MECHANISMY PŮSOBENÍ
MASTNÝCH KYSELIN VE STŘEVĚ A JEJICH
VZTAH K ZÁNĚTLIVÝM A NEOPLASTICKÝM
ONEMOCNĚNÍM
J. Hofmanová
Úloha genů a prostředí ve vývoji nádorů
Anand P et al., Pharmaceut Res 2008
Podíl diety v úmrtí na nádorová onemocnění
??? stále diskutováno
Anand P. et al., Pharmaceutical Research 2008
Frekvence výskytu kolorektálních nádorů ve světě
V r. 2008 celosvětově
třetí nejčastější nádorové
onemocnění u mužů
druhé nejčastější u žen
Asi 1 200 000 nově
diagnostikovaných případů
V ČR asi 8000/rok a 4500 lidí
umírá
Asi 60% industrializované
země (USA, Austrálie,
Evropa)
Nejčastější skupina nad 60-
75 let.
23% mladších 60 let
50% diagnostikováno v
pokročilém stádiu
Incidence a mortalita na kolorektální nádory v EU
Rakovina tlustého střeva a rekta (CRC)
Jeden z nejčastějších nádorů v ČR – vysoká incidence, přední ve
statistikách, alarmující růst
CRC založena na sekvenci molekulárních dějů
v enterocytech zahrnujících
● genové mutace
● epigenetické modifikace
● aberantní signálování v základních
buněčných drahách
vedoucích k transformaci normálního
střevního epitelu do adenokarcinomu
nerovnováha
proliferace diferenciace
apoptóza
porušení homeostázy tkáně
karcinom
(kolorektální)
Tyto děje však závisí na dalších faktorech
● složení mimobuněčné matrix
● mikrobiom (podpůrné vs. protektivní účinky)
● aktivita imunitního systému
● chronický zánět
● VLIV PROSTŘEDÍ A SLOŽEK DIETY
Ve všech stádiích rozvoje
karcinomu se mohou uplatňovat
bioaktivní složky potravy
ve smyslu stimulace či zástavy
progrese jednotlivých stádií
Tammarielo AE and Milner JA J Nutr Biochem 21:77, 2010
Rozvoj nádorů kolonu
Multifaktoriální a komplexní etiologie - Genetické změny, životní styl, výživa
Vývoj nádoru provázejí změny
biochemických a metabolických drah
odrážející se ve změnách proliferace,
diferenciace a apoptózy buněk.
Chemopreventivní látky
Využívány na základě znalosti
mechanismů
Stover PJ, J Am Diet Assoc 2008
NUTRIGENETIKA
Podmíněnost požadavků, příjmu,
využití a tolerance potravy
genotypem
NUTRIGENOMIKA
Jak potrava přispívá ke genetickým
změnám pozorovaným uvnitř
geneticky odlišné lidské populace
(genová evoluce, poměr mutací, inutero
genomová viabilita,
programování genomu, genová
exprese)
Složky výživy a jejich metabolity (oxidanty, mutageny, karcinogeny) přímo
nebo nepřímo ovlivňují
● střevní metabolickou rovnováhu,
● mikrofloru,
● imunitní systém,
● indukci zánětu
● rovnováhu mezi přírůstkem a úbytkem buněk
ÚLOHA VÝŽIVY
Epidemiologické, experimentální a dnes již i klinické studie prokazují
protektivní úlohu n-3 VNMK přítomných v rybím oleji a mastné
kyseliny z krátkým řetězcem BUTYRÁTU z vlákniny
v zánětu i karcinogenezi kolonu.
Orešič M. et al. Trends in Biotechnology 2008
Různá biologická úloha lipidů
TUKY (lipidy) NEJSOU POUZE ZDROJ ENERGIE !!!
Strukturální a regulační úloha s významným dopadem na
fyziologické funkce organismu
Úloha v patofyziologii - nádory
Aktivita proteinů
(přenašečů, receptorů)
Mediátory a modulátory
vnitrobun. signalizační sítě
Metabolická rovnováha
Zásobárna
energie
ODPOVĚĎ a
CHOVÁNÍ BUNĚK
Imbalance v lipidovém metabolismu hraje roli u
mnoha závažných onemocnění
► Vysoká hladina cholesterolu je spojena
s kardiovaskulárními chorobami, které jsou nejčastější
příčinou úmrtí v populaci.
► Lipidy produkované buňkami imunitního systému jsou
zahrnuty v zánětlivých onemocněních jako je revmatoidní
artritida, sepse, astma, zánětlivé onemocnění střeva.
► Lipidy hrají úlohu také v psychických a
neurodegenerativních onemocněních (deprese,
schizofrenie, Alzheimerova choroba)
► Lipidy ovlivňují počátek a rozvoj nádorových
onemocnění
► Interakce lipidů a vlákniny (VNMK a butyrátu)
příznivě ovlivňující kinetiku buněk střeva
► Modulace účinků endogenních regulátorů
(induktorů apoptózy rodiny TNF) mastnými kyselinami
HYPOTÉZA
MASTNÉ KYSELINY S KRÁTKÝM ŘETĚZCEM
Anaerobní mikrobiální fermentace VLÁKNINY
Fyziologický význam pro zdravou střevní tkáň
Psyllium
Normální kolonocyty
Nádorové buňky kolonu
● zdroj energie
→ zvýšená proliferace
→ pokles apoptózy
● snížená proliferace
● indukce diferenciace
● indukce apoptózy
● změny genové exprese
inhibitor histondeacetyláz
Butyrát sodný
Prevence a terapie
NÁDORŮ TLUSTÉHO STŘEVA ???
Specifické působení na
Předpokládané mechanismy účinku butyrátu
►inhibice histondeacetyláz - acetylace histonů – ovlivnění
exprese genů (regulace buněčného cyklu, diferenciace,
apoptózy)
► modulace specifických signálních drah (PI3K/Akt,
ERK1/2, p38) a transkripčních faktorů (NFkB, PPAR)
► ovlivnění oxidativního metabolismu (zejména
oxid/antiox enzymy
► ovlivnění mitochondrií, Bcl-2 rodina, kaspázy
► indukce antimetastatických genů (suprese matrix
metaloproteináz, FAK, indukce E-kadherinu)
Přechod adenom x karcinom
fetální colon
FHC
adenom
AA/C1
RG/C2
adenocarcinom
HT-29
HCT-116
SW480
lymf.
metastáza
SW-620
Buněčné línie Účinky butyrátu
normální epitel
NCM460
C
N
FA
FA-CoA
FAT/CD36
AA (50μM)
Rostl. oleje
NaBt (3mM)
vláknina
DHA
Rybí oleje
Detekované parametry
(různý stupeň bun. organizace)
Cytoplasm. membrána
Struktura lipidů (lipid packing)
průtoková cytometrie - FCM (merocyanin 540)
Analýzy lipidů
Fosfolipidy (LC-MS)
Složení MK (GC-MS)
Akumulace lipidů v cytoplasmě
(lipid droplets, FCM - Nile red)
Mitochondrie
Produkce ROS – FCM (DHR-123)
Mit. membrán. potenciál – FCM (TMRE)
Exprese proteinů rodiny Bcl-2 (Western blot)
Jádro
Transkripční faktory, genová exprese
PPRE
PPAR
Jádro
Proliferace Diferenciace Apoptóza
Plasmatická
membrána
Cytoplasma
Endogenní regulátory
TRAIL, TNFα,
anti-Fas
Receptory smrti
DR4, DR5
CD95
Mitochondrie
Vysoce nenasycené mastné kyseliny
rostl.oleje
rybí oleje
plankton, řasy)
dlouhé C řeztězce a 2 i více dvojných vazeb
ESENCIÁLNÍ VYSOCE NENASYCENÉ MASTNÉ KYSELINY (VNMK)
Řada n-6 a n-3
důležitý
poměr
v záp dietě
až 20:1
(1:1)
WAT – white adipose tissue
Nebyl prokázán protektivní vliv proti nádorům
Došlo ke zvýšení n-3 VNMK, snížení poměru n-6/n-3, ale rovněž ke snížení cis-mononenasyc. kyselin
Je potřeba komplexnější dietetická modifikace
Změny spektra MK v tukové tkáni krys po podávání
alfa-linolenové a dokosahexaenové kyseliny
Kato T. et al., Cancer Letters 2002
Účinek různých typů olejů na růst nádorů tlustého střeva u atymových myší
Kukuřičný olej 24%
Kukuřičný olej 8%
Kukuřičný olej 8%
+ 16% rybí olej
Kukuřičný olej 8%
+ 16% olej ze zlaté řasy
Rozdílné účinky omega-3 a omega-6 VNMK na genovou
expresi nádorových buněk prsu
Hammamieh R, Breast Cancer Res Treat 2007, 101:7
Různé buněčné linie ovlivněné AA, LA, DHA a EPA
Významná je doba působení PUFAs
Integrovaný pohled na komplexní lipidové interakce,
které určují výsledný tzv. LIPIDOM – lipidový profil
jednotlivce.
Prokázány změny ve složení a metabolismu lipidů
• v plazmě nádorových pacientů
• v nádorové tkáni a buňkách ve srovnání s nenádorovými
Zejména snížení obsahu n-3 VNMK (DHA) ve srovnání s n-6 (kys.
linolová a arachidonová)
S protekcí určitých typů nádorů (např. prsu) spojen složený indikátor
kombinující zvýšené mononenasycené MK a nízký poměr omega6/omega3.
Tento lipidom by se mohl stát templátem pro detekci rizika nádorů prsu
ve vztahu k dietě.
22
(Bougnoux P. et al, Diet, Cancer and Lipidome
Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 15, 2006)
Analýza základních komponent mastných kyselin v tukové tkáni
Zvýšené riziko nádoru
prsu ve spojitosti s
poměrem
omega-6/omega-3 VNMK
Analýza (array) hladiny MK u benigních a maligních nádorů prsu
Bougnoux P. et al. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2006, 15:416
Nádorové buňky kolonu vykazují:
• změny ve spektru a koncentraci VNMK ve srovnání s normální tkání
• zvýšenou periferní utilizaci VNMK z potravy změny v oxidativním
metabolismu a antioxidační ochraně
•zvýšenou aktivitu enzymů metabolismu kys. arachidonové (COX2, 12LPO...)
a produkci eikosanoidů
• sníženou citlivost k endogenním inhibitorům růstu (TGF-1),
induktorům apoptózy (TNF, FasL, TRAIL) a diferenciace (butyrát)
Metabolismus a obrat fosfolipidů v membránách
i oxidativní metabolismus nádorových buněk se zásadně liší od buněk
nenádorových
Patologické změny v produkci a funkci cytokinů a eikosanoidů
přispívají k rozvoji nádorových onemocnění
zejména ovlivněním imunitního systému a buněčné kinetiky
25
Menendez JA and Lupu R Nature Rev 2007, 7:763
Během karcinogeneze se vyvíjí tzv. lipogenní charakter buněk
Zvýšená endogenní syntéza mastných kyselin a snížená citlivost k nutričním zásahům
FASN – fatty acid synthase (syntáza mastných kyselin) pod transkripční kontrolou
SREBP1c (sterol regulatory element-binding protein)
Modulace traskripčního faktoru SREBP1c
Souvislost s regulací FASN
u normálních a nádorových buněk.
Hormonální a nutriční regulace FASN
napojena částečně na PI3K/Akt a ERK1/2
signálovou transdukci regulující expresi a
maturaci SREBP.
U nádorových buněk hyperaktivace této
dráhy v důsledku onkogenní deregulace
(nadprodukce růst. faktorů,
hyperaktivace receptorů, nebo ztráta
funkce negativních regulátorů (např.
PTEN) způsobí konstitutivní expresi či
maturaci SREBP a transkripci FASN.
Menendez JA and Lupu R Nature Rev 2007, 7:763
Menendez JA et al Drug News Pespect 18, 2005
Ovlivnění exprese a aktivity FASN
Zvýšení exprese a aktivity FAS během buněčné transformace, spojitost s
působením a signálními drahami epidermálního růstového faktoru -EGF
Zvýšená exprese a aktivace receptoru Her-2/neu a aktivace PI3K/Akt a MAPK signálních
drah u nádorů prsu.
● změny vlastností buněčných membrán (fluidita,
lipidové rafty)
• biosyntéza eikosanoidů – změna imunitní odpovědi a
modulace zánětu, proliferace, apoptózy, tvorby metastáz
a angiogeneze
• ovlivnění signálové transdukce, aktivity transkripčních
faktorů (NFκB, PPARγ) a genové exprese – změny
metabolismu, buněčného růstu a diferenciace
• změny metabolismu estrogenů – redukce estrogeny
stimulovaného růstu
• zvýšená nebo snížená produkce volných radikálů
(kyslíku, dusíku)
• mechanismy zahrnující citlivost k insulinu
29
Molekulární mechanismy působení VNMK
BUNĚČNÉ MEMBRÁNY
MODEL BUNĚČNÉ MEMBRÁNY
tekutá mozaika, komplexní struktura složená z různých částí
(fosfolipidy, glykolipidy, cholesterol, proteiny - transmembránové).
Relativní množství komponent i typy lipidů se mění v různých
membránách i působením různých faktorů zejména diety.
Struktura fosfolipidů a jejich orientace v membráně
malé oblasti proteinů a lipidů v membráně s unikátním
složením lipidů – bohaté na cholesterol (mikrodomény).
Tyto struktury jsou funkčně zahrnuty
v kompartmentalizaci, modulaci a integraci buněčných
signálů a tak modulují důležité procesy jako
buněčný růst, přežití a adhezi.
VNMK jsou základní složkou lipidových raftů a předpokládá
se, že např. DHA může částečně působit zvýšením fázové
separace lipidů v membráně.
Strukturální integrita LR a caveolae jsou základní pro
příjem VNMK. Caveolin-1 a FAT/CD36 jsou vázány v LR
LIPIDOVÉ MIKRODOMÉNY (RAFTY)
Lipidové rafty a caveolae v plazmatické membráně
modifikují aktivaci membránových receptorů a signálních proteinů
35
Simons K and Sampaio JL, Cold Spring Harb perspect Biol 2011
LIPIDOVÁ MODIFIKACE PROTEINŮ
Lipidy hrají důležitou úlohu v transportu, membránovém umístění a správné funkci
proteinů zprostředkováním jejich afinity k lipidovým raftům (LR).
Obecně ukotvení přes nasycené MK a steroly směřuje proteiny do těsnějšího (tightly
packed) prostředí LR, kdežto nenasycené a rozvětvené uhlovodíkové řetězce
upřednostňují méně omezující neraftové části membrány. Palmitoylace proteinů reguluje
rozdělení v raftech.
Modulace lipidů (DHA)– lipidové rafty
modulace signálů růst. faktorů a cytokinů
Receptory pro induktory apoptózy
z rodiny nádor nekrotizujících faktorů (Fas ligand, tumor necrosis factor – TNF)
Příklad CD4+ T buněk
MC540 se v membráně váže preferenčně do tekutě krystalické fáze a jeho fluorescence
se tak zvyšuje. Při přechodu do gelové fáze se fl. snižuje.
Odráží tak jemné změny ve struktuře membránových lipidů i fluidity.
Možná souvislost s indukcí diferenciace a apoptózy.
Změny struktury membránových lipidů
tzv. lipid packing (merocyanin 540, FL-2)
"looser lipid packing" (rozvolňování) zvýšená fluorescence
"more tight packing" (upevňování) snížená fluorescence
TRANSPORT, AKUMULACE A SYNTÉZA MK
Schwenk RW et al Prostagl Leuk Ess Fatty A 2010
TRANSPORT MASTNÝCH KYSELIN DO BUNĚK
Vazba MK na albumin (plasma) a
vazebné proteiny (FABP) uvnitř
buněk.
Transport přes membránu – pasivní
difúze nebo vazba na transportní
proteiny (FATP – CD36).
Aktivace acylCoA syntázou (ACS1) a
tvorba acyl-CoA esterů
► akumulace lipidových kapének (lipid droplets) v cytoplazmě buněk
(působení lipidových látek, indukce diferenciace a apoptózy )
► obsahují neutrální lipidy (obvykle triacylglyceroly nebo estery
cholesterolu), obklopeny monovrstvou fosfolipidů
za normálních podmínek - zásobárna energie a cholesterolu
► důležité pro udržení homeostázy lipidů, pro lipidový metabolismus
a signálování
► souvislost s regulací procesů diferenciace a apoptózy není zcela
objasněna
► fluorescenční barvivo Nile Red citlivé vitální barvení lipidových
kapének
AKUMULACE LIPIDŮ V CYTOPLAZMĚ
„LIPID DROPLETS (BODIES)“
Struktura lipidových kapének
Martin S. and Parton RG, Nature Rev 7, 2006
Tvorba (LDs)
v endoplasmatickém retikulu
Po přidání mastných kyselin
se syntetizují neutrální lipidy
v membráně endopl.
retikula (ER).
Zralé LD se odštěpují z ER
membrány a tvoří
samostatné organely
ohraničené monovrstvou
fosfolipidů a spojené se
specifickými proteiny.
Rodina PAT proteinů
(perilipin, ADRP, TIP-47).
43
► metabolicky aktivní organely – tvoří se v cytoplasmě v odpověď na zvýšenou hladinu MK,
ochrana před lipotoxicitou
► funkce – zásobárna triglyceridů a cholesterolu, lipidová homeostáza, metabolismus a
transport, přenos signálů, spojeny s činností řady enzymů a regulátorů
►akumulace LD může korelovat s indukcí diferenciace či apoptózy
(Moreira LS, Biochim Biophys Acta 2009, Schwenk RW et al Prostagl Leuk Ess Fatty A 2010)
AKUMULACE LIPIDŮ v cytoplasmě
(lipid droplets, lipid bodies)
Aktivní přenos MK do buněk
fetal adenocarcinoma
AKUMULACE LIPIDŮ v cytoplasmě (Nile red, FL-1)
Zvýšená tvorba LD u FHC buněk posílená v kombinaci AA (DHA)/NaBt
korelovala s % buněk se sníženým mit. membránovým potenciálem (MMP)
a zvýšenou produkcí reakt. kyslíkových metabolitů (ROS)
Kolokalizace lipid bodies (droplets) s cPLA2 a uvolňování AA u kolonových buněk po působení kyseliny olejové
Brookheart RT et al Cell Metab 2009, 10:9
Lipotoxicita
V netukových buňkách
způsobuje nadbytek SFA
oxidativní a ER stres
způsobený lipidovými
metabolity a aktivovanými
signálními drahami.
Dysfunkce mitochondrií a ER
stres jsou klíčové děje, jimiž
je při nadbytku lipidů
indukována buněčná smrt.
Nasměrování nadbytečných
mastných kyselin do
lipidových dropletů má
ochranné účinky.
47
Metabolismus mastných kyselin
PŘEHLED LIPIDOVÝCH MEDIÁTORŮ
INKORPORACE A UVOLŇOVÁNÍ VNMK Z MEMBRÁNOVÝCH FOSFOLIPIDŮ
► odráží složení a obsah VNMK v dietě
► n-6 a n-3 VNMK soutěží o stejné pozice
ve fosfolipidech
► soutěží o stejné metabolizující enzymy
Obecné schéma fosfolipidu
Laye JP and Gill JH,
Drug Discovery Today 2003
Aktivace cPLA2
Prozánětlivé cytokiny indukují expresi cPLA2. Následuje fosforylace
zprostředkovaná MAP kinázami. Ca2+ způsobuje translokaci cPLA2 z cytosolu do
perinukleární membrány, kde je také její substrát a enzymy nutné k tvorbě
eikosanoidů. Aktivovaná cPLA2 lyzuje membránové fosfolipidy a uvolňuje AA,
která je metabolizovaná COX a LOX.
TVORBA A VÝZNAM EIKOSANOIDŮ
Metabolismus kyseliny arachidonové
53
Br J Pharmacol 2008
Nové lipidové mediátory odvozené
od omega-3 PUFAs
Resolviny a neuroprotektiny
54
55
Produkce a struktura mediátorů odvozených
od DHA
D resolviny
D Neuroprotektiny
Produkce a struktura mediátorů odvozených
od EPA
56
Dráhy metabolismu n-6 a n-3 VNMK a jejich účinky v
nádorové biologii
N-6 a n-3 VNMK soutěží o stejné enzymy (desaturázy a elongázy). 20C VNMK (DGLA,
AA, EPA) jsou prekursory pro tvorbu různých typů eikosanoidů (prostaglandiny,
leukotrieny, tromboxany) – soutěž o stejné enzymy (cyklooxygenázy, lipoxygenázy) 57
Cyklooxygenázové dráhy
kyselina arachidonová
COX-1 COX-2
endotoxin
cytokiny
mitogeny
glukokortikoidy
selektivní inhibitor COX-2
žaludek
střevo
ledviny
krevní destičky
místa zánětu
- makrofágy
- synoviální buňky
konstitutivní indukovatelná
aktivace
inhibice
Zvýšená exprese COX-2 v maligních a premaligních
lidských nádorech
Pidgeon GP et al Cancer Metastasis Rev, 503, 2007
Úloha lipoxygenáz (LOX) v rozvoji nádoru
Rovnováha v produkci různých isoforem LOX (pro- i protinádorově
působících) a jejich biologická aktivita rozhoduje o vývoji nádorů.
60
Pidgeon GP et al Cancer Metastasis Rev, 503, 2007
Metabolismus LOX podporuje průchod buněk
buněčným cyklem
12- a 15-LOX a jejich metabolity podporují průchod nádorových buněk buněčným cyklem.
Jejich inhibice způsobuje zástavu buněčného cyklu následovanou obvykle apoptózou.
61
Přenos signálů PGE2 prostřednictvím receptorů EP1 – 4
spřažených s G-proteiny
PGE2 a LTB4 podporují progresi nádoru
indukcí proliferace, přežívání, migrace a
invaze nádorových epiteliálních buněk
Wang D, DuBois RN, Nature Rev Cancer 2010
Hlavní molekulární cíle COX-2 a NSAIDs
64
Furstenberger G. et al., Int J Cancer 119, 2006
Prozánětlivé, pronádorové a imunosupresívní působení COX-2 a PGE2
65
Chetterl AJ et al. Carcinogenesis 31:37, 2010
Chronický zánět mění hladiny zánětlivých mediátorů včetně COX-2, RONS a
zánětlivých cytokinů a aktivuje protoonkogeny.
V závislosti na společných funkcích a rovnováze zánětlivých mediátorů může
zánětlivá odpověď nádor buď podporovat nebo působit protinádorově.
Úloha zánětu v karcinogenezi
66
INHIBITORY COX-1 a COX-2
Coxibs – selektivní inhibitory COX-2, klinicky důležité
Děje na mitochondriích a oxidativní
metabolismus
•VNMK fyzicky interagují s mitochondriální membránou, mění
její permeabilitu otevíráním MTP (membrane permeability
pores) a snižují tak membránový potenciál.
•DHA je přednostně inkorporována do kardiolipinu, fosfolipidu
vnitřní mitochodriální membrány. To souvisí se stupněm
nenasycenosti, indukcí oxidativního stresu, uvolněním
cytochromu c a apoptózou.
•VNMK modulují hladinu proteinů rodiny Bcl-2 (Bid, Bcl-2),
které intereagují s lipidy mit. membrány.
•Zvýšené množství VNMK vyvolává oxidativní stres (produkce
ROS, NOS a lipidová peroxidace)
68
Kardiolipin (Difosfatidyl glycerol, glycerolfosfolipid)
Hlavní součást membrán mitochondrií
• sn-1 – SFAs – LA, OA
• sn-2 – PUFAs – DHA – přednostně se vestavuje do kardiolipinu – mění
nenasycenost mit. membrány a oxidativní metabolismus.
• Souvislost s aktivitou cytochrom c oxidázy a uvolňováním cytochromu c
• Význam pro apoptózu
69
Scorrano L, J Cell Biol 2008
Kardiolipin na kontaktních místech vnější a vnitřní mit. membrány
váže DED kaspázu 8 a produkuje aktivní BID. To způsobuje
oligomerizaci BAK/BAX a uvolnění cyt c
Gonzalves F and Gottlieb E., Apoptosis 2007
Interakce cyt c a kardiolipinu, funkce kardiolipinu v apoptóze
Cyt c katalyzovaná peroxidace CL vede k
permeabilizaci vnější membrány a
uvolnění cyt c
Kardiolipin slouží jako platforma pro uchycení
proapoptického proteinu tBid na místech
kontaktu vnější a vnitřní membrány.
CL se účastní perforace vnější membrány
tBid a Bax proteiny.
D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984
Proliferace
n - 6
n - 3
n - 9
Koncentrace mastných kyselin
72
Mastné kyseliny a oxidativní
metabolismus
Boonstra and Post, Gene 2004
Ovlivnění přenosu signálů a účinky ROS na buněčný
cyklus a buněčnou smrt
Účinky jsou závislé na dávce a délce expozice
Nekróza
Apoptóza
Zástava bun.
cyklu
Diferenciace
Proliferace
73
Ovlivnění přenosu signálů
a regulačních molekul v buňkách
VNMK a jejich metabolity jsou ligandy pro PPAR
(peroxisome proliferator-activated receptors)
Voutsadakis IA, J Cancer Res Clin Oncol 2007, 133:917
Důležité signální dráhy a molekuly indukované či
inhibované PPARg
PPARγ indukuje fosfatázu PTEN vedoucí k inhibici kinázy Akt.
Akt má antiapoptické účinky (inhibice kaspázy-9).
PPARγ způsobuje zástavu bun. cyklu represí cyklinu D, indukcí p18, p21,
p27 a interakcí s Rb. PPARγ rovněž potlačuje beta-katenin a COX-2
podporující karcinogenezi kolonu.
76
D’Errico I and Moschetta A Mol Cell Life Sci 2008
Obnova střevního epitelu a jaderné receptory
Hladina jaderných receptorů v
různých kompartmentech tlustého
(A) a tenkého střeva (B).
LRH-1 – liver receptor homology
TR – thyroid hormone receptor
RXR/RAR – retonoid x
receptor/retinoid acid receptor
VDR – vitamin D receptor
ER – estrogen receptor
PPAR – peroxisome proliferatoractivated
receptor
D’Errico I and Moschetta A Mol Cell Life Sci 2008
Vývoj nádorů kolonu a exprese jaderných receptorů
TP53 – tumor protein 53
SMAD2 – Small mothers against decapentaplegic homolog 2
Michalik L et al., Nature Rev Cancer 2004
Funkce receptorů pro peroxisomové proliferátory (PPARs)
ve vztahu ke karcinogenezi
Michalik L et al., Nature Rev Cancer 2004
Mutace PPARγ v lidských nádorech a účinky
agonistů PPARγ u různých buněčných typů
80
Vnitřní a parakrinní účast NFκB v přežívání a proliferaci nádorů.
Aktivace NFκB vede k rezistenci k apoptóze. Buňky na okraji rychle rostoucího nádoru
podléhají nekróze, když chybí ATP. Nekrotické nádorové buňky uvolňují prozánětlivé
faktory. Tyto faktory aktivují imunitní odpověď nádorového mikroprostředí, která vede k
syntéze prozánětlivých cytokinů závislé na NFκB, což podporuje růst nádoru.
ÚČINKY omega-3 VNMK
Kyselina eikosapentaenová
(EPA, 22:5, n-3)
Kyselina dokosahexaenová
(DHA, 22:6, n-3)
- vznikají elongací a desaturací kys. linolenové (malá účinnost)
- jsou obsaženy v některých rostlinných olejích, olejích z řas a v rybím oleji
Účinky a mechanismy působení n-3 VNMK
inhibice
stimulace
Surette ME, CMAJ 2008
Sorice M et al. FEBSLetters 2009
Inkorporace n-3 VNMK do buněčných membrán ovlivňuje strukturu i funkci
Změny lipidových mikrodomén
(rafty a caveolae) po inkorporaci
specifických VNMK ovlivňují
aktivitu membránových
přenašečů a receptorů i vazbu
proteinů k buněčné membráně
- Vliv na přenos signálů
DHA se inkorporuje specificky do
kardiolipinu v mitochondriích, změny
oxidace, propustnosti mit. membrány,
uvolňování cyt c, indukce apoptózy (vazba
kasp 8, tBid a oligomerizace Bak/Bax)
Atomic force microscopy
PREVENCE TERAPIE
Epidemiologické studie – snížená
incidence nádorů (kolonu) v
populacích konzumujících velké
množství ω-3 VNMK z mořské
stravy
Experimentální studie
● ω-3 VNMK inhibují karcinogenyindukovanou
karcinogenezi
● redukují růst transplantovaných
nádorů u laboratorních zvířat
● snižují proliferaci a indukují
apoptózu u nádorových buněk
kolonu in vitro.
Klinické studie – EPA a DHA
inhibují proliferaci epiteliálních
buněk kolonu u pacientů s adenomy
a vysokým rizikem nádorového
onemocnění
Při chirurgických zákrocích
předoperační perorální nebo
pooperační enterální či parenterální
dieta s ω-3 VNMK zlepšuje
postoperační zánětlivou a imunitní
odpověď a snižuje infekci.
Dieta s ω-3 VNMK zlepšuje
nádorovou kachexii a kvalitu života
Kombinace se standartní terapií
(chemoterapie, záření)
● dieta s ω-3 VNMK netoxický způsob
zvýšení účinků terapie
● samotné použití ω-3 VNMK
užitečný přístup, jestliže je vyloučena
toxická standartní terapie.
Microarray analýza CaCo-2
buněk po působení DHA
(48h)
Indukované geny
Reprimované geny
Narayanan BA et al., Cancer Res 2003
Marion-Latellier R et al., Gut 2009, 58:586
Mechanizmy působení n-3 PUFAs v zánětu střeva
N-3 PUFAs aktivují PPARγ,
který inhibuje signální dráhu
NFκB a mohou inhibovat tolllike
receptor 4 (TLR4).
Mohou také modulovat složení
membránových fosfolipidů
vedoucí ke snížení produkce
prozánětlivých eikosanoidů
odvozených od AA a zvýšení
produkce protizánětlivých
resolvinů.
Tyto regulační dráhy snižují
produkci prozánětlivých
cytokinů a expresi adhezívních
molekul
To vede ke snížení zánětu
střeva.
87
VÝSTUPY
 Základní výzkum
 Klinika a výrobní praxe
● protinádorová prevence a terapie
● oblast nutriční farmakologie
optimalizace lipidových výživ pro určité diagnózy
(„disease specific nutrition“), zejména u pacientů s
nádorovým onemocněním
Procesy ovlivňované lipidy
• Složení lipidových výživ ovlivňuje spektrum lipidů v plasmě i v
buněčných membránách, přičemž metabolismus a obrat fosfolipidů v
membránách transformovaných-nádorových buněk se zásadně liší od
buněk netransformovaných-nenádorových.
• Změny ve složení fosfolipidů membrán mění její vlastnosti (fluiditu,
produkci volných reaktivních radikálů a biologicky aktivních metabolitů eikosanoidů),
což se dále odráží ve schopnosti příjmu a přenosu
signálů důležitých regulačních molekul s následnými účinky na důležité
biologické procesy jako jsou buněčný růst, diferenciace a apoptóza a
dále funkce buněk imunitního systému
• VNMK a jejich metabolity mohou být důležitými regulátory genové
exprese. Předpokládá se, že tyto látky jsou schopny ovlivňovat aktivitu
transkripčních faktorů, které se pak váží na klíčové elementy spojené
se specifickými geny.
• Změny membrán a růstových vlastnosti nádorových buněk po
působení VNMK mohou modulovat jejich citlivost k různým
terapeutickým zásahům (cytostatika, záření)
• Inhibitory metabolismu AA, tj. produkce eikosanoidů, k nimž patří i řada
běžně v klinice využívaných NSAID, mohou významným způsobem
modulovat zmíněné procesy.
Praktické aspekty poznatků
o působení mastných kyselin
Nejedná se o farmaka, součást stravy, poměrně vysoké dávky (0,5-2g)
VYUŽITÍ :
DIETETICKÁ DOPORUČENÍ
Zdraví a prevence chorob
Středomořská dieta
Funkční potraviny
Potraviny pro zvláštní lékařské účely
TERAPEUTICKÉ VYUŽITÍ – nutriční farmakologie
Imunomodulace, antikachektické účinky, kombinovaná terapie,
adjuvantní terapie, „disease specific nutrition“, nosiče léků
PARENTERÁLNÍ
A ENTERÁLNÍ VÝŽIVA
optimalizace složení
lipidových emulzí
KLINIKA
Složení a využití lipidových emulzí
Směsi přírodních olejů (sojový –LCT, kokosový – MCT),
emulgované fosfolipidy (vaječný lecitin, sojové fosfolipidy),
izotonizační přísada (glycerol)
Tukové částice podobné chilomikronům
Parenterální výživa – emulze součást tzv. „all-in-one“ vaků
Funkce - zdroj energie a esenciálních MK
Enterální a orální výživa
Na základě nových poznatků o regulační úloze lipidů využití jako
farmaka
Nutriční farmakologie
Výživa cílená na určité onemocnění – „Disease-specific
nutrition“
Složení klinicky využívaných lipidových emulzí
v parenterální výživě
Omegaven – obsahuje rybí olej (omega-3 MK)
SMOFlipid – sójový, kokosový, olivový a rybí olej
Umělé strukturální triglyceridy
VÝZNAM SLOŽENÍ TUKŮ
V ENTERÁLNÍ A PARENTERÁLNÍ VÝŽIVĚ PACIENTŮ
LCT - “long chain” triglyceridy
z rostlinných olejů s vysokým obsahem VNMK (důležitý poměr n-3 : n-6) regulační
funkce, mohou zyšovat nebo snižovat např. produkci TNF
(kachektin) - prozánětlivý cytokin spojený s kachexií
MCT - “medium chain” triglyceridy - nasycené MK (6-12 uhlíků) - zdroj
energie, působí proti supresi imunitních a fagocytárních funkcí u silně
stresovaných pacientů.
Možnosti ovlivnění celkového metabolismu, podpora imunity,
protizánětlivé účinky
Využití: pooperační stavy, nádorová anorexie a kachexie
Imunonutrice: Omega-3, L-glutamin, L-arginin, RNA
CYTOKINY
Změny membránových fosfolipidů přímo ovlivňují
syntézu lipidových mediátorů typu eikosanoidů, PAF a sekundárních
přenašečů diacylglycerolu a ceramidu.
Lipidové mediátory ovlivňují produkci a funkci cytokinů.
To má důležitý dopad na řadu imunitních a
buněčných funkcí včetně proliferace, diferenciace a apoptózy
Důležité endogenní faktory ovlivňující kolorektální karcinogenezi
TNF-family (TNF-α, Fas ligand, TRAIL – TNF relating apoptosis inducing factor)
TGF-family (TGF-β)
EGF – epidermální růstový faktor
Tumour necrosis factor-alpha (TNF- α), interleukiny
► multifunkční cytokin
► jeden z hlavních mediátorů zánětu
► TNF- α je produkován makrofágy a dalšími buňkami imunitníhp systému
► koncentrace TNF- α v kolonu je zvýšena během chronického zánětu (ulcerativní
kolitida nebo Crohnova choroba)
► úloha v nádorové kachexii
► existuje interakce mezi cytokiny a dietetickými faktory – mastné kyseliny a
eikosanoidy
V nádorových buňkách prostaglandiny (PGs) tvořené přes cyklooxygenázu-2
(COX-2) zvyšují produkci růstových faktorů jako je VEGF, které působí přímo
na endoteliální buňky a bFGF, který stimuluje produkci COX-2 u fibroblastů.
PGs tvořené ve fibroblastech stimulují produkci VEGF, který působí
parakrinním způsobem na endoteliální b. a opět zvyšuje aktivitu COX-2 a
usnadňuje permeabilitu cév a angiogenezi. Inhibitory COX-2 blokují produkci
PGs a tak zabraňují angiogenezi indukované růstovými faktory.
Model angiogeneze - interakce buněčných typů
COX-2
?GF
PGs
Neoplastická
buňka
bFGF
COX-2
Permeabilita,
Neovaskularizace
VEGF
Endoteliální
buňka
Fibroblast
PGs
PGs
COX-2
VEGF
95
proteiny
lipidy
vitamíny
minerály
infekce
zánět
neoplazie
produkce a uvolňováni cytokinů
výživový status
PG
LT
atd.
lipidové mediátory
imunitní odpověď
odpověď akutní fáze
biologická funkce cytokinů
horečka
anorexie
změněný metabolismus
Vzájemné vztahy mezi výživou a infekčními a zánětlivými
chorobami zprostředkovanými cytokiny