kvercetin) vpliva na sposobnost samoobnavljanja in invazivnost izvornih celic, podobnih glioblastomu, z znižanjem regulacije signalne poti c-Met. Apigenin poveča antineoplastično aktivnost cisplatina v CD44 in populacijah matičnih celic raka prostate [83] in zavira lastnosti, podobne matičnim celicam, in tumorski potencial trojno negativnih celic raka dojke [84]. Zaviranje sposobnosti samoobnavljanja in ponovna vzpostavitev radioobčutljivosti sta bila dokazana v izvornih celicah ustnega raka za luteolin [85], flavon, ki ga najdemo v številnih prehranskih virih, vključno z zeleno, korenjem, papriko, oljčnim oljem, rožmarinom, in origano. Flavonol kvercetin je molekula medicinskega pomena, saj ima potencial proti raku [86]. Pravzaprav kvercetin cilja na več vrst CSC, vključno s matičnimi celicami trebušne slinavke [87], dojk [88] in želodca [89].

2.5. Anti-angiogene in anti-metastatske lastnosti flavonoidov

Flavonoidi imajo zanimivo vlogo kot zaviralci angiogeneze. Angiogeneza je sestavljena iz razvoja novih krvnih žil, kar je temeljni proces za rast tkiva, celjenje ran in razvoj zarodkov, vendar predstavlja negativno lastnost v prisotnosti tumorja, saj več krvnih žil prenaša več hranil do rakavih celic, kar omogoča bolje živeti in se razmnoževati. To je proces, ki ga močno nadzoruje širok nabor induktorjev, kot so vaskularni endotelijski rastni faktor (VEGF) in adhezijske molekule, pa tudi različni zaviralci, vključno z angiostatinom in trombospondinom, in ga spodbujajo številni dejavniki, ki prispevajo k vnetju in raku, kar kaže na da so angiogeneza, vnetje in rak tesno povezani procesi [90]. V zadnjih letih je bil razvoj zaviralcev angiogeneze vroča točka raziskav proti raku, saj je ta nenadzorovan proces temeljni korak pri rasti raka, invaziji in metastazah. Po tem prizadevanju je FDA odobrila uporabo številnih zdravil proti angiogenezi za zdravljenje raka [91]. Preizkušajo se nove molekule, ki lahko zavirajo tumorsko angiogenezo. Wogonin, O-metiliran flavon, flavonoidu podobna kemična spojina, ki jo sintetizira Scutellaria baicalensis, zavira z LPS inducirano angiogenezo in vitro in in vivo [92]. Genistein zavira angiogenezo z modulacijo izražanja VEGF, metaloproteaz (MMP) in receptorja epidermalnega rastnega faktorja (EGFR) [93]. V endotelijskih celicah človeške popkovne vene, ki jih stimulira VEGF (HUVEC), kaempferol zavira angiogenezo z delovanjem na receptor VEGF 2. Ta proces poteka tudi zaradi znižane regulacije P13kt/Akt skupaj z mitogenom aktiviranim protein kinaze (MEK) in poti ERK [94].

Luteolin (8-C- -D-glukopiranozid), glikozilni prehranski flavonoid, zmanjša invazijo tumorja v 12-O-tetradekanoilforbol-13-acetatu (TPA) obdelanem MCF{{ 7}} celic raka dojke, ki blokira izražanje MMP-9 metaloproteinaze in interlevkina-8(IL-8)[95]. V želodčnih rakavih celicah je kvercetin pokazal antimetastatske učinke prek razgradnje funkcije aktivatorja plazminogena urokinaze (uPA)/uPA receptorja (uPAR) z moduliranjem NF-kB, PKC-6, ERK1/2 in AMPK [96]. Pred kratkim sta Yao et al. poročali, da v celicah človeškega melanoma A375 luteolin zavira proliferacijo, migracijo in invazijo z indukcijo apoptoze, ki je odvisna od odmerka. V istem celičnem modelu so opazili tudi inhibicijo Akt in fosforilacije PI3K. Isti avtorji so zbrali eksperimentalne dokaze, da luteolin omogoča prekomerno izražanje tkivnih inhibitorjev metaloproteinaze (TIMP)-1 in TIMP-2 ter zmanjšuje izražanje MMP-2 in MMP{{23} }]. Nadaljnji eksperimentalni rezultati so poudarili, da je luteolin znatno zmanjšal rast tumorja celic A375 v modelu mišjega ksenotransplantata, kar potrjuje, da protitumorska aktivnost izhaja iz znižane regulacije izražanja MMP-2 in MMP-9 prek PI3K/Akt pot [97].

2.6. Flavonoidi in diferenciacija rakavih celic

Cilj diferenciacijske terapije je spodbuditi diferenciacijo rakavih celic; tako zmanjša njihovo širjenje [68]. Diferenciacijska terapija ima v primerjavi s konvencionalno kemoterapijo to prednost, da je manj toksična in zato povzroča manj stranskih učinkov pri bolniku [98]. Kvercetin in pelargonidin povzročita diferenciacijo na zelo metastatskih mišjih celicah melanoma B16-F10 z mehanizmom, ki vključuje transglutaminazo tipa 2 [99]. All-trans retinojska kislina (ATRA) ima široko klinično uporabo pri diferenciacijski terapiji pri bolnikih z akutno promielocitno levkemijo (APL). Vendar pa dolgotrajno zdravljenje povzroči odpornost na zdravila in zahteva vse višje odmerke [100]. Pojav pojava odpornosti na zdravila zahteva razvoj novih učinkovin z večjo aktivnostjo indukcije diferenciacije. Flavonoidi imajo v tem smislu zanimive lastnosti. Pravzaprav so sposobni inducirati celično diferenciacijo celic APL. Vendar je lahko struktura flavona ključna za indukcijo diferenciacije celic. Dejansko v celicah APL kvercetin povzroči njihovo diferenciacijo v monocite, apigenin in luteolin pa povzročita njihovo diferenciacijo v granulocite. Nasprotno, galangin, kaempferol in naringenin niso povzročili nobene diferenciacije v celicah APL [100].

Pred kratkim sta Moradzadeh et al. [101] so poročali, da ima epigalokatehin galat (EGCG), polifenol zelenega čaja, pri diferenciaciji granulocitov celic APL HL-60 in NB4 podoben učinek kot ATRA. V obeh teh celičnih linijah je EGCG zmanjšal izražanje histonske deacetilaze 1. Poleg tega je v celicah NB4 EGCG zmanjšal tudi izražanje pomembnega kliničnega markerja PML-RARo. Diferenciacijo celic je induciral wogonin v celični liniji K562, primarnem celičnem modelu kronične mieloične levkemije (CML). Enak rezultat so opazili pri primarni KML, ki izhaja iz bolnikov, ki je bila občutljiva in odporna na imatinib. V teh celicah so opazili tudi povečano regulacijo transkripcijskega faktorja GATA-1 in povečano vezavo med GATA-1 in transkripcijskim koaktivatorjem FOG-1 [102]. Več opazovanj zagotavlja dokaze v podporo potencialni uporabi flavonoidov pri zdravljenju bolnikov z različnimi vrstami raka. V tumorskih celicah, izoliranih iz različnih solidnih tumorjev, kot so maligni melanom, rak dojke, gliom in hepatom, je bila dokazana diferenciacija, povzročena z zdravljenjem s flavonoidi [103]. Natančneje, v matičnih celicah raka dojke so opazili celično diferenciacijo, ki jo povzročata genistein [78, 93] in flavonoid, izoliran iz sladkega korena (Glycyrrhiza sp.), izolikviritigenin [104].

Pri zdravljenju celic APL NB4 z dihidromiricetinom (DMY), dihidroflavonolom, ekstrahiranim iz Ampelopsis sp., je bilo ugotovljeno, da je to sinergiziralo z ATRA za spodbujanje celične diferenciacije [105]. ATRA-inducirana fosforilacija p38 MAPK aktivira STAT1 in STAT1 igra ključno vlogo pri končni diferenciaciji mieloidnih celic z regulacijo proteinov celičnega cikla in specifičnih mieloidnih transkripcijskih faktorjev. Diferenciacija, okrepljena z DMY, je bila v kombinaciji z ATRA odvisna od povečane aktivacije signalne poti p38MAPK/STAT1. Zanimivo je, da sam DMY ni mogel aktivirati diferenciacije in zmanjšal fosforilacijo p38 MAPK s posledičnim zmanjšanjem aktivnosti STAT1 [105]. To nepričakovano drugačno vedenje pri aktivaciji poti nakazuje, da ni mogoče predvideti biološkega učinka, ki izhaja iz kombinacije generičnega flavonoida s konvencionalnim zdravilom, zgolj na podlagi poznavanja njihovega mehanizma delovanja, proučenega pri posameznih zdravljenjih, saj morda ni isto. Zato bi lahko bili vsi flavonoidi možni ojačevalci diferenciacije v kombinaciji s konvencionalnimi zdravili.

2.7. Flavonoidi za izboljšanje občutljivosti na kemoterapijo

Combined treatments with multiple molecules can improve the overall clinical efficacy of current anticancer drugs [68,106]. Due to multi-drug resistance and tumor recurrence, the development of new strategies to improve sensitivity to chemotherapy and minimize adverse side effects is still urgent. In this regard, flavonoids have been considered promising candidates by virtue of their anticancer activity (Figure 5). Yuan et al.[107] provided evidence of the antiproliferative efficacy of the combination of arsenite and delphinidin (the latter being one of the anthocyanin compounds) on human NB4 and HL-60 APL cells. Delphinidin sensitized arsenite-resistant leukemia cells to apoptosis modulating the amount of glutathione and reducing the activity of NF-kB. They also showed that the combined treatment was selective as it increased the cytotoxicity of arsenite against cancer cells but not on human peripheral blood mononuclear cells [107].

Poleg tega je kombinirano zdravljenje s flavonoidi imelo ugodne učinke na različne tipe celic, stabilizirane iz solidnih tumorjev. Dokazano je, da kvercetin senzibilizira celice človeškega glioblastoma U87 in U251 na temozolomid, peroralno alkilirajoče kemoterapevtsko sredstvo, in vitro z inhibicijo proteina toplotnega šoka 27 [108]. Flavonoidi lahko vstopijo v možgane [109]. Potencial proti raku kombinacije izoflavonskega biohanina A

in temozolomid proti celicam glioblastoma U87 in T98G je bil povezan z okrepljeno ekspresijo p-p53, inhibicijo celične viabilnosti in ekspresijo proteinov celičnega preživetja EGFR, p-Akt, p-ERK, membranskega tipa-MMP1 in c-myc[ 110]. Kombinirano zdravljenje pri rakavih celicah je povzročilo zaustavitev celičnega cikla v fazi G1 in znatno spremembo energetske presnove iz anaerobne v aerobno [95]. V celicah raka debelega črevesa je kasting potenciral apoptozo, inducirano s TNF-povezanim ligandom, ki inducira apoptozo (TRAIL), prek povečane regulacije receptorja smrti 5 in znižane regulacije beljakovin za preživetje, kot so survivin, Bdl-xL, Bcl-2, celični FLICE -podobni inhibitorni protein (cFLIP) in X-vezani inhibitor apoptoznega proteina (XIAP) [95]. V celicah človeškega kolorektalnega adenokarcinoma LoVo so Palko-Labuzet sod. nedavno dokazali, da flavonoid baicalein potencira antiproliferativni in proapoptotični učinek statinov, zaradi česar je zdravljenje z doksorubicinom učinkovito pri sicer odporni celični liniji [111]. Poleg tega katehin EGCG zelenega čaja zavira rast tumorja in povečuje terapevtsko učinkovitost zdravil pri različnih vrstah raka, kot je 5-fluorouracil (5-FU) na rakavih celicah debelega črevesa z zaviranjem z glukozo reguliranega proteina 78 (GRP78)/NF-kB/miR-155-5p/MDR1 pot [112].

Predlagano je bilo, da ima polifenol EGCG v čaju potencial, da je terapevtski adjuvans proti metastatskemu raku dojke pri ljudeh [113]. Klinična študija je pokazala, da so bolniki z rakom dojke, ki so bili izpostavljeni radioterapiji in peroralni uporabi EGCG, pokazali zmanjšano aktivacijo MMP-9/MMP-2 skupaj z nizkimi serumskimi ravnmi VEGF in hepatocitnega rastnega faktorja (HGF)[113]. V celični liniji MDA-MB-231 raka dojke pri ljudeh luteolin poveča delovanje doksorubicina in paklitaksela z zaviranjem signalizacije, posredovane z Nrf2-, in blokiranjem STAT3 [95,114]. Podobno aktivnost so opazili za flavonoid glabridin v celičnih linijah raka dojke, odpornih na MDA-MB-231/MDR1 (s prekomerno ekspresijo P-GP), in v celicah MCF-7/ADR (s čezmerno ekspresijo P -GP in MRP2). Preobčutljivostni učinek glabridina je lahko posledica njegove sposobnosti povečanja kopičenja doksorubicina v celicah MDA-MB-231/MDR1 z zaviranjem ekspresije P-GP in kompetitivnim zaviranjem iztočne črpalke P-GP, s čimer poveča apoptotično aktivnost doksorubicina [115]. Kundur et al. so pokazali, da imata kvercetin in kurkumin, aplicirana skupaj, sinergističen protitumorski učinek na trojno negativne celice raka dojke (TNBC), vključno z linijo MDA-MB-231, s čimer povečata izražanje beljakovin za raka dojke tipa 1 [116].

Pred kratkim so Moon in sodelavci poročali, da je zdravljenje z nobiletinom povečalo kopičenje intracelularnega adriamicina (ADR) v človeški celični liniji NSCLC A549/ADR s spodbujanjem učinkovitosti zdravljenja prek mehanizma, ki ga spremlja znižanje izražanja Akt, MYC(MYCN), pridobljenega iz nevroblastoma. ), GSK-3, MRP1 in -katenin [117]. Poleg tega je v celicah NSCLC, odpornih na mutante EGFR, apigenin skupaj z zaviralcem tirozin kinaze EGFR gefitinibom zaviral pomembne onkogene dejavnike, kot so c-Myc, s hipoksijo inducibilen faktor 1 alfa (HIF-1a) in EGFR ter tudi zmanjšal uporabo glukoze z zatiranjem izražanja njenega prenašalca, kar kaže na možno uporabo kombinacije obeh molekul v klinični praksi [118]. Aktivacija intrinzične poti apoptoze z zaustavitvijo faze G1 in ekspresijo fosfataze je povečala citotoksičnost paklitaksela v celicah raka prostate, zdravljenih s polifenolnim flavonoidom naringeninom, pridobljenim iz citrusov. Eden od ključnih negativnih regulatorjev signalne poti PI3K/Akt, homolog tenzina, izbrisan na kromosomu 10 (PTEN), je prav tako vključen v ta mehanizem, skupaj z znižano regulacijo NF-kB, Snail, Twist in c-Myc ekspresija mRNA in zatiranje celične migracije [119]. Ti rezultati o kombinirani uporabi obeh molekul in vitro poudarjajo njun terapevtski potencial pri raku prostate, čeprav je očitno potrebna tudi podrobna ocena mehanizma, na katerem temelji kombinirano delovanje in vivo.

3. Sklepi

Flavonoidi so pokazali posebno učinkovite lastnosti pri preprečevanju rasti tumorjev in pri ustvarjanju odpornosti rakavih celic na konvencionalne terapije. S to zbirko informacij iz trenutne literature je bil narejen poskus poudariti potencial flavonoidov pri zdravljenju raka, ne glede na to, ali se uporabljajo sami ali v kombinaciji s kemoterapevtiki. Čeprav je bila poudarjena potencialna učinkovitost flavonoidov pri preprečevanju rasti tumorjev, bo iskanje mehanizmov delovanja še dolgo trajalo.

Avtorski prispevki: CF in SB sta zasnovala idejo o pisanju te ocene. CF, MRIB, GF, GP, CT, CM in SB so prispevali k iskanju in pisanju literature. CF, SB, CM in CT so popravili prispevek. CT je uredil prispevek. Vsi avtorji so prebrali in se strinjali z objavljeno različico rokopisa.

financiranje: Ta raziskava ni prejela zunanjega financiranja.

Zahvala: MR in GP sta prejemnika doktorata znanosti. Program za evolucijsko biologijo in ekologijo, Oddelek za biologijo, Univerza v Rimu Tor Vergata, Via Della Ricerca Scientifica, 00133 Rim, Italija). CT je podprla Fondazione Umberto Veronesi, za kar se zahvaljujemo.

Nasprotja interesov: Avtorji izjavljajo, da ni navzkrižja interesov.

Reference

1. Steck, SE; Murphy, EA Prehranski vzorci in tveganje za raka. Nat. Rev. Rak. 2020, 20, 125–138. [CrossRef]

2. Marai, JPJ; Deavours, B.; Dixon, RA; Ferreira, D. Stereokemija flavonoidov. V znanosti o flavonoidih; Springer: New York, NY, ZDA, 2007; str. 1–35.

3. Panche, AN; Diwan, AD; Chandra, SR Flavonoidi: Pregled. J. Nutr. Sci. 2016, 5, e47. [CrossRef]

4. Middleton, E. Flavonoidi. Trends Pharmacol. Sci. 1984, 5, 335–338. 5. Xiong, Y.; Zhang, P.; Warner, RD; Fang, Z. 3-Barvilo deoksiantocianidin: uporaba v naravi, zdravju, sintezi in hrani. Kompr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2019, 18, 1533–1549. [CrossRef] [PubMed]

6. Khoo, HE; Azlan, A.; Tang, ST; Lim, SM Antocianidini in antocianini: barvni pigmenti kot hrana, farmacevtske sestavine in možne koristi za zdravje. Hrana Nutr. Res. 2017, 61, 1361779. [CrossRef]

7. Hostetler, GL; Ralston, RA; Schwartz, SJ Flavoni: viri hrane, biološka uporabnost, metabolizem in bioaktivnost. Adv. Nutr. 2017, 8, 423–435. [CrossRef]

8. Aherne, SA; O'Brien, NM Prehranski flavonoli: kemija, vsebnost hrane in metabolizem. Prehrana 2002, 18, 75–81. [CrossRef]

9. Mazur, WM; Duke, JA; Wähälä, K.; Rasku, S.; Adlercreutz, H. Izoflavonoidi in lignani v stročnicah: prehranski in zdravstveni vidiki pri ljudeh. Nutr. Biochem. 1998, 9, 193–200. [CrossRef]

10. Hammerstone, FJ; Lazarus, SA; Schmitz, HH Vsebnost procianidina in variacije v nekaterih pogosto zaužitih živilih. J. Nutr. 2020, 130, 2086S–2092S. [CrossRef]