Home MALATTIE TUMORI Brassicacee: l'ultima frontiera della chemioprevenzione tumorale

Brassicacee: l’ultima frontiera della chemioprevenzione tumorale

Introduzione

L’invecchiamento e la crescita della popolazione mondiale, insieme all’adozione di fattori legati allo stile di vita come il fumo, le diete obesogene e le abitudini sedentarie, stanno aumentando il carico globale del cancro. Secondo il World Cancer Report 2019, si stima che nel 2018 si siano verificati 9,2 milioni di decessi per cancro e che questo bilancio raggiungerà più di 14 milioni entro il 2030. Oltre i due terzi di questo onere risiederà nel mondo in via di sviluppo e di recente sviluppo. Una parte sostanziale del carico mondiale del cancro potrebbe essere prevenuta attraverso l’applicazione delle conoscenze esistenti sul controllo del cancro e implementando programmi per il controllo del tabacco, la vaccinazione e la diagnosi e il trattamento precoce, nonché campagne di salute pubblica che promuovono l’attività fisica e il consumo diete. Le prove di prevenzione che utilizzano cibi integrali o estratti semplici offrono ulteriori prospettive per ridurre efficacemente questo carico in espansione del cancro. La modifica combinata della dieta e del comportamento costituisce uno degli unici strumenti disponibili per un cambiamento diffuso in molte popolazioni del mondo in via di sviluppo.

Studi epidemiologici collegano un’elevata assunzione di verdure brassiche con una minore incidenza per diversi tipi di cancro. Gli effetti salutari delle verdure Brassicacee sono stati attribuiti ai glucosinolati, composti contenenti zolfo presenti quasi esclusivamente nelle piante della famiglia delle Brassicaceae. Tuttavia, questi effetti chemiopreventivi non sono mediati dai glucosinolati di per sé ma principalmente dagli isotiocianati, uno dei principali prodotti di idrolisi derivanti dalla loro scissione enzimatica. Altri composti noti per influenzare lo stress ossidativo cellulare sono le vitamine A, C ed E, che sono anche relativamente abbondanti nelle verdure Brassica. Un’eccellente recensione di Bodupalli et al. discute come questi noti composti antiossidanti possono contribuire alla riduzione dello stress ossidativo negli esseri umani sinergicamente con gli isotiocianati. Si propone di ottenere questo risultato attraverso l’induzione di enzimi dipendenti dalle risposte genetiche antiossidanti da parte di composti solforati, aumentando la durata di vita biologicamente efficace attraverso la prevenzione di malattie tumorali.

Le basi chemiopreventive delle Brassicacee

Il fattore nucleare NF-kB

Diversi studi suggeriscono proprietà antinfiammatorie dei fitochimici derivati ​​dalla brassica. Oltre ad altri, questi effetti benefici possono essere mediati attraverso l’induzione di geni antiossidanti e di fase 1/2 e l’inibizione delle vie di segnalazione proinfiammatorie tramite la regolazione di vari fattori di trascrizione che possono essere ulteriormente controllati da modificazioni epigenetiche e miRNA. In questo contesto il fattore di trascrizione fattore nucleare kappa B (NFkB) è un attore centrale nei processi infiammatori. In generale, NFkB risiede in modo inattivo nel citosol come eterodimero costituito da due subunità, ad esempio p50 e p65, legate alla sua proteina inibitoria IkB-alfa. può essere attivato da un’ampia varietà di stimoli proinfiammatori, comprese le citochine e le specie reattive dell’ossigeno (ROS). Una volta che p50 e p65 sono stati rilasciati, si traslocano nel nucleo e si legano nelle regioni del promotore del DNA dei geni bersaglio, guidando così l’espressione genica.

I geni bersaglio includono, ad esempio, cicloossigenasi 2 (COX-2), ossido nitrico sintasi inducibile (iNOS; funzione infiammatoria), Bcl-XL, Bcl-2 e Bcl-3 (funzione anti-apoptotica), MYC (divisione cellulare), metalloproteinasi della matrice (MMPs) e fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF; angiogenesi). Una varietà di inibitori NFkB sono presenti in natura, tra cui sostanze fitochimiche derivate dalla brassiche come sulforafano (SFN), fenetil-isotiocianato (PEITC), 8-metilsolfinil-ottil-isotiocianato (MSO) e indolo-3-carbinolo (I3C). Un’interazione diretta di SFN con le subunità NFκB è stata suggerita tramite la formazione di ditiocarbammato e il legame ai residui di cisteina essenziali delle subunità NFκB. D’altra parte, è stato suggerito che l’inibizione del legame DNA-NFκB da parte di SFN fosse indirettamente mediata dalla modulazione negativa del sistema tioredossina / TxR1 responsabile della regolazione del legame del DNA NFκB.

Il fattore/sensore Nrf-2

Nrf2 è un fattore di trascrizione che gioca un ruolo cruciale nella regolazione dell’infiammazione e della chemioprevenzione. In condizioni basali Nrf2 è legato al suo inibitore citosolico, la proteina Keap1. In presenza di agenti attivanti inclusi isotiocianati e altri elettrofili (molecole reattive), Nrf2 può essere attivato attraverso due distinte vie di segnalazione cellulare che determinano la liberazione di Nrf2 dal suo inibitore Keap1. Nrf2 può essere fosforilato attraverso un’attivazione di protein chinasi a monte che provoca la distruzione del complesso Nrf2-Keap1 o in presenza di pro-ossidanti possono essere modificati i tioli di cisteina di Keap1 che promuove la sua dissociazione da Keap1. Nrf2 liberato si trasloca nel nucleo dove si lega insieme a diversi cofattori tra cui piccole proteine ​​Maf (MafF, MafG e MafK), c-Jun e proteina CBP agli elementi di risposta antiossidante (AREs) ) nelle regioni promotrici di geni che codificano per enzimi di fase II antiossidanti e disintossicanti. Fra questi ci sono la NADPH chinone ossidoreduttasi 1 (NQO1), eme ossigenasi-1 (HO-1), superossido dismutasi (SOD), glutamil-cisteina ligasi (GCL) e le glutatione trasferasi (GSTs).

Khor et al. (2006) hanno riportato che i topi Nrf2-deficienti soffrono di una colite indotta da destrano-solfato (DSS) più grave rispetto ai topi Nrf2+ che era accompagnata da una diminuita espressione di enzimi antiossidanti e di fase II, con aumento parallelo di mediatori infiammatori come COX-2, iNOS, interleuchina 1beta e TNF-alfa. Diversi fitochimici possono portare all’accumulo nucleare di Nrf2. In particolare, l’effetto del sulforafàno (SFN) sui percorsi Nrf2 è stato studiato intensamente, dimostrando che SFN in vitro e in studi su animali attiva con successo la fase 2 e gli enzimi antiossidanti tramite l’induzione di Nrf2. Il sulforafàno è tra i più potenti induttori naturali della segnalazione Nrf2, che mostra un’efficacia nell’intervallo nanomolare elevato nelle colture cellulari. La sua potenza può riflettere in parte la capacità di accumularsi nelle cellule come coniugato intercambiabile con glutatione. Anche altri isotiocianati come allil-isotiocianato (AITC), butil-isotiocianato (BITC) e PEITC hanno dimostrato di esibire un’attività di induzione di Nrf2 simile in vitro. PEITC ha dimostrato di essere un induttore ancora più forte delle vie di segnalazione mediate da Nrf2-ARE rispetto al SFN.

Vie enzimatiche e aromatiche

Oltre ad attivare la via di segnalazione Nrf2-Keap1, il sulforafano esercita azioni come la modulazione di alcuni dei principali enzimi del citocromo P450 coinvolti nel metabolismo xenobiotico. È stato riportato che il sulforafano ha inibito gli enzimi del citocromo P450 (CYP) 1A1 e CYP1A2 indotti da idrocarburi policiclici aromatici nelle cellule di cancro mammario HepG2 e MCF7; ha inibito il CYP1B1 nelle cellule MCF-10A, ha inibito il CYP2B1/2 negli epatociti di ratto e il CYP3A4 negli epatociti umani. Tuttavia, il CYP1A2 è risultato sovra-regolato nelle cellule MCF-10A. I meccanismi alla base delle azioni del sulforafano sull’espressione del citocromo P450 non sono chiari, ma possono essere in parte correlati al cross-talk tra Nrf2 e il recettore degli idrocarburi aromatici (AhR).

È stato segnalato che il sulforafano modula gli addotti estrogeno-DNA parzialmente tramite la via Nrf2-Keap1. Tuttavia, anche altre vie di segnalazione possono essere importanti, poiché è stato recentemente riportato che il sulforafano sopprime l’espressione della molecola di adesione vascolare-1 nelle cellule muscolari lisce vascolari di topo stimolate con TNF-α, in cui le vie di segnalazione MAPK, NF-κB e AP-1 sono coinvolti. Un obiettivo di importanza emergente è la regolazione epigenetica, che si riferisce principalmente a cambiamenti stabilmente ereditabili nell’espressione genetica senza alterare la sequenza del DNA. Il ruolo dei componenti dietetici bioattivi nella regolazione dell’epigenetica sta guadagnando sempre più attenzione al riguardo.

Meccanismi epigenetici

Diversi studi suggeriscono che le sostanze fitochimiche derivate dalla brassica influenzino i meccanismi epigenetici. Le aberrazioni epigenetiche si verificano nelle prime fasi della carcinogenesi e in parte rappresentano un processo di avvio dello sviluppo del cancro. I fitochimici possono intervenire in questo processo e incarnare potenziali bersagli per la prevenzione del cancro. Le modifiche post-traduzionali alla coda N-terminale degli istoni sono un meccanismo epigenetico che gioca un ruolo nella regolazione genica e nella carcinogenesi. Gli istoni possono essere modificati mediante acetilazione, deacetilazione, fosforilazione, ubiquitinilazione, sumoilazione e ADP-ribosilazione L’acetilazione e la deacetilazione dell’istone sono le modificazioni più analizzate mediate da una coazione di istone acetil transferasi (HAT) e istone deacetilasi (HDAC), che determinano rispettivamente l’attivazione e l’inibizione dell’attività genica. Le HAT trasferiscono i gruppi acetilici dall’acetil-CoA sui residui di lisina all’istone mentre le HDAC eseguono esattamente il lavoro contrario.

L’acetilazione della cromatina da parte degli HAT apre la struttura della cromatina fornendo la possibilità ai fattori di trascrizione di avvicinarsi al DNA che può portare all’attivazione del gene. Diversi studi suggeriscono un effetto di questi fitochimici sugli HDAC. Sia gli studi in vitro che quelli in vivo presentano gli ITC come potenti inibitori delle HDAC. Oltre alle cellule di cancro al colon e al seno, gli effetti inibitori HDAC di SFN sono stati dimostrati in varie cellule epiteliali prostatiche: cellule epiteliali prostatiche normali (PrEC), iperplasia benigna (BPH1) e cellule epiteliali prostatiche cancerose (LnCaP, PC-3), nonché in di cancer erenti cellule di cancro al seno. L’effetto inibitorio HDAC di SFN è stato confermato anche in un modello in vivo. Anche altri ITC, tra cui PEITC, il fenilesil-ITC sintetico (PHI) e il benzil-ITC (BITC) inibiscono l’attività dell’HDAC in diverse linee cellulari.

È stato riportato che l’indolo DIM, un noto bioattivo derivato dalle brassiche, diminuisce l’attività HDAC nelle linee cellulari di cancro alla prostata PC-3 e LnCaP. Oltre alla cancerogenesi, i cambiamenti nei modelli di metilazione del DNA sono anche associati all’invecchiamento e allo sviluppo di malattie croniche degenerative. Attualmente in letteratura sono disponibili solo poche informazioni sull’inibizione del DNMT da parte degli ITC. Il principale ITC studiato per quanto riguarda la sua attività di inibizione del DNMT è SFN. Gli studi condotti da Meeran e colleghi sulle linee cellulari di cancro al seno umano, MCF-7 e MDA-MB 231, hanno rivelato un effetto inibitore di SFN su DNMT1 e DNMT3a. È stato riportato che SFN inibisce l’espressione DNMT nella linea cellulare di cancro del colon-retto umano CaCo-2 e nelle cellule di cancro alla prostata umano LnCaP.

Il ruolo del selenio nella chemioprevenzione

Le Brassicaceae insieme a un numero di membri legati alle Asteraceae e alle Fabaceae sono conosciute come specie Se-accumulatore per la loro capacità di accumulare selenio. A causa dei potenziali benefici del Se e del suo impatto positivo sulla salute umana e animale, è stata prestata particolare attenzione all’aumento della sua concentrazione negli alimenti. Sono stati segnalati gli effetti antitumorali dei germogli di broccoli dovuti al loro composto primario bioattivo, il sulforafano; hanno mostrato effetti inibitori contro la carcinogenesi della pelle e della vescica urinaria in vivo. Inoltre, hanno ridotto la proliferazione delle cellule tumorali della vescica e della prostata in vitro. Abdulah et al. (2009) hanno valutato il potenziale antitumorale contro linee cellulari di cancro alla prostata umana di germogli di broccoli biofortificati con selenio.

Gli autori hanno scoperto che l’estratto di germogli di broccoli arricchito con selenio accoglie il selenio sotto forma di MeSeCys (metil-selenocisteina). Questi risultati erano in accordo con un rapporto precedente, in cui il principale costituente nei semi di germogli di broccoli coltivati ​​in una soluzione inorganica di selenio era la metil-selenocisteina (MeSeCys), che successivamente veniva assimilata in vari analoghi di diversi composti a base di zolfo attraverso il metabolismo. Gli autori hanno scoperto che i germogli di broccoli arricchiti in Se riducono la proliferazione delle cellule tumorali utilizzando diversi meccanismi. L’arricchimento di selenio potrebbe indurre gli effetti inibitori della proliferazione delle cellule tumorali e aumenta l’apoptosi cellulare per somministrazione dei germogli di broccoli. Inoltre, il Se riduce al minimo il rischio di duplicazione del cancro dopo il rilascio dal trattamento dei germogli di broccoli di controllo.

Alcuni studi clinici col sulforafàno

Un ampio lavoro di Talalay e colleghi ha caratterizzato la farmacocinetica e la sicurezza nell’uomo dell’ingestione di estratti di acqua calda ricchi di sulforafano (SFR) o glucorafanina (GRR) preparati da germogli di broccoli. In genere, estratti di germogli standardizzati liofilizzati da cultivar e fonti di semi specificamente selezionate coltivate in un modo prescritto sono stati utilizzati per fornire la coerenza dei preparati in più studi. Innanzitutto, questi studi hanno stabilito la sicurezza di questi preparati GRR e SFR. I fattori limitanti la dose riguardano il gusto, l’irritazione gastrica e la flatulenza. In secondo luogo, hanno dimostrato un assorbimento ed eliminazione lineare del sulforafano in seguito alla somministrazione di un’ampia gamma di dosi come bevanda SFR. In terzo luogo, la biodisponibilità del sulforafano era sostanzialmente migliore quando somministrato come SFR rispetto a una bevanda GRR. Quest’ultimo risultato indica una capacità limitata delle β-tioglucosidasi microbiche dell’intestino umano di convertire la glucorafanina in sulforafano.

Successivamente, dozzine di sperimentazioni cliniche sono state avviate o completate utilizzando preparazioni di germogli di broccoli. In uno studio pilota sulla prevenzione del cancro al seno, una singola dose orale di una preparazione di germogli di broccoli contenente 200 μmol di sulforafano è stata somministrata a otto donne sane sottoposte a mammoplastica riduttiva. L’obiettivo era valutare se o in che misura il sulforafano avesse raggiunto potenziali cellule a rischio nella ghiandola mammaria. Sono stati misurati gli isotiociti totali al posto del sulforafano: si è verificato un aumento di 40 volte del contenuto urinario e di 90 volte del contenuto plasmatico di isotiocianati. Le concentrazioni di 2 μM di isotiocianato sono state misurate nel tessuto mammario. Insieme a studi precedenti su colture di mammosfera umana o linee di cellule epiteliali mammarie in cui il sulforafano induce i geni bersaglio Nrf2 e diminuisce la formazione di addotti estrogeno-DNA, i futuri studi clinici per affrontare la funzione protettiva della preparazione di germogli di broccoli contro il rischio di cancro al seno sono plausibili.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of a patent concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sui siti web salutesicilia.com e medicomunicare.it

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