Flavonoidi: mit ili stvarnost za terapiju raka?

Za više detalja kontaktirajtetina.xiang@wecistanche.com

Abstract: Nutraceutici su biološki aktivni molekuli prisutni u hrani; mogu imati blagotvoran učinak na zdravlje, ali nisu dostupni u dovoljno velikim količinama za obavljanje ove funkcije. Biljni metaboliti, kao što su polifenoli, široko su rasprostranjeni u biljnom carstvu, gdje igraju temeljnu ulogu u razvoju biljaka i interakciji s okolinom. Među njima, flavonoidi su od posebnog interesa jer imaju značajan uticaj na ljudsko zdravlje. In vitro i/ili in vivo studije su opisale flavonoide kao esencijalne nutrijente za prevenciju nekoliko bolesti. 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 iznenađuje da je interes za flavonoide naglo povećan posljednjih godina. Više od 23,000 naučne publikacije o flavonoidima opisali su potencijalnu antikancerogenu aktivnost ovih prirodnih molekula u posljednjoj deceniji. Istraživanja, in vitro i in vivo, pokazuju da flavonoidi pokazuju antikancerogena svojstva, a mnoge epidemiološke studije potvrđuju da unos flavonoida hranom dovodi do smanjenog rizika od raka. Ovaj pregled daje uvid u mehanizme djelovanja flavonoida na ćelije raka.

Ključne riječi: flavonoidi; rak; oksidativni stres; upala; apoptoza/autofagija; metastaze; angiogeneza

1. Uvod

Therakstopa smrtnosti je opadala tokom godina zbog istraživanja i prevencije, ali je stopa incidencije porasla. Nekoliko studija je istaklo ulogu biljne prehrane u prevenciji bolesti povezanih s pojavom tumora [1]. Prednosti biljne ishrane mogu proizaći iz prisustva različitih bioaktivnih komponenti – kao što su fenolna jedinjenja, karotenoidi i posebno flavonoidi – u povrću. Potonje se smatraju nezamjenjivim i prisutnim u raznim nutriceutskim, kozmetičkim, farmaceutskim, medicinskim i kozmetičkim primjenama. Zbog ovih primjena, istraživanja o flavonoidima značajno su se povećala posljednjih godina.

Flavonoidi su podgrupa sekundarnih metabolita koji pripadaju velikoj kolekciji fenolnih spojeva koje sintetiziraju biljke. Široko su rasprostranjeni među fotosintetičkim organizmima i obiluju u hrani i pićima biljnog porijekla (Tabela 1), gdje kvalitativni i kvantitativni sastavi mogu značajno varirati. Hemijska struktura se sastoji od skeleta sa 15 atoma ugljika, koji sadrži dva benzenska prstena (A i B) povezana s heterocikličnim piranskim prstenom (C)[2]. Flavonoidi se mogu podijeliti u nekoliko podgrupa: flavoni, flavonoli, flavanoni, flavanonoli, flavanoli ili katehini, antocijanini i halkoni [3]. Ova razlika proizilazi iz osnovne strukture flavonoida (slika 1), flavonskog prstena, koji predstavlja glavni dio flavonoida, i stepena nezasićenosti i oksidacije ugljičnog prstena. Nadalje, u biljkama, aglikon je osnovna flavonoidna struktura; međutim, mogu biti prisutni metil eteri i acetil estri grupe alkohola, kao i glikozidi nastali povezivanjem sa ugljikohidratom, kao što su L-ramnoza, D-glukoza, glukoza-ramnoza, galaktoza ili arabinoza [4].

Više od 10,000 molekula pripada velikoj grupi flavonoida [12,13]. Ovaj broj se značajno povećava ako se uzmu u obzir ne samo proizvodi koji potiču od flavonoida koji nastaju tokom obrade i skladištenja hrane, već i metabolite i konjugate koji nastaju u tijelu nakon njihovog unosa. Zbog toga koncentracije flavonoida, kao i strukturna složenost i fizičko-hemijske karakteristike, uvelike variraju u zavisnosti od izvora i matriksa [14].

Vrlo je teško procijeniti unos flavonoida hranom zbog njihove kvantitativne i kvalitativne varijabilnosti u povrću i voću, što može ometati uspostavljanje epidemioloških odnosa u pogledu njihovog uticaja na zdravlje i bolesti ljudi. Brojne studije o apsorpciji i biodostupnosti u literaturi su pregledani od strane različitih autora [15-17]. Nekoliko faktora može uticati na bioraspoloživost flavonoida, kao što su molekulske težine, glikozilacija i esterifikacija, uzrokujući određeni stepen nesigurnosti o stvarnim nivoima njihove bioraspoloživosti i apsorpcije u ljudskom tijelu [17].

Detaljan opis metaboličke konverzije flavonoida nakon unosa hranom dali su Crozier i kolege [16] i Landete [18]. Ukratko, metabolička konverzija flavonoida može se odvijati u tankom crijevu uz oslobađanje aglikona kao rezultat aktivnosti hidrolaze. Nakon ovog koraka slijedi konverzija u jetri, gdje nastaju konjugirani oblici, tj. O-glukuronid, sulfatni estri i O-metil estri flavonoida. Tijelo može tretirati ove metabolite kao ksenobiotike; na taj način ih uklanja iz krvotoka [16,18]. Glukuronidi i derivati ​​sulfata mogu se lakše izlučiti putem urina i žuči [18]. Shodno tome, analiza plazme možda neće dati vrijedne informacije o profilima ovih metabolita, dok izlučivanje mokraćom predstavlja veliku individualnu varijabilnost u zavisnosti od klasa flavonoida i mogućnosti apsorpcije metabolita u tjelesnim tkivima. Štaviše, jedinjenja, koja se ne apsorbuju u crevima, dalje će nastaviti do debelog creva, gde će biti strukturno modifikovana mikroflorom debelog creva. Izvedeni kataboliti mogu se apsorbirati u krvotok i konačno izlučiti urinom. Štaviše, flavonoidi mogu modulirati sastav crijevne mikrobiote povećanjem populacije korisnih bakterija, npr. Bifidobacterium i Lactobacillus, i inhibiranjem rasta različitih patogena[19]. Takva sposobnost flavonoida predstavlja važan antipolitički mehanizam.

1.1. Biosintetski put flavonoida u biljkama

Metabolizam odflavonoidiuključuje gene već prisutne u prvim kopnenim biljkama, jetrenjacima i mahovinama [20]. Biohemijski put okarakteriziran je proučavanjem mutanata s izmijenjenom sintezom flavonoida prisutnih u različitim biljnim vrstama [21]. Ključni prekursori za sintezu flavonoida su fenilalanin i malonil-CoA proizvedeni putem šikimata i ciklusa TCA (ciklus trikarboksilne kiseline). Putem šikimata, aromatične aminokiseline se proizvode u biljkama, bakterijama i gljivama. Ovaj put se sastoji od sedam enzimskih reakcija, počevši od reakcije između fosfoenolpiruvata i eritroza-4-fosfata, pa sve do sinteze horizmata, konačnog proizvoda puta, kataliziranog horizmat sintazom. Horizmatna mutaza preuređuje korizmat u prefenaciju; potonji je supstrat koji se koristi za sintezu fenilalanina [22]. U biljkama, fenilalanin je prekursor 4-kumaroil-CoA, nakon čega slijedi aktivnost fenilalanin amonijak-lijaze (PAL) i 4-kumarat-CoA ligaze. Da bi pokrenuo sintezu flavonoida, 4-kumaroil-CoA reaguje sa malonil-CoA [23] (slika 2). Ovi enzimi se lokaliziraju na citosolnoj strani endoplazmatskog retikuluma (ER), kao što sugeriraju eksperimenti imunološke lokalizacije, i nalaze se u topljivoj frakciji staničnih ekstrakata. Nadalje, enzimi su međusobno povezani interakcijama protein-protein na površini endoplazmatskog retikuluma (ER); tako formirajući kompleks [21,24,25]. Podaci o ko-lokalizaciji nekih enzima u tonoplastu i jezgru sugeriraju dinamičko ponašanje biosintetskog kompleksa. Ovo bi pogodovalo i kanalisanju i premještanju konačnih proizvoda kako bi se zadovoljile fiziološke potrebe ćelije [24]. Jedinjenja su ciljana na vakuole kao organela za skladištenje (tj. antocijanini, flavonol i flavonski glikozidi) ili na ćelijske zidove [21. Međutim, bitno je naglasiti da pod određenim fiziološkim uvjetima biljne stanice mogu remobilizirati flavonoide iz vakuolnih naslaga, tako da transport kroz tonoplast nije jednosmjeran [25]. Pored vakuola i ćelijskih zidova, flavonoidi se nalaze u citosolu, ER, hloroplastima (tj. kvercetin i kempferol glikozidi), jezgru (tj. izoflavonoidi kuestrol i 4',7-dihidroksiflavon u Medicago), i male vezikule, kao i apoplastični prostor (tj. flavon, flavonol aglikoni i izoflavoni)[25]. Čini se da je efikasan transportni sistem flavonoida unutar ćelija osnova njihove široke distribucije u različite ćelijske kompartmente. Čini se da su dva glavna sistema uključena u transport flavonoida, jedan zasnovan na membranskim vezikulama, a drugi na membranskom transporteru, što se ne čini međusobno isključivim [25].

1.2. Uloga flavonoida u biljkama

Očuvanje gena uključenih u metabolizam flavonoida tokom evolucije kopnenih biljaka jasan je pokazatelj njihove fundamentalne uloge u fiziologiji biljke [15]. Flavonoidi su odgovorni za boju i aromu cvijeća, uključeni su u reproduktivne strategije, štite stanice od štetnog UV zračenja (neophodnog za život kopnenih biljaka) i igraju ulogu u otpornosti na bolesti, kao i u simbiotičkom povezivanju (tj. kao signalne molekule u simbiozi biljka-mikroorganizam). Učestvujući u odgovorima na stres, oni štite biljku od oštrih uslova okoline [26-28]. Široko rasprostranjena difuzija flavonoida sugerira da je njihova antioksidativna aktivnost robusna karakteristika za opstanak i sposobnost kopnenih biljaka. Zapravo, njihova sinteza se pojačava nakon izlaganja biljke jakom stresu, jer njihova moćna antioksidativna aktivnost može suprotstaviti štetne efekte reaktivnih vrsta kisika (ROS) [29,30].

1.3. Flavonoidi i biotehnologija

Flavonoidi su povezani sa mnogim povoljnim agronomskim osobinama i zdravstvenim prednostima za ljude, pa je njihov metabolički inženjering važan cilj za biljnu biotehnologiju [25]. Količina flavonoida u biljkama varira u zavisnosti od vrste, uslova uzgoja i faze razvoja. U stvari, čak i ako su ljekovite i aromatične biljke prilično efikasne 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 specifične za tkivo/organ i problema vezanih za pročišćavanje. Iz ovih razloga, industrijsku proizvodnju polifenola bilo bi teško održati ako bi biljke koje se uzgajaju u polju bile jedini izvor sirovine. S druge strane, vrlo složene strukture i stereospecifičnost flavonoida često čine da kemijska sinteza nije ekonomski izvodljiva [31]. In vitro tehnike mogu predstavljati alat za poboljšanje biosinteze flavonoida i dostupnosti tokom cijele godine za prevazilaženje ovih problema. Različite biljne in vitro kulture (tj. kalus, kulture ćelijske suspenzije, kulture organa i dlakavog korijena) i tehnike transformacije su korištene za istraživanje i poboljšanje sinteze ovih važnih molekula [31-35]. Nekoliko pristupa je uzeto u obzir, kao što je odabir linija visokog prinosa, hranjenje prekursorima i upotreba elicitora [36]. Potonje uključuje dodavanje molekula biološke ili hemijske sinteze u medijum kulture, sposobnih da stimulišu akumulaciju sekundarnih metabolita u biljci kao odbrambeni odgovor na stresne uslove [28], koje pokreću i aktiviraju elicitori[{{8} },36]. Pozitivni rezultati su dobijeni kod različitih vrsta [37] i, u ovoj perspektivi, upotreba elicitora se može razmotriti za budući razvoj u industrijskoj skali.

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

2. Preventivne aktivnosti flavonoida protiv raka

Široki spektar bioloških djelovanja flavonoida uvelike ovisi o njihovoj osobini da su moćni protuupalni i antioksidansi koji suzbijaju slobodne radikale, što je važno za mnoge kronične degenerativne bolesti (slika 3). U patološkim stanjima, povećanje slobodnih radikala oštećuje različite vrste molekula, kao što su nukleinske kiseline, proteini i lipidi, i rezultira starenjem i smrću ćelija, ali i promocijom karcinogeneze [39].

2.1. Flavonoidi i kronične upale

Raksmatra se bolešću koja je povezana s kroničnomupala[41]. Kod raznih upalnih bolesti ishod dovodi do karcinogeneze. U bilijarnom traktu kolangiokarcinom proizvodi kronični inflamatorni infiltrat, zbog infekcije Clonorchis Sinensis [42]. Helicobacter pylori predstavlja jedan od glavnih uzročnika adenokarcinoma i limfoma limfoidnog tkiva povezanog sa želučanom sluznicom [43]. Kronična infekcija virusom hepatitisa B i C može dovesti do hepatocelularnog karcinoma, trećeg po redu uzroka smrti od raka [44]. Konačno, infekcija papiloma virusom je vodeći uzrok raka penisa i anogenitalnog karcinoma kod ljudi. Osim toga, rizik od razvoja raka mokraćne bešike može povećati sljedeću šistosomijazu, kao i rizik od dobijanja Kaposijevog sarkoma nakon infekcije ljudskim herpesvirusom tipa 8. Daljnji oblici kronične upale, osim onih uzrokovanih mikrobnim infekcijama, mogu doprinijeti karcinogenezi. Povećani rizik od karcinoma pankreasa, jednjaka i žučne kese opisan je kao posljedica upalnih bolesti kao što su Barrettova metaplazija, ezofagitis i kronični pankreatitis [45, A46]. Moguća povezanost je također pronađena između marjolinovog čira i raka kože [47], azbesta i mezotelioma [48], dima cigareta i raka bronha [48], kronične astme i raka pluća [49], ulcerativnog lihen planusa i karcinoma skvamoznih stanica [ 50], upala prepucija/fimoza i rak penisa [51 i između upale karlice/jajnika i raka jajnika [52]. Rak prostate je povezan s kroničnim prostatitisom uzrokovanim perzistentnom 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. Taxifolin, flavanonol koji se nalazi u četinarima, ima ili protuupalno ili antiproliferativno djelovanje. Kod švicarskih albino miševa izazvanih benzopirenom, mutagenom koji je često prisutan u dimu cigareta i izduvnim gasovima automobila. vršio je potisnutu upalu stimulacijom signalnog puta Nrf2 (faktor 2 povezan s nuklearnim eritroidom 2-), koji igra centralnu ulogu u pružanju otpornosti na oksidativni stres i upalu inhibiranjem NF-kB [54,55]. Chrysin je aglikonski flavonoid s protuupalnim funkcijama. Primjena krizina kod miševa izazvanih LPS-om (lipopolisaharidom) smanjila je razvoj povreda pluća supresijom enzima l koji zahtijeva inozitol/protein interakcije proteina/tioredoksina/oligomerizacijski receptorski protein 3 koji vezuje nukleotide [56]. Kod štakora je spriječio miokardne komplikacije oksidativnog stresa izazvanog hiperholesterolemijom kroz aktivaciju 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 ćelijama raka grlića materice [58] i ćelijama kolorektalnog raka [59] modulacijom različitih apoptotičkih gena i gena AKT/MAPK puta. Ovi rezultati ističu dva različita mehanizma preko kojih flavonoidi određuju efekte na upalu i proliferaciju ćelija: s jedne strane, oni aktiviraju Nrf2 put da inhibiraju NF-kB i pokreću antiinflamatorni efekat; s druge strane, djeluju na ćelijsku proliferaciju modulirajući gene uključene u apoptozu i put AKT/MAPK (protein kinaza B/protein kinaza aktivirana mitogenom).

2.2. Flavonoidi i oksidativni stres

Intracelularno okruženje u ćelijama raka ima visok nivo ROS od normalne ćelije, uglavnom vodonik peroksid, zbog antioksidativnog sistema koji više nije efikasan. U normalnim ćelijama, adekvatan omjer glutationa (GSH/GSSG) pretvara vodonik 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 DNK i mutacija u genima supresora tumora, što je početni kritični događaj koji pokreće karcinogenezu [60]. Najmanje tri stadijuma karakterišu razvoj raka: inicijacija, promocija i progresija.Oksidativni stresje uključen u sve faze ovog procesa (Slika 4). Tokom faze inicijacije, ROS može oštetiti DNK uvođenjem mutacija gena i strukturnih promjena u DNK. U fazi promocije, ROS ima fundamentalnu ulogu u povećanju ćelijske proliferacije ili smanjenju ćelijske apoptoze kao posljedice modifikacije ekspresije gena, komunikacije između stanica i intracelularnih signalnih puteva [61]. Konačno, oksidativni stres doprinosi progresiji tumorskog procesa kroz dalju mutagenezu u započetoj populaciji ćelija [62]. Terapeutski cilj mnogih lijekova protiv raka je da podignu već visok nivo ROS prisutnih u tumorskim ćelijama kako bi se pokrenula kaskada apoptoze [63]. Čak i flavonoidi, iako su priznati po svom antioksidativnom djelovanju, mogu imati prooksidativno djelovanje i na taj način pokrenuti apoptozu u stanicama raka.

Naringenin je flavanon koji je najzastupljeniji u grejpfrutu, mandarini, narandži, sirovoj kori limuna i sirovoj kori limete. Zaustavio je ćelijski ciklus i inducirao apoptozu u nekoliko humanih tumorskih ćelija [64,65], a također je potisnuo invazivnost i metastatski potencijal ćelija raka želuca i ćelija hepatocelularnog karcinoma [66,67]. Naringenin je imao prooksidativni učinak jer je smanjio aktivnost glutation reduktaze, glutation S-transferaze i glioksalaze u tumorskim stanicama, što je zauzvrat smanjilo mehanizme detoksikacije vodikovog peroksida pristajući na nakupljanje i povećanje peroksidacije lipida s posljedičnim oštećenjem ćelijske membrane. [68]. Zanimljivo je da je nedavno završeno kliničko ispitivanje faze 1 naglasilo sigurnost i farmakokinetiku naringenina [69]. Naringenin, 4 sata nakon primjene jedne doze ekstrakta Citrus sinensis (slatke narandže), detektirao se u plazmi u koncentraciji od 43 μuM.

2.3. Flavonoidi i apoptoza/autofagija

Potraga za terapijama protiv raka trenutno je usmjerena na indukciju apoptoze stanica raka [70]. Nažalost, ćelije raka mogu izbjeći aktivaciju apoptotičke kaskade, braneći se od ćelijske smrti. Nadalje, razvoju tumora pogoduje indukcija rezistencije na lijekove [71]. Modulacija Bcl-2 i drugih proteina, omogućava flavonoidima, kao što je livenje, izolovanim iz vrste Vitex agnus-castus, koja se široko koristi u tradicionalnoj kineskoj medicini kao protuupalni agens, da pokrenu apoptozu modulacijom Bcl{{ 5}} i drugi za opstanak. Ovaj molekul pokreće intrinzični put apoptoze tako što smanjuje Bcl-2, Bcl-xL, survivin i pojačava Bax, što je dokazano u brojnim tumorskim linijama raka žučne kese, raka jednjaka, raka debelog crijeva, leukemije i glioblastoma [72] . Slično tome, vitexin je prirodno dobijeno flavonoidno jedinjenje ekstrahirano iz kineske biljke Crataegus pinnatifida za koje se pokazalo da smanjuje omjer Bcl-2/Bax, oslobađanje citokroma c iz mitohondrija i kod raka pluća nemalih stanica kod ljudi A549 ćelije, kaspaza-3 cijepanje [73].

Smanjenje ekspresije antiapoptotičkih molekula kao što su Bcl-2 i Bcl-xL i pojačana regulacija ekspresije pro-apoptotičkih molekula, kao što su kaspaza-3 i kaspaza{5}}, uočene su u inhibicija proliferacije linije humanog metastatskog karcinoma jajnika (PA-1) koju izaziva kvercetin [74] jedan od najzastupljenijih flavonoida u luku i brokoliju.

Autofagija je visoko konzervirani katabolički proces izazvan stresom koji pozitivno regulira proces stanične smrti. Nekoliko lijekova protiv raka pokrenulo je autofagiju i stoga njegova indukcija predstavlja potencijalnu strategiju za terapiju raka J751. Vodeni ekstrakt pimenta bogat je različitim vrstama flavonoida. U ćelijama raka dojke, aktivirao je autofagiju, in vitro i in vivo, i inducirao ćelijsku smrt supresijom Akt/sisarske mete puta rapamicina (mTOR) [76]. Slično, u SK-HEP-1 ljudskim ćelijama raka jetre, kempferol je izazvao autofagiju putem Akt signalizacije i protein kinaze aktivirane adenozin monofosfatom (AMPK), a kroz smanjenje CDK1/ciklina B doveo je do zaustavljanja G2/M [77 ]. Nadalje, čini se da indukcija autofagije genisteinom kod više vrsta karcinoma, kao što su rak dojke, prostate i materice, leži u osnovi njegovog antitumorskog učinka [78].

2.4. Flavonoidi koji ciljaju na matične ćelije raka

Matične ćelije raka (CSC) su mala subpopulacija ćelija u tumoru koje se samoobnavljaju i sposobne da pokrenu i održe rast tumora. Nadalje, CSC kod raka igraju ključnu ulogu u nastanku, održavanju, progresiji, rezistenciji na lijekove i recidivu ili metastazama [79]. Nagomilani dokazi sugeriraju da su fitokemikalije u ishrani, uključujući flavonoide, obećavajući agensi za suzbijanje CSC-a [80]. Na primjer, pokazano je da naringenin inhibira matične ćelije raka dojke kroz povećanje p53 i estrogenskog receptora, slično kao što je pronađeno za hesperidin [81].

Apigenin je uobičajeni flavon koji se uglavnom nalazi u kamilici, celeru i peršunu. Antikancerogena aktivnost apigenina uočena je kod glioblastoma (najčešći primarni i agresivni tumor mozga). U stvari, Kim i kolege [82] su pokazali da apigenin (i kvercetin) mogu interferirati sa kapacitetom samoobnavljanja i invazivnošću matičnih ćelija glioblastoma kroz smanjenje signalnog puta c-Met. Apigenin povećava antineoplastičku aktivnost cisplatina u CD44 plus populacijama matičnih ćelija raka prostate [83] i potiskuje svojstva slična matičnim ćelijama i tumorogeni potencijal trostruko negativnih ćelija raka dojke [84]. Inhibicija sposobnosti samoobnavljanja i obnavljanje radio-osjetljivosti dokazano je u matičnim stanicama raka usne šupljine za luteolin [85], flavon koji se nalazi u velikom broju prehrambenih izvora uključujući celer, šargarepu, papriku, maslinovo ulje, ruzmarin, i origano. Flavonol kvercetin je molekul od medicinskog interesa, jer posjeduje antikancerogeni potencijal [86]. U stvari, kvercetin cilja nekoliko tipova CSC, uključujući matične ćelije pankreasa [87], dojke [88] i želuca [89].

2.5. Anti-angiogena i antimetastatska svojstva flavonoida

Flavonoidi igraju zanimljivu ulogu kao inhibitori angiogeneze. Angiogeneza se sastoji u razvoju novih krvnih žila, što je proces od suštinskog značaja za rast tkiva, zacjeljivanje rana i embrionalni razvoj, ali predstavlja negativnu karakteristiku u prisustvu tumora jer više krvnih žila prenosi više hranjivih tvari do stanica raka što omogućava da bolje žive i razmnožavaju se. To je proces strogo kontroliran širokim spektrom induktora, kao što su faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF) i molekuli adhezije, kao i raznim inhibitorima uključujući angiostatin i trombospondin, a stimuliran je mnogim faktorima koji doprinose upali i raku, što ukazuje na da su angiogeneza, upala i rak usko povezani procesi [90]. Poslednjih godina, razvoj inhibitora angiogeneze bio je žarište istraživanja protiv raka, jer je ovaj nekontrolisani proces fundamentalni korak u rastu raka, invaziji i metastazama. Nakon ovog napora, FDA je odobrila upotrebu brojnih lijekova protiv angiogeneze za liječenje raka [91]. Ispituju se novi molekuli sposobni da inhibiraju tumorsku angiogenezu. Wogonin, O-metilirani flavon, hemijsko jedinjenje slično flavonoidu koje sintetiše Scutellaria baicalensis, inhibira LPS-indukovanu angiogenezu i in vitro i in vivo [92]. Genistein inhibira angiogenezu modulacijom ekspresije VEGF-a, metaloproteaza (MMP) i receptora epidermalnog faktora rasta (EGFR) [93]. U endotelnim ćelijama ljudske pupčane vene, stimulisanim VEGF (HUVEC), kempferol inhibira angiogenezu delujući na VEGF receptor 2. Ovaj proces se takođe sprovodi zahvaljujući smanjenoj regulaciji P13kt/Akt zajedno sa mitogenom aktiviranim protein kinaza (MEK) i ERK putevi [94].

Luteolin (8-C- -D-glukopiranozid), glikozilni dijetalni flavonoid, smanjuje invaziju tumora, u 12-O-tetradekanoilforbol-13-acetatom (TPA) tretiran MCF{{ 7}} ćelije raka dojke, blokiraju ekspresiju MMP-9 metaloproteinaze i interleukina-8(IL-8)[95]. U ćelijama raka želuca, kvercetin je pokazao antimetastatske efekte putem razgradnje funkcije aktivatora plazminogena urokinaze (uPA)/uPA receptor(uPAR), modulacijom NF-kB, PKC-6, ERK1/2 i AMPK [96]. Nedavno su Yao et al. izvijestili su da u stanicama humanog melanoma A375 luteolin inhibira proliferaciju, migraciju i invaziju inducirajući apoptozu zavisnu od doze. U istom ćelijskom modelu, također je uočena inhibicija Akt i PI3K fosforilacije. Isti autori su prikupili eksperimentalne dokaze da luteolin omogućava prekomjernu ekspresiju tkivnih inhibitora metaloproteinaze (TIMP)-1 i TIMP-2 i smanjuje ekspresiju MMP-2 i MMP{{23} }]. Daljnji eksperimentalni rezultati su naglasili da luteolin značajno smanjuje rast tumora ćelija A375 u modelu mišjeg ksenotransplantata, potvrđujući da je antitumorska aktivnost izvedena iz smanjenja ekspresije MMP-2 i MMP-9 putem PI3K/Akt. put [97].

2.6. Flavonoidi i diferencijacija ćelija raka

Terapija diferencijacijom ima za cilj da izazove diferencijaciju ćelija raka; čime se smanjuje njihova proliferacija [68]. Diferencijacijska terapija u odnosu na konvencionalnu kemoterapiju ima prednost što je manje toksična i stoga uzrokuje manje nuspojava kod pacijenta [98]. Kvercetin i pelargonidin indukuju diferencijaciju na visoko metastatskim B16-F10 mišjim ćelijama melanoma mehanizmom koji uključuje transglutaminazu tip 2 [99]. All-trans retinoična kiselina (ATRA) ima široku kliničku upotrebu u terapiji diferencijacije kod pacijenata sa akutnom promijelocitnom leukemijom (APL). Međutim, produženo liječenje dovodi do rezistencije na lijekove i zahtijeva sve veće doze [100]. Pojava fenomena rezistencije na lijekove zahtijeva razvoj novih agenasa sa većom aktivnošću indukcije diferencijacije. Flavonoidi imaju zanimljive karakteristike u tom smislu. U stvari, oni su u stanju da induciraju ćelijsku diferencijaciju APL ćelija. Međutim, struktura flavona može biti ključna za indukciju ćelijske diferencijacije. Zaista, u APL stanicama, kvercetin inducira njihovu diferencijaciju u monocite, a apigenin i luteolin induciraju njihovu diferencijaciju u granulocite. Naprotiv, galangin, kempferol i naringenin nisu izazvali nikakvu diferencijaciju u APL ćelijama [100].

Nedavno su Moradzadeh et al. [101] izvijestili su da epigalokatehin galat (EGCG), polifenol zelenog čaja, u diferencijaciji granulocita APL HL-60 i NB4 ćelija, posjeduje sličan efekat kao ATRA. U obe ove ćelijske linije, EGCG je smanjio ekspresiju histon deacetilaze 1. Nadalje, u NB4 ćelijama, EGCG je takođe smanjio ekspresiju relevantnog kliničkog markera PML-RARo. Diferencijaciju ćelija indukovao je wogonin, u ćelijskoj liniji K562, model ćelije primarne hronične mijeloične leukemije (CML). Isti rezultat je primijećen u primarnoj CML izvedenoj od pacijenata koja je bila osjetljiva i rezistentna na imatinib. Povećana regulacija transkripcionog faktora GATA-1 i povećano vezivanje između GATA-1 i transkripcionog koaktivatora FOG-1 je također uočeno u ovim ćelijama [102]. Nekoliko zapažanja pruža dokaze koji podržavaju potencijalnu primjenu flavonoida u liječenju pacijenata s različitim vrstama raka. U tumorskim ćelijama izolovanim iz različitih solidnih tumora, kao što su maligni melanom, rak dojke, gliom i hepatom, dokazana je diferencijacija izazvana tretmanom flavonoida [103]. Konkretno, u matičnim ćelijama raka dojke, uočena je diferencijacija ćelija izazvana genisteinom [78,93] i flavonoidom izolovanim iz sladića (Glycyrrhiza sp.), izolikviritgeninom [104].

U tretmanu ćelija APL NB4, sa dihidromiricetinom (DMY), dihidroflavonolom ekstrahovanim iz Ampelopsis sp., uočeno je da je ovaj sinergetizovan sa ATRA, da bi se podstakla diferencijacija ćelija [105]. ATRA-indukovana fosforilacija p38 MAPK aktivira STAT1, a STAT1 igra ključnu ulogu u terminalnoj diferencijaciji mijeloidnih ćelija kroz regulaciju proteina ćelijskog ciklusa i specifičnih mijeloidnih transkripcionih faktora. DMY-pojačana diferencijacija, u kombinaciji sa ATRA-om, zavisila je od povećane aktivacije p38MAPK/STAT1 signalnog puta. Zanimljivo je da sam DMY nije bio u stanju da aktivira diferencijaciju i smanji fosforilaciju p38 MAPK sa posljedičnim smanjenjem aktivnosti STAT1[105]. Ovo neočekivano drugačije ponašanje, u aktivaciji puta, sugerira da nije moguće predvidjeti biološki učinak koji proizlazi iz kombinacije generičkog flavonoida s konvencionalnim lijekom jednostavno na osnovu znanja o njihovom mehanizmu djelovanja proučavanog u pojedinačnim tretmanima, jer možda 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 efikasnost postojećih lijekova protiv raka [68,106]. Zbog rezistencije na više lijekova i recidiva tumora, razvoj novih strategija za poboljšanje osjetljivosti na kemoterapiju i minimiziranje štetnih nuspojava i dalje je hitan. U tom smislu, flavonoidi se smatraju obećavajućim kandidatima zbog njihove antikancerogene aktivnosti (Slika 5). Yuan et al.[107] pružili dokaze o antiproliferativnoj efikasnosti kombinacije arsenita i delfinidina (potonji je jedan od jedinjenja antocijanina) na ljudskim NB4 i HL{6}} APL ćelijama. Delfinidin je senzibilizirao ćelije 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 na mononuklearne ćelije periferne krvi čovjeka [107].

Nadalje, kombinovani tretman flavonoidima je pokazao blagotvorne efekte na različite tipove ćelija stabilizovanih iz solidnih tumora. Dokazano je da kvercetin in vitro inhibicijom proteina toplotnog šoka 27 senzibilizira ćelije humanog glioblastoma U87 i U251 na temozolomid, oralni alkilirajući hemoterapeutski agens, [108]. Flavonoidi mogu ući u mozak [109]. Potencijal protiv karcinoma kombinacije izoflavonskog biokanina A

i temozolomid protiv ćelija glioblastoma U87 i T98G bio je povezan sa pojačanom ekspresijom p-p53, inhibicijom vijabilnosti ćelija i ekspresijom proteina za preživljavanje ćelija EGFR, p-Akt, p-ERK, membranskog tipa-MMP1 i c-myc[ 110]. Kombinirano liječenje ćelija raka izazvalo je zaustavljanje ćelijskog ciklusa u G1 fazi i značajnu promjenu u energetskom metabolizmu od anaerobnog u aerobni [95]. U ćelijama raka debelog crijeva, lijevanje je pojačalo apoptozu induciranu ligandom koji indukuje apoptozu (TRAIL) povezan s TNF-om kroz pojačanu regulaciju receptora smrti 5 i smanjenje proteina preživljavanja, kao što su survivin, Bdl-xL, Bcl-2, ćelijski FLICE inhibitorni protein (cFLIP) i X-vezan inhibitor proteina apoptoze (XIAP)[95]. U LoVo stanicama humanog kolorektalnog adenokarcinoma, Palko-Labuzet al. nedavno su pokazali da flavonoid baicalein pojačava antiproliferativni i pro-apoptotički efekat statina, čineći tretman doksorubicinom efikasnim u inače rezistentnoj ćelijskoj liniji [111]. Osim toga, katehin EGCG zelenog čaja potiskuje rast tumora i povećava terapijsku efikasnost lijekova kod različitih karcinoma, kao što je 5-fluorouracil (5-FU) na ćelije raka debelog crijeva inhibiranjem proteina reguliranog glukozom 78 (GRP78)/NF-kB/miR-155-5p/MDR1 put [112].

Pretpostavlja se da EGCG polifenol u čaju ima potencijal da bude terapijski dodatak protiv metastatskog karcinoma dojke kod ljudi [113]. Klinička studija je pokazala da pacijenti sa karcinomom dojke podvrgnuti radioterapiji i oralnoj primjeni EGCG pokazuju smanjenu aktivaciju MMP-9/MMP-2 praćenu niskim nivoom VEGF-a i faktora rasta hepatocita (HGF) u serumu[113]. U MDA-MB-231 ćelijskoj liniji humanog raka dojke, luteolin pojačava djelovanje doksorubicina i paklitaksela supresijom Nrf2-posredovane signalizacije i blokiranjem STAT3 [95,114]. Slična aktivnost je uočena za flavonoid glabridin u ćelijskim linijama raka dojke, otpornim na MDA-MB-231/MDR1 (sa prekomjernom ekspresijom P-GP) i u MCF-7/ADR stanicama (sa prekomjernom ekspresijom P -GP i MRP2). Senzibilizirajuće djelovanje glabridina može biti posljedica njegove sposobnosti da poveća akumulaciju doksorubicina u MDA-MB-231/MDR1 ćelijama potiskivanjem ekspresije P-GP i kompetitivnim inhibiranjem efluks pumpe P-GP, čime se povećava apoptotička aktivnost doksorubicina [115]. Kundur et al. su pokazali da kvercetin i kurkumin koji se daju zajedno imaju sinergistički antitumorski efekat na ćelije trostruko negativnih karcinoma dojke (TNBC), uključujući liniju MDA-MB-231, povećavajući ekspresiju proteina osjetljivosti na rak dojke tipa 1 [116].

Nedavno su Moon i kolege izvijestili da liječenje nobiletinom povećava nakupljanje intracelularnog Adriamicina (ADR) u ljudskoj NSCLC A549/ADR ćelijskoj liniji promovirajući efikasnost liječenja putem mehanizma praćenog smanjenjem ekspresije Akt, MYC (MYCN) izvedenog iz neuroblastoma. ), GSK-3 , MRP1 i -catenin [117]. Štaviše, u NSCLC ćelijama otpornim na EGFR mutante, apigenin zajedno sa inhibitorom EGFR tirozin kinaze gefitinibom inhibirao je važne onkogene faktore kao što su c-Myc, faktor 1 alfa induciran hipoksijom (HIF-1a) i EGFR, a također smanjio je upotrebu glukoze potiskivanjem ekspresije njenog transportera, što sugerira moguću upotrebu kombinacije dva molekula u kliničkoj praksi [118]. Aktivacija intrinzičnog puta apoptoze zaustavljanjem G1 faze i ekspresijom fosfataze povećala je citotoksičnost paklitaksela u stanicama raka prostate tretiranih polifenolnim flavonoidom izvedenim iz citrusa, naringeninom. Jedan od ključnih negativnih regulatora signalnog puta PI3K/Akt, homolog tenzina izbrisan na hromozomu 10 (PTEN), također je uključen u ovaj mehanizam, zajedno sa smanjenjem regulacije NF-kB, Snail, Twist i c-Myc ekspresija mRNA i supresija migracije ćelija [119]. Ovi rezultati kombinovane upotrebe ova dva molekula in vitro naglašavaju njihov terapeutski potencijal kod raka prostate, iako je očigledno neophodna detaljna evaluacija mehanizma koji leži u osnovi kombinovanog delovanja in vivo.

3. Zaključci

Flavonoidi su pokazali posebno efikasna svojstva u suzbijanju rasta tumora i stvaranju otpornosti ćelija raka na konvencionalne terapije. Sa sadašnjom kompilacijom informacija iz trenutne literature, učinjen je pokušaj da se istakne potencijal flavonoida u terapiji raka, bilo da se koriste sami ili u kombinaciji sa hemoterapijskim agensima. Iako je naglašena potencijalna efikasnost flavonoida u suzbijanju rasta tumora, potraga za mehanizmima djelovanja će još dugo trajati.

Prilozi autora: CFand SB je zamislio da napišem ovu recenziju. CF, MRIB, GF, GP, CT, CM i SB doprinijeli su pretraživanju i pisanju literature. CF, SB, CM i CT su revidirali rad. CT je uređivao novine. Svi autori su pročitali i pristali na objavljenu verziju rukopisa.

Finansiranje: Ovo istraživanje nije dobilo vanjsko finansiranje.

Priznanja: MRand GPare dobitnici doktorata. Program evolucione biologije i ekologije, Odsjek za biologiju, Univerzitet u Rimu Tor Vergata, Via Della Ricerca Scientifica, 00133 Rim, Italija). CT je podržala Fondazione Umberto Veronesi, što je sa zahvalnošću.

Sukobi interesa: Autori se izjašnjavaju da nema sukoba interesa.

Reference

1. Steck, SE; Murphy, EA Obrasci ishrane i rizik od raka. Nat. Rev. Cancer. 2020, 20, 125–138. [CrossRef]

2. Marai, JPJ; Deavours, B.; Dixon, RA; Ferreira, D. Stereohemija flavonoida. U Nauci 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-Deoksiantocijanidinska boja: priroda, zdravlje, sinteza i primjena u hrani. Compr. 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 koristi. Food 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 Dijetetski flavonoli: hemija, sadržaj hrane i metabolizam. Nutrition 2002, 18, 75–81. [CrossRef]

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

10. Hammerstone, FJ; Lazarus, SA; Schmitz, HH Sadržaj procijanidina i varijacije u nekim najčešće konzumiranim namirnicama. J. Nutr. 2020, 130, 2086S–2092S. [CrossRef]