Flavonoidi: mit ili stvarnost za terapiju raka?

Za više detalja kontaktirajtetina.xiang@wecistanche.com

Sažetak: Nutraceutici su biološki aktivne molekule prisutne u hrani; mogu blagotvorno djelovati na zdravlje, ali nisu dostupni u dovoljno velikim količinama da bi obavljali tu funkciju. Biljni metaboliti, poput polifenola, široko su rasprostranjeni u biljnom carstvu, gdje igraju temeljnu ulogu u razvoju biljaka i interakcijama s okolišem. Među njima, flavonoidi su od posebnog interesa jer imaju značajne učinke na ljudsko zdravlje. Studije in vitro i/ili in vivo opisale su flavonoide kao bitne hranjive tvari za prevenciju nekoliko bolesti. Oni pokazuju široku i obećavajuću bioaktivnost u borbi protiv raka,upala, bakterijskih infekcija, kao i za smanjenje težine neurodegenerativnih i kardiovaskularnih bolesti ili dijabetesa. Stoga ne čudi da je posljednjih godina naglo porastao interes za flavonoide. Više od 23000 znanstvene publikacije o flavonoidima opisale su potencijalno antikancerogeno djelovanje ovih prirodnih molekula u posljednjem desetljeću. Studije, in vitro i in vivo, pokazuju da flavonoidi pokazuju antikancerogena svojstva, a mnoge epidemiološke studije potvrđuju da unos flavonoida prehranom dovodi do smanjenog rizika od raka. Ovaj pregled daje uvid u mehanizme djelovanja flavonoida na stanice raka.

Ključne riječi: flavonoidi; Rak; oksidativni stres; upala; apoptoza/autofagija; metastaza; angiogeneza

1. Uvod

TheRakstopa smrtnosti se smanjila tijekom godina zbog istraživanja i prevencije, ali je stopa incidencije porasla. Nekoliko je studija istaknulo ulogu prehrane biljnog podrijetla u prevenciji bolesti povezanih s nastankom tumora [1]. Dobrobiti biljne prehrane mogle bi proizaći iz prisutnosti različitih bioaktivnih komponenti — poput fenolnih spojeva, karotenoida i osobito flavonoida — u povrću. Potonji se smatraju nezamjenjivima i prisutni su u raznim nutraceutskim, kozmetičkim, farmaceutskim, medicinskim i kozmetičkim primjenama. Zbog ovih primjena, istraživanja flavonoida značajno su se povećala posljednjih godina.

Flavonoidi su podskupina sekundarnih metabolita koji pripadaju velikoj zbirci fenolnih spojeva koje sintetiziraju biljke. Široko su rasprostranjeni među fotosintetskim organizmima te ih ima u izobilju u hrani i pićima biljnog podrijetla (tablica 1), gdje kvalitativni i kvantitativni sastavi mogu značajno varirati. Kemijska struktura sastoji se od kostura s 15 ugljikovih atoma, koji sadrži dva benzenska prstena (A i B) povezana s heterocikličkim piranskim prstenom (C) [2]. Flavonoidi se mogu podijeliti u nekoliko podskupina: flavoni, flavonoli, flavanoni, flavanonoli, flavanoli ili katehini, antocijanini i kalkoni [3]. Ova razlika proizlazi iz osnovne strukture flavonoida (slika 1), flavonskog prstena, koji predstavlja glavni dio flavonoida, te stupnja nezasićenosti i oksidacije ugljičnog prstena. Nadalje, u biljkama je aglikon osnovna flavonoidna struktura; međutim, mogu biti prisutni metilni eteri i acetilni esteri alkoholne skupine, kao i glikozidi nastali povezivanjem s ugljikohidratima, kao što su L-ramnoza, D-glukoza, glukoza-ramnoza, galaktoza ili arabinoza [4].

Više od 10 000 molekula pripada velikoj skupini flavonoida [12,13]. Taj se broj znatno povećava ako uzmemo u obzir ne samo proizvode koji potječu od flavonoida i nastaju tijekom obrade i skladištenja hrane, već i metabolite i konjugate proizvedene u tijelu nakon njihovog unosa. Stoga se koncentracije flavonoida, te strukturna složenost i fizikalno-kemijska svojstva jako razlikuju ovisno o izvoru i matrici [14].

Vrlo je teško procijeniti unos flavonoida hranom zbog njihove kvantitativne i kvalitativne varijabilnosti u povrću i voću, što može otežati uspostavljanje epidemioloških odnosa u pogledu njihovog utjecaja na ljudsko zdravlje i bolesti. Postoje brojne studije o apsorpciji i bioraspoloživosti. u literaturi pregledali su različiti autori [15-17]. Nekoliko čimbenika može utjecati na bioraspoloživost flavonoida, poput molekularne težine, glikozilacije i esterifikacije, uzrokujući određeni stupanj neizvjesnosti o stvarnim razinama njihove bioraspoloživosti i apsorpcije u ljudskom tijelu [17].

Detaljan opis metaboličke pretvorbe flavonoida nakon unosa hranom dali su Crozier i suradnici [16] i Landete [18]. Ukratko, metabolička pretvorba flavonoida može se odvijati u tankom crijevu uz oslobađanje aglikona kao rezultat aktivnosti hidrolaze. Nakon ovog koraka slijedi pretvorba u jetri, gdje se proizvode konjugirani oblici, tj. O-glukuronidi, sulfatni esteri i O-metilni esteri flavonoida. Tijelo može te metabolite tretirati kao ksenobiotike; čime ih uklanja iz krvotoka [16,18]. Glukuronidi i sulfatni derivati ​​mogu se lakše izlučiti putem urina i žuči [18]. Posljedično, analiza plazme možda neće pružiti vrijedne informacije o profilima ovih metabolita, dok izlučivanje mokraćom predstavlja veliku individualnu varijabilnost ovisno o klasama flavonoida i mogućnosti apsorpcije metabolita u tjelesnim tkivima. Štoviše, spojevi koje crijeva ne apsorbiraju, dalje će ići u debelo crijevo, gdje će ih mikroflora debelog crijeva strukturno modificirati. Dobiveni kataboliti mogu se apsorbirati u krvotok i konačno izlučiti urinom. Štoviše, flavonoidi mogu modulirati sastav crijevne mikrobiote povećanjem populacije korisnih bakterija, npr. Bifidobacterium i Lactobacillus, i inhibiranjem rasta različitih patogena [19]. Takva sposobnost flavonoida osigurava važan antipolitički mehanizam.

1.1.Biosintetski put flavonoida u biljkama

Metabolizam odflavonoidiuključuje gene koji su već prisutni u prvim kopnenim biljkama, jetrenjačama i mahovinama [20]. Biokemijski put karakteriziran je proučavanjem mutanata s promijenjenom sintezom flavonoida prisutnih u različitim biljnim vrstama [21]. Ključni prekursori za sintezu flavonoida su fenilalanin i malonil-CoA proizvedeni shikimatnim putem i TCA ciklusom (ciklus trikarboksilne kiseline). Kroz shikimatni put, aromatične aminokiseline se proizvode u biljkama, bakterijama i gljivama. Taj se put sastoji od sedam enzimskih reakcija, počevši od reakcije između fosfoenolpiruvata i eritroza-4-fosfata, do sinteze korizmata, konačnog produkta puta, kataliziranog korizmat sintazom. Mutaza korizmata preuređuje korizmata u prefenat; potonji je supstrat koji se koristi za sintezu fenilalanina [22]. U biljkama je fenilalanin prekursor 4-kumaroil-CoA, nakon aktivnosti fenilalanin amonijak-liaze (PAL) i 4-kumarat-CoA ligaze. Da bi pokrenuo sintezu flavonoida, 4-kumaroil-CoA reagira s malonil-CoA [23] (Slika 2). Ovi enzimi lokaliziraju se na citosolnoj strani endoplazmatskog retikuluma (ER), kao što je sugerirano eksperimentima imunološke lokalizacije, i obnavljaju se u topivoj frakciji staničnih ekstrakata. Nadalje, enzimi su međusobno povezani interakcijama protein-protein na površini endoplazmatskog retikuluma (ER); tako tvoreći kompleks [21,24,25]. Podaci o ko-lokalizaciji nekih enzima u tonoplastu i jezgri sugeriraju dinamičko ponašanje biosintetskog kompleksa. To bi pogodovalo kanaliziranju i istiskivanju konačnih proizvoda kako bi se zadovoljile fiziološke potrebe stanice [24]. Spojevi su usmjereni na vakuole kao skladišne ​​organele (tj. antocijanini, flavonol i flavonski glikozidi) ili na stanične stijenke [21. Međutim, važno je istaknuti da su pod određenim fiziološkim uvjetima biljne stanice sposobne remobilizirati flavonoide iz naslaga u vakuolama, tako da transport kroz tonoplast nije jednosmjeran [25]. Uz vakuole i stanične stijenke, flavonoidi se nalaze u citosolu, ER-u, kloroplastima (tj. kvercetin i kemferol glikozidi), jezgri (tj. izoflavonoidi kumestrol i 4',7-dihidroksiflavon u Medicago truncatula) i male vezikule, kao i apoplastični prostor (tj. flavoni, flavonol aglikoni i izoflavoni)[25]. Čini se da je učinkovit transportni sustav flavonoida unutar stanica osnova njihove široke distribucije u različite stanične odjeljke. Čini se da su dva glavna sustava uključena u transport flavonoida, jedan koji se temelji na membranskim vezikulama, a drugi na membranskom transporteru, koji se međusobno ne isključuju [25].

1.2. Uloga flavonoida u biljkama

Očuvanje gena uključenih u metabolizam flavonoida tijekom evolucije kopnenih biljaka jasan je pokazatelj njihove temeljne uloge u fiziologiji biljke [15]. Flavonoidi su odgovorni za boju i aromu cvijeća, uključeni su u reproduktivne strategije, štite stanice od štetnog UV zračenja (bitnog za život kopnenih biljaka) i igraju ulogu u otpornosti na bolesti, kao i u simbiotičkoj povezanosti (tj. kao signalne molekule u simbiozi biljka-mikroorganizam). Uključujući se u reakcije na stres, štite biljku od teških uvjeta okoline [26-28]. Raširena difuzija flavonoida sugerira da je njihova antioksidacijska aktivnost snažna značajka za preživljavanje i sposobnost kopnenih biljaka. Zapravo, njihova se sinteza pojačava nakon izlaganja biljke ozbiljnom stresu, budući da njihovo snažno antioksidativno djelovanje može spriječiti štetne učinke reaktivnih kisikovih vrsta (ROS) [29,30].

1.3. Flavonoidi i biotehnologija

Flavonoidi su povezani s mnogim povoljnim agronomskim svojstvima i zdravstvenim dobrobitima za ljude, tako da je njihov metabolički inženjering važan cilj biljne biotehnologije [25]. Količine flavonoida u biljkama variraju ovisno o vrsti, uvjetima uzgoja i stupnju razvoja. Zapravo, iako su ljekovite i aromatične biljke prilično učinkovite u proizvodnji ovih molekula, biljke uzgojene u polju ne mogu uvijek predstavljati dobar izvor ovih metabolita. To je zbog poteškoća u uzgoju biljaka, sezonskih varijacija u produktivnosti, proizvodnje specifičnih za tkiva/organe i problema povezanih s pročišćavanjem. Iz tih bi razloga industrijska proizvodnja polifenola bila teško održiva kada bi biljke uzgojene u polju bile jedini izvor sirovine. S druge strane, vrlo složene strukture i stereospecifičnost flavonoida često čine kemijsku sintezu ekonomski neizvodljivom [31]. In vitro tehnike mogu predstavljati alat za poboljšanje biosinteze flavonoida i dostupnosti tijekom cijele godine za prevladavanje ovih problema. Različite biljne in vitro kulture (tj. kalusa, stanične suspenzijske kulture, kulture organa i dlakavog korijena) i tehnike transformacije korištene su za istraživanje i poboljšanje sinteze ovih važnih molekula [31-35]. U obzir je uzeto nekoliko pristupa, kao što je odabir linija s visokim prinosom, hranjenje prekursorima i uporaba elicitora [36]. Potonji uključuje dodatak mediju kulture molekula bilo biološke ili kemijske sinteze, sposobnih stimulirati nakupljanje sekundarnih metabolita u biljci kao obrambenu reakciju na stresne uvjete [28], koje pokreću i aktiviraju elicitori[{{8} },36]. Pozitivni rezultati dobiveni su u različitim vrstama [37], i, u ovoj perspektivi, upotreba elicitora može se razmotriti za budući razvoj na industrijskoj razini.

Nadalje, poboljšano znanje o ulozi miRNA u regulaciji biosintetskog puta flavonoida omogućit će poboljšanja u metabolizmu ovih molekula. Modulacija razina miRNA mogla bi biti moćan alat i za postizanje boljeg prinosa i za sintezu željenih kombinacija metabolita [38].

2. Preventivne aktivnosti flavonoida protiv raka

Široki spektar bioloških djelovanja koje provode flavonoidi uvelike ovisi o njihovoj karakteristici da su snažni protuupalni i antioksidansi koji se suprotstavljaju slobodnim radikalima, koji su na važan način povezani s mnogim kroničnim degenerativnim bolestima (Slika 3). U patološkim uvjetima povećanje slobodnih radikala oštećuje različite vrste molekula, poput nukleinskih kiselina, proteina i lipida, što rezultira starenjem i smrću stanica, ali i poticanjem karcinogeneze [39].

2.1. Flavonoidi i kronična upala

Raksmatra se bolešću koja se odnosi na kroničneupala[41]. U raznim upalnim bolestima ishod dovodi do karcinogeneze. U bilijarnom traktu kolangiokarcinom stvara kronični upalni infiltrat, zbog infekcije s Clonorchis Sinensis [42]. Helicobacter pylori jedan je od glavnih uzročnika adenokarcinoma i limfoma limfnog tkiva povezanog sa želučanom sluznicom [43]. Kronična infekcija virusom hepatitisa B i C može dovesti do hepatocelularnog karcinoma, trećeg vodećih uzroka smrti od raka [44]. Konačno, infekcija papiloma virusom vodeći je uzrok raka penisa i anogenitalnog karcinoma kod ljudi. Osim toga, rizik od razvoja raka mokraćnog mjehura može povećati sljedeću shistosomijazu, kao i rizik od zaraze Kaposijevim sarkomom nakon infekcije ljudskim herpesvirusom tipa 8. Daljnji oblici kroničnih upala, osim onih uzrokovanih mikrobnim infekcijama, mogu pridonijeti karcinogenezi. Povećani rizik od raka gušterače, jednjaka i žučnog mjehura opisan je kao posljedica upalnih bolesti kao što su Barrettova metaplazija, ezofagitis i kronični pankreatitis [45, A46]. Također su pronađene moguće povezanosti između čira Marjolina i raka kože [47], azbesta i mezotelioma [48], dima cigareta i karcinoma bronha [48], kronične astme i raka pluća [49], ulcerativnog lichen planusa i karcinoma skvamoznih stanica. 50], upala prepucija/fimoza i rak penisa [51] te između upale zdjelice/jajnika i raka jajnika [52]. Rak prostate je povezan s kroničnim prostatitisom uzrokovanim trajnom bakterijskom infekcijom ili neinfektivnim mehanizmima [53]. Stoga se čini da je povezanost između kronične upale i razvoja raka potkrijepljena sve većim brojem dokaza.

U tom smislu, flavonoidi su pokazali dvostruku sposobnost smanjenja upale i proliferacije tumorskih stanica. Taksifolin, flavanonol koji se nalazi u crnogorici, ima ili protuupalno ili antiproliferativno djelovanje. Kod švicarskih albino miševa izazvanih benzopirenom, mutagenom koji je često prisutan u dimu cigareta i ispušnim plinovima automobila. izvršio je potisnutu upalu stimulacijom signalnog puta Nrf2 (nuklearni čimbenik eritroidni 2-srodni faktor 2), koji igra središnju ulogu u pružanju otpornosti na oksidativni stres i upalu inhibicijom NF-kB [54,55]. Krizin je aglikonski flavonoid s protuupalnim djelovanjem. Primjena krizina u miševa izazvanih LPS-om (lipopolisaharidom) smanjila je razvoj ozljeda pluća suzbijanjem puta proteina 3 interakcije enzima l/tioredoksina koji se veže za inozitol/nukleotidne oligomerizacijske domene slične receptoru [56]. Kod štakora je spriječio miokardijalne komplikacije oksidativnog stresa izazvanog hiperkolesterolemijom putem aktivacije endotelne sintaze dušikovog oksida i ciljnih gena Nrf2 kao što su SOD (superoksid dismutaza) i katalaza [57]. Nadalje, krizin je značajno inhibirao proliferaciju i inducirao apoptozu na ljudskim stanicama raka grlića maternice [58] i stanicama raka debelog crijeva [59] modulirajući različite apoptotičke gene i gene AKT/MAPK puta. Ovi rezultati ističu dva različita mehanizma putem kojih flavonoidi određuju učinke na upalu i staničnu proliferaciju: s jedne strane, oni aktiviraju put Nrf2 za inhibiciju NF-kB i pokreću protuupalni učinak; s druge strane, djeluju na staničnu proliferaciju modulirajući gene uključene u apoptozu i put AKT/MAPK (protein kinaza B/mitogenom aktivirana protein kinaza).

2.2. Flavonoidi i oksidativni stres

Unutarstanično okruženje u stanicama raka ima visoku razinu ROS-a od normalne stanice, prvenstveno vodikovog peroksida, zbog antioksidativnog sustava koji više nije učinkovit. U normalnim stanicama, odgovarajući omjer glutationa (GSH/GSSG) pretvara vodikov peroksid u vodu. Kada se omjer glutationa smanji, vodikov peroksid se pretvara u hidroksilni radikal (OH'), koji je vrlo reaktivan radikal koji dovodi do oštećenja DNA i mutacija u tumor supresorskim genima, početni kritični događaj koji pokreće karcinogenezu [60]. Najmanje tri faze karakteriziraju razvoj raka: početak, napredovanje i napredovanje.Oksidativni stresuključen je u sve faze ovog procesa (slika 4). Tijekom početne faze, ROS može oštetiti DNK uvođenjem genskih mutacija i strukturnih promjena u DNK. U fazi promocije, ROS ima temeljnu ulogu u povećanju stanične proliferacije ili smanjenju stanične apoptoze kao posljedice modifikacije ekspresije gena, komunikacije između stanica i unutarstaničnih signalnih putova [61]. Konačno, oksidativni stres pridonosi napredovanju tumorskog procesa kroz daljnju mutagenezu u iniciranoj populaciji stanica [62]. Terapijski cilj mnogih lijekova protiv raka je podići ionako visoku razinu ROS prisutne u tumorskim stanicama kako bi se pokrenula kaskada apoptoze [63]. Čak i flavonoidi, iako su poznati po svom antioksidativnom djelovanju, mogu imati prooksidativno djelovanje i tako potaknuti apoptozu u stanicama raka.

Naringenin je flavanon kojeg najviše ima u grejpu, mandarini, naranči, sirovoj limunovoj kori i sirovoj kori limete. Zaustavio je stanični ciklus i inducirao apoptozu u nekoliko ljudskih tumorskih stanica [64,65], a također je suzbio invazivnost i metastatski potencijal stanica raka želuca i stanica hepatocelularnog karcinoma [66,67]. Naringenin je imao pro-oksidacijski učinak jer je smanjio aktivnosti glutation reduktaze, glutation S-transferaze i glioksalaze u tumorskim stanicama, što je zauzvrat smanjilo mehanizme detoksikacije vodikovog peroksida dovodeći do nakupljanja i povećanja lipidne peroksidacije s posljedičnim oštećenjem stanične membrane [68]. Zanimljivo je da je nedavno završena prva faza kliničkog ispitivanja istaknula sigurnost i farmakokinetiku naringenina [69]. Naringenin, 4 sata nakon primjene jedne doze ekstrakta Citrus sinensis (slatke naranče), detektabilan je u plazmi u koncentraciji od 43 µM.

2.3. Flavonoidi i apoptoza/autofagija

Potraga za terapijama protiv raka trenutno je usmjerena na indukciju apoptoze stanica raka [70]. Nažalost, stanice raka mogu izbjeći aktivaciju apoptotičke kaskade, braneći se od stanične smrti. Nadalje, razvoju tumora pogoduje indukcija rezistencije na lijekove [71]. Modulacija Bcl-2 i drugih proteina omogućuje flavonoidima, kao što je lijevanje, izoliranim iz vrste Vitex agnus-castus, naširoko korištenih u tradicionalnoj kineskoj medicini kao protuupalno sredstvo, da pokrenu apoptozu modulacijom Bcl{{ 5}} i drugi za opstanak. Ova molekula pokreće intrinzični put apoptoze snižavanjem Bcl-2, Bcl-xL, survivina i pojačanom regulacijom Bax, što je dokazano u brojnim linijama tumora raka žučnog mjehura, raka jednjaka, raka debelog crijeva, leukemije i glioblastoma [72] . Slično tome, vitexin je prirodno dobiveni flavonoidni spoj ekstrahiran iz kineske biljke Crataegus pinnatifida za koji se pokazalo da smanjuje omjer Bcl-2/Bax, otpuštanje citokroma c iz mitohondrija i kod raka pluća nemalih stanica kod ljudi A549 stanice, cijepanje kaspazom-3 [73].

Smanjena ekspresija antiapoptotskih molekula kao što su Bcl-2 i Bcl-xL i pojačana ekspresija proapoptotskih molekula, kao što su kaspaza-3 i kaspaza-9, opažena je u inhibicija proliferacije linije humanog metastatskog raka jajnika (PA-1) koju vrši kvercetin [74] jedan od najzastupljenijih flavonoida u luku i brokuli.

Autofagija je visoko očuvan katabolički proces izazvan stresom koji pozitivno regulira proces stanične smrti. Nekoliko lijekova protiv raka pokrenulo je autofagiju i stoga njezino izazivanje predstavlja potencijalnu strategiju za terapiju raka J751. Vodeni ekstrakt pimenta bogat je različitim vrstama flavonoida. U stanicama raka dojke aktivirao je autofagiju, in vitro i in vivo, i inducirao staničnu smrt potiskivanjem Akt/ciljnog cilja rapamicina (mTOR) [76]. Slično, u SK-HEP-1 stanicama raka ljudske jetre, kemferol je inducirao autofagiju putem Akt signalizacije i adenozin monofosfatom aktivirane proteinske kinaze (AMPK), a kroz nižu regulaciju CDK1/ciklina B doveo je do G2/M zaustavljanja [77]. ]. Nadalje, indukcija autofagije genisteinom u više vrsta raka, kao što su rak dojke, prostate i maternice, čini se da je u osnovi njegovog antitumorskog učinka [78].

2.4. Flavonoidi koji ciljano djeluju na matične stanice raka

Matične stanice raka (CSC) mala su subpopulacija stanica u tumoru koje se same obnavljaju i sposobne su pokrenuti i održati rast tumora. Nadalje, CSC u raku igra ključnu ulogu u nastanku, održavanju, napredovanju, rezistenciji na lijekove i recidivu ili metastazama [79]. Nagomilani dokazi sugeriraju da su prehrambene fitokemikalije, uključujući flavonoide, obećavajuća sredstva za suzbijanje CSC-a [80]. Na primjer, dokazano je da naringenin inhibira matične stanice raka dojke povećanjem p53 i estrogenskog receptora slično kao što je utvrđeno za hesperidin [81].

Apigenin je uobičajeni flavon koji se uglavnom nalazi u kamilici, celeru i peršinu. Antikancerogeno djelovanje apigenina primijećeno je kod glioblastoma (najčešći primarni i agresivni tumor mozga). Zapravo, Kim i kolege [82] pokazali su da apigenin (i kvercetin) može ometati sposobnost samoobnavljanja i invazivnost matičnih stanica sličnih glioblastomu kroz nižu regulaciju c-Met signalnog puta. Apigenin povećava antineoplastičnu aktivnost cisplatina u CD44 plus populacijama matičnih stanica raka prostate [83] i potiskuje svojstva slična matičnim stanicama i tumorogeni potencijal trostruko negativnih stanica raka dojke [84]. Inhibicija sposobnosti samoobnavljanja i obnova radio-osjetljivosti dokazana je u oralnim matičnim stanicama raka za luteolin [85], flavon koji se nalazi u velikom broju prehrambenih izvora uključujući celer, mrkvu, papriku, maslinovo ulje, ružmarin, i origano. Flavonol kvercetin je molekula od medicinskog interesa jer posjeduje antikancerogeni potencijal [86]. Zapravo, kvercetin djeluje na nekoliko vrsta CSC-a, uključujući matične stanice gušterače [87], dojke [88] i želuca [89].

2.5. Antiangiogena i antimetastatska svojstva flavonoida

Flavonoidi igraju zanimljivu ulogu kao inhibitori angiogeneze. Angiogeneza se sastoji u razvoju novih krvnih žila, što je temeljni proces za rast tkiva, zacjeljivanje rana i embrionalni razvoj, ali predstavlja negativnu značajku u prisutnosti tumora jer više krvnih žila nosi više hranjivih tvari do stanica raka, što omogućuje bolje žive i razmnožavaju se. To je proces koji je strogo kontroliran širokim rasponom induktora, kao što je faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF) i adhezijske molekule, kao i raznim inhibitorima uključujući angiostatin i trombospondin, a stimuliran mnogim čimbenicima koji pridonose upali i raku, što ukazuje na da su angiogeneza, upala i rak blisko povezani procesi [90]. Posljednjih godina razvoj inhibitora angiogeneze bio je žarište istraživanja protiv raka jer je ovaj nekontrolirani proces temeljni korak u rastu, invaziji i metastazama raka. Nakon ovog napora, FDA je odobrila upotrebu brojnih lijekova protiv angiogeneze za liječenje raka [91]. Ispituju se nove molekule koje mogu inhibirati angiogenezu tumora. Wogonin, O-metilirani flavon, kemijski spoj sličan flavonoidu koji sintetizira Scutellaria baicalensis, inhibira angiogenezu izazvanu LPS-om i in vitro i in vivo [92]. Genistein inhibira angiogenezu moduliranjem ekspresije VEGF-a, metaloproteaza (MMP) i receptora epidermalnog faktora rasta (EGFR) [93]. U endotelnim stanicama ljudske pupčane vene, stimulirane VEGF-om (HUVEC-ima), kaempferol inhibira angiogenezu djelovanjem na VEGF receptor 2. Ovaj se proces također odvija zahvaljujući smanjenoj regulaciji P13kt/Akt zajedno s mitogenom aktiviranim protein kinaza (MEK) i putevi ERK [94].

Luteolin (8-C- -D-glukopiranozid), glikozilni prehrambeni flavonoid, smanjuje invaziju tumora u 12-O-tetradekanoilforbol-13-acetatom (TPA) tretiranim MCF{{ 7}} stanica raka dojke, blokirajući ekspresiju MMP-9 metaloproteinaze i interleukina-8(IL-8)[95]. U stanicama raka želuca kvercetin je pokazao antimetastatske učinke putem razgradnje funkcije aktivatora plazminogena urokinaze (uPA)/uPA receptora (uPAR), moduliranjem NF-kB, PKC-6, ERK1/2 i AMPK [96]. Nedavno su Yao i sur. izvijestili su da u A375 stanicama melanoma čovjeka luteolin inhibira proliferaciju, migraciju i invaziju inducirajući apoptozu ovisnu o dozi. U istom staničnom modelu također je primijećena inhibicija Akt i PI3Kfosforilacije. Isti su autori prikupili eksperimentalne dokaze da luteolin omogućuje prekomjernu ekspresiju tkivnih inhibitora metaloproteinaze (TIMP)-1 i TIMP-2 i smanjuje ekspresiju MMP-2 i MMP{{23} }]. Daljnji eksperimentalni rezultati istaknuli su da je luteolin značajno smanjio rast tumora stanica A375 u modelu ksenografta miša, potvrđujući da je antitumorska aktivnost izvedena iz regulacije ekspresije MMP-2 i MMP-9 putem PI3K/Akt put [97].

2.6. Flavonoidi i diferencijacija stanica raka

Terapija diferencijacije ima za cilj potaknuti diferencijaciju stanica raka; čime se smanjuje njihova proliferacija [68]. Diferencijacijska terapija u usporedbi s konvencionalnom kemoterapijom ima prednost što je manje toksična i stoga uzrokuje manje nuspojava kod bolesnika [98]. Kvercetin i pelargonidin induciraju diferencijaciju visoko metastatskih mišjih stanica melanoma B16-F10 mehanizmom koji uključuje transglutaminazu tipa 2 [99]. All-trans retinoična kiselina (ATRA) ima široku kliničku primjenu u diferencijacijskoj terapiji bolesnika s akutnom promijelocitnom leukemijom (APL). Međutim, produljeno liječenje rezultira rezistencijom na lijekove i zahtijeva sve veće doze [100]. Pojava fenomena rezistencije na lijekove zahtijeva razvoj novih sredstava s većom aktivnošću indukcije diferencijacije. Flavonoidi imaju zanimljive karakteristike u tom smislu. Zapravo, oni su sposobni inducirati staničnu diferencijaciju APL stanica. Međutim, struktura flavona mogla bi biti ključna za indukciju diferencijacije stanica. Doista, u APL stanicama, kvercetin inducira njihovu diferencijaciju u monocite, a apigenin i luteolin induciraju njihovu diferencijaciju u granulocite. Naprotiv, galangin, kemferol i naringenin nisu inducirali nikakvu diferencijaciju u APL stanicama [100].

Nedavno su Moradzadeh i sur. [101] izvijestili su da epigalokatehin galat (EGCG), polifenol zelenog čaja, u diferencijaciji granulocita APL HL-60 i NB4 stanica, ima sličan učinak kao ATRA. U obje ove stanične linije, EGCG je smanjio ekspresiju histon deacetilaze 1. Nadalje, u NB4 stanicama, EGCG je također smanjio ekspresiju relevantnog kliničkog markera PML-RARo. Stanična diferencijacija bila je inducirana wogoninom, u staničnoj liniji K562, modelu stanica primarne kronične mijeloične leukemije (CML). Isti rezultat primijećen je kod primarnog KML-a koji je nastao kod pacijenata koji je bio osjetljiv i otporan na imatinib. Regulacija transkripcijskog faktora GATA-1 i povećano vezanje između GATA-1 i transkripcijskog koaktivatora FOG-1 također je primijećeno u tim stanicama [102]. Nekoliko opažanja pruža dokaze koji podupiru potencijalnu primjenu flavonoida u liječenju pacijenata s različitim vrstama raka. U tumorskim stanicama izoliranim iz različitih solidnih tumora, kao što su maligni melanom, rak dojke, gliom i hepatom, dokazana je diferencijacija izazvana liječenjem flavonoidima [103]. Konkretno, u matičnim stanicama raka dojke primijećena je diferencijacija stanica inducirana genisteinom [78,93] i flavonoidom izoliranim iz sladića (Glycyrrhiza sp.), izolikviriteninom [104].

U liječenju stanica APL NB4 s dihidromiricetinom (DMY), dihidroflavonolom ekstrahiranim iz Ampelopsis sp., uočeno je da djeluje sinergistički s ATRA-om kako bi pospješio diferencijaciju stanica [105]. ATRA-inducirana fosforilacija p38 MAPK aktivira STAT1, a STAT1 igra ključnu ulogu u terminalnoj diferencijaciji mijeloidnih stanica kroz regulaciju proteina staničnog ciklusa i specifičnih mijeloidnih faktora transkripcije. DMY-pojačana diferencijacija, u kombinaciji s ATRA-om, ovisila je o povećanoj aktivaciji p38MAPK/STAT1 signalnog puta. Zanimljivo je da sam DMY nije bio u mogućnosti aktivirati diferencijaciju i smanjiti fosforilaciju p38 MAPK s posljedičnim smanjenjem aktivnosti STAT1 [105]. Ovo neočekivano različito ponašanje, u aktivaciji puta, sugerira da nije moguće predvidjeti biološki učinak izveden iz kombinacije generičkog flavonoida s konvencionalnim lijekom samo na temelju poznavanja njihovog mehanizma djelovanja proučavanog u pojedinačnim tretmanima, kao što možda i nije isto. Stoga bi svi flavonoidi mogli biti mogući pojačivači diferencijacije u kombinaciji s konvencionalnim lijekovima.

2.7. Flavonoidi za poboljšanje osjetljivosti na kemoterapiju

Kombinirani tretmani s više molekula mogu poboljšati ukupnu kliničku učinkovitost trenutačnih lijekova protiv raka [68,106]. Zbog rezistencije na više lijekova i recidiva tumora, razvoj novih strategija za poboljšanje osjetljivosti na kemoterapiju i minimiziranje neželjenih nuspojava još uvijek je hitan. U tom smislu, flavonoidi su smatrani obećavajućim kandidatima na temelju njihove antikancerogene aktivnosti (Slika 5). Yuan i dr.[107] pružio je dokaze o antiproliferativnoj učinkovitosti kombinacije arsenita i delfinidina (potonji je jedan od antocijaninskih spojeva) na ljudske NB4 i HL-60 APL stanice. Delfinidin je senzibilizirao stanice leukemije otporne na arsenit na apoptozu modulirajući količinu glutationa i smanjujući aktivnost NF-kB. Također su pokazali da je kombinirani tretman bio selektivan jer je povećao citotoksičnost arsenita protiv stanica raka, ali ne i mononuklearnih stanica periferne krvi [107].

Nadalje, kombinirano liječenje flavonoidima pokazalo je korisne učinke na različite tipove stanica stabilizirane iz solidnih tumora. Dokazano je da kvercetin senzibilizira stanice ljudskog glioblastoma U87 i U251 na temozolomid, oralni kemoterapeutski agens za alkiliranje, in vitro putem inhibicije proteina toplinskog udara 27 [108]. Flavonoidi mogu ući u mozak [109]. Antikancerogeni potencijal kombinacije izoflavona biohanina A

a temozolomid protiv stanica glioblastoma U87 i T98G bio je povezan s pojačanom ekspresijom p-p53, inhibicijom stanične održivosti i ekspresijom proteina staničnih preživljavanja EGFR, p-Akt, p-ERK, membranskog tipa-MMP1 i c-myc[ 110]. Kombinirano liječenje stanica raka izazvalo je zaustavljanje staničnog ciklusa u G1 fazi i značajnu promjenu energetskog metabolizma iz anaerobnog u aerobni [95]. U stanicama raka debelog crijeva, lijevanje je pojačalo apoptozu izazvanu ligandom koji inducira apoptozu (TRAIL) povezanim s TNF-om kroz regulaciju receptora smrti 5 i nižu regulaciju proteina preživljavanja, kao što su survivin, Bdl-xL, Bcl-2, stanični FLICE -slični inhibicijski protein (cFLIP) i X-vezani inhibitor proteina apoptoze (XIAP)[95]. U LoVo stanicama ljudskog kolorektalnog adenokarcinoma, Palko-Labuzet sur. nedavno su pokazali da flavonoid baicalein potencira antiproliferativni i proapoptotski učinak statina, čineći liječenje doksorubicinom učinkovitim u inače rezistentnoj staničnoj liniji [111]. Osim toga, EGCG katehin zelenog čaja suzbija rast tumora i povećava terapijsku učinkovitost lijekova za različite vrste raka, kao što je 5-fluorouracil (5-FU) na stanice raka debelog crijeva inhibicijom proteina reguliranog glukozom 78 (GRP78)/NF-kB/miR-155-5p/MDR1 put [112].

Pretpostavlja se da EGCG polifenol u čaju ima potencijal da bude terapeutski adjuvans protiv metastatskog raka dojke kod ljudi [113]. Klinička studija pokazala je da pacijentice s rakom dojke podvrgnute radioterapiji i oralnoj primjeni EGCG-a pokazuju smanjenu aktivaciju MMP-9/MMP-2 praćenu niskim razinama VEGF-a i faktora rasta hepatocita (HGF) u serumu[113]. U MDA-MB-231 staničnoj liniji raka dojke kod ljudi, luteolin pojačava djelovanje doksorubicina i paklitaksela supresijom Nrf2-posredovane signalizacije i blokiranjem STAT3 [95,114]. Slična aktivnost primijećena je za flavonoid glabridin u staničnim linijama raka dojke, otpornim na MDA-MB-231/MDR1 (s prekomjernom ekspresijom P-GP) i u stanicama MCF-7/ADR (s prekomjernom ekspresijom P -GP i MRP2). Senzibilizirajući učinak glabridina može biti posljedica njegove sposobnosti da poveća nakupljanje doksorubicina u stanicama MDA-MB-231/MDR1 supresijom ekspresije P-GP i kompetitivnom inhibicijom efluksne pumpe P-GP, čime se pojačava apoptotička aktivnost doksorubicina [115]. Kundur i sur. su pokazali da kvercetin i kurkumin primijenjeni zajedno imaju sinergistički antitumorski učinak na trostruko negativne stanice raka dojke (TNBC), uključujući liniju MDA-MB-231, povećavajući ekspresiju proteina osjetljivosti na rak dojke tipa 1 [116].

Nedavno su Moon i kolege izvijestili da je liječenje nobiletinom povećalo nakupljanje intracelularnog adriamicina (ADR) u ljudskoj NSCLC A549/ADR staničnoj liniji promicanjem učinkovitosti liječenja putem mehanizma praćenog regulacijom naniže ekspresije Akt, MYC(MYCN) izvedenog iz neuroblastoma ), GSK-3, MRP1 i -katenin [117]. Štoviše, u NSCLC stanicama otpornim na EGFR mutante, apigenin spojen s inhibitorom EGFR tirozin kinaze gefitinibom inhibirao je važne onkogene čimbenike kao što su c-Myc, faktor 1 alfa inducibilan hipoksijom (HIF-1a) i EGFR, a također smanjio je upotrebu glukoze potiskivanjem ekspresije njezinog prijenosnika, što ukazuje na moguću upotrebu kombinacije dviju molekula u kliničkoj praksi [118]. Aktivacija intrinzičnog puta apoptoze zaustavljanjem G1 faze i ekspresijom fosfataze povećala je citotoksičnost paklitaksela u stanicama raka prostate tretiranim polifenolnim flavonoidom naringeninom dobivenim iz citrusa. Jedan od ključnih negativnih regulatora signalnog puta PI3K/Akt, homolog tenzina izbrisan na kromosomu 10 (PTEN), također je uključen u ovaj mehanizam, zajedno s niskom regulacijom NF-kB, Snail, Twist i c-Myc ekspresija mRNA i suzbijanje migracije stanica [119]. Ovi rezultati o kombiniranoj uporabi dviju molekula in vitro naglašavaju njihov terapeutski potencijal u liječenju raka prostate, iako je očito također potrebna detaljna procjena mehanizma na kojem se temelji kombinirano djelovanje in vivo.

3. Zaključci

Flavonoidi su pokazali posebno učinkovita svojstva u suzbijanju rasta tumora i stvaranju otpornosti stanica raka na konvencionalne terapije. S ovom kompilacijom informacija iz trenutne literature, učinjen je pokušaj da se naglasi potencijal flavonoida u terapiji raka, bilo da se koriste sami ili u kombinaciji s kemoterapijskim sredstvima. Iako je naglašena potencijalna učinkovitost flavonoida u suzbijanju rasta tumora, potraga za mehanizmima djelovanja još će dugo trajati.

Autorski doprinosi: CF i SB su došli na ideju pisanja ove recenzije. CF, MRIB, GF, GP, CT, CM i SB pridonijeli su pretraživanju i pisanju literature. CF, SB, CM i CT revidirali su rad. CTedigirao rad. Svi su autori pročitali i složili se s objavljenom verzijom rukopisa.

Financiranje: Ovo istraživanje nije dobilo vanjska sredstva.

Priznanja: MR i GP su dobitnici doktorata znanosti. Program evolucijske biologije i ekologije, Odsjek za biologiju, Sveučilište u Rimu Tor Vergata, Via Della Ricerca Scientifica, 00133 Rim, Italija). CT je podržala Fondazione Umberto Veronesi, što je zahvalno.

Sukob interesa: Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Reference

1. Steck, SE; Murphy, EA Obrasci prehrane i rizik od raka. Nat. Rak vlč. 2020, 20, 125–138. [CrossRef]

2. Marai, JPJ; Deavours, B.; Dixon, RA; Ferreira, D. Stereokemija flavonoida. U znanosti o flavonoidima; Springer: New York, NY, SAD, 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-Bojilo deoksiantocijanidin: priroda, zdravlje, sinteza i primjena u hrani. Kompr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2019, 18, 1533–1549. [CrossRef] [PubMed]

6. Khoo, HE; Azlan, A.; Tang, ST; Lim, SM Antocijanidini i antocijanini: obojeni pigmenti kao hrana, farmaceutski sastojci i potencijalne zdravstvene dobrobiti. Hrana Nutr. Res. 2017, 61, 1361779. [CrossRef]

7. Hostetler, GL; Ralston, RA; Schwartz, SJ Flavoni: izvori hrane, bioraspoloživost, metabolizam i bioaktivnost. Adv. Nutr. 2017, 8, 423–435. [CrossRef]

8. Aherne, SA; O'Brien, NM Dijetalni flavonoli: kemija, sadržaj hrane i metabolizam. Prehrana 2002, 18, 75–81. [CrossRef]

9. Mazur, WM; Duke, JA; Wähälä, K.; Rasku, S.; Adlercreutz, H. Izoflavonoidi i lignani u mahunarkama: prehrambeni i zdravstveni aspekti kod ljudi. Nutr. Biochem. 1998, 9, 193–200. [CrossRef]

10. Hammerstone, FJ; Lazarus, SA; Schmitz, HH Sadržaj procijanidina i varijacije u nekoj uobičajeno konzumiranoj hrani. J. Nutr. 2020, 130, 2086S-2092S. [CrossRef]