OH - DGEM

Mechanismen der Krebsprävention am
Beispiel sekundärer Pflanzenstoffe
Dr. Clarissa Gerhäuser
Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg
e-mail: [email protected]
http://www.dkfz-heidelberg.de/tox/ag2index.html
Biotransformation
Initiation
reaktive Moleküle
DNA Schäden
Entgiftung
Reparatur
Antioxidative Mechanismen
Mutationen
Gendefekte
Promotion
Hemmung
Entzündungshemmung
Hemmung der Tumorpromotion
veränderte
Zellstruktur
unkontrolliertes
Zellwachstum
Wachstumshemmung
Progression
Zell-Differenzierung
Apoptose (programmierter Zelltod)
Tumor
Angiogenese
Angiogenese Hemmung
Einfluß der Biotransformation
DNA
Schäden
Tumor
Krebserregende Stoffe
(Karzinogene)
ProKarzinogene
Aktivierung
Phase 1
Enzyme
Konjugation
Phase 2
Enzymes
Cytochrom P450
Nicht-reaktive
Stoffe
Entgiftungsprodukte
GST, NAT
UDP-GT, ST
Ausscheidung
Oxidativer Stress und Karzinogenese
OH ••
DNA
Schäden
Mutationen
Gendefekte
O22-•-•
ROO••
Oxidativer Stress und Karzinogenese
DNA
veränderte DNA Konformation
oxidierte DNA Basen
OH ••
O22-•-•
ROO••
DNA Strangbrüche
Proteine
Fehler in der DNA Replikation
→ Mutationen
Oxidation von Proteinen
Hemmung der DNA Reparatur
Beschleunigtes Zellwachstum
Promotion/Progression
Tumor
Oxidativer Stress
•
•
•
•
Chronisch Entzündungen
Infektionen
Immunerkrankungen
radioaktive und UV-Strahlung
Überproduktion
O22-•-•
Reaktive
Sauerstoff
Species
OH ••
ROO••
Antioxidantien
O22-•-•
OH ••
ROO••
Intrazelluläre
anti-oxidative
Abwehr
Promotionsphase
4 lang (> 10 Jahre)
4 reversibel
4 wiederholte Ereignisse
Testosteron
Arachidonsäure
Aromatase
(Cyp19)
Cyclooxygenasen
17β
β-Östradiol (E2)
Prostaglandine (PGs)
Entzündungsmediatoren
ñ Zellwachstum
ñ Tumor Invasivität
ñ Tumor-induzierte
Angiogenese
ò Apoptose
Hormone
E2 = 17β
β-Östradiol
ER = Östrogen Rezeptor
E
E22
E
E22
ER
ER
E
E22
ER
ER
E
E22
E
E22
Krebs-Vorstufen
Protein
Synthese
DNA
Schäden
ñ Zellwachstum
Verlangsamung des Zellwachstums
L
¬
R
Signal
-
®
Protein
¯
Nachbarzellen
Angriffspunkte:
¬
Wechselwirkung von Liganden L (Hormone und
Wachstumsfaktoren) mit Rezeptoren R
®
Signal-Übertragung (Kinase Kaskaden)
Synthese/Aktivität wachstumsfördernder Onco-Proteine
und wachstumshemmenden Tumor-Supressorproteine
¯
Wachstumssignal an Nachbarzellen
Regulation des Zell-Zyklus
ZellDifferenzierung
G0
S
G2
G1
M
Apoptose
G0:
G1:
S:
G2:
M:
programmierter
Zelltod
Ruhephase
Gap 1 (Ruhe) Phase
Synthesephase (Verdopplung der Zellbestandteile)
Gap 2 (Ruhe) Phase
Mitosephase (Verteilung auf die Tochterzellen)
Progressionsphase
veränderte
Zellstruktur
unkontrolliertes
Zellwachstum:
è
è
Verlust der
Abhängigkeit von
Wachstumsfaktoren
und Hormonen
Apoptose- und
Zelldifferenzierungsprozesse gestört
4 > 1 Jahre
4 irreversibel
weitere Anhäufung
von Mutationen
Krebszellen
Abbau der Basalmembran
Angiogenese (Neubildung
von Blutgefäßen)
Invasives
Tumorwachstum
Metastasen
(Chemo)Therapie!
Mit einer ausgewogenen Ernährung
nehmen wir pro Tag ca. 10.000
sekundäre Pflanzenstoffe (1-1,5 g) auf.
Nahrungsbestandteile mit potentieller
krebspräventiver Aktivität
Vitamine
Ballaststoffe
Glucosinolate
Flavonoide
Mineralstoffe
Carotinoide
Glucosinolate = Senföl-Glucoside
OH
O
S
OH
HO
R C
Brunnenkresse
OH
N
in Kohlgemüsen und
OSO3K
Myrosinase
- Glucose
Isothiocyanate
SH
R
R N C S + KHSO4
C
N
O SO 3 K
NCS
O
S
Phenethylisothiocyanat
(PEITC)
Sulforaphan
NCS
Vorkommen von Glucosinolaten
Gehalt
Art
Brassica oleracea
(mg/kg Frischgewicht)
Brassica campestris
Rosenkohl
Blumenkohl
Wirsing
Rotkohl
Grünkohl
Weisskohl
Brokkoli
Kohlrübe
Brassica pekinensis
Brassica napus
Nasturtium officinale
Sinapis alba
Eruca sativa
Chinakohl
Raps
Brunnenkresse
Senf
Rucola
600 - 3900
138 - 2083
470 - 1240
410 - 1090
890
330 - 840
611
392 - 1657
170 - 1360
60 - 170
Verhoeven et al., 1997
Vorkommen von Glucosinolaten
in der Pflanze: Lagerung in Zellkompartimenten
è durch Zerkleinern, Kauen etc. wird ein Enzym, die
Myrosinase (β-Thioglucosidase) freigesetzt
è Spaltung der Glucosinolate zu Isothiocyanaten u.a.
è aber: durch Kochen wird die Myrosinase inaktiviert!
è
è
Durchschnittliche tägliche Aufnahme:
Japan
UK
Westdeutschland
Vegetarier
112 mg Glucosinolate
30 mg Glucobrassicin, 10 mg Indole
43 mg (32 g Kohlgemüse, 2/3 Weißkohl)
110 mg Glucosinolate
Shapiro et al. 2001, Conaway et al. 2000, Watzl, 2001
Phenethyl-Isothiocyanat (PEITC)
Vorstufe: Gluconasturtiin in Brunnenkresse
NCS
Mechanismen:
Hemmung der Initiationsphase:
• Hemmung der metabolischen Aktivierung (Phase 1)
• Induktion von Phase 2 Entgiftungs-Enzymen
Einfluß auf Signalübertragungswege; Zellzyklusarrest
Induktion von Apoptose
Pilotstudie mit 11 Rauchern
(Hecht et al., 1995, 1999)
60 g Kresse (4-10 mg PEITC) pro Mahlzeit / 3 Tage:
signifikante Steigerung der Ausscheidung von
Tabakrauch-Karzinogenen und Metaboliten.
Klinische Studien zur Lungenkrebsprophylaxe angelaufen
Sulforaphan
Vorstufe: Glucoraphanin in Brokkoli
O
O
S
S
NCS
NCS
Mechanismen:
vergleichbar mit PEITC
Krebspräventive Wirksamkeit imTiermodell:
Hemmung von Brust-, Magen- und Prostatakrebs sowie von Darmkrebsvorstufen
Pilotstudie (12 Freiwillige) (Conaway et al., 2000)
Bioverfügbarkeit aus 200 g frischem Broccoli 3x höher
als aus gekochtem; mittlere Plasma Spiegel 0.2 µM
(max. 0.4 µM nach 2 h)
Brokkoli als ‘functional food’?
Sulforaphan Gehalt
10-100 x höher als
in Broccoli
hohe Bioverfügbarkeit
(frisch, gut gekaut)
krebspräventiv im
Tiermodell (DMBAinduzierte Brusttumoren)
Brokkolisprossen
Fahey et al., 1997, Shapiro et al., 2001
Brokkoli als ‘functional food’?
Sulforaphan Gehalt
10-100 x höher als
in Broccoli
hohe Bioverfügbarkeit
(frisch, gut gekaut)
krebspräventiv im
Tiermodell (DMBAinduzierte Brusttumoren)
Brassica-Tee
mit Sulforaphan-Glucosinolat!
Brokkolisprossen
Fahey et al., 1997, Shapiro et al., 2001
Flavonoide
Goldrute
• von lat. flavus = gelb
• Sammelbegriff für ca. 5000 Verbindungen
Färberkamille
Art
Beispiel
Quelle
Flavanone
Flavone
Naringenin
Apigenin
Zitrusfrüchte
Sellerie, Petersilie,
Thymian
Zwiebeln, Grünkohl (100-300 mg/kg)
Äpfel, Kirschen
Tee, Rotwein
Äpfel, Tee
Schw. Johannisbeeren
Kirschen, Trauben (30-180 mg/100g)
Soja (2 mg/g entfettete Sojabohnen)
è Flavonole
Quercetin
è Catechine
EGCG
Cyanidin
Anthocyanidine
è Isoflavone
Genistein
Hollman, P.C., 1998
Quercetin
•
•
•
•
ubiquitäres Vorkommen
oft an Zucker gebunden
gutes Antioxidans
Hemmung von Phase 1 Enzymen
Entzündungshemmung
Hemmung des Tumorwachstums
ò Signalübertragung, Anti-Östrogen
òñ Apoptose, ñ Zelldifferenzierung
OH
OH
HO
O
A
B
C
OH
OH
O
Pilotstudien (McAnlis et al., 1999, u.a.)
220 g gebratene Zwiebeln (~ 114 mg Quercetin)
für 1-7 Tage
ñ antioxidative Kapazität im Plasma
Relative Bioverfügbarkeit von Quercetin
tmax
Quercetin (ng/ml Plasma)
240
50 mg Querc. Aglykon
100 mg Querc.-Rut (Rutin)
gebr. Zwiebeln (~ 70 mg Querc.-Glc)
Apfelbrei (~ 100 mg Querc.-Gal)
200
160
4,9h
7,5h
0,7h
2,5h
Aufnahme über Glucose
Transporter?
è Spaltung von Glykosiden?
è
120
80
40
0
0
6
12
18
24
30
aus: Hollman et al., FEBS Lett. 4418, 152-56, 1997
Erlund et al., Europ. J. Clin. Pharmacol. 56, 545-53, 2000
36
Zeit (h)
Modell für die Absorption von
Flavonoid Glykosiden
Intestinales
Lumen
FL-Gly
FL + Gly
SGLT-1
zum Kolon und
mikrobiellem
Abbau
LPH
Enterozyt
FL-gly
CBG
FL
metabolisierende
Enzyme
FL-Konjugate
Pfortader
CBG: cytosolische β-Glucosidase
LPH: Lactase-Phloridzin Hydrolase
SGLT-1: Na-abh. Glucose-Cotransporter
FL-Konjugate
Hollman et al., 1999; Nemeth et al., 2003
Epigallocatechingallat (EGCG)
Grüntee Polyphenole (GTP)
OH
OH
O
HO
Camellia (Thea) sinensis L., Theaceae
OH OH
O C
OH
• Induktion des Phase 2 Stoffwechsels
• antioxidativ, entzündungshemmend
• Hemmung des Zellwachstums
ò Signalübertragung, ò DNA Synthese
ò wachstumsfördernde (Onco-)Proteine
• Induktion von Apoptose
• Hemmung der Angiogenese
Humanstudien (Imai et al., Preventive Medicine 1997)
Studie mit >8550 Probanden, 9 Jahre Follow-up
≥ 10 Tassen Tee / Tag verzögert das Auftreten von Tumoren
bei japanischen Frauen
keine Nebenwirkungen mit 2.25 g Grüntee Extrakt (337.5 mg
EGCG, 135 mg Koffein) / 6 Monate
OH
O
OH
Isoflavone aus Soja
Glycine max L. Merr. (Leguminosae)
Genistein
O
HO
OH
O
OH
• Antioxidans
• Östrogen Agonist/Antagonist
• Hemmung des Zellwachstums
ò Signalübertragung, Zellzyklusarrest
HO
ò Topoisomerase
ñ Apoptose, ñ Zelldifferenzierung
OH
Östradiol
• Angiogenesehemmung
Carotinoide
> 700 natürlich vorkommende Carotinoide bekannt
~ 50 Carotinoide haben Provitamin A Aktivität
Carotine (in orange - gelb - rotem Gemüse)
CH3
β-Carotin
CH3
(ca. 10 mg/100g)
CH3
CH3
CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
CH3
CH3
Lycopin
H3C
CH3
CH3
(ca. 10 mg/100g)
Xanthophylle (in grünblättrigem Gemüse)
CH3
OH
CH3
Lutein
HO
CH3
CH3
(ca. 20 mg/100g)
Carotinoide
Carotine:
hitze-stabil
Bioverfügbarkeit aus gekochtem Gemüse besser als aus
rohem
è ca. 50-70% bioverfügbar (Absorption im Dünndarm)
è Bioverfügbarkeit von β-Carotin aus Supplementen 5x höher
als aus Karotten
è
è
Xanthophylle:
è
è
hitze-labil (>50%)
meist keine Provitamin A Wirkung
mittlere Carotinoidaufnahme in Deutschland: 5.3 mg/Tag
keine Supplementierung notwendig
Watzl und Bub, 2001
Epidemiologie
hohe Carotinoid-Spiegel im
Plasma: ò Lungen-, Kopf/ Halsund Speiseröhrenkrebs
Lycopin-reiche Ernährung:
ò Prostatakrebsrisiko
Phase III Studie mit > 29.000 Rauchern (ATBC)
β-Carotin (20 mg / Tag / 5-8 Jahre)
ñ Lungenkrebs (18-28%);
ñ Mortalität (17%)
α-Tocopherol (50 mg / Tag / 5-8 Jahre)
ò Prostatakrebs (34%); ò Darmkrebs
ð Lungenkrebs
(SELECT Studie zur Prostatakrebs-Prävention
durch Vit.E ± Selen (32.000 Probanden) läuft)
Carotinoide
d−α
−α-Tocopherol (Vit. E)
Krebspräventive Mechanismen:
• anti-oxidativ, ò Lipidperoxidation
• Hemmung von Phase 1 Enzymen
• Entzündungshemmung
• Hemmung des Zellwachstums
ñ Zelldifferenzierung
ñ interzelluläre Kommunikation
• Immunstimulation
Sekundäre Pflanzenstoffe
in der Krebsprävention:
è nicht einen spezifischen, sondern oft vielfältige
krebspräventive Mechanismen
è große Unterschiede im Gehalt und in der
Bioverfügbarkeit
è möglichst vielfältige Mischung essen (rot-gelb-grün)
è mindestens 5 Portionen Obst und Gemüse pro Tag
è Gesamtmenge an Inhaltsstoffen ist biologisch
wirksam
è nicht ersetzbar durch Nahrungssupplemente (oft
fehlende Wirksamkeit, unbekannte Nebenwirkungen)