PH vagy termikusan módosított pektin rákellenes tevékenységei; Tumopektin; Szövetségese

Megjelent online 2013. október 8. doi: 10.3389/fphar.2013.00128

PH vagy termikusan módosított pektin rákellenes tevékenységei

Ezt a cikket más PMC-cikkek idézik.

Az új gyógyszerek és kezelések megtalálására irányuló hatalmas erőfeszítések ellenére a rák továbbra is jelentős közegészségügyi probléma. Ezenkívül a kemoterápiával szembeni rezisztencia megjelenése gyakran megakadályozza a teljes remissziót. A kutatók a természetes termékek, elsősorban a növények felé fordultak az ellenállás megkerülése érdekében. A pektin és a pH vagy a termikusan módosított pektin kemopreventív és tumorellenes aktivitást mutatott az agresszív és visszatérő rákok ellen. A cikk célja annak leírása, hogy a pektin és a módosított pektin miként jelenítik meg ezeket a tevékenységeket, és melyek a lehetséges alapvető mechanizmusok. A hagyományos kemoterápia sikertelensége a mortalitás csökkentésében, valamint a súlyos mellékhatások miatt a természetes termékek, például a pektin eredetű termékek, ideális jelöltek a szinergizmusra a hagyományos rákellenes gyógyszerekkel kombinálva.

Kulcsszavak: pektin, rák, galektin-3, gyógyszerek kombinációja, apoptózis, kemoprevenció

Annak ellenére, hogy az elmúlt évtizedben a rákterápia hatalmas haladást ért el, különösen az "intelligens gyógyszerek" kifejlesztése terén, a rák továbbra is a halálozás egyik vezető oka. Ezért továbbra is kiemelt prioritás az új terápiás stratégiák kidolgozása. A természetes vegyületek fontos kemoterápiás vagy kemoprevenciós aktivitással rendelkező új "források" fontos forrásai. A szerkezet-aktivitás összefüggések vizsgálata magasabb aktivitású vagy alacsonyabb toxicitású természetes molekulák vagy félszintetikus analógok kifejlesztéséhez vezetett. A rák kezelésében jelenleg alkalmazott legjobb két példa a paklitaxel és az etopozid. Ebben a cikkben leírjuk, mi ismert a komplex növényi poliszacharidok bizonyos csoportjáról, a pektinről és annak lehetséges rákellenes tevékenységeiről.

1825-ben Henri Braconnot francia vegyész és gyógyszerész, aki szakértő volt a növények aktív komponenseinek kivonásában, elsőként fedezte fel a gélesítő tulajdonságokkal rendelkező heteropoliszacharidot, amelyet "pektinsavnak" nevezett (az ókori görög πηκτ ικóς jelentése: koaguláns).

A pektin komplex poliszacharidok családja, amelyek nagy mennyiségben találhatók meg a növények elsődleges falában. A növényfal alkatrészeinek fő szerepe a növények mechanikai szilárdságának biztosítása, az extracelluláris víz fázisának áztatásával történő fenntartása és a külső környezettől való akadály biztosítása.

A pektin pontos kémiai szerkezetéről még vita folyik. A pektinek a galakturonsavhoz kovalensen kapcsolt polimer család. A mai napig három pár pektin-poliszacharidot izoláltak a növény falától, amelynek szerkezetét azonosították. Ezek a homogalakturonán (HG), a ramnogalacturonan-I (RG-I) és a helyettesített galakturonánok (GS).

A homogalakturonán, amely a pektin molekula körülbelül 65% -át teszi ki, a d-galaktopiranosiluronsav (GaloA) az α-1,4-be kötődik. Egyes csoportok karboxilcsoportja metilcsoporttal észterezhető. A növényi fajtól függően a HGS részben O-acetilezhető C-3-ra vagy C-2-re (AÁbra 1).

D-galakturonsav L-ramnóz D-Dha * D-Xilóz

O-acetil-észter D-galaktóz D-apiózis L-galaktóz

O-metil-észter L_Arabinóz L-Aceric sav Kdo **

* D-Dha = 3-dezoxi-D-szemét-2-heptuloszársav

** Kdo = 3-dezoxi-D-man-2-oktulozonsav

A pektin szerkezetének sematikus ábrázolása. AG, arabinogalaktán; HG, homogalakturonán; RG, ramnogalakturonán; XG, xilogalakturonán.

A ramnogalakturonan-I a pektin körülbelül 20-35% -át teszi ki. Az RG-I egy pektin-poliszacharid-család, amelynek fő lánca a galakturonsavból álló és a ramnozil-rokon rokon diszacharidok ismétlődése [→ 4) -α-d-GaloA- (1 → 2) -α-1-Rhap- (1 →]o a fő láncot alkotó C-3 vagy C-2 csoportban O-acetilezett lehet, de általában nincsenek kapcsolatban monomerekkel vagy oldalláncokkal. A növényfajoktól függően a ramnosil-csoportok mintegy 20-80% -a semleges vagy savas oligoszacharid-láncokkal van helyettesítve a ramnosyl-csoportok C4-szénatomján. A leggyakoribb oldalláncok tartalmaznak α-1-arabinofuranozilt (Araf) és/vagy galaktopiranozil (Galo). Ezek az oldalláncok (arabinánok, galaktánok vagy arabinogalaktánok) lehetnek egyenesek vagy elágazók (AÁbra 1)

A pektin szerkezetének legelfogadottabb modellje egy fő GD busz, amelyben az RG-I, RG-II és GS régiók egymást keresztezik (Caffall és Mohnen, 2009). Kötések vannak a pektin-poliszacharidok és más falmolekulák között, kombinálva egy hálózatot alkotva, amely az elsődleges sejtfalat alkotja.

A PEKTIN MŰKÖDÉSE A NÖVÉNY SEJTFALJÁBAN

Mint fent említettük, a növényi sejtfal alkatrészeinek az a szerepe, hogy először mechanikai szilárdságot teremtsenek és gátat képezzenek a külső környezet számára. HG és RGII köztudottan felelősek a fal merevedéséért. A GD-k olyan tulajdonsággal bírnak, hogy "tojásdobozoknak" nevezett struktúrákat alkotnak. Két HG-láncot összekapcsolnak egymással kölcsönhatásban lévő kétértékű Ca 2+ -ionok (Liners et al., 1989). Ez a folyamat fontos a pektin gélesítéséhez.

Az RG-I mechanikai szerepét kevésbé tanulmányozták, de úgy tűnik, hogy az RG-I szerepet játszhat a sejtfal plaszticitásában, például megakadályozva a HG-láncok és a Ca2 + -ionok kölcsönhatását. Alacsony arabinán és galaktán mennyiségű transzgénikus növényeknél a sejtfal megmerevedik.

A pektin szervezete és összetétele a növény elsődleges sejtfalában a növény, a szövetek és a növényfajok növekedési állapotától függ. Szintézise egy összetett folyamat, amely számos enzimet foglal magában, amelyeket csak most kezdünk azonosítani (Atmodjo et al., 2013).

AZ OLIGOGALAKTURONIDOK BIOLÓGIAI TEVÉKENYSÉGEI NÖVÉNYEKBEN

Három különböző módon lehet bejutni egy kórokozóba egy növénybe: átmenni egy természetes nyíláson, például a sztómákon; behatolni egy sebbe vagy megemészteni a sejtfalat. A pektin az első szubsztrát. A kórokozók képesek kiválasztani az endopolygalacturonase-ket és az endopectic lizátumokat, amelyek lebontják a sejtfalban található HG-ket, majd oligogalacturonidokat (OGA) szabadítanak fel. Az OGA-k biológiailag aktív szénhidrátok, amelyek jelzőmolekulaként működnek, amelyek elindítják a növény védekező reakcióit. Az OGA-termelésre adott válaszként észlelt első védekező reakció reaktív oxigénfajok, például H2O2 és O-2 termelődése. Az OGA olyan jelátviteli utakat is elindít, amelyek aktiválják a növényvédelmi rendszereket, például olyan proteázgátlók előállítását, amelyek képesek blokkolni a rovarok által kiválasztott proteázok aktivitását a növény sejtfalának emésztésére. Végül az OGA-k felelősek a fal megkeményedéséért is, válaszul a kórokozókkal történő fertőzésre. A növényvédelmi rendszerekben betöltött szerepük mellett az OGA-k a növények növekedését és fejlődését is befolyásolják, és szerepet játszanak a gyümölcs érésében.

A PEKTIN TEVÉKENYSÉGEI EMBEREKBEN

Pektin és rák, előrehaladott színpad

A pektin évtizedek óta ismert daganatellenes tevékenységéről. Nagyon összetett felépítése miatt nem meglepő, hogy ennyi különböző biológiai aktivitást mutat (Maxwell et al., 2012). Az irodalomban nem könnyű összekapcsolni a pektin szerkezetét és bioaktivitását, különösen azért, mert a különféle vizsgálatokban használt pektin eredete és az esetleges kémiai változások, amelyek elszenvedett molekuláris fragmenseket hoznak létre, nem mindig vannak jól leírva. Meg kell jegyezni, hogy a keletkezett fragmensek méretének különbségei észterezési fokukban (DE), a poliszacharidokban jelenlévő cukormonomerek természetében és az extrakciós folyamatban jelentősen befolyásolhatják e különböző típusú pektinek tulajdonságait. Az alábbiakban azonban hat fő kérdést emelünk ki.

A PEKTIN ÉLELMISZER SZÁMA

Étrendi rostként a pektin szerepet játszik a vastagbélrák megelőzésében. 1979-ben Watanabe és munkatársai (1979) kimutatták, hogy az azoxi-metánnal vagy metil-nitrozo-karbamiddal kezelt patkányoknál kevesebb vastagbéldaganat alakul ki, ha étrendjük pektinnel dúsított. Heitman és munkatársai (1992) hasonlóan kevesebb vastagbéldaganatot mutattak ki patkányokban, akik pektint kaptak, ha 1,2-dimetil-hidrazinnal kezelték. Ohkami és mtsai (1995) kimutatták, hogy az azoximetánnak kitett patkányok étrendjében a citrusfélék és az alma pektin csökkentette a karcinogenezist. A pektin mindkét típusa csökkentette a daganatok számát, az alma pektin pedig csökkentette a β-glükuronidáz aktivitását, amely egy olyan székletbaktériumok enzimje, amelynek aktivitása összefügg a vastagbélrák kialakulásával (Ohkami et al., 1995). Különböző típusú szénhidrátokat vizsgáltak antimutagén aktivitásuk szempontjából. Például Hensel és Meier (1999) kimutatták, hogy a xiloglükánok és a ramnogalakturonánok csökkentették az 1-nitropirol mutagén hatását. Ez a védelem dózisfüggő, és a sejtek és polimerek közötti közvetlen kölcsönhatásból származhat, amely megvédi a sejteket az 1-nitropirol mutagén hatásaitól.

Másrészt a vastagbélsejtek apoptózisának aktiválódása a pektinnel táplált állatokban nagyrészt a butirátnak köszönhető, amely molekula a pektin erjedéséből származik a vastagbélben található baktériumok flórájával (Avivi-Green et al., 2000a, b). A butirát intrakolonikus csepegtetése valóban összefoglalja az orálisan beadott pektin hatását (Avivi-Green et al., 2000b). A butirát a kolonocitákban is képes apoptózist kiváltani in vitro p53-független módon (Kolar et al., 2007) és a mitokondriális túlterhelés Ca2 + -val történő kiváltásával (Kolar et al., 2011). Ezzel párhuzamosan mindkettő in vitro butirátnak kitett patkány bélhámsejtekben, valamint 20% pektinnel kiegészített étrendet fogyasztó egerekben a TGF-β jelátvitel javult, ami a kolonózis és az apoptózis növekedésének gátlásához vezet. Úgy tűnik, hogy az apoptózist az Id2 fokozott expressziója (a 2. differenciálódás gátlója) indukálja, valószínűleg a HDAC-k szelektív izoformáinak gátlásával (Cao et al., 2011).

A pH-val módosított pektin tumorellenes aktivitása

A pektin módosítható különböző pH-értékű kezeléssel; a legtöbbet vizsgált pH-módosított pektin a citrusokból izolált (MCP, módosított citrus-pektin). A pH változás olyan lúgos kezelést von maga után, amely ß-eliminációs reakciókat vált ki, ami a poliszacharid busz depolimerizációjához és a HG régiók deészterezéséhez vezet. Ezt savkezelés követi, amely lehasítja a semleges cukrokat, felszabadítja a pektin bokor elágazó régióit és előnyösen eltávolítja az arabinóz maradványait. Így nagy mennyiségben keletkeznek arabinogalaktánok és galaktánok.

Összegzésképpen elmondható, hogy az MCP számos anti-metasztatikus tulajdonsággal rendelkezik, amelyek mindkettőt bizonyítják in vitro mennyi és in vivo, különböző rosszindulatú daganatokban. Sok, ha nem is az, annak a galektin-3 pleiotrop fehérjéhez való kötődésének köszönhető, amely a rákban túlzottan expresszálódik. Jó toleranciája miatt és egyéb növényi eredetű termékek mellett a pektin eredetű GCS-100-at a krónikus limfocita leukémia B kiújulásával járó beteg fenntartó kezelésére kutatják (O’Brien és Kay, 2011).

A módosított pektin egyéb formáinak tumorellenes aktivitása

Jackson és mtsai. (2007) a módosított pektin különféle formáinak apoptózisának indukcióját vizsgálta olyan prosztatarákos sejtekben, amelyek vagy androgénfüggő (LNCaP), vagy androgénfüggetlenek voltak, és nem expresszálták a galaktin-3-ot (LNCaP C4-2). Tevékenységükben a citrus pektin és a pH-val módosított pektin, PectaSol®, nem fejtettek ki proapoptotikus aktivitást, míg a termikusan módosított pektinek két különböző formája, az egyik kereskedelmi forgalomban kapható, a másik pedig laboratóriumukban készült, jelentős apoptózist okozott a két sejtvonalban (Jackson és mtsai, 2007). Kimutatták, hogy a külön-külön vett HG-k, RG-I és RG-II nem rendelkeznek citotoxikus aktivitással. A termikusan módosított pektin kezelése pektin-metil-észterázzal a karboxi-metil-észterek eltávolítása céljából a galakturonozil és/vagy az endopoligalakturonáz eltávolítása az észterezetlen HG metilrel történő hasítása céljából nem eredményezett aktivitásvesztést. Másrészt az észterkötéseket eltávolító enyhe báziskezelés elpusztította a pro-apoptotikus aktivitást. A biológiai hatékonysághoz tehát a karboxi-metil-észter kötéstől eltérő érzékeny OGA-alapú kötésre van szükség. Az aktív fragmensek méretelemzése alacsony tömegű (10-20 kDa) oligoszacharidokra utal (Jackson és mtsai, 2007).

Hasonló eredményeket ért el Cheng és munkatársai (2011), akik tesztelték a ginzengből izolált poliszacharidok különböző frakcióinak tumorellenes aktivitását HT-29 vastagbélrákos sejteken. Míg a HG-ban gazdag frakciók leállították a sejtciklust a G2/M fázisban, a HG-ban gazdag és a hővel módosított frakciók sokkal nagyobb antiproliferatív aktivitást mutattak, ami a kaszpáz-3 aktiválódásával és az apoptózis indukciójával járt (Cheng és és mtsai., 2011). Hasonlóképpen, a HG-ban gazdag burgonyapektin gátolta a HT-29 sejtek szaporodását in vitro és a sejtciklus leállását okozta a G2/M fázisban. Ez a gátlás a ciklin B1 expresszió és a CDK-1 aktivitás csökkenésének köszönhető (Cheng et al., 2013). Fontos megjegyezni, hogy Kang et al. (2006) citrus-pektinből származó oligoszacharidot is előállított, amely besugárzással, azaz kémiai kezelés nélkül biológiailag aktív volt. A pektin 20 kGy-val besugárzott, majd dializált (WT

PEKTIN IMMUNOPOTENCIÁLIS TEVÉKENYSÉG

A PEKTIN MÓDOSÍTOTTA A KEMORESZTENCIÁNAK TÚLÉRÉSÉRE

PEKTIN HASZNÁLATA RÁK SZÁLLÍTÁSÁNAK RÁK SZÁLLÍTÁSÁHOZ

Ezzel párhuzamosan biokompatibilis pektin eredetű hidrogéleket állítottak elő különböző kemoterápiás gyógyszerekkel feltöltve. A doxorubicint tartalmazó hidrogélek citotoxicitást mutattak a HepG2 sejtekkel szemben, és gátolták a homotípusos B16 melanoma sejt aggregációt, ami arra utal, hogy ez megakadályozhatja az áttétet is. in vivo (Takei és mtsai, 2010). Hasonlóképpen, az 5-fluorouracilt kapszulázó, pektinnel bevont kitozán gélek szabályozott hatóanyag-felszabadulást és citotoxicitást biztosítottak két rákos sejtvonal ellen (Puga et al., 2013). Rákellenes aktivitás in vivo kimutatták doxorubicin-pektin-hidrogél alkalmazását is szubkután melanoma B16 sejtdaganatokban egerekben (Takei et al., 2013).

Végül fontos megemlíteni két másik típusú állványt, beleértve a gemcitabint tartalmazó pektin és fibrin nanokompozitokat (Chandran és mtsai., 2013) a petefészekrák és a metotrexáttal töltött pektin nanorészecskék kezelésére, amelyek fokozott citotoxicitást mutattak. összehasonlítva a HepG2 hepatocelluláris carcinoma sejtekkel in vitro (Chittasupho és mtsai, 2013).

Élelmi rost/baktériumok/vastagbél/butirát/gyulladás/karcinogenezis
PH-módosított/RGI-ben gazdag pektin/Metasztázisok/Apoptózis/Daganatsejt/Apoptotikus sejt
HG-ban gazdag pektin/gyulladásos sejtek aktiválása/gyulladásos sejtek
Termikusan módosított pektin/apoptózis/tumor sejt

A pektin különböző formáinak különböző rákellenes tevékenységeinek sematikus ábrázolása.

Nyilatkozat az összeférhetetlenségről

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást bármilyen kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolat hiányában végezték, amely potenciális összeférhetetlenségként értelmezhető.

Lionel Leclere írta a kéziratot. Pierre Van Cutsem és Carine Michiels közreműködött a kézirat végleges változatának megírásában. Minden szerző elolvasta és jóváhagyta a végleges kéziratot.

Lionel Leclere az FRIA ösztöndíjban részesült (FNRS, Belgium).