Механизмы онкопротективных эффектов фитостеролов. Обзор литературы

ВВЕДЕНИЕ

Онкологические заболевания являются сложной группой гетерогенных заболеваний, обусловленных множеством факторов, которые участвуют в канцерогенезе. Злокачественные новообразования являются актуальной проблемой в Российской Федерации и второй причиной смертности населения после сердечно-сосудистых заболеваний [1]. Для решения этой сложной проблемы ежегодно выделяются ресурсы из государственного бюджета, открываются новые отделения для оказания помощи онкологическим больным, совершенствуются методы ранней диагностики и профилактики. Клинические рекомендации с каждым годом пополняются новыми лекарственными препаратами самых различных фармакологических и химических групп. Данное развитие лекарственной терапии связано с вариабельностью и изменчивостью самих опухолей, которые мутируют в процессе роста, а также в процессе взаимодействия с лекарственными агентами, таким образом становятся рефрактерными к лечению. Это требует разработки и внедрения в клиническую практику новых лекарственных средств и использования высоких доз препаратов, что приводит к росту проявлений цитотоксичности здоровых клеток и тканей. Препараты моноклональных антител, которые считались панацеей в начале этого века, при длительном применении также вызывают токсические проявления. На сегодня проводятся научные исследования во многих мировых лабораториях, целью которых являются поиск и апробация комплементарно-медицинских методик, направленных на снижение числа побочных эффектов стандартной терапии с одновременным повышением качества жизни и восстановлением деятельности иммунной системы.

Фитостеролы в онкологии

В данном исследовании мы обратились к фитостеролам, в частности к таким, как стигмастерол, β-ситостерол, кампестерол. Фитостеролы — это класс стероидов циклопентанопергидрофенантреновой природы, широко распространенных в растениях и являющихся компонентом мембран растительных клеток. Они обладают разнообразными функциями и играют важную роль в онтогенезе растений [2]. Благодаря высокой биологической активности фитостеролы широко применяются в космецевтике, пищевой промышленности и медицине. Стигмастерол как один из наиболее распространенных фитостеролов занимает в данных областях особое место [3]. Исследования выявили множество биологических и фармакологических свойств стигмастерола, мы же остановимся на его противоопухолевом потенциале. В ряде исследований приводятся убедительные данные по поводу противоопухолевой активности стигмастерола [4]. При раке печени было установлено, что стигмастерол повышает экспрессию проапоптотических генов (Bax, p53) и снижает экспрессию антиапоптотического гена Bcl-2 в клетках рака печени HepG2 [5]. Опухолевые клетки демонстрируют неограниченную пролиферацию, в то время как модуляция клеточного цикла может подавлять пролиферацию и вызывать дифференцировку или гибель опухолевых клеток. Современные противоопухолевые препараты действуют в основном через регуляцию процесса клеточного цикла в опухолевых клетках. Исследование Zhang и соавт. [6] показало, что стигмастерол способен вызывать остановку клеток в фазе G0–G1 (стационарная фаза), в результате чего в фазе G2/M (фаза деления) оказывается намного меньше клеток. Кроме того, авторы также отметили повышение экспрессии белка протеинкиназы MAP2K6, важного участника остановки клеточного цикла. Полученные результаты указывают на то, что стигмастерол подавляет рост клеток рака печени, возможно, способствуя остановке клеточного цикла.

При раке легкого стигмастерол также продемонстрировал некоторые любопытные результаты. Орфанный рецептор C, связанный с ретиноевой кислотой — это ДНК (в английской транскрипции RORC) -связывающий транскрипционный фактор, принадлежащий к семейству орфанных ядерных рецепторов. К нему приковано большое внимание, потому что он играет ключевую роль в клеточной регуляции, метастазировании и химиорезистентности. Dong и соавт. [7] обнаружили, что стигмастерол ингибирует пролиферацию и способствует апоптозу клеток рака легкого. Авторы также отметили, что стигмастерол непосредственно направлен на экспрессию RORC в раке легкого, а сверхэкспрессия RORC отменяла подавляющее действие стигмастерола на раковые клетки. Данное исследование позволяет предположить функциональную роль оси «стигмастерол — RORC» в прогрессировании рака легкого, что представляет собой потенциальную мишень для лечения рака.

Стигмастерол и его эффекты также изучались при раке желудка, по заболеваемости занимающем шестое место, а по смертности — третье место среди всех злокачественных новообразований в мире [1]. Zhao и соавт. [8] изучили роль и молекулярный механизм стигмастерола в индуцировании аутофагии в клетках рака желудка. Они обнаружили, что стигмастерол подавляет пролиферацию клеток SGC-7901 и MGC-803, вероятно, через ингибирование сигнального пути Akt/mTOR и индуцирование апоптоза и аутофагии. Кроме того, эксперимент in vivo также подтвердил подавляющее действие стигмастерола на рост ксенотрансплантата опухоли. Объединив эти результаты, авторы пришли к выводу, что стигмастерол индуцирует апоптоз и защитную аутофагию в клетках рака желудка, ингибируя при этом сигнальный путь Akt/mTOR, и решили, что стигмастерол может стать потенциальным противораковым средством в будущем при лечении рака желудка.

Стигмастерол и β-ситостерол в основном схожи по структуре, но в боковой цепи стигмастерола между позициями C22 и C23 имеется двойная связь. В большинстве случаев ацетил-КоА превращается в циклоартенол, а затем в 4-метил-24-метилен-холестерин-7-енол. 4-метил-24-метилен-холестерин-7-енол впоследствии превращается в 4-метил-24-этил-7-холестенол путем присоединения второй метильной группы под действием SMT2 — гена, ключевого для синтеза растительных стеринов [3]. Затем SMO2 катализирует деметилирование 4-метил-24-этил-7-холестенола в положении C4, в результате чего образуется дельта-7-авенастерол. Дельта-7-авенастерол подвергается дегидрированию в положениях C5-C6 под действием SC5D1 с образованием 5-дегидрированного авенастерола, который затем превращается в β-ситостерол после последовательного восстановления двойных связей C7–C8 и C24–C28 под действием 7-DR1 и SSR1 соответственно. В конце концов β-ситостерол дегидрогенизируется до стигмастерола под действием стерол-С22-десатуразы (22-SD) в положениях С22 и С23 [4].

Доклинические исследования, проведенные за последние несколько десятилетий, показали, что β-ситостерол обладает множественной противораковой активностью в отношении различных видов рака, таких как рак печени, шейки матки, толстой кишки, желудка, молочной железы, легких, поджелудочной и предстательной желез, а также лейкемии, множественной миеломы, меланомы и фибросаркомы.

В ряде исследований сообщалось, что потребление богатых фитостеринами продуктов питания может в определенной степени снизить риск развития рака [9]. β-ситостерол является наиболее распространенным фитостерином и присутствует почти во всех растительных продуктах и некоторых травах. Он применяется для лечения многих заболеваний благодаря широкому спектру биологических эффектов, таких как противовоспалительная [10], жаропонижающая [11], анальгетическая [12] и антидиабетическая [13] активность. Что особенно важно, это соединение обладает значительным противораковым потенциалом [14]. Фактически потребление β-ситостерола частично объясняет снижение заболеваемости раком предстательной железы, толстой кишки и пищевода среди вегетарианцев, а также жителей в азиатских странах, которые потребляют гораздо больше β-ситостерола, чем большинство жителей Запада [15]. Контролируемые лабораторные эксперименты показали, что β-ситостерол проявляет ингибирующее рост и цитотоксическое действие против ряда установленных линий раковых клеток in vitro и in vivo, но не вызывает острых/подострых токсических эффектов [16]. В совокупности имеющиеся доклинические данные, такие как исследования in vitro, исследования на животных и эпидемиологические исследования, позволяют рассматривать β-ситостерол как перспективный противоопухолевый препарат с потенциалом химиопрофилактики и химиотерапии, хотя пока и не подтвержденный клиническими испытаниями.

Также β-ситостерол широко используется для лечения хронических заболеваний предстательной железы. В 2020 году в США с этой целью были приобретены биологические активные добавки, содержащие бета-ситостерол, на 24 827 065 долларов [17]. Первые исследования были посвящены влиянию β-ситостерола на культивируемые клетки рака простаты. Awad et al. сообщили, что клетки PC-3, андрогеннезависимая клеточная линия рака простаты, выделенная из аденокарциномы простаты человека, метастазирующей в кости [18], продемонстрировали снижение инвазивности, подвижности и связывания ламинина/фибронектина при обработке β-ситостеролом по сравнению с клетками, обработанными холестеролом. Более того, ксенотрансплантаты опухолей PC-3 у иммунокомпрометированных мышей, которых кормили бета-ситостеролом, росли хуже и давали меньше метастазов в лимфатических узлах и легких, чем опухоли у мышей, которых кормили холестеролом или кампестеролом [19]. Дальнейшие исследования этой группы показали, что β-ситостерол индуцировал апоптоз, повышал базальный уровень простагландинов и увеличивал продукцию реактивных видов кислорода (ROS) в клетках PC-3. В этом исследовании был сделан вывод, что β-ситостерол может подавлять рост опухоли, стимулируя апоптоз и способствуя остановке клеточного цикла через механизмы, включающие изменения в ROS и производстве простагландинов [20].

Кампестерол — это фитостерол, который содержится в различных овощах, фруктах, орехах и семенах, а также в большом количестве в рапсовом и кукурузном масле [21]. Кампестерол является одним из наиболее распространенных фитостеролов, наряду с β-ситостеролом и стигмастеролом. Благодаря структурному сходству с холестерином он конкурентно всасывается в кишечнике человека. Кампестерол может регулировать белки-переносчики, клетки кишечника и липидный обмен, включая синтез и этерификацию холестерина и сборку липопротеинов [22]. В исследовании Yvonne O’Callaghan et al. [23] изучали различные смеси кампестерола с другими фитостеролами на примере гепатоцелюлярного рака и пришли к выводам о цитотоксичности кампестерола в клетках U937, но меньшей цитотоксичности в клетках HepG2. В исследовании Chih-Pin Chuu et al. [23] изучалось применение бетаситостерола и кампестерола качестве терапевтической мишени при раке простаты и других видах рака. Печеночные Х-рецепторы (LXR) являются важными регуляторами гомеостаза холестерина, жирных кислот и глюкозы. Они обнаружили, что агонисты LXR подавляют пролиферацию клеток рака простаты и молочной железы in vitro, а лечение мышей агонистом LXR T0901317 подавляет рост ксенотрансплантатов опухоли простаты. Также было показано, что фитостеролы являются агонистами LXRs. Бета-ситостерол и кампестерол, два наиболее распространенных фитостерола, подавляли пролиферацию клеток рака простаты и молочной железы, согласно результатам данного исследования.

Кампестерол индуцирует апоптоз клеток через митохондриальный путь; он снижает экспрессию BCL-2 и BCL-xL и повышает экспрессию BAX, BAD, BAK, а также активирует каспазу 3 и каспазу 9 в клетках аденокарциномы легких человека (A549) [24]. Сообщалось, что кампестерол снижает рост клеток рака печени (SSMC-7721), вызывая остановку клеточного цикла, апоптоз, генерацию ROS, потерю MMP, снижение экспрессии Bcl-2 и активацию каспазы 3 и каспазы 9 [25]. При раке яичников кампестерол также активировал сигналы клеточной смерти, такие как расщепленная каспаза 3, расщепленная каспаза 9, цитохром С, BAX и BAK. Кроме того, при обработке клеток кампестеролом снижалась функция митохондриальных мембран. Деполяризация митохондриального потенциала и секреция проапоптотических сигналов вызывают программируемую клеточную гибель [26]. В исследовании Hyocheol Bae et al. кампестерол вызывал апоптоз клеток и активировал проапоптотические сигналы в клеточных линиях рака яичников человека. Обработка клеток кампестеролом нарушала функцию митохондриальной мембраны и нарушала баланс кальция. Кроме того, под действием кампестерола дозозависимым образом увеличивалось образование ROS и экспрессия белков-сенсоров ER-стресса. Белки, связанные с осью ER-митохондрий, также активировались кампестеролом в обеих клеточных линиях. Кампестерол подавлял рост клеток и прогрессию клеточного цикла через регуляцию сигнальных путей PCNA и PI3K/MAPK. Он также подавлял агрегацию клеток рака яичников и усиливал противоопухолевое действие цисплатина и паклитаксела в этих линиях. Эти результаты указывают на возможность использования кампестерола в качестве нового терапевтического средства для лечения рака яичников [27].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Лечение злокачественных новообразований с каждым годом претерпевает значительные изменения. Все больше лекарственных форм проходят клинические исследования и поступают на фармацевтический рынок. Необходимость во все новых лекарствах заставляет ученых и клиницистов обращать внимание на богатый кладезь химических веществ — лекарственные растения. Важными химическими веществами во всех растениях являются фитостеролы. Поэтому неудивительно, что в последнее время к этой группе веществ приковано пристальное внимание исследователей, количество публикаций с каждым годом растет. В данном обзоре литературы мы убедительно показали, что конкретные вещества этой группы — бета-ситостерол, стигмастерол и кампестерол — обладают выраженным противоопухолевым эффектом. Стадия нынешних исследований не позволяет говорить о включении препаратов фитостеролов в протоколы лечения, но может быть основанием для проведения доклинических исследований.