Протиракові дії рН або термічно модифікованого пектину; Тумопектин; Ваш союзник для

Опубліковано в Інтернеті 2013 8 жовтня. Doi: 10.3389/fphar.2013.00128

протиракові

Протипухлинна активність рН або термічно модифікованого пектину

Ця стаття цитувалася в інших статтях PMC.

Незважаючи на величезні зусилля з пошуку нових ліків та методів лікування, рак продовжує залишатися основною проблемою охорони здоров'я. Крім того, поява стійкості до хіміотерапії часто перешкоджає повній ремісії. Дослідники звернулися до природних продуктів, переважно рослин, щоб обійти опір. Пектин та рН або термічно модифікований пектин продемонстрували хіміопрофілактичну та протипухлинну активність проти агресивного та рецидивуючого раку. Мета даної статті - описати, як пектин та модифікований пектин представляють ці дії та які можливі основні механізми. Невдача звичайної хіміотерапії для зниження смертності, а також серйозні побічні ефекти роблять натуральні продукти, такі як продукти, що отримують пектин, ідеальними кандидатами на синергізм у поєднанні зі звичайними протипухлинними препаратами.

Ключові слова: пектин, рак, галектин-3, комбінація препаратів, апоптоз, хіміопрофілактика

Незважаючи на величезний прогрес у терапії раку за останнє десятиліття, особливо у розробці «розумних препаратів», рак залишається однією з основних причин смерті. Тому розробка нових терапевтичних стратегій залишається головним пріоритетом. Природні сполуки є важливим джерелом нових "джерел" із сильною хіміотерапевтичною або хіміопрофілактичною активністю. Дослідження взаємозв’язків структура-активність призвели до розробки природних молекул або напівсинтетичних аналогів з більш високою активністю або меншою токсичністю. Два найкращих приклади, які в даний час використовуються для лікування раку, - це паклітаксел та етопозид. У цій роботі ми опишемо, що відомо про певний клас складних рослинних полісахаридів, пектину та його потенційну протипухлинну активність.

У 1825 р. Французький хімік і фармацевт Анрі Браконно, який був експертом з вилучення активних компонентів з рослин, першим відкрив гетерополісахарид із желюючими властивостями, який він назвав "пектиновою кислотою" (у давньогрецькій мові πηκτ ικóς означає коагулянт).

Пектин - це сімейство складних полісахаридів, які у великій кількості містяться в первинній стінці рослин. Основна роль компонентів стінок рослин полягає у забезпеченні рослин механічною міцністю, підтримці фази позаклітинної води шляхом замочування та забезпеченні бар’єру від зовнішнього середовища.

Точна хімічна структура пектину все ще обговорюється. Пектини - це сімейство полімерів, ковалентно пов’язаних з галактуроновою кислотою. На сьогоднішній день зі стінки рослини виділено три пари пектинових полісахаридів, структура яких виявлена. Це гомогалактуронан (HG), рамноголактуронан-I (RG-I) та заміщені галактуронани (GS).

Гомогалактуронан, на частку якого припадає приблизно 65% молекули пектину, є лінійним ланцюгом d-галактопіраносілуронової кислоти (GalсторА) зв'язаний в α-1,4. Карбоксильна група деяких залишків може бути етерифікована метилом. Залежно від виду рослин, HGS також може бути частково O-ацетильований до C-3 або C-2 (UМалюнок 1).

D-галактуронова кислота L-рамноза D-Dha * D-ксилоза

O-ацетиловий ефір D-галактоза D-апіоз L-галактоза

O-метиловий ефір L_Арабіноза L-ацетатна кислота Kdo **

* D-Dha = 3-дезокси-D-сміття-2-гептулосарова кислота

** Kdo = 3-дезокси-D-ман-2-октулозонова кислота

Схематичне зображення структури пектину. AG, арабіногалактан; HG, гомогалактуронан; RG, рамноголактуронан; XG, ксилогалактуронан.

Рамногалактуронан-I становить приблизно 20-35% пектину. RG-I - це сімейство пектинових полісахаридів, основним ланцюгом яких є повтор дисахаридів, що складаються з галактуронової кислоти і споріднені з рамносилом [→ 4) -α-d-GalсторA- (1 → 2) -α-1-Rhap- (1 →]стор утворюючи основну ланцюг, може бути O-ацетильований в С-3 або С-2, але зазвичай не пов'язаний з мономерами або бічними ланцюгами. Залежно від виду рослин, близько 20-80% залишків рамнозилу заміщено нейтральними або кислими олігосахаридними ланцюгами на вуглеці С4 вуглецевих залишків. Найбільш поширені бічні ланцюги містять α-1-арабінофуранозил (Araf) та/або галактопіранозил (галстор). Ці бічні ланцюги (арабіни, галактани або арабіногалактани) можуть бути лінійними або розгалуженими (UМалюнок 1)

Найбільш прийнятною моделлю для структури пектину є основна шина HG, в якій ділянки RG-I, RG-II та GS перетинаються (Caffall and Mohnen, 2009). Між полісахаридами пектину, як і іншими молекулами стінки, є зв’язки, що об’єднують утворюючи мережу, що утворює первинну клітинну стінку.

ФУНКЦІЯ ПЕКТИНУ В КЛІТИННІЙ СТІНКІ РОСЛИНИ

Як зазначалося вище, роль компонентів клітинної стінки рослини спочатку забезпечує механічну міцність і формує бар'єр для зовнішнього середовища. Відомо, що HG і RGII відповідають за жорсткість стінок. ГД мають властивість утворювати структури, які називаються «яєчні коробки». Два ланцюги HG пов'язані між собою взаємодіями, які включають двовалентні іони Са 2+, інтеркальовані між собою (Liners et al., 1989). Цей процес важливий для гелеутворення пектину.

Механічна роль RG-I була менш вивчена, але, схоже, RG-I може зіграти роль у пластичності клітинної стінки, наприклад, запобігаючи взаємодії ланцюгів HG з іонами Ca2 +. Трансгенні рослини з низькою кількістю арабінів і галактанів мають жорсткість клітинної стінки.

Організація та склад пектину в первинній клітинній стінці рослини залежить від стану росту рослини, тканин та видів рослин. Його синтез - це складний процес, що включає безліч ферментів, які тільки зараз починають ідентифікуватися (Atmodjo et al., 2013).

БІОЛОГІЧНА ДІЯЛЬНІСТЬ ОЛІГОГАЛАКТУРОНІДІВ У РОСЛИНАХ

Існує три різні шляхи потрапляння патогена в рослину: пройти через природний отвір, такий як продихи; для інфільтрації рани або перетравлення клітинної стінки. Тоді пектин є першим субстратом. Збудники хвороби здатні виділяти ендополігалактуронази та ендопектичні лізати, які розкладають HG, присутні в клітинній стінці, а потім вивільняють олігогалактуроніди (OGA). ОГА - це біологічно активні вуглеводи, які діють як сигнальні молекули, що ініціюють захисні реакції рослини. Перша захисна реакція, що спостерігається у відповідь на виробництво ОГА, - це утворення активних форм кисню, таких як H2O2 та O - 2. OGA також ініціює сигнальні шляхи, які активують захисні системи рослин, такі як виробництво інгібіторів протеази, здатних блокувати активність секретованих комахами протеаз для перетравлення клітинної стінки рослини. Нарешті, ОГА також відповідають за зміцнення стінки у відповідь на зараження патогенами. Окрім своєї ролі в системах захисту рослин, OGA також впливають на ріст і розвиток рослин і відіграють роль у дозріванні плодів.

ДІЯЛЬНІСТЬ ПЕКТИНУ У ЛЮДИНИ

ПЕКТИН І РАК, ПЕРЕДОВА ЕТАП

Пектин відомий своєю протипухлинною діяльністю протягом десятиліть. Завдяки своїй дуже складній структурі не дивно, що він проявляє стільки різних біологічних активностей (Максвелл та ін., 2012). У літературі непросто пов’язати структуру та біоактивність пектину, особливо тому, що походження пектину, що використовується в різних дослідженнях, та можливі хімічні зміни, що створюють потерпілі молекулярні фрагменти, не завжди добре описані. Слід зазначити, що відмінності у розмірах утворених фрагментів, в ступені їх етерифікації (DE), у природі мономерів цукру, що присутні в полісахаридах, та в процесі екстракції, можуть мати значний вплив на властивості цих різних типів пектину. Однак шість основних питань будуть висвітлені нижче.

ВПЛИВ ПЕКТИНУ ЯК ХАРЧОВОГО ВОЛОКНИ

Будучи харчовою клітковиною, пектин відіграє важливу роль у запобіганні раку товстої кишки. У 1979 р. Watanabe та співавт. (1979) показали, що у щурів, оброблених азоксиметаном або метил нітрозосечовиною, розвивається менше пухлин товстої кишки, якщо їх раціон збагачений пектином. Heitman et al (1992) аналогічним чином продемонстрували меншу кількість пухлин товстої кишки у щурів, які отримували 1,2-диметилгідразин, якщо їм вводили пектин. Ohkami та співавт. (1995) показали, що цитрусові та яблучний пектин у харчуванні щурів, що зазнали дії азоксиметану, зменшували канцерогенез. Обидва типи пектину зменшували кількість пухлин, а яблучний пектин - активність β-глюкуронідази, ферменту в калових бактеріях, активність якого корелює з розвитком раку товстої кишки (Ohkami et al., 1995). Різні типи вуглеводів вивчали на предмет їх антимутагенної активності. Наприклад, Hensel і Meier (1999) показали, що ксилоглюкани та рамноголактурони зменшують мутагенну дію 1-нітропірену. Цей захист залежить від дози і може бути результатом прямої взаємодії між клітинами та полімерами, яка захищає клітини від мутагенного впливу 1-нітропірену.

З іншого боку, активація апоптозу колоноцитів у тварин, що харчуються пектином, значною мірою пов’язана з бутиратом - молекулою, отриманою в результаті ферментації пектину флорою бактерій товстої кишки (Avivi-Green et al., 2000a, b). Дійсно, внутрішньоколонічне закапування бутирату рекапітулює ефект пектину, що вводиться перорально (Avivi-Green et al., 2000b). Бутират також здатний викликати апоптоз у колоноцитах в пробірці незалежним від p53 способом (Kolar et al., 2007) та індукуючи мітохондріальне перевантаження Ca2 + (Kolar et al., 2011). Паралельно обидва в пробірці У кишкових епітеліальних клітинах щурів, що зазнали впливу бутирату, а також у мишей, які харчуються дієтою, доповненою 20% пектином, показано, що сигналізація TGF-β покращується, що призводить до пригнічення росту колонозу та апоптозу. Очевидно, апоптоз індукується підвищеною експресією Id2 (інгібітор диференціації 2), ймовірно, інгібуванням селективних ізоформ HDAC (Cao et al., 2011).

Протипухлинна активність рН-модифікованого пектину

Пектин може бути модифікований обробкою при різних рН; найбільш вивчений рН-модифікований пектин - це той, що виділений із цитрусових (MCP, модифікований цитрусовий пектин). Зміна рН передбачає лужну обробку, яка спричиняє реакції ß-елімінації, що призводить до деполімеризації полісахаридної шини та деестерифікації областей HG. Далі слід кислотна обробка, яка розщеплює нейтральні цукри, звільняє розгалужені ділянки пектинового куща і бажано видаляє залишки арабінози. Таким чином, арабіногалактани та галактани утворюються у великих кількостях.

На закінчення, MCP має багато антиметастатичних властивостей, продемонстрованих обома in vitro, скільки і в природних умовах, при різних злоякісних пухлинах. Багато, якщо не всі, пов’язані з його зв’язуванням з плейотропним білком галектином-3, який надмірно експресується при раку. Завдяки своїй хорошій переносимості, серед інших продуктів рослинного походження, GCS-100, що отримується з пектину, досліджується для підтримуючого лікування пацієнта з рецидивом хронічного В-лімфолейкозу (O’Brien and Kay, 2011).

Протипухлинна активність інших форм модифікованого пектину

Джексон та ін. (2007) досліджували індукцію апоптозу різних форм модифікованого пектину в клітинах раку передміхурової залози, які були або андроген-залежними (LNCaP), або андроген-незалежними та не експресували галактин-3 (LNCaP C4-2). У своїй діяльності цитрусовий пектин і рН-модифікований пектин, PectaSol®, вони не виявляли проапоптотичної активності, тоді як дві різні форми термічно модифікованих пектинів, одна комерційно доступна, а інша, приготовлена ​​в їх лабораторії, викликали значний апоптоз у двох клітинних лініях (Jackson et al., 2007). Вони показали, що HG, RG-I та RG-II, взяті окремо, не мають цитотоксичної активності. Обробка термічно модифікованого пектину пектинметилстеразою для видалення ефірів карбоксиметилу галактуроносилу та/або ендополігалактуронази для розщеплення не естерифікованого HG метилом не призвела до втрати активності. З іншого боку, м’яка основна обробка, яка видаляла ефірні зв’язки, руйнувала проапоптотичну активність. Таким чином, біологічна ефективність вимагає чутливого зв'язування на основі OGA, відмінного від зв'язку карбоксиметилового ефіру. Аналіз розміру активних фрагментів запропонував олігосахариди низької маси (10-20 кДа) (Jackson et al., 2007).

Подібні результати були отримані Cheng та співавт. (2011), які перевіряли протипухлинну активність різних фракцій полісахаридів, виділених з женьшеню, на клітинах раку товстої кишки НТ-29. У той час як багаті HG фракції зупиняли клітинний цикл у фазі G2/M, багаті HG і модифіковані теплом фракції виявляли набагато більшу антипроліферативну активність, що супроводжувалося активацією каспази-3 та індукцією апоптозу (Cheng and та ін., 2011). Подібним чином багатий HG пектин картоплі пригнічував проліферацію клітин НТ-29 в пробірці і призвело до зупинки клітинного циклу у фазі G2/M. Це пригнічення зумовлене зниженням експресії цикліну В1 та активності CDK-1 (Cheng et al., 2013). Важливо зазначити, що Kang et al. (2006) також виробляли олігосахарид, отриманий з цитрусового пектину, який був біологічно активним при опроміненні, тобто без хімічної обробки. Пектин опромінювали 20 кГр, а потім діалізували (WT

ДІЯЛЬНІСТЬ ІМУНОПОЦІЇ ПЕКТИНУ

ПЕКТИН, МОДІФІКОВАНИЙ ДЛЯ ПОРОГЕННЯ ХЕМОРЕЗИСТАНЦІЇ

ВИКОРИСТАННЯ ПЕКТИНУ ЯК ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ ДЛЯ ДОСТАВКИ РАКУ

Паралельно отримували біосумісні гідрогелі, отримані з пектину, завантажені різними хіміотерапевтичними препаратами. Гідрогелі, що містять доксорубіцин, виявляли цитотоксичність для клітин HepG2 та пригнічували гомотипічну агрегацію клітин меланоми В16, припускаючи, що він також може запобігти метастазуванню. в природних умовах (Takei та ін., 2010). Подібним чином, покриті пектином гелі хитозану, інкапсулюючи 5-фторурацил, забезпечували контрольоване вивільнення лікарського засобу та цитотоксичність проти двох клітинних ліній раку (Puga et al., 2013). Антиракова активність в природних умовах також показано використання гідрогелю доксорубіцин-пектину при підшкірних пухлинах клітин меланоми В16 у мишей (Takei et al., 2013).

Нарешті, важливо згадати два інших типи каркасів, включаючи нанокомпозити пектину та фібрину, що містять гемцитабін (Chandran et al., 2013), для лікування раку яєчників та наночастинок пектину, завантажених метотрексатом, які виявили підвищену цитотоксичність. порівняно з клітинами гепатоцелюлярної карциноми HepG2 в пробірці (Chittasupho et al., 2013).

  1. Харчові волокна/Бактерії/Товста кишка/Бутират/Запалення/Канцерогенез
  2. PH-модифікований/багатий на RGI пектин/Метастази/Апоптоз/Пухлинна клітина/Апоптотична клітина
  3. Багатий HG пектин/Активація запальних клітин/Запальна клітина
  4. Термічно модифікований пектин/апоптоз/пухлинна клітина

Схематичне зображення різних протиракових заходів різних форм пектину.

Декларація про конфлікт інтересів

Автори заявляють, що дослідження проводилось за відсутності будь-яких комерційних або фінансових відносин, які можна трактувати як потенційний конфлікт інтересів.

Ліонель Леклер написав рукопис. П'єр Ван Кутсем і Карін Мічієльс внесли свій вклад у написання остаточної версії рукопису. Усі автори прочитали та схвалили остаточний рукопис.

Лайонел Леклер отримав стипендію FRIA (FNRS, Бельгія).