Abstract

Το ισοθειοκυανικό (ITC) σουλφοραφάνη (SFN) δείχθηκε σε χαμηλά επίπεδα (1-5 μΜ) για την προώθηση του πολλαπλασιασμού των κυττάρων σε 120-143% της ομάδας ελέγχου σε έναν αριθμό ανθρώπινων κυτταρικών γραμμών, ενώ σε υψηλά επίπεδα (10-40 μΜ) ανέστειλε όπως τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Παρόμοιες αποκρίσεις δόσης παρατηρήθηκαν για την κυτταρική μετανάστευση, δηλαδή SFN σε 2,5 μΜ αυξημένη κυτταρική μετανάστευση σε κύτταρα κύστης καρκίνο Τ24 σε 128%, ενώ τα υψηλά επίπεδα ανέστειλε την κυτταρική μετανάστευση. Αυτό hormetic δράση βρέθηκε επίσης σε μια δοκιμασία αγγειογένεσης όπου SFN σε 2,5 μΜ προωθείται ενδοθηλιακού σχηματισμός σωλήνα (118% του ελέγχου), ενώ στα 10-20 μΜ προκάλεσε σημαντική αναστολή. Ο ακριβής μηχανισμός με τον οποίο επηρεάζει SFN προαγωγή της κυτταρικής ανάπτυξης και της μετανάστευσης δεν είναι γνωστή, αλλά κατά πάσα πιθανότητα περιλαμβάνει την ενεργοποίηση του autophagy αφού ένας αναστολέας αυτοφαγία, 3-μεθυλαδενίνη, κατάργησε την επίδραση των SFN για τη μετανάστευση των κυττάρων. Επιπλέον, χαμηλές δόσεις SFN προσφέρει μια προστατευτική δράση έναντι των ελεύθερων ριζών που προκαλείται κυτταρικό θάνατο, μια επίδραση που ενισχύθηκε με την ταυτόχρονη αγωγή με σελήνιο. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι SFN μπορεί είτε να αποτρέψει ή να προωθήσουν την ανάπτυξη των κυττάρων του όγκου ανάλογα με τη δόση και τη φύση των κυττάρων-στόχων. Σε φυσιολογικά κύτταρα, η προώθηση της ανάπτυξης των κυττάρων μπορεί να είναι επωφελής, αλλά σε μετασχηματισμένα ή καρκινικά κύτταρα μπορεί να είναι ένα ανεπιθύμητο παράγοντα κινδύνου. Εν περιλήψει, οι ITC έχουν μια διφασική επίδραση στην κυτταρική ανάπτυξη και τη μετανάστευση. Τα οφέλη και οι κίνδυνοι της ΔΕΕ δεν καθορίζεται μόνο από τις δόσεις, αλλά επηρεάζονται από τις αλληλεπιδράσεις με Se και τη μετρούμενη παράμετρο

Παράθεση:. Bao Υ, Wang W, Zhou Z, η Sun C (2014) Οφέλη και κινδύνων των Hormetic Επιδράσεις Διαιτητικά ισοθειοκυανικά για την πρόληψη του καρκίνου. PLoS ONE 9 (12): e114764. doi: 10.1371 /journal.pone.0114764

Επιμέλεια: Daotai Nie, Southern Illinois University School of Medicine, Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής

Ελήφθη: 1 Απριλίου 2014? Αποδεκτές: 13 Νοεμβρίου 2014? Δημοσιεύθηκε: 22, Δεκεμβρίου του 2014

Copyright: © 2014 Bao et al. Αυτό είναι ένα άρθρο ανοικτής πρόσβασης διανέμεται υπό τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Attribution, το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση, τη διανομή και την αναπαραγωγή σε οποιοδήποτε μέσο, ​​με την προϋπόθεση το αρχικό συγγραφέα και την πηγή πιστώνονται

Δεδομένα Διαθεσιμότητα:. Η συγγραφείς επιβεβαιώνουν ότι όλα τα δεδομένα που διέπουν τα ευρήματα είναι πλήρως διαθέσιμα χωρίς περιορισμούς. Όλα τα σχετικά δεδομένα είναι εντός του χαρτιού

Χρηματοδότηση:. Η μελέτη αυτή χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από μια επιχορήγηση από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (NSFC Νο 81128011) και ένα βραβείο από την πρόληψη Cancer Research Trust, Ηνωμένες Βασίλειο. Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, η απόφαση για τη δημοσίευση, ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Εισαγωγή

Ο όρος «hormesis» χρησιμοποιείται συχνά από τοξικολόγους να αναφερθώ σε μια «απάντηση διφασική δόση σε ένα περιβαλλοντικό παράγοντα χαρακτηρίζεται από διέγερση χαμηλή δόση και από υψηλή ανασταλτική δόση ή τοξική δράση» [1], [2]. Η έννοια hormesis είναι η πιο θεμελιώδης σχέση δόσης-απόκρισης στην βιοϊατρική, τη διατροφή και τοξικολογικές επιστήμες [1]. Σε μια συνολική αναθεώρηση, Calabrese στοιχεία που αποδεικνύουν ότι περισσότερα από εκατό αντι-καρκινικών παραγόντων ενισχυμένη τον πολλαπλασιασμό των ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων σε χαμηλές δόσεις με τρόπο που συνάδει πλήρως με τη σχέση hormetic δόσης-απόκρισης [2]. Ένα από τα ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά του εν λόγω δόσης-αποκρίσεις ήταν ότι εμφανίστηκαν σε περισσότερους τύπους καρκινικών κυττάρων και ήταν ανεξάρτητες από όργανο. Πρόσφατα ευρήματα υποδεικνύουν ότι μερικοί φυτοχημικά παρουσιάζουν διφασική αποκρίσεις δόσης σε κύτταρα με χαμηλές δόσεις ενεργοποίηση μονοπατιών σηματοδότησης που οδηγούν σε αυξημένη έκφραση γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες κυτταροπροστατευτικών και αντιοξειδωτικά ένζυμα [3]. Οι διατροφικές hormetic ενώσεις έχουν εντοπιστεί μέχρι στιγμής περιλαμβάνουν ρεσβερατρόλη, επιγαλλοκατεχίνη (EGCG), κουρκουμίνη, quercetin, allicin, η καψαϊκίνη, καρνοσικό οξύ και η σουλφοραφάνη (SFN) [4] – [8]. Από μια εξελικτική σκοπιά, οι επιβλαβείς ιδιότητες των φυτοχημικών έχουν σημαντικό προστατευτικό ρόλο στην αποτροπή έντομα και μύκητες από τις βλαβερές φυτά. Ωστόσο, οι σχετικά μικρές δόσεις των φυτοχημικών βρώση από τον άνθρωπο που καταναλώνουν αυτά τα φυτά δεν είναι τοξικά και αντ ‘αυτού να προκαλέσει ήπιες κυτταρικές αποκρίσεις στρες. Το φαινόμενο αυτό έχει γίνει ευρέως περιγράφονται ως «hormesis» ή απόκριση προσαρμοστικής δόση στους τομείς της βιολογίας και της ιατρικής [4], [9], [10].

Το ισοθειοκυανικό (ITC), SFN (4-methylsulfinylbutylisothiocyanate ), απομονώθηκε για πρώτη φορά από το κοινώς καταναλώνονται σταυρανθή λαχανικά, μπρόκολο και είναι ένα από τα πιο ισχυρά φυσικά απαντώμενες επαγωγείς του Kelch-όπως ECH-πρωτεΐνης που συνδέεται 1 (Keap1) -πυρηνικού παράγοντα ερυθροειδή 2-συγγενή παράγοντα 2 (Nrf2) (ARE) -antioxidant στοιχεία απόκρισης μονοπατιού [11]. Η επαγωγή της Nrf2 προστατεύει κανονικά κύτταρα από τις ελεύθερες ρίζες μεσολάβηση οξειδωτικού στρες μέσω προς τα πάνω ρύθμιση του χημειοπροστατευτικής γονιδίων, και η δράση του SFN βασίζεται στην ικανότητά του να επάγει μια Nrf2 γνώμονα ένζυμο αναγωγάση κινόνης (NQO1) [12]. Στα 20 χρόνια μετά την ανακάλυψη της, τα προστατευτικά αποτελέσματα του SFN καταδειχθεί σε διάφορα συστήματα κυτταρικής καλλιέργειας και ζωικών μοντέλων, με αποτέλεσμα η SFN είναι μακράν η πιο εκτεταμένα μελετηθεί ITC από σταυρανθή λαχανικά. Οι αντι-καρκινογόνες μηχανισμούς της ΔΕΕ έχουν επίσης καλά τεκμηριωμένες, συμπεριλαμβανομένων πάνω ρύθμιση της φάσης ΙΙ ενζύμων αποτοξίνωσης, αντι-φλεγμονή, την προώθηση της σύλληψης του κυτταρικού κύκλου και της απόπτωσης [13] – [17]. Κατά την τελευταία δεκαετία, Keap1-Nrf2-ARE έχει θεωρηθεί ως κρίσιμο μονοπάτι αντικαρκινική σε χημειοπροφύλαξη [18] – [20]. Ωστόσο, πιο πρόσφατα, υπήρξαν ορισμένες δηλητηριώδεις αναφορές Nrf2, συμπεριλαμβανομένης της προώθησης της ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων και χημειοαντίσταση [21] – [25]. Προκειμένου να επιβιώσουν, τα καρκινικά κύτταρα μπορεί να επισκιάσουν την οδό Nrf2 οποία απορυθμίζει μια μπαταρία των αντιοξειδωτικών ενζύμων, διατηρώντας έτσι μια ευνοϊκή ισορροπία οξειδοαναγωγής προκειμένου να αποκτήσουν κακοήθεις ιδιότητες [26]. Η υπερέκφραση του Nrf2 θα μπορούσε να ενισχύσει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων και να προκαλέσουν αντίσταση σε χημειοθεραπευτικά παρεμβάσεις σε ορισμένους τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων πνευμόνων και του παγκρέατος [27], [28]. Λίγα προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ότι SFN παρουσιάζει μία δοσοεξαρτώμενη αποτελέσματα επί του κυτταρικού πολλαπλασιασμού σε καλλιεργημένες κυτταρικές γραμμές όγκου και φυσιολογικών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων ανθρώπινων μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων [29] – [31]. Στην παρούσα μελέτη, δείξαμε ότι SFN εμφάνισε μια hormetic δόσης απόκρισης στην κυτταρική ανάπτυξη, τη μετανάστευση και την αγγειογένεση. Το αν η hormetic επίδραση είναι ευεργετική ή επιβλαβής εξαρτάται από την επιλεγμένη παράμετρο και /ή τη φύση των κυττάρων (κανονική ή όγκου). Αν και ο όρος hormesis απασχολείται από τοξικολόγους για να περιγράψει μία απόκριση δόσης σε σχήμα καμπάνας, που χαρακτηρίζεται από μια ευεργετική επίδραση σε χαμηλές δόσεις και μιας τοξικής (ή ανασταλτική) δραστηριότητα σε υψηλές δόσεις, αυτή η έκφραση των παροχών χαμηλής δόσης δεν μπορεί να είναι αλήθεια για το αποτέλεσμα της ΔΕΕ στην χημειοπροφύλαξη του καρκίνου. Από hormesis παρουσιάζει μικρή εκλεκτικότητα, οι βιολογικές επιδράσεις της ΔΕΕ σε φυσιολογικά κύτταρα και καρκινικά κύτταρα θα διαφέρουν. Από αυτή την άποψη, μια χαμηλή επίδραση δόση ΔΕΕ στην προώθηση του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων και τη μετανάστευση σε ζωικά μοντέλα, πρέπει να αξιολογούνται με σύνεση. Έτσι, μια ακριβής στρατηγική που έχει ως στόχο να βελτιστοποιήσει τις ευεργετικές επιδράσεις και να ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο της ΔΕΕ θα πρέπει να αναπτυχθεί με προσοχή σε σχέση με την πρόληψη και τη θεραπεία του καρκίνου.

Αποτελέσματα

Επιδράσεις της ΔΕΕ στην κυτταρική ανάπτυξη

Λόγω της φύσης της απόκρισης hormetic δόσης, δεν υπάρχει επιλεκτικότητα των ΔΕΕ στην κυτταρική ανάπτυξη, οπότε είναι πιθανό ότι οι ITC μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων σε χαμηλές δόσεις. Σε αρκετές

in vitro

μελέτες κυτταρικής καλλιέργειας, χαμηλές συγκεντρώσεις των SFN έχουν δείξει για την προώθηση της ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων, αλλά όχι λεπτομερή συζήτηση ή προτάσεις για μελέτες παρακολούθησης για τη διερεύνηση των μηχανισμών που δόθηκαν [32] – [34 ]. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, οι ΔΕΕ έχουν δειχθεί να επάγουν πολλαπλασιασμό και /ή προστατεύουν τα κύτταρα από ένα τοξικό παράγοντα, H

2O

2, σε Caco-2 κύτταρα [30] και σε ηπατοκύτταρα [29]. Σύκο. 1Α δείχνει τα αποτελέσματα SFN επί της κυτταρικής ανάπτυξης, με χαμηλότερες δόσεις (1-5 μΜ) την προώθηση της ανάπτυξης των κυττάρων (20-43% μεγαλύτερη από τον έλεγχο) και υψηλές δόσεις (10-40 μΜ) αναστολή κυτταρικής ανάπτυξης σε ένα αριθμό κυτταρικών καρκινικών γραμμές, δηλαδή, Τ24 καρκίνου της ουροδόχου κύστης, ηπάτωμα HepG2, και καρκίνο του παχέος εντέρου Caco-2. Παρόμοια αποτελέσματα απόκρισης δόσης βρέθηκαν στην κανονική κυτταρικές σειρές συμπεριλαμβανομένων απαθανάτισε ηπατοκυττάρων HHL-5, επιθηλιακά παχέος εντέρου CCD841 και CCD-1092SK κυτταρικές σειρές ινοβλαστών του δέρματος (Εικ. 1Β).

Όταν τα κύτταρα αναπτύχθηκαν σε 70-80% συρροή, μια σειρά δόσεων της SFN (0-160 μΜ) προστέθηκαν στο μέσο κυτταρικής καλλιέργειας για 24-48 ώρες. Τα κύτταρα μάρτυρες υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με DMSO (0,1%), και η κυτταρική βιωσιμότητα προσδιορίστηκε με την δοκιμασία κυτταρικού πολλαπλασιασμού ΜΤΤ (βιωσιμότητα των κυττάρων CCD-1092SK προσδιορίστηκε με WST-1 προσδιορισμού σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή [88]). Κάθε σημείο δεδομένων αντιπροσωπεύει το μέσο ± SD από τουλάχιστον 5 επαναλήψεις. Η στατιστική σημαντικότητα από τον έλεγχο, * ρ

Τριάντα χρόνια πριν, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σχετικά με τις πιθανές τοξικές (goitrogenic) ιδιότητες των γλυκοζινόλης προϊόντων διάσπασης [65]. Το 1992, η σουλφοραφάνη απομονώθηκε από το μπρόκολο και αντι-καρκινογόνες μελέτες βασίζονταν σε ισχυρή δραστικότητα του στην επαγωγή της φάσης ενζύμων II [12], [66]. Κατά την τελευταία δεκαετία, έχουν πολλές Nrf2 επαγωγέων, συμπεριλαμβανομένων ΔΕΕ, η ρεσβερατρόλη, κατεχίνη, cucurmin, και quercetin αναφερθεί [67], [68] με τόσο χημειοπροληπτική και ογκογόνο δραστηριότητες [69] – [71]. Πρόσφατα, δύο αναστολείς Nrf2, brusatol (από τους σπόρους του

Brucea sumatrana

) και τριγωνελλίνη (από τον καφέ) έχουν αναφερθεί για να ενισχύσει την αποτελεσματικότητα της αντικαρκινικής θεραπείας [72], [73]. Επιπλέον, Nrf2 knockdown έχει δειχθεί ότι αναστέλλει την ανάπτυξη του όγκου, να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα της χημειοθεραπείας στον καρκίνο του τραχήλου της μήτρας [74], και αναστέλλουν την αγγειογένεση των καρδιακών μικρο-αγγειακά ενδοθηλιακά κύτταρα αρουραίου υπό συνθήκες υποξίας [75]. Ως εκ τούτου, είναι σαφές ότι ο ρόλος του Nrf2 στην ανάπτυξη του καρκίνου είναι ένα θέμα της διαμάχης και Nrf2 ενεργοποιητές, όπως SFN και άλλων ΔΕΕ μπορούν να συμβάλλουν τόσο τα οφέλη όσο και τους κινδύνους στην ανάπτυξη καρκίνου.

Η κατανόηση του συγκροτήματος πληθώρα και αποκλίνουσες φύσεις της ΔΕΕ και άλλων διατροφικών ενεργοποιητές Nrf2 και απαντήσεις hormetic δόση τους, σε συνδυασμό με μια ακριβή διάγνωση (στάδιο του καρκίνου), και η γενετική ανάλυση μπορεί, στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον, να ξεκινήσει το σημαντικό δυναμικό που εξατομικευμένη ιατρική μπορεί να έχουν. Νέες διαγνωστικές τεχνικές που εκμεταλλεύονται νανοσωματίδια χρυσού μπορεί να εντοπίσει όγκους όπως μάζες τόσο μικρό όσο 5 χιλιοστά στο ήπαρ [76]. Νανοσωματίδια χρυσού με επίστρωση πολυηλεκτρολύτη μπορεί να κάνει ακόμη και μικρότερους όγκους ορατό μέσω απεικόνισης της διασποράς ακτίνων Χ, επιτρέποντας έτσι την έγκαιρη διάγνωση. Μόλις οι όγκοι μπορεί να διαγνωστεί σε μια τέτοια πολύ πρώιμο στάδιο, μια πιθανή θεραπευτική προσέγγιση θα μπορούσε να είναι το nanoencapsulation των φυτοχημικών που καταπολεμούν τον καρκίνο ή τα ναρκωτικά μέσω παρακολουθείται και στοχευμένη παράδοση [77]. Όμως, πρέπει να υπενθυμίσουμε ότι οι ΔΕΕ σε υψηλές συγκεντρώσεις είναι επίσης τοξικό προς τα φυσιολογικά κύτταρα. Οι ανεπιθύμητες ενέργειες έχουν αναφερθεί σε

in vitro

μελέτες με χρήση 10-30 μΜ SFN, συμπεριλαμβανομένης της επαγωγής του DNA, RNA και μιτοχονδριακές βλάβες [78] – [80]. Επιπλέον, υπήρχε και μια έκθεση για την τοξικότητα του ήπατος σε ένα άτομο που κατανάλωναν 800 ml σούπα μπρόκολο την ημέρα για 4 εβδομάδες [81]. Τα χαμηλά επίπεδα της ΔΕΕ μπορεί να δημιουργήσει αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS), και να ενεργοποιήσετε Nrf2-πρέπει να στραφούν σε αντιοξειδωτικά ένζυμα. Παρά το γεγονός ότι τα υψηλά επίπεδα των ROS μπορεί να βλάψει πρωτεΐνη, λιπίδια και DNA σε κύτταρα, τα χαμηλά επίπεδα των ROS μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανοσολογική άμυνα, αντιβακτηριακή δράση, του αγγειακού τόνου, και της μεταγωγής σήματος [82]. Πρόσφατα, ο James Watson υπέθεσαν ότι ο διαβήτης, άνοιες, οι καρδιαγγειακές παθήσεις και ορισμένες μορφές καρκίνου είναι όλα συνδέονται με την αποτυχία να δημιουργήσει επαρκείς ROS [83]. Η πρόκληση είναι να καθοριστεί η ισορροπία μεταξύ της παραγωγής των ROS και την αντιοξειδωτική ικανότητα σε κάθε τύπο κυττάρων. Για τα διαιτητικά ΔΕΕ, είναι σημαντικό να καθοριστεί το βέλτιστο εύρος των προσλήψεων για την προαγωγή της υγείας. Παρ ‘όλα αυτά, απαιτούνται περαιτέρω μελέτες σε ανθρώπους που απαιτούνται για τον καθορισμό των εξατομικευμένων βέλτιστες δόσεις, την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα προφίλ χρησιμοποιώντας πιο ευαίσθητα βιοδείκτες.

Υλικά και Μέθοδοι

Υλικά