ЖУРНАЛ
Бюллетень сибирской медицины
2019
Scopus
ВАК
ESCI
ОБЛАСТЬ НАУК
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
флавоноиды / механизмы противоопухолевого действия / flavonoids / mechanisms of antitumor effect
АННОТАЦИЯ научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Зверев Я.Ф.
Обзор литературы посвящен рассмотрению механизмов противоопухолевого действия флавоноидов. Антиканцероматозный эффект флавоноидов обсуждается в контексте их воздействия на основные этапы развития злокачественных опухолевых клеток. При этом подробно рассматривается влияние флавоноидов на активность протеинкиназ, металлопротеиназ, апоптоза, ангиогенеза и клеточного цикла опухолевых клеток.
РЕКЛАМА
РЕКЛАМА
ПОХОЖИЕ ТЕМЫнаучных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Зверев Я.Ф.
ТЕКСТ НАУЧНОЙ РАБОТЫ на тему «Противоопухолевая активность флавоноидов»
ОБЗОРЫ И ЛЕКЦИИ
УДК 615.277.3: 615.322:547.9
https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2019-2-181-194
Противоопухолевая активность флавоноидов
Зверев Я.Ф.
Алтайский государственный медицинский университет (АГМУ) Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 40
РЕЗЮМЕ
Обзор литературы посвящен рассмотрению механизмов противоопухолевого действия флавоноидов. Антиканцероматозный эффект флавоноидов обсуждается в контексте их воздействия на основные этапы развития злокачественных опухолевых клеток. При этом подробно рассматривается влияние флавоноидов на активность протеинкиназ, металлопротеиназ, апоптоза, ангиогенеза и клеточного цикла опухолевых клеток.
Ключевые слова: флавоноиды, механизмы противоопухолевого действия.
Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии финансирования при проведении исследования.
Для цитирования: Зверев Я.Ф. Противоопухолевая активность флавоноидов. Бюллетень сибирской медицины. 2019; 18 (2): 181-194. https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2019-2-181-194.
УДК 615.277.3: 615.322:547.9
Флавоноиды — полифенольные соединения, содержащие, как видно из рис. 1, 15 углеродных атомов, образующих два ароматических кольца (А и В), соединенных с помощью трехуглеродно-го мостика (кольцо С).
Рис. 1. Общая структура флавоноидов Fig. 1. General structure of flavonoids
Интерес к применению флавоноидов в качестве перспективных средств для профилактики и лечения различных злокачественных опухолей возник в 1970-1980-х гг. В 1975 г. в экспериментах in vitro было показано, что кверцетин, обильно присутствующий во многих овощах и фруктах и считающийся одним из наиболее перспективных противоопухолевых флавоноидов, проявляет ингибирующее влияние на развитие злокачественных клеток асцита Эрлиха Ь1210 и клеток лейкемии Р-388 [1]. Эти результаты побудили к изучению эффективности флавоноидов на разнообразных моделях злокачественных опухолей у животных.
Рис. 2. Основные подклассы флавоноидов Fig. 2. Main subclasses of flavonoids
Эти соединения, являющиеся вторичными метаболитами, чаще в виде гликозидных форм выявляются во всех частях растений, где они выполняют ряд важных функций, определяя пигментацию, запах, вкус, рост и репродукцию. Флавоноиды участвуют в обеспечении природного иммунитета и резистентности растений к различным патогенным факторам бактериального, грибкового и вирусного происхождения, а также защиты от травоядных и насекомых. Сегодня идентифицировано около 10 000 флавоноидов, основная часть которых делится на шесть подклассов: флавонолы, флавоны, флаван-3-олы (включая проантоцианидины), антоцианидины, флавононы и изофлавоны (рис. 2).
Проведенные эксперименты дали весьма обнадеживающие результаты [2-5]. Что касается кверцетина, у этого полигидроксилированного флавонола впоследствии был выявлен мощный ингибирующий эффект в отношении развития опухолевых клеточных линий рака желудка, толстой кишки, молочной железы, яичников, эпидермиса, печени, поджелудочной железы, карциномы головы и шеи человека. Кроме того, тот же кверцетин ингибировал активность полициклических ароматических углеводородов, вовлеченных в канцерогенез легочной ткани [6-14]. Появились также сведения, согласно которым риск возникновения рака толстой кишки, молочной железы и простаты значительно ниже у жителей азиатских стран в сравнении с европейцами, что прямо коррелирует со значительно большим потреблением овощей, фруктов и чая [9, 14, 15]. Установлено также, что использование диеты, богатой овощами и фруктами, наряду с поддержанием высокой физической активности и адекватной массы тела снижает частоту случаев рака на 30-40% [16], а у вегетарианцев риск возникновения различных типов рака существенно ниже [17]. Как бы там ни было, сегодня имеются достаточно серьезные основания полагать, что многие флавоноиды оказывают протективное действие в отношении развития опухолей органов ротовой полости, желудка, двенадцатиперстной кишки, печени, легких, кожи, яичников, шейки матки, молочной и предстательной желез. При этом благоприятный эффект, кроме кверцетина и других флавонолов, присущ флаван-3-олам, антоцианидинам, изо-флавонам, флаванонам, флавонам и другим по-лифенольным соединениям растительного происхождения [14, 16, 18-25].
Проведенные за последние десятилетия многочисленные исследования, включающие эксперименты in vitro с использованием разнообразных культур опухолевых клеток, опыты ex vivo с моделированием на животных, а также ряд эпидемиологических испытаний дали серьезные основания полагать, что флавоноиды способны ингибировать три этапа развития раковых клеток: инициирование, активирование (промоцию) и распространение. На первых этапах это воздействие включает влияние на оксидативный стресс, инактивацию канцерогенов, ингибирование клеточной пролиферации. На этапе распространения эффективность флавоноидов, по-видимому, состоит в активации апоптоза, ингибировании ангиогенеза и подавлении метастазирования опухоли [9, 16, 20, 23, 26-33].
Влияние флавоноидов на этап инициирования раковых клеток, по-видимому, связано с их известным антиоксидантным действием и обусловлено воздействием на активность детоксицирую-щих ферментов I и II фаз. Показано, что ряд флавоноидов ингибирует действие ферментов I фазы метаболизма системы цитохрома P450, таких как CYP1A1 и CYP1A2, которые активируют канцерогенные свойства ряда ксенобиотиков [20, 23, 25, 34]. Возможно, такой эффект обусловлен взаимодействием с радикалами и способностью отдавать электрон (или атом водорода), что обеспечивает их влияние на клеточные протеины, в том числе и ферменты, генерирующие радикалы, такие как изоформы цитохрома P450 [25]. Относительно ферментов II фазы метаболизма флаво-ноиды проявляют принципиально иное действие. Хорошо известно, что ферменты II фазы детокси-цируют электрофильные экзогенные карциногены посредством глюкуронизации, сульфатирования, метилирования, ацетилирования, конъюгации с глутатионом, в результате чего образуются гидрофильные соединения, легко экскретируемые с желчью и мочой. Так, на моделях клеточных культур показано, что генистеин стимулирует активность детоксицирующих и антиоксидантных ферментов II фазы посредством индукции сигнальных путей протеинкиназы ERK1/2 и проте-инкиназы C (PKC). Это обусловливает активацию фактора транскрипции Nrf2 и через связывание с последовательностью ARE в промотерном регионе генов обеспечивает экспрессию детоксицирую-щих ферментов, а также защиту от карциногенов [28, 35-38]. В клинике было зафиксировано, что при потреблении мужчинами с высокой степенью интраэпителиальной неоплазии предстательной железы флаван-3-олов, содержащихся в чае, развивается превентивный эффект, заключающийся в ингибировании конверсии неоплазии в рак [39]. Здесь следует отметить и давнюю точку зрения о том, что полифенольные соединения могут образовывать нетоксические хиноидные соединения, которые сами по себе являются субстратом для детоксицирующих ферментов II фазы метаболизма и, таким образом, индуцируют общее повышение защиты организма от токсических ксенобиотиков [40].
Важнейшую роль в механизме противоопухолевого действия флавоноидов играет их способность угнетать процесс пролиферации злокачественных клеток. По-видимому, это в значительной степени обусловлено ингибирую-щим влиянием данных полифенолов на цепь биохимических событий, связанных с клеточным ростом [9]. Так, еще в ранних исследованиях было показано, что кверцетин подавлял аэробный гликолиз в опухолевых клетках, а также инги-бировал белковый синтез в клеточных культурах ряда опухолей и повышал в этих клетках уровень циклического аденозинмонофосфата (АМФ) [1, 41, 42]. В этом контексте отметим роль активируемой 5’АМФ протеинкиназы АМФК (AMPK), контролирующей энергетический баланс клетки. Блокируя синтез жирных кислот и ускоряя их окисление, АМФК регулирует клеточный цикл и пролиферацию клеток. Активация АМФК подавляет развитие в первую очередь раковых клеток, что сочетается со стимулированием их апоптоза. Неудивительно поэтому, что применение флаво-на кризина, активируя АМФК, обеспечивало ин-гибирование роста клеток рака легкого и индуцировало их апоптоз [43]. Недавно было высказано предположение, что антипролиферативный эффект флавона гесперетина в отношении клеток рака молочной железы обусловлен подавлением поглощения глюкозы [44]. Подобный эффект был позднее выявлен у флавонола кемпферола [45].
Однако сегодня большинство авторов полагают, что в основе антипролиферативного действия флавоноидов, как и замедления клеточного цикла, лежит ингибирующее воздействие на процессы внутриклеточной трансдукции в опухолевых клетках. Причем особое значение придается угнетению активности серин/треониновых и тирозиновых протеинкиназ [9]. Особо цитируемые авторы отмечают роль PKC, тирозинкиназы эпидермального фактора роста (EGFR) и киназы фокальной адгезии (FAK). Оказалось, что увеличение экспрессии протеинкиназ характерно для опухолевых клеток, а развитие ряда опухолей сопровождается повышенной активностью этих ферментов. В экспериментах in vitro способность ингибировать активность отмеченных протеин-киназ установлена для кверцетина, лютеолина, бутеина, генистеина [46-54]. В последнее время появились сведения о важной роли сигнального пути Wnt, участвующем в контроле за клеточной дифференцировкой, пролиферацией и клеточной подвижностью, которую клетки приобретают в процессе эпителиально-мезенхимального перехода и которая необходима для реализации инвазии и метастазирования. Нарушение регуляции, активация или мутационные изменения этого пути способствуют развитию меланомы, рака прямой кишки, гепатоцеллюлярной карциномы, желудочной карциномы, глиобластомы, лейкемии, рака молочной железы [55-58]. Появились сведения, согласно которым антипролиферативная активность флавоноидов может быть связана с их способностью ингибировать этот путь на разных уровнях. По крайней мере, гликозилированная форма кверцетина изокверцетин, а также гени-стеин, изорамнетин и эпигаллокатехина-галлат (EGCG) прямо угнетали ядерную транслокацию белка ß-катенина, важного модулятора Wnt-пути, обеспечивая существенный антипролиферативный эффект в отношении опухолевых клеток [59-63].
Значительное число исследований, посвященных противоопухолевому действию флавонои-дов, касается их влияния на апоптоз. Известно, что активация апоптоза является одним из важнейших путей, посредством которых противоопухолевые препараты подавляют рост раковых клеток. Апоптоз, как комплексный запрограммированный процесс, включает рецептор-зависимый (внешний) и митохондриальный (внутренний) сигнальный пути. Рецептор-зависимый путь обеспечивается активацией лигандами и трансмембранными рецепторами смерти, которые через стимуляцию внутриклеточных адаптерных белков обусловливают активацию инициаторных каспаз, формируя сигнальный комплекс DISC. Митохон-дриальный путь реализуется через действие таких проапоптозных факторов, как Bax, Bak, Bak/Mtd. Эти факторы повышают проницаемость наружных мембран митохондрий, обеспечивая выход из межмембранного пространства в цитоплазму растворимых белков цитохрома С, прокаспаз, AIF. Оба пути, которые на определенном этапе, как правило, перекрещиваются, приводят к активированию эффекторных каспаз инициаторными, что обусловливает формирование апоптозных телец. Важную роль в процессе регулирования апоптоза, кроме упомянутых выше проапоптоз-ных факторов, играют антиапоптозные факторы Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w и другие, а также фактор транскрипции p53, наиболее известный супрес-сор опухолей, выполняющий функцию сенсора повреждения ДНК. При необходимости этот ген останавливает клеточный цикл и индуцирует репарацию. Если же повреждение ДНК необратимо -направляет клетку по пути апоптоза [64].
Исследования последних десятилетий убедительно показывают, что целый ряд пищевых флавоноидов способен индуцировать апоптоз на различных моделях канцерогенеза [19, 21, 65-67]. При этом именно с индукцией апоптоза связывают выявленную в последние годы противораковую активность кверцетина, лютеолина, генистеина, дайдзеина, апигенина, EGCG, бай-калеина, нарингенина, гесперетина, кемпферола, мирицетина, галангина, изорамнетина, тангере-тина [14, 68-80]. Следует отметить, что стимуляция апоптоза способствует решению одной из ключевых проблем лечения злокачественных опухолей — резистентности опухолевых клеток к действию цитостатических агентов. И в этом контексте флавоноиды, многие из которых активируют апоптоз, могут вносить существенный вклад в консервативное лечение злокачественных новообразований. К сожалению, несмотря на то, что наши знания, касающиеся сигнальных путей развития апоптоза, за последние годы существенно расширились, многое в механизме действия фла-воноидов остается не до конца понятным.
Не вдаваясь в детали механизмов апоптоза и его регуляции, отметим, что, по всей видимости, пути, с помощью которых флавоноиды инициируют этот процесс в различных клеточных культурах и на разнообразных моделях, существенно различаются. Так, получены сведения, согласно которым флавоноиды способны: 1) наряду с ка-спазами и проапоптозными белками активировать лиганды и рецепторы смерти; 2) подавлять экспрессию антиапоптозных белков в результате негативной регуляции активности транскрипционного фактора NF-kB и многих других внутриклеточных путей трансдукции; 3) фосфорилиро-вать и стабилизировать белок p53; 4) объединять несколько из перечисленных механизмов. Например, EGCG ингибировал клеточную пролиферацию и индуцировал апоптоз в различных типах опухолевых клеток, угнетая активацию рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR) и подавляя экспрессию ингибитора апоптоза сур-вивина, что, вероятно, было связано со стимуляцией активности белка p53. Кроме того, EGCG увеличивал экспрессию проапоптозного белка Bax, повышал известное соотношение про- и ан-тиапоптозного белков Bax/Bcl-2 с последующей активацией каспаз. Таким образом, этот катехин сдвигал баланс про- и антиапоптозных протеинов в сторону индукции апоптоза [64, 81-87]. Подобное действие было обнаружено у флаванонов нарингенина, тангеретина и гесперетина [88-91], флавонов апигенина и лютеолина [92-95], фла-вонолов кверцетина, кемпферола и мирицитина [95-100], изофлавонов дайдзеина и генистеина [71, 77].
Как выяснилось, индукция апоптоза может быть обусловлена подавлением полифункционального транскрипционного фактора NF-kB, кодируемого геном REL, который активируется антиапоптозными сигналами, передаваемыми с рецепторов смерти TRAF-1 и TRAF-2 по Р13К-пу-ти. Активируя экспрессию антиапоптозных генов семейств Bcl-2 и IAP, NF-kB обусловливает такие аспекты канцерогенеза, как бесконтрольная пролиферация, предотвращение апоптоза, опухолевый ангиогенез и метастазирование [64, 101]. В экспериментах на культурах клеток опухоли толстой кишки и рака предстательной железы человека антоцианидин делфинидин индуцировал апоптоз и обеспечивал задержку клеточного цикла [102, 103]. Способность подавлять активность фактора NF-kB выявлена и у других флавонои-дов, включая флаваноны нарингенин и геспере-тин, флавон лютеолин, изофлавон генистеин [14, 90, 104, 105].
Хорошо известно, что степень инвазивного роста и метастазирования в значительной мере определяет опасность развития опухолевых заболеваний. Эти процессы обеспечиваются способностью опухолевых клеток расщеплять компоненты внеклеточного матрикса, включающего базальную мембрану и межтканевую строму, состоящую из различных структурных белков. В свое время возможность антиинвазивного действия связывалась с предполагаемым прямым влиянием флавоноидов на структурные элементы внеклеточного матрикса [106]. В последние годы
установлено, что ключевую роль в функционировании внеклеточного матрикса играет ряд ма-триксных металлопротеиназ (ММП), протеоли-тических 2п2+-содержащих кальций-зависимых ферментов, способных лизировать компоненты внеклеточного матрикса, индуцируя инвазию опухолевых клеток, и стимулировать неоангио-генез в опухолевой ткани. Установлено, что при злокачественных опухолях предстательной и молочной желез, яичников, шейки матки, печени, поджелудочной железы, толстого кишечника, легких, гортани, мочевого пузыря, почек продукция некоторых ММП (главным образом ММП-2, ММП-7 и ММП-9) прямо коррелирует с инвазией и метастазированием рака [9, 107, 108].
Исходя из изложенного, ясно, что ингибиро-вание активности ряда ММП является перспективной стратегией в лечении многих опухолевых заболеваний. В этом контексте следует отметить некоторые обнадеживающие результаты применения флавоноидов. Так, показано, что в некоторых типах клеток флавоноиды проявили способность ингибировать биосинтез ММП [109, 110]. Обнаружено, что кверцетин, наряду с лютеоли-ном, уменьшал инвазию некоторых раковых клеток параллельно с подавлением секреции ММП-2 и ММП-9, а также дозозависимо снижал активность прометаллопротеиназы-9 [9, 111]. Подобное действие было выявлено у изофлавона гени-стеина, который in vitro ингибировал активность высоко метастазирующих клеток рака молочной железы параллельно с угнетением активности ММП-9 [112, 113]. Наконец, в прямых экспериментах было обнаружено ингибирующее действие лютеолина, кверцетина и апигенина в отношении активности ММП-2 и ММП-9 [114]. Снижение активности отмеченных металлопротеиназ было выявлено также в условиях применения зеленого чая и фруктовых экстрактов, богатых флавонои-дами [115-117].
Относительно механизмов угнетения матрикс-ных металлопротеиназ под влиянием флавонои-дов исчерпывающих сведений не существует. Не исключено, что данный эффект обусловлен уже отмечавшимся антитирозинкиназным влиянием флавоноидов. Так, на клеточной культуре показано, что эпидермальный фактор роста (EGF) активировал секрецию ММП-2 и ММП-9 опухолевыми клетками, а лютеолин и кверцетин подавляли это действие. Исходя из этих результатов, авторами было сделано предположение, согласно которому вещества, угнетающие тирозинкиназу EGFR, могут быть потенциальными ингибиторами метастазирования [9]. Ранее подобная мысль была высказана относительно антиинвазивного действия ингибитора тирозинкиназ изофлаво-на генистеина [118]. А недавно были получены сведения, касающиеся способности флавонола кемпферола одновременно ингибировать инвазию клеток рака молочной железы и активность ММП-9 путем блокирования протеинкиназного сигнального пути PKC/MAPK/AP-1 [80].
Одним из факторов, увеличивающих злокачественный потенциал опухоли и способствующих метастазированию, является опухолевый анги-огенез, несмотря на определенную неполноценность вновь образующихся сосудов. При этом ряд факторов, таких как гипоксия, фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), фактор роста, выделяемый тромбоцитами (PDGF), факторы роста фибробластов (FGF-1, FGF-2), ангиопоэтин-1 (ang-1) и другие, вырабатываемые клетками опухоли, стромы, эндотелия и крови, а также внеклеточным матриксом, способны стимулировать опухолевый ангиогенез. Соответственно, существуют и факторы в виде антиангиогенных молекул, препятствующие формированию опухолевых сосудов. Преобладание ангиогенных факторов над антиангиогенными в значительной степени определяет пролиферацию опухоли и ее метас-тазирование. Причем одним из ключевых моментов ангиогенеза является деструкция базальной мембраны, что обусловливает миграцию эндоте-лиальных клеток, необходимых для процесса не-оваскуляризации [21, 108, 119, 120].
Как выяснилось, противоопухолевая активность ряда флавоноидов может быть обусловлена их ингибирующим воздействием на неоанги-огенез. Антиангиогенный потенциал, например, был обнаружен у EGCG [121]. Флавон апигенин в экспериментах in vitro и in vivo подавлял опухолевый ангиогенез через снижение экспрессии VEGF и индуцирующего гипоксию фактора HIF-1а. В другом исследовании апигенин ингибировал экспрессию VEGF и мРНК эритропоэтина, являющегося типичным индуцируемым гипоксией геном, посредством деградации HIF-1a [122]. Кроме того, было показано, что апигенин значительно ингибировал индуцируемую VEGF/FGF стимуляцию активности металлопротеиназ ММП-1 и МТ1-ММП и активность активатора плазминоге-на PAI-1, а также обеспечивал активацию ингибиторов ММП, что в совокупности обеспечивало угнетение ангиогенеза [109]. В экспериментах in vivo тот же апигенин ингибировал ангиогенез и полностью предупреждал метастазирование опухоли предстательной железы у мышей, что, по-видимому, модулировалось влиянием на сигнальный путь, вовлекающий фосфатидилинози-тольный каскад [123]. Угнетающее ангиогенез действие выявлено и у кверцетина. Давно известно, что этот флавонол нарушает стимулируемую TNF индукцию молекул эндотелиальной клеточной адгезии [9, 124, 125]. Совсем недавно в экспериментах на мышах с раком молочной железы обнаружено, что кверцетин угнетал ангиогенез посредством подавления пути, обеспечиваемого рецепторами VEGFR2 [126]. Убедительные данные в обсуждаемом контексте получены при изучении изофлавонов, в первую очередь генистеина и его метаболитов. Благодаря усилиям греческих исследователей установлено, что генистеин существенно ослабляет ангиогенез [127-129]. Попутно отметим, что этой же группой авторов было продемонстрировано угнетающее ангиогенез действие другого флавоноида лютеолина. Это действие предположительно было обусловлено влиянием на фосфатидилинозитольный каскад и приводило к ингибированию свойственного VEGF эффекта [130]. Возвращаясь к генистеину, отметим, что, как и в вышеприведенных экспериментах с использованием апигенина, ингибирование генистеином опухолевого ангиогенеза, по-видимому, было обусловлено угнетением активности металлопротеиназ и плазминогена, а также повышением активности ингибиторов ММП [109]. Столь выраженный эффект генистеина позволил назвать этот флавоноид «представителем нового класса антиангиогенных соединений» [9]. Касаясь другого изофлавона формононетина, отметим, что в недавних экспериментах in vitro и in vivo было показано, что это полифенольное соединение подавляло опухолевый ангиогенез, ин-гибируя запускаемую FGF-2 активацию FGFR2 и Pl/AKT/mTOR сигнальный путь [131].
Как известно, дисрегуляция клеточного цикла ведет к нарушению роста и развития эукарио-тических клеток, а неконтролируемая пролиферация вносит существенный вклад в их злокачественный фенотип. Раковые клетки развиваются в условиях недостаточного контроля за клеточным циклом, что обусловливает их сверхактивную пролиферацию. Последовательность клеточного цикла включает четко регулируемые фазы G0, G1, S, G2 и M. В постмитотический период (G0/ G1) клетка находится в состоянии покоя. В этот период происходит накопление материала (РНК) с целью подготовки к переходу в фазу синтеза S, когда происходит репликация ДНК. Врементя точка, характеризующаяся моментом необратимого перехода к делению (из фазы G1 к фазе S), называется точкой рестрикции R. Вторая подобная точка выявлена в фазу G2 и предупреждает необходимость перехода фазы G2 в фазу M до тех пор, пока не произойдет восстановление поврежденной ДНК. Во время фазы G2 осуществляются контроль за точностью произошедшей редупликации ДНК с исправлением, возможно, допущенных неточностей, а также накопление энергетических ресурсов для предстоящего митоза. Наконец, в фазу M происходит митоз (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы). Важно отметить, что описываемый процесс находится под жестким генетическим контролем. Регуляторными протеинами клеточного цикла являются циклины (A, B, D, E) и циклинзависимые киназы (Cdk-1, Cdk-2, Cdk-4, Cdk-6), ингибиторы Cdk, такие как p21WAF1, p27KIP1, p73 и другие, а также фосфорилированная ретинобластома pRb. Перечисленные ингибиторы называются опухолевыми супрессорами. Отсутствие их экспрессии или потеря активности проявляются в прогресси-ровании канцерогенеза [64, 132, 133].
Сегодня выяснено, что многие флавоноиды регулируют активность протеинов клеточного цикла, что обусловливает ингибирование пролиферации раковых клеток. При этом обеспечивается воздействие на различные точки этого процесса. Например, показано, что апоптоз сопровождается уменьшением количества клеток, пребывающих в периоде G0/G1, и увеличением числа клеток, находящихся в периоде G2/M, что указывает на задержку клеточного цикла в фазах G2 и M [21, 134].
Обращаясь к действию конкретных флавоно-идов, отметим, что кверцетин вызывал задержку периода G2/M клеток линии сквамозной эзофа-гальной карциномы посредством повышения экспрессии ингибиторов Cdkp73 и p21WAF1, а это приводило к снижению активности циклина B1 [135]. В недавнем исследовании выявлено, что кверцетин задерживал прогрессию клеточного цикла раковых клеток в фазу S, прямо воздействуя на ДНК. Последнее привело к активации апоптоза. Авторы цитируемой работы назвали кверцетин многообещающим кандидатом в терапии рака [136]. При изучении действия другого флавонола — кемпферола выяснилось, что он индуцировал задержку клеточного цикла в фазу G1 в пределах 6 ч и периода G2/M в пределах 12 ч в клетках толстой кишки человека. При этом задержка клеточного цикла наблюдалась на фоне ингибирования как циклинов A, D1 и E, так и циклинзависимых киназ Cdk-2, Cdk-4 и Rb [137]. В экспериментах, проведенных на клетках лейкемии человека, кемпферол активировал точку рестрикции фазы G2, что обусловило не только задержку клеточного цикла, но и активацию фосфорилирования протеина p53 с последующей индукцией митохондриального апоптоза [138]. Сходным образом флавон апигенин повышал скорость апоптоза, индуцируя задержку клеточного цикла в период G2/M в клетках гепатомы. Показано также, что апигенин блокировал пролиферацию клеток лейкемии не только в период G2/M, но и в более ранний период G0/G1 [104, 139]. Задержка клеточного цикла, наблюдавшаяся в клетках лейкемии при использовании другого флавона байкалеина, была обусловлена воздействием на раннюю фазу G1 [140]. Подобным образом флаван-3-ол EGCG наряду с индукцией апоптоза вызывал задержку клеточного цикла клеток анапластической тиреоидной карциномы, угнетая циклин B1 и Cdk-1, одновременно активируя ингибитор Cdk p21 [85]. Флаванон гесперидин вызывал задержку клеточного цикла клеток рака шейки матки, подавляя на клеточном уровне экспрессию циклинов D1 и E1, а также циклинзави-симой киназы Cdk-2 [141]. Существенная задержка клеточного цикла выявлена при изучении ряда изофлавонов. Так, цитотоксичность дайдзеина на различных клеточных линиях наряду с индукцией апоптоза за счет ингибирования экспрессии антиапоптозных протеинов была обусловлена задержкой клеточного цикла в период G2/M [142]. Интересно, что отмеченные в приведенной работе изменения происходили на фоне индуцирования повышенного уровня реактивных форм кислорода. Формононетин подавлял пролиферацию клеток рака легкого человека, индуцируя задержку клеточного цикла в фазе G1. Причем выявленному эффекту сопутствовали изменения протеинов циклина A, циклина D1 и протеина p21. Наряду с этим активировался апоптоз, что было обусловлено повышением фосфорилированного протеина p53 [143]. В другой работе этот же изофлавон проявил активность в виде задержки клеточного цикла в фазе G1 клеток рака предстательной железы, что было обусловлено инактивацией каскада Akt/циклин D1/Cdk-4 [144].
Следует заметить, что в механизмах противоопухолевого действия флавоноидов сохраняется много белых пятен. До сих пор, например, не ясна роль прооксидантного эффекта некоторых флавоноидов в развитии канцерогенеза. Не исключено, что стимулирование образования активных форм кислорода должно усиливать ци-тотоксичность в отношении опухолевых клеток.
Подводя итоги обзора, отметим, что сегодня не вызывает сомнений благоприятное влияние пищевых флавоноидов на организм человека, обусловленное их высокой биологической активностью. В последние десятилетия установлено, что рассмотренными выше видами действия биологическая активность флавоноидов отнюдь не исчерпывается. Кроме хорошо известных антиоксидантного, противовоспалительного и противоопухолевого эффектов следует отметить такие виды активности, как противоишемическая, антигипертензив-ная, противодиабетическая, противомикробная, противовирусная, антитромбогенная, эстрогенная, нейротропная и др. Это косвенно подтверждается огромным количеством эпидемиологических исследований, проведенных в последние годы.
В то же время существует много проблем, препятствующих как целенаправленному клиническому применению флавоноидов, так и созданию на их основе индивидуальных высокоэффективных лекарственных препаратов. Первая из них определяется особенностями фармакокине-тики флавоноидов. Подавляющее большинство выявленных видов фармакологической активности подтверждено в экспериментах in vitro, но достигнуть их адекватной концентрации в организме ввиду особенностей метаболизма удается далеко не всегда. К существенному же повышению дозировки большинство клиницистов относится с оправданной настороженностью по причине возможных и пока не установленных побочных эффектов. Кроме того, механизмы их фармакологического действия, учитывая современные подходы к требованиям доказательной медицины, нуждаются в дальнейшем углубленном комплексном изучении. Тем не менее нам близок оптимистический взгляд на перспективу клинического применения флавоноидов, что, кроме выявленного многообразия биологической активности, обусловлено относительной дешевизной получения лекарственных препаратов и большой распространенностью этих пищевых полифенолов в окружающей нас природе.
Сведения об авторе
Зверев Яков Федорович, д-р мед. наук, профессор, кафедра фармакологии, АМГУ, г. Барнаул.
(*) Зверев Яков Федорович, е-таП: zver@agmu.ru
ТЕКСТ НАУЧНОЙ РАБОТЫ на тему «Противоопухолевая активность флавоноидов»
ОБЗОРЫ И ЛЕКЦИИ
УДК 615.277.3: 615.322:547.9
https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2019-2-181-194
Противоопухолевая активность флавоноидов
Зверев Я.Ф.
Алтайский государственный медицинский университет (АГМУ) Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 40
РЕЗЮМЕ
Обзор литературы посвящен рассмотрению механизмов противоопухолевого действия флавоноидов. Антиканцероматозный эффект флавоноидов обсуждается в контексте их воздействия на основные этапы развития злокачественных опухолевых клеток. При этом подробно рассматривается влияние флавоноидов на активность протеинкиназ, металлопротеиназ, апоптоза, ангиогенеза и клеточного цикла опухолевых клеток.
Ключевые слова: флавоноиды, механизмы противоопухолевого действия.
Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии финансирования при проведении исследования.
Для цитирования: Зверев Я.Ф. Противоопухолевая активность флавоноидов. Бюллетень сибирской медицины. 2019; 18 (2): 181-194. https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2019-2-181-194.
УДК 615.277.3: 615.322:547.9
Флавоноиды — полифенольные соединения, содержащие, как видно из рис. 1, 15 углеродных атомов, образующих два ароматических кольца (А и В), соединенных с помощью трехуглеродно-го мостика (кольцо С).
Рис. 1. Общая структура флавоноидов Fig. 1. General structure of flavonoids
Интерес к применению флавоноидов в качестве перспективных средств для профилактики и лечения различных злокачественных опухолей возник в 1970-1980-х гг. В 1975 г. в экспериментах in vitro было показано, что кверцетин, обильно присутствующий во многих овощах и фруктах и считающийся одним из наиболее перспективных противоопухолевых флавоноидов, проявляет ингибирующее влияние на развитие злокачественных клеток асцита Эрлиха Ь1210 и клеток лейкемии Р-388 [1]. Эти результаты побудили к изучению эффективности флавоноидов на разнообразных моделях злокачественных опухолей у животных.
Рис. 2. Основные подклассы флавоноидов Fig. 2. Main subclasses of flavonoids
Эти соединения, являющиеся вторичными метаболитами, чаще в виде гликозидных форм выявляются во всех частях растений, где они выполняют ряд важных функций, определяя пигментацию, запах, вкус, рост и репродукцию. Флавоноиды участвуют в обеспечении природного иммунитета и резистентности растений к различным патогенным факторам бактериального, грибкового и вирусного происхождения, а также защиты от травоядных и насекомых. Сегодня идентифицировано около 10 000 флавоноидов, основная часть которых делится на шесть подклассов: флавонолы, флавоны, флаван-3-олы (включая проантоцианидины), антоцианидины, флавононы и изофлавоны (рис. 2).
Проведенные эксперименты дали весьма обнадеживающие результаты [2-5]. Что касается кверцетина, у этого полигидроксилированного флавонола впоследствии был выявлен мощный ингибирующий эффект в отношении развития опухолевых клеточных линий рака желудка, толстой кишки, молочной железы, яичников, эпидермиса, печени, поджелудочной железы, карциномы головы и шеи человека. Кроме того, тот же кверцетин ингибировал активность полициклических ароматических углеводородов, вовлеченных в канцерогенез легочной ткани [6-14]. Появились также сведения, согласно которым риск возникновения рака толстой кишки, молочной железы и простаты значительно ниже у жителей азиатских стран в сравнении с европейцами, что прямо коррелирует со значительно большим потреблением овощей, фруктов и чая [9, 14, 15]. Установлено также, что использование диеты, богатой овощами и фруктами, наряду с поддержанием высокой физической активности и адекватной массы тела снижает частоту случаев рака на 30-40% [16], а у вегетарианцев риск возникновения различных типов рака существенно ниже [17]. Как бы там ни было, сегодня имеются достаточно серьезные основания полагать, что многие флавоноиды оказывают протективное действие в отношении развития опухолей органов ротовой полости, желудка, двенадцатиперстной кишки, печени, легких, кожи, яичников, шейки матки, молочной и предстательной желез. При этом благоприятный эффект, кроме кверцетина и других флавонолов, присущ флаван-3-олам, антоцианидинам, изо-флавонам, флаванонам, флавонам и другим по-лифенольным соединениям растительного происхождения [14, 16, 18-25].
Проведенные за последние десятилетия многочисленные исследования, включающие эксперименты in vitro с использованием разнообразных культур опухолевых клеток, опыты ex vivo с моделированием на животных, а также ряд эпидемиологических испытаний дали серьезные основания полагать, что флавоноиды способны ингибировать три этапа развития раковых клеток: инициирование, активирование (промоцию) и распространение. На первых этапах это воздействие включает влияние на оксидативный стресс, инактивацию канцерогенов, ингибирование клеточной пролиферации. На этапе распространения эффективность флавоноидов, по-видимому, состоит в активации апоптоза, ингибировании ангиогенеза и подавлении метастазирования опухоли [9, 16, 20, 23, 26-33].
Влияние флавоноидов на этап инициирования раковых клеток, по-видимому, связано с их известным антиоксидантным действием и обусловлено воздействием на активность детоксицирую-щих ферментов I и II фаз. Показано, что ряд флавоноидов ингибирует действие ферментов I фазы метаболизма системы цитохрома P450, таких как CYP1A1 и CYP1A2, которые активируют канцерогенные свойства ряда ксенобиотиков [20, 23, 25, 34]. Возможно, такой эффект обусловлен взаимодействием с радикалами и способностью отдавать электрон (или атом водорода), что обеспечивает их влияние на клеточные протеины, в том числе и ферменты, генерирующие радикалы, такие как изоформы цитохрома P450 [25]. Относительно ферментов II фазы метаболизма флаво-ноиды проявляют принципиально иное действие. Хорошо известно, что ферменты II фазы детокси-цируют электрофильные экзогенные карциногены посредством глюкуронизации, сульфатирования, метилирования, ацетилирования, конъюгации с глутатионом, в результате чего образуются гидрофильные соединения, легко экскретируемые с желчью и мочой. Так, на моделях клеточных культур показано, что генистеин стимулирует активность детоксицирующих и антиоксидантных ферментов II фазы посредством индукции сигнальных путей протеинкиназы ERK1/2 и проте-инкиназы C (PKC). Это обусловливает активацию фактора транскрипции Nrf2 и через связывание с последовательностью ARE в промотерном регионе генов обеспечивает экспрессию детоксицирую-щих ферментов, а также защиту от карциногенов [28, 35-38]. В клинике было зафиксировано, что при потреблении мужчинами с высокой степенью интраэпителиальной неоплазии предстательной железы флаван-3-олов, содержащихся в чае, развивается превентивный эффект, заключающийся в ингибировании конверсии неоплазии в рак [39]. Здесь следует отметить и давнюю точку зрения о том, что полифенольные соединения могут образовывать нетоксические хиноидные соединения, которые сами по себе являются субстратом для детоксицирующих ферментов II фазы метаболизма и, таким образом, индуцируют общее повышение защиты организма от токсических ксенобиотиков [40].
Важнейшую роль в механизме противоопухолевого действия флавоноидов играет их способность угнетать процесс пролиферации злокачественных клеток. По-видимому, это в значительной степени обусловлено ингибирую-щим влиянием данных полифенолов на цепь биохимических событий, связанных с клеточным ростом [9]. Так, еще в ранних исследованиях было показано, что кверцетин подавлял аэробный гликолиз в опухолевых клетках, а также инги-бировал белковый синтез в клеточных культурах ряда опухолей и повышал в этих клетках уровень циклического аденозинмонофосфата (АМФ) [1, 41, 42]. В этом контексте отметим роль активируемой 5’АМФ протеинкиназы АМФК (AMPK), контролирующей энергетический баланс клетки. Блокируя синтез жирных кислот и ускоряя их окисление, АМФК регулирует клеточный цикл и пролиферацию клеток. Активация АМФК подавляет развитие в первую очередь раковых клеток, что сочетается со стимулированием их апоптоза. Неудивительно поэтому, что применение флаво-на кризина, активируя АМФК, обеспечивало ин-гибирование роста клеток рака легкого и индуцировало их апоптоз [43]. Недавно было высказано предположение, что антипролиферативный эффект флавона гесперетина в отношении клеток рака молочной железы обусловлен подавлением поглощения глюкозы [44]. Подобный эффект был позднее выявлен у флавонола кемпферола [45].
Однако сегодня большинство авторов полагают, что в основе антипролиферативного действия флавоноидов, как и замедления клеточного цикла, лежит ингибирующее воздействие на процессы внутриклеточной трансдукции в опухолевых клетках. Причем особое значение придается угнетению активности серин/треониновых и тирозиновых протеинкиназ [9]. Особо цитируемые авторы отмечают роль PKC, тирозинкиназы эпидермального фактора роста (EGFR) и киназы фокальной адгезии (FAK). Оказалось, что увеличение экспрессии протеинкиназ характерно для опухолевых клеток, а развитие ряда опухолей сопровождается повышенной активностью этих ферментов. В экспериментах in vitro способность ингибировать активность отмеченных протеин-киназ установлена для кверцетина, лютеолина, бутеина, генистеина [46-54]. В последнее время появились сведения о важной роли сигнального пути Wnt, участвующем в контроле за клеточной дифференцировкой, пролиферацией и клеточной подвижностью, которую клетки приобретают в процессе эпителиально-мезенхимального перехода и которая необходима для реализации инвазии и метастазирования. Нарушение регуляции, активация или мутационные изменения этого пути способствуют развитию меланомы, рака прямой кишки, гепатоцеллюлярной карциномы, желудочной карциномы, глиобластомы, лейкемии, рака молочной железы [55-58]. Появились сведения, согласно которым антипролиферативная активность флавоноидов может быть связана с их способностью ингибировать этот путь на разных уровнях. По крайней мере, гликозилированная форма кверцетина изокверцетин, а также гени-стеин, изорамнетин и эпигаллокатехина-галлат (EGCG) прямо угнетали ядерную транслокацию белка ß-катенина, важного модулятора Wnt-пути, обеспечивая существенный антипролиферативный эффект в отношении опухолевых клеток [59-63].
Значительное число исследований, посвященных противоопухолевому действию флавонои-дов, касается их влияния на апоптоз. Известно, что активация апоптоза является одним из важнейших путей, посредством которых противоопухолевые препараты подавляют рост раковых клеток. Апоптоз, как комплексный запрограммированный процесс, включает рецептор-зависимый (внешний) и митохондриальный (внутренний) сигнальный пути. Рецептор-зависимый путь обеспечивается активацией лигандами и трансмембранными рецепторами смерти, которые через стимуляцию внутриклеточных адаптерных белков обусловливают активацию инициаторных каспаз, формируя сигнальный комплекс DISC. Митохон-дриальный путь реализуется через действие таких проапоптозных факторов, как Bax, Bak, Bak/Mtd. Эти факторы повышают проницаемость наружных мембран митохондрий, обеспечивая выход из межмембранного пространства в цитоплазму растворимых белков цитохрома С, прокаспаз, AIF. Оба пути, которые на определенном этапе, как правило, перекрещиваются, приводят к активированию эффекторных каспаз инициаторными, что обусловливает формирование апоптозных телец. Важную роль в процессе регулирования апоптоза, кроме упомянутых выше проапоптоз-ных факторов, играют антиапоптозные факторы Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w и другие, а также фактор транскрипции p53, наиболее известный супрес-сор опухолей, выполняющий функцию сенсора повреждения ДНК. При необходимости этот ген останавливает клеточный цикл и индуцирует репарацию. Если же повреждение ДНК необратимо -направляет клетку по пути апоптоза [64].
Исследования последних десятилетий убедительно показывают, что целый ряд пищевых флавоноидов способен индуцировать апоптоз на различных моделях канцерогенеза [19, 21, 65-67]. При этом именно с индукцией апоптоза связывают выявленную в последние годы противораковую активность кверцетина, лютеолина, генистеина, дайдзеина, апигенина, EGCG, бай-калеина, нарингенина, гесперетина, кемпферола, мирицетина, галангина, изорамнетина, тангере-тина [14, 68-80]. Следует отметить, что стимуляция апоптоза способствует решению одной из ключевых проблем лечения злокачественных опухолей — резистентности опухолевых клеток к действию цитостатических агентов. И в этом контексте флавоноиды, многие из которых активируют апоптоз, могут вносить существенный вклад в консервативное лечение злокачественных новообразований. К сожалению, несмотря на то, что наши знания, касающиеся сигнальных путей развития апоптоза, за последние годы существенно расширились, многое в механизме действия фла-воноидов остается не до конца понятным.
Не вдаваясь в детали механизмов апоптоза и его регуляции, отметим, что, по всей видимости, пути, с помощью которых флавоноиды инициируют этот процесс в различных клеточных культурах и на разнообразных моделях, существенно различаются. Так, получены сведения, согласно которым флавоноиды способны: 1) наряду с ка-спазами и проапоптозными белками активировать лиганды и рецепторы смерти; 2) подавлять экспрессию антиапоптозных белков в результате негативной регуляции активности транскрипционного фактора NF-kB и многих других внутриклеточных путей трансдукции; 3) фосфорилиро-вать и стабилизировать белок p53; 4) объединять несколько из перечисленных механизмов. Например, EGCG ингибировал клеточную пролиферацию и индуцировал апоптоз в различных типах опухолевых клеток, угнетая активацию рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR) и подавляя экспрессию ингибитора апоптоза сур-вивина, что, вероятно, было связано со стимуляцией активности белка p53. Кроме того, EGCG увеличивал экспрессию проапоптозного белка Bax, повышал известное соотношение про- и ан-тиапоптозного белков Bax/Bcl-2 с последующей активацией каспаз. Таким образом, этот катехин сдвигал баланс про- и антиапоптозных протеинов в сторону индукции апоптоза [64, 81-87]. Подобное действие было обнаружено у флаванонов нарингенина, тангеретина и гесперетина [88-91], флавонов апигенина и лютеолина [92-95], фла-вонолов кверцетина, кемпферола и мирицитина [95-100], изофлавонов дайдзеина и генистеина [71, 77].
Как выяснилось, индукция апоптоза может быть обусловлена подавлением полифункционального транскрипционного фактора NF-kB, кодируемого геном REL, который активируется антиапоптозными сигналами, передаваемыми с рецепторов смерти TRAF-1 и TRAF-2 по Р13К-пу-ти. Активируя экспрессию антиапоптозных генов семейств Bcl-2 и IAP, NF-kB обусловливает такие аспекты канцерогенеза, как бесконтрольная пролиферация, предотвращение апоптоза, опухолевый ангиогенез и метастазирование [64, 101]. В экспериментах на культурах клеток опухоли толстой кишки и рака предстательной железы человека антоцианидин делфинидин индуцировал апоптоз и обеспечивал задержку клеточного цикла [102, 103]. Способность подавлять активность фактора NF-kB выявлена и у других флавонои-дов, включая флаваноны нарингенин и геспере-тин, флавон лютеолин, изофлавон генистеин [14, 90, 104, 105].
Хорошо известно, что степень инвазивного роста и метастазирования в значительной мере определяет опасность развития опухолевых заболеваний. Эти процессы обеспечиваются способностью опухолевых клеток расщеплять компоненты внеклеточного матрикса, включающего базальную мембрану и межтканевую строму, состоящую из различных структурных белков. В свое время возможность антиинвазивного действия связывалась с предполагаемым прямым влиянием флавоноидов на структурные элементы внеклеточного матрикса [106]. В последние годы
установлено, что ключевую роль в функционировании внеклеточного матрикса играет ряд ма-триксных металлопротеиназ (ММП), протеоли-тических 2п2+-содержащих кальций-зависимых ферментов, способных лизировать компоненты внеклеточного матрикса, индуцируя инвазию опухолевых клеток, и стимулировать неоангио-генез в опухолевой ткани. Установлено, что при злокачественных опухолях предстательной и молочной желез, яичников, шейки матки, печени, поджелудочной железы, толстого кишечника, легких, гортани, мочевого пузыря, почек продукция некоторых ММП (главным образом ММП-2, ММП-7 и ММП-9) прямо коррелирует с инвазией и метастазированием рака [9, 107, 108].
Исходя из изложенного, ясно, что ингибиро-вание активности ряда ММП является перспективной стратегией в лечении многих опухолевых заболеваний. В этом контексте следует отметить некоторые обнадеживающие результаты применения флавоноидов. Так, показано, что в некоторых типах клеток флавоноиды проявили способность ингибировать биосинтез ММП [109, 110]. Обнаружено, что кверцетин, наряду с лютеоли-ном, уменьшал инвазию некоторых раковых клеток параллельно с подавлением секреции ММП-2 и ММП-9, а также дозозависимо снижал активность прометаллопротеиназы-9 [9, 111]. Подобное действие было выявлено у изофлавона гени-стеина, который in vitro ингибировал активность высоко метастазирующих клеток рака молочной железы параллельно с угнетением активности ММП-9 [112, 113]. Наконец, в прямых экспериментах было обнаружено ингибирующее действие лютеолина, кверцетина и апигенина в отношении активности ММП-2 и ММП-9 [114]. Снижение активности отмеченных металлопротеиназ было выявлено также в условиях применения зеленого чая и фруктовых экстрактов, богатых флавонои-дами [115-117].
Относительно механизмов угнетения матрикс-ных металлопротеиназ под влиянием флавонои-дов исчерпывающих сведений не существует. Не исключено, что данный эффект обусловлен уже отмечавшимся антитирозинкиназным влиянием флавоноидов. Так, на клеточной культуре показано, что эпидермальный фактор роста (EGF) активировал секрецию ММП-2 и ММП-9 опухолевыми клетками, а лютеолин и кверцетин подавляли это действие. Исходя из этих результатов, авторами было сделано предположение, согласно которому вещества, угнетающие тирозинкиназу EGFR, могут быть потенциальными ингибиторами метастазирования [9]. Ранее подобная мысль была высказана относительно антиинвазивного действия ингибитора тирозинкиназ изофлаво-на генистеина [118]. А недавно были получены сведения, касающиеся способности флавонола кемпферола одновременно ингибировать инвазию клеток рака молочной железы и активность ММП-9 путем блокирования протеинкиназного сигнального пути PKC/MAPK/AP-1 [80].
Одним из факторов, увеличивающих злокачественный потенциал опухоли и способствующих метастазированию, является опухолевый анги-огенез, несмотря на определенную неполноценность вновь образующихся сосудов. При этом ряд факторов, таких как гипоксия, фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), фактор роста, выделяемый тромбоцитами (PDGF), факторы роста фибробластов (FGF-1, FGF-2), ангиопоэтин-1 (ang-1) и другие, вырабатываемые клетками опухоли, стромы, эндотелия и крови, а также внеклеточным матриксом, способны стимулировать опухолевый ангиогенез. Соответственно, существуют и факторы в виде антиангиогенных молекул, препятствующие формированию опухолевых сосудов. Преобладание ангиогенных факторов над антиангиогенными в значительной степени определяет пролиферацию опухоли и ее метас-тазирование. Причем одним из ключевых моментов ангиогенеза является деструкция базальной мембраны, что обусловливает миграцию эндоте-лиальных клеток, необходимых для процесса не-оваскуляризации [21, 108, 119, 120].
Как выяснилось, противоопухолевая активность ряда флавоноидов может быть обусловлена их ингибирующим воздействием на неоанги-огенез. Антиангиогенный потенциал, например, был обнаружен у EGCG [121]. Флавон апигенин в экспериментах in vitro и in vivo подавлял опухолевый ангиогенез через снижение экспрессии VEGF и индуцирующего гипоксию фактора HIF-1а. В другом исследовании апигенин ингибировал экспрессию VEGF и мРНК эритропоэтина, являющегося типичным индуцируемым гипоксией геном, посредством деградации HIF-1a [122]. Кроме того, было показано, что апигенин значительно ингибировал индуцируемую VEGF/FGF стимуляцию активности металлопротеиназ ММП-1 и МТ1-ММП и активность активатора плазминоге-на PAI-1, а также обеспечивал активацию ингибиторов ММП, что в совокупности обеспечивало угнетение ангиогенеза [109]. В экспериментах in vivo тот же апигенин ингибировал ангиогенез и полностью предупреждал метастазирование опухоли предстательной железы у мышей, что, по-видимому, модулировалось влиянием на сигнальный путь, вовлекающий фосфатидилинози-тольный каскад [123]. Угнетающее ангиогенез действие выявлено и у кверцетина. Давно известно, что этот флавонол нарушает стимулируемую TNF индукцию молекул эндотелиальной клеточной адгезии [9, 124, 125]. Совсем недавно в экспериментах на мышах с раком молочной железы обнаружено, что кверцетин угнетал ангиогенез посредством подавления пути, обеспечиваемого рецепторами VEGFR2 [126]. Убедительные данные в обсуждаемом контексте получены при изучении изофлавонов, в первую очередь генистеина и его метаболитов. Благодаря усилиям греческих исследователей установлено, что генистеин существенно ослабляет ангиогенез [127-129]. Попутно отметим, что этой же группой авторов было продемонстрировано угнетающее ангиогенез действие другого флавоноида лютеолина. Это действие предположительно было обусловлено влиянием на фосфатидилинозитольный каскад и приводило к ингибированию свойственного VEGF эффекта [130]. Возвращаясь к генистеину, отметим, что, как и в вышеприведенных экспериментах с использованием апигенина, ингибирование генистеином опухолевого ангиогенеза, по-видимому, было обусловлено угнетением активности металлопротеиназ и плазминогена, а также повышением активности ингибиторов ММП [109]. Столь выраженный эффект генистеина позволил назвать этот флавоноид «представителем нового класса антиангиогенных соединений» [9]. Касаясь другого изофлавона формононетина, отметим, что в недавних экспериментах in vitro и in vivo было показано, что это полифенольное соединение подавляло опухолевый ангиогенез, ин-гибируя запускаемую FGF-2 активацию FGFR2 и Pl/AKT/mTOR сигнальный путь [131].
Как известно, дисрегуляция клеточного цикла ведет к нарушению роста и развития эукарио-тических клеток, а неконтролируемая пролиферация вносит существенный вклад в их злокачественный фенотип. Раковые клетки развиваются в условиях недостаточного контроля за клеточным циклом, что обусловливает их сверхактивную пролиферацию. Последовательность клеточного цикла включает четко регулируемые фазы G0, G1, S, G2 и M. В постмитотический период (G0/ G1) клетка находится в состоянии покоя. В этот период происходит накопление материала (РНК) с целью подготовки к переходу в фазу синтеза S, когда происходит репликация ДНК. Врементя точка, характеризующаяся моментом необратимого перехода к делению (из фазы G1 к фазе S), называется точкой рестрикции R. Вторая подобная точка выявлена в фазу G2 и предупреждает необходимость перехода фазы G2 в фазу M до тех пор, пока не произойдет восстановление поврежденной ДНК. Во время фазы G2 осуществляются контроль за точностью произошедшей редупликации ДНК с исправлением, возможно, допущенных неточностей, а также накопление энергетических ресурсов для предстоящего митоза. Наконец, в фазу M происходит митоз (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы). Важно отметить, что описываемый процесс находится под жестким генетическим контролем. Регуляторными протеинами клеточного цикла являются циклины (A, B, D, E) и циклинзависимые киназы (Cdk-1, Cdk-2, Cdk-4, Cdk-6), ингибиторы Cdk, такие как p21WAF1, p27KIP1, p73 и другие, а также фосфорилированная ретинобластома pRb. Перечисленные ингибиторы называются опухолевыми супрессорами. Отсутствие их экспрессии или потеря активности проявляются в прогресси-ровании канцерогенеза [64, 132, 133].
Сегодня выяснено, что многие флавоноиды регулируют активность протеинов клеточного цикла, что обусловливает ингибирование пролиферации раковых клеток. При этом обеспечивается воздействие на различные точки этого процесса. Например, показано, что апоптоз сопровождается уменьшением количества клеток, пребывающих в периоде G0/G1, и увеличением числа клеток, находящихся в периоде G2/M, что указывает на задержку клеточного цикла в фазах G2 и M [21, 134].
Обращаясь к действию конкретных флавоно-идов, отметим, что кверцетин вызывал задержку периода G2/M клеток линии сквамозной эзофа-гальной карциномы посредством повышения экспрессии ингибиторов Cdkp73 и p21WAF1, а это приводило к снижению активности циклина B1 [135]. В недавнем исследовании выявлено, что кверцетин задерживал прогрессию клеточного цикла раковых клеток в фазу S, прямо воздействуя на ДНК. Последнее привело к активации апоптоза. Авторы цитируемой работы назвали кверцетин многообещающим кандидатом в терапии рака [136]. При изучении действия другого флавонола — кемпферола выяснилось, что он индуцировал задержку клеточного цикла в фазу G1 в пределах 6 ч и периода G2/M в пределах 12 ч в клетках толстой кишки человека. При этом задержка клеточного цикла наблюдалась на фоне ингибирования как циклинов A, D1 и E, так и циклинзависимых киназ Cdk-2, Cdk-4 и Rb [137]. В экспериментах, проведенных на клетках лейкемии человека, кемпферол активировал точку рестрикции фазы G2, что обусловило не только задержку клеточного цикла, но и активацию фосфорилирования протеина p53 с последующей индукцией митохондриального апоптоза [138]. Сходным образом флавон апигенин повышал скорость апоптоза, индуцируя задержку клеточного цикла в период G2/M в клетках гепатомы. Показано также, что апигенин блокировал пролиферацию клеток лейкемии не только в период G2/M, но и в более ранний период G0/G1 [104, 139]. Задержка клеточного цикла, наблюдавшаяся в клетках лейкемии при использовании другого флавона байкалеина, была обусловлена воздействием на раннюю фазу G1 [140]. Подобным образом флаван-3-ол EGCG наряду с индукцией апоптоза вызывал задержку клеточного цикла клеток анапластической тиреоидной карциномы, угнетая циклин B1 и Cdk-1, одновременно активируя ингибитор Cdk p21 [85]. Флаванон гесперидин вызывал задержку клеточного цикла клеток рака шейки матки, подавляя на клеточном уровне экспрессию циклинов D1 и E1, а также циклинзави-симой киназы Cdk-2 [141]. Существенная задержка клеточного цикла выявлена при изучении ряда изофлавонов. Так, цитотоксичность дайдзеина на различных клеточных линиях наряду с индукцией апоптоза за счет ингибирования экспрессии антиапоптозных протеинов была обусловлена задержкой клеточного цикла в период G2/M [142]. Интересно, что отмеченные в приведенной работе изменения происходили на фоне индуцирования повышенного уровня реактивных форм кислорода. Формононетин подавлял пролиферацию клеток рака легкого человека, индуцируя задержку клеточного цикла в фазе G1. Причем выявленному эффекту сопутствовали изменения протеинов циклина A, циклина D1 и протеина p21. Наряду с этим активировался апоптоз, что было обусловлено повышением фосфорилированного протеина p53 [143]. В другой работе этот же изофлавон проявил активность в виде задержки клеточного цикла в фазе G1 клеток рака предстательной железы, что было обусловлено инактивацией каскада Akt/циклин D1/Cdk-4 [144].
Следует заметить, что в механизмах противоопухолевого действия флавоноидов сохраняется много белых пятен. До сих пор, например, не ясна роль прооксидантного эффекта некоторых флавоноидов в развитии канцерогенеза. Не исключено, что стимулирование образования активных форм кислорода должно усиливать ци-тотоксичность в отношении опухолевых клеток.
Подводя итоги обзора, отметим, что сегодня не вызывает сомнений благоприятное влияние пищевых флавоноидов на организм человека, обусловленное их высокой биологической активностью. В последние десятилетия установлено, что рассмотренными выше видами действия биологическая активность флавоноидов отнюдь не исчерпывается. Кроме хорошо известных антиоксидантного, противовоспалительного и противоопухолевого эффектов следует отметить такие виды активности, как противоишемическая, антигипертензив-ная, противодиабетическая, противомикробная, противовирусная, антитромбогенная, эстрогенная, нейротропная и др. Это косвенно подтверждается огромным количеством эпидемиологических исследований, проведенных в последние годы.
В то же время существует много проблем, препятствующих как целенаправленному клиническому применению флавоноидов, так и созданию на их основе индивидуальных высокоэффективных лекарственных препаратов. Первая из них определяется особенностями фармакокине-тики флавоноидов. Подавляющее большинство выявленных видов фармакологической активности подтверждено в экспериментах in vitro, но достигнуть их адекватной концентрации в организме ввиду особенностей метаболизма удается далеко не всегда. К существенному же повышению дозировки большинство клиницистов относится с оправданной настороженностью по причине возможных и пока не установленных побочных эффектов. Кроме того, механизмы их фармакологического действия, учитывая современные подходы к требованиям доказательной медицины, нуждаются в дальнейшем углубленном комплексном изучении. Тем не менее нам близок оптимистический взгляд на перспективу клинического применения флавоноидов, что, кроме выявленного многообразия биологической активности, обусловлено относительной дешевизной получения лекарственных препаратов и большой распространенностью этих пищевых полифенолов в окружающей нас природе.
Сведения об авторе
Зверев Яков Федорович, д-р мед. наук, профессор, кафедра фармакологии, АМГУ, г. Барнаул.
(*) Зверев Яков Федорович, е-таП: zver@agmu.ru
