Alle hyperlinks in dit document verwijzen naar het originele bericht. Deze pagina is een vertaling van het originele document.
Guang-Jian Du , 1, 2 Zhiyu Zhang , 1, 2 Xiao-Dong Wen , 1, 2 Chunhao Yu , 1, 2 Tyler Calway , 1, 2 Chun-Su Yuan , 1, 2, 3 en Chong-Zhi Wang 1 , 2, *
Auteur informatie Artikel notities Copyright en licentie informatie DisclaimerDit artikel is geciteerd door andere artikelen in PMC.
Abstract
Groene thee is een populaire drank die dagelijks door miljoenen mensen over de hele wereld wordt gedronken. Eerdere studies hebben aangetoond dat sommige polyfenolverbindingen uit groene thee antikankeractiviteiten hebben. De systemische evaluatie was echter beperkt. In deze studie hebben we het chemopreventieve potentieel voor kanker bepaald van 10 representatieve polyfenolen (cafeïnezuur, CA; galluszuur, GA; catechine, C; epicatechine, EC; gallocatechine, GC; catechinegallaat, CG; gallocatechinegallaat, GCG; epicatechinegallaat, ECG; epigallocatechine, EGC; en epigallocatechinegallaat, EGCG), en onderzochten hun structuur-activiteitsrelatie. Het effect van de 10 polyfenolverbindingen op de proliferatie van HCT-116 en SW-480 humane colorectale kankercellen werd geëvalueerd met behulp van een MTS-assay. Celcyclusverdeling en apoptotische effecten werden geanalyseerd met flowcytometrie na kleuring met propidiumjodide (PI)/RNase of annexine V/PI. Van de 10 polyfenolen vertoonde EGCG de krachtigste antiproliferatieve effecten en veroorzaakte het significant het stoppen van de celcyclus in de G1-fase en celapoptose. Toen de relatie tussen chemische structuur en antikankeractiviteit werd onderzocht, vertoonden C en EC geen antiproliferatieve effecten en vertoonden GA enkele antiproliferatieve effecten. Wanneer C en EC veresterd met GA om CG en ECG te produceren, waren de antiproliferatieve effecten significant verhoogd. Een vergelijkbare relatie werd gevonden tussen EGC en EGCG. De galluszuurgroep verbeterde het antikankerpotentieel van catechine aanzienlijk. Deze eigenschap zou kunnen worden gebruikt in toekomstige semi-synthese van flavonoïdederivaten om nieuwe antikankermiddelen te ontwikkelen.
Trefwoorden: epigallocatechinegallaat, EGCG, galluszuur, theepolyfenolen, flavonoïden, kankerbestrijding, celcyclus, apoptose, structuur-activiteitsrelatie, darmkanker bij de mens
1. Inleiding
Kanker is een groot probleem voor de volksgezondheid in de wereld. Een op de vier sterfgevallen in de Verenigde Staten is te wijten aan kanker [ 1 ]. De klinische behandeling van kanker omvat steevast diverse conventionele modaliteiten, waaronder chirurgie, bestraling en chemotherapie [ 2 , 3 ]. Vanwege de complexiteit van kanker bij de mens kan alternatief management nodig zijn om de werkzaamheid van therapeutische behandelingen en de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren [ 4 , 5 ]. Chemopreventie of -behandeling van kanker kan natuurlijke producten combineren met chemotherapeutische middelen om tumorontwikkeling te remmen [ 6 , 7 , 8 ].
Botanicals bevatten bioactieve bestanddelen, waaronder enkele met potentiële gezondheidsvoordelen. Veel kruidengeneesmiddelen hebben antioxiderende eigenschappen, die een belangrijke rol spelen bij therapieën [ 9 ]. Antioxidanten zijn verbindingen die cellen beschermen tegen de schadelijke effecten van reactieve zuurstofsoorten (ROS). Wanneer ROS-genererende reacties overmatig worden geactiveerd, komen pathologische hoeveelheden ROS vrij om een onbalans tussen antioxidanten en ROS te creëren. Oxidatieve stress is in verband gebracht met veel verschillende medische aandoeningen, waaronder kanker [ 10 , 11 ].
Groene thee, die krachtige antioxidanten bevat, is een van de meest populaire dranken die over de hele wereld worden geconsumeerd. Van alle antioxidanten die in groene thee worden aangetroffen, zijn de belangrijkste bestanddelen polyfenolen, waaronder fenolzuren en catechinen (Figuur 1). Catechines uit groene thee behoren tot de familie van flavonoïden die krachtige antioxidanten en vrije ijzervangers zijn. Veel botanische flavonoïden bezitten sterke antioxiderende activiteiten in het cardiovasculaire systeem [ 12 ]. De effecten van groene thee op de chemopreventie van kanker zijn toegeschreven aan de antioxiderende activiteiten ervan [ 13 , 14 ].
We hebben eerder gerapporteerd dat ROS die zich ophoopte in met ginseng behandelde colorectale kankercellen een cellulaire signaalverdedigingsroute activeerde, en dat ROS-niveaus werden verlaagd door een combinatiebehandeling met ginseng en antioxidanten [ 15 ]. Uit pilootstudies bleek dat de antikankeractiviteit van panaxadiol (PD), een gezuiverde ginsengverbinding, werd versterkt door epicatechine, maar niet door catechine, de twee natuurlijke antioxidanten die in groene thee worden aangetroffen [ 16 ]. In een volgende studie werden synergetische effecten waargenomen bij de behandeling van darmkankercellen met een combinatie van PD en epigallocatechinegallaat (EGCG), een belangrijke catechine in groene thee [ 17 ].
EGCG is de meest voorkomende en krachtige antioxidant in groene thee voor chemopreventie van kanker [ 18 , 19 ]. Onze eerdere studie toonde aan dat EGCG de effecten van ginsengverbindingen op de remming van de groei van darmkankercellen versterkte, wat aangeeft dat groene thee een effectieve synergist zou kunnen zijn met geneesmiddelen tegen kanker voor de chemopreventie van kanker [ 17 , 20 ]]. De effecten van verschillende theepolyfenolen op de remming van de groei van darmkankercellen zijn echter niet systematisch vergeleken. In deze studie onderzochten we de antiproliferatieve effecten van 10 belangrijke polyfenolen uit groene thee met behulp van twee menselijke colorectale kankercellijnen, HCT-116 en SW-480, en observeerden we dat EGCG de krachtigste antiproliferatieve effecten vertoonde van de geteste verbindingen. De effecten van EGCG op de celcyclus en apoptose werden onderzocht. Structuur-activiteitsrelaties van theepolyfenolen op chemopreventie van kanker werden ook onderzocht.
Figuur 1
Chemische structuren en classificaties van geteste theepolyfenolen.
2. materialen en methoden
2.1. Chemicaliën en materialen
Theepolyfenolen, epigallocatechinegallaat (EGCG), cafeïnezuur (CA), galluszuur (GA), catechine (C), epicatechine (EC), gallocatechine (GC), epigallocatechine (EGC), catechinegallaat (CG), epicatechinegallaat ( ECG) en gallocatechinegallaat (GCG) van biochemische reagenskwaliteit en ten minste 90% zuiver, werden gekocht bij Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, VS). Alle plastic celcultuur werd gekocht bij Falcon Labware (Franklin Lakes, NJ, VS) en Techno Plastic Products (Trasadingen, Zwitserland). Trypsine, McCoy’s 5A en Leibovitz’s L-15 media, foetaal runderserum (FBS), penicilline/streptomycine-oplossing (200x), fosfaatgebufferde zoutoplossing, propidiumjodide (PI) en RNase werden verkregen van Mediatech, Inc. (Herndon, VA, VERENIGDE STATEN VAN AMERIKA). Een CellTiter 96 Aqueous One Solution celproliferatietestkit werd verkregen van Promega (Madison, WI, VS).
2.2. Cel cultuur
Menselijke colorectale kankercellijnen HCT-116 (McCoy’s 5A) en SW480 (Leibovitz’s L-15) werden verkregen van de American Type Culture Collection (Manassas, VA, VS). De cellen werden gekweekt in het aangegeven medium aangevuld met 5% FBS en 50 IE penicilline/streptomycine in een bevochtigde atmosfeer met 5% CO2bij 37°C. Toen de cellen zich in de late log/vroege plateaufase bevonden (met ongeveer 90% van het oppervlak bedekt), gezond en vrij van verontreiniging, werd het celkweekmedium verwijderd. Nadat de cellen waren gewassen met PBS om elk spoor serum te verwijderen dat trypsine zou inactiveren, werd het PBS weggegooid. Een miniliter trypsine werd toegevoegd aan een kolf van 25 ml om de cel-cel- en cel-substraatverbindingen te verbreken. Vers kweekmedium dat serum (5 ml) bevatte, werd vervolgens toegevoegd om de trypsine in de celsuspensie te inactiveren. Na pipetteren van deze suspensie werd een eencellige suspensie bereid. De celsuspensie werd vervolgens geteld voor nauwkeurige celdichtheid. Een aliquot van de celsuspensie (1/4 voor SW-480, 1/6 voor HCT-116) werd in een nieuwe kolf van 25 ml geplaatst met de volledige hoeveelheid celkweekmedium (10 ml) die nodig was voor de maat van de kolf.
2.3. Analyse van celproliferatie
Theepolyfenolen werden voor gebruik opgelost in DMSO en bewaard bij -20 ° C. Cellen werden gezaaid in platen met 96 putjes (1 x 104 ‘cellen/putje). Na 24 uur werden aangegeven concentraties van geneesmiddelen aan de putjes toegevoegd. De eindconcentratie van DMSO was 1%. Controles werden blootgesteld aan kweekmedium dat 1% DMSO bevatte zonder medicijnen. Na de aangegeven incubatieperiode werd celproliferatie geëvalueerd met behulp van een MTS-assay volgens de instructies van de fabrikant. In het kort werd het medium vervangen door 100 L vers medium en 20 μL MTS-reagens (CellTiter 96 Aqueous Solution) in elk putje, en de plaat werd gedurende 1-2 uur teruggebracht naar de incubator. Een hoeveelheid medium van 60 L uit elk putje werd overgebracht naar een ELISA-plaat met 96 putjes en de absorptie ervan bij 490 nm werd geregistreerd. Aangezien 1% DMSO de proliferatie van de twee cellijnen niet beïnvloedde, werden de resultaten uitgedrukt als percentage van de controle (DMSO-vehikel ingesteld op 100%).
2.4. Celcyclusanalyse
HCT-116-cellen werden uitgeplaat met een dichtheid van 2 x 105 cellen op weefselkweekplaten met 24 putjes. Na 1 dag kweken werd het medium ververst en werden de theepolyfenolen toegevoegd. Cellen werden 48 uur geïncubeerd voordat ze werden geoogst. Deze cellen werden gedurende 2 uur voorzichtig met 80% ethanol in een vriezer gefixeerd en werden vervolgens gedurende 5 minuten in een ijsbad behandeld met 0, 25% Triton X-100. Cellen werden opnieuw gesuspendeerd in 150 µL PBS met 40 µg/ml propidiumjodide (PI) en 0,1 mg/ml RNase. De cellen werden 20 minuten bij kamertemperatuur in een donkere kamer geïncubeerd en celcyclusanalyse werd uitgevoerd met behulp van een FACScan-flowcytometer (Becton Dickinson, Mountain View, CA, VS) en FlowJo 9.0-software (Tree Star, Ashland, OR, VS). ). Voor elke meting werden ten minste 10.000 cellen geteld.
2.5. Apoptose-analyse
HCT-116-cellen werden gezaaid in weefselkweekplaten met 24 putjes (2 x 105 cellen /putje). Op de tweede dag werd het medium verwisseld en werden de cellen behandeld met testverbindingen. Na 48 uur behandeling werden de in het medium drijvende cellen verzameld. De hechtende cellen werden losgemaakt met 0,05% trypsine. Vervolgens werd het kweekmedium met FBS en drijvende cellen toegevoegd om de trypsine te inactiveren. Na voorzichtig te zijn gepipetteerd, werden de cellen 5 minuten gecentrifugeerd bij 1500 x g. Het supernatant werd verwijderd en de cellen werden gekleurd met annexine V-FITC en PI volgens de instructies van de fabrikant. Annexin V-FITC detecteert translocatie van fosfatidylinositol van het binnenste naar het buitenste celmembraan tijdens vroege apoptose, en PI kan de cel binnendringen in late apoptose of necrose. Onbehandelde cellen werden gebruikt als controle voor de dubbele kleuring. De cellen werden onmiddellijk na kleuring geanalyseerd met behulp van een FACScan-flowcytometer en FlowJo 9.0-software. Voor elke meting werden minimaal 20.000 cellen geteld.
2.6. Moleculaire Dynamiek Assay
Met behulp van de moleculaire mechanica (MM2) krachtveldmethode werd de moleculaire dynamica van vier gegalloyeerde catechinen berekend en hun geoptimaliseerde 3D-structuren gegenereerd. Het MM2-krachtveld is ontwikkeld voor een breed scala aan chemicaliën. Het is ontworpen om de covalente evenwichtsgeometrie van moleculen te reproduceren [ 21 ]. ChemBio 3D Ultra-software werd gebruikt om de totale energie van gegalloyeerde catechinen in de begintoestand te berekenen, en elke iteratie minimaliseert de totale energie door de atomen van het systeem naar een positie te verplaatsen die energetisch gunstiger is dan de vorige. De modellering stopt wanneer het systeem in evenwicht is.
2.7. Statistische analyse
Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± standaardfout (SE). Een one-way ANOVA werd gebruikt om de statistische significantie van de resultaten te bepalen. In sommige gevallen werd de Student’s t -test gebruikt om twee groepen te vergelijken. Het niveau van statistische significantie werd vastgesteld op p < 0,05.
3. Resultaten
3.1. Antiproliferatieve effecten van theepolyfenolen op menselijke colorectale kankercellen
De belangrijkste actieve stoffen in groene thee zijn polyfenolen. In deze studie werden 10 representatieve theepolyfenolen geselecteerd om hun biologische activiteit te evalueren. Op basis van hun chemische structuur werden ze gescheiden in twee groepen, fenolzuren en flavonoïden, waarvan de laatste werd gescheiden in twee subgroepen, de flavan-3-ol-eenheidsgroep en de gegalloyeerde catechinegroep (Figuur 1). De antiproliferatieve effecten van de 10 polyfenolen werden bepaald en de gegevens worden gepresenteerd op basis van hun structurele groepen (Figuur 2).
Zoals getoond inFiguur 2A, behandeling met 100 µM van de twee fenolzuren, CA en GA, HCT-116-celgroei werd geremd met respectievelijk 8,2% ± 2,4% en 73,9% ± 2,9%. Wanneer de behandelingsconcentratie werd verhoogd tot 300 µM, werd meer remming van de celgroei waargenomen in beide van de twee verbindingen. Voor de flavan-3-ol-eenheidsgroep remde 100 µM C, EC, GC en EGC de HCT-116-celgroei met 1,7% ± 1,1%, 11,6% ± 3,2%, 57,0% ± 3,9% en 53,2% ± 2,0% , respectievelijk. De antiproliferatieve activiteiten van GC en EGC werden versterkt door de behandelingsconcentratie te verhogen tot 300 µM, maar dosisafhankelijke effecten werden niet waargenomen in Cmax en EC. Voor de gegalloyeerde catechinegroep remde 100 µM CG, ECG, GCG en EGCG de HCT-116-celgroei met respectievelijk 20,2% ± 1,4%, 20,3% ± 1,2%, 79,2% ± 3,4% en 98,4% ± 0,7%. Bij alle vier de verbindingen in deze groep werden dosisafhankelijke effecten waargenomen.
Figuur 2
Effecten van theepolyfenolen op de proliferatie van menselijke colorectale kankercellen. Cellijnen ( A ) HCT-116 en ( B ) SW-480 werden gebruikt om de antiproliferatieve effecten van geselecteerde verbindingen te evalueren. Cellen werden 48 uur behandeld met 10-300 μM thee-polyfenolverbindingen en celproliferatie werd getest met de MTS-methode. Resultaten werden genormaliseerd naar elke controle in percentage en uitgedrukt als gemiddelde ± SE van drievoudige experimenten (oplosmiddeldrager ingesteld op 100%).
De antiproliferatieve effecten van de verbindingen in SW-480-cellen zijn vergelijkbaar met HCT-116-cellen. Zoals getoond inFiguur 2B, dosisafhankelijke remming van de groei van kankercellen werd waargenomen op 8 verbindingen, behalve C en EC. De effecten van veel geteste theepolyfenolen vertoonden lagere antiproliferatieve effecten dan op HCT-116-cellen. Niettemin vertoonde EGCG van de 10 testverbindingen opnieuw de sterkste celremmingseffecten op SW-480-cellen.
3.2. Effecten van EGCG op HCT-116-celcyclus
Om de mogelijke mechanismen te evalueren waarmee theepolyfenolen de celgroei remden, werd het celcyclusprofiel bepaald door middel van flowcytometrie. Zoals getoond infiguur 3was het celcyclusprofiel in de controlegroep G1 51,6%, S 31,9% en G2/M 15,8%. Behandeling met 10-20 µM EGCG veranderde het celcyclusprofiel niet. Na behandeling met 30 µM EGCG was het celcyclusprofiel G1 60,3%, S 24,7% en G2/M 14,0%. Wanneer de behandelingsconcentratie toenam tot 40 µM, werd het celcyclusprofiel veranderd in G1 65,3%, S 21,2% en G2/M 11,6%. Behandeling van HCT-116-cellen met 50 µM EGCG gedurende 48 uur verhoogde de G1-fase tot 66,8%, vergeleken met 51,6% in met drager behandelde cellen ( p <0,01) (figuur 3B). EGCG verhoogde dus significant het aantal kankercellen in de G1-fase.
figuur 3
Effecten van EGCG op de HCT-116-celcyclus. HCT-116-cellen werden 48 uur behandeld met 10-50 μM EGCG en vervolgens werd het celcyclusprofiel bepaald met behulp van flowcytometrie na kleuring met PI / RNase. ( A ) Representatieve histogrammen van het DNA-gehalte in elke experimentele groep. ( B ) Percentage van elke celcyclusfase met verschillende behandelingen of met controle. Gegevens worden weergegeven als het gemiddelde ± SE van experimenten in drievoud. * p < 0,05; ** p < 0,01 vs. controle.
3.3. Apoptotische effecten van EGCG op HCT-116-cellen
Verder onderzoeken van de mogelijke mechanismen waarmee actieve thee door polyfenolen celdood veroorzaakt; de apoptotische effecten van EGCG werden geëvalueerd door flowcytometrie na kleuring met annexine V en PI. Annexine V kan worden gedetecteerd in zowel vroege als late stadia van apoptose; terwijl PI cellen alleen kleurt in late apoptose of necrose. Vroege apoptotische cellen waren positief voor annexine V en negatief voor PI (kwadrant rechtsonder); late apoptotische of necrotische cellen gekleurd voor zowel annexine V als PI (kwadrant rechtsboven). het cytogram inFiguur 4A laat zien dat incubatie met EGCG bij 20-40 M gedurende 48 uur het aantal apoptotische cellen niet veranderde; wat in wezen hetzelfde was als in de controlegroep. Met EGCG bij 60-100 µM; cellen in vroege apoptose waren verhoogd. Vergeleken met controle (7,3% ± 1,7%); het percentage vroege apoptose nam toe tot 14,1% ± 2,3% ( p < 0,05); 25,0% ± 1,0% ( p < 0,01) en 23,5% ± 2,1% ( p < 0,01) na behandeling met EGCG gedurende 48 uur bij een concentratie van 60; 80 en 100 µM; respectievelijk. De inductie van late apoptose was ook verhoogd bij 80 en 100 µM (Figuur 4B). De resultaten tonen aan dat EGCG celapoptose significant induceert.
Figuur 4
Effecten van EGCG op apoptose van HCT-116-cellen. HCT-116-cellen werden 48 uur behandeld met 20-100 M EGCG. Apoptose werd gekwantificeerd met behulp van flowcytometrie na kleuring met annexine V/PI. ( A ) Representatieve spreidingsdiagrammen van PI ( y -as) versus annexine V ( x -as). ( B ) Percentage levensvatbare, vroege en late apoptotische cellen. Gegevens worden weergegeven als het gemiddelde ± SE van experimenten in drievoud. * p < 0,05; ** p < 0,01 vs. controle.
3.4. Structuur-activiteitsrelatie van theepolyfenolen bij chemotherapie tegen kanker
Het is interessant om de relatie tussen structuren en hun biologische activiteiten van botanische bestanddelen te testen. In de flavan-3-ol eenheidsgroep vertoonden C en EC lage of geen antiproliferatieve effecten. Nadat een extra fenolische hydroxylgroep aan C en EC was gehecht om GC en EGC samen te stellen, werd het antiproliferatieve effect verhoogd. De twee fenolzuren vertoonden enig positief effect, terwijl galluszuur (GA) krachtiger was dan CA. Wanneer GA veresterd met C en EC om CG en ECG te produceren, werd hun antiproliferatieve effect significant verhoogd. Een vergelijkbare relatie werd ook waargenomen in de GC en EGC. GC en EGC vertoonden antiproliferatieve effecten op een dosisafhankelijke manier. Nadat GA ermee veresterd was om GCG en EGCG samen te stellen, werden hun antiproliferatieve effecten verder versterkt. Globaal, behalve voor C en EC, de theepolyfenolen bezitten verschillende mogelijkheden om kankercellen te remmen, en EGCG vertoonde de meest krachtige antiproliferatieve activiteiten. Aan de andere kant vertoonde GA enkele antiproliferatieve effecten. Wanneer andere catechinen werden veresterd met GA, werd hun antiproliferatieve potentieel aanzienlijk verhoogd. Dit zou een regelmatig patroon kunnen zijn in de relatie tussen structurele en kankerbestrijdende effecten van theecatechinen.
3.5. Moleculaire modellering van EGCG en andere gegalvaniseerde catechinen
Zoals getoond inFiguur 5, werden de geoptimaliseerde 3D-structuren van EGCG en andere gegalloyeerde catechinen gegenereerd door de MM2-krachtveldmethode [ 21 ]. De stereoconfiguratie van EGCG (2 R , 3R ) en GCG ( 2R , 3S ) zijn verschillend, maar de berekende 3D-structuren ervan zijn vrij gelijkaardig. Zoals getoond inFiguur 5(Links), we hebben aan elke ring A, B, C en D toegewezen in de groep met vergalvaniseerde catechinen. Ten opzichte van de ruimtelijke rangschikking van de drie aromatische ringen, verbindt de pyranring C de ringen centraal. Twee aromatische ringen zijn parallel en relatief dicht bij elkaar en zouden kunnen worden gevormd als een intermoleculaire interactie, waarbij de derde aromatische ring verticaal blijft ten opzichte van de twee parallelle ringen. Ring C verbindt drie aromatische ringen met een positie diep binnenin, waardoor het hele molecuul in het midden concaaf wordt, waardoor de drie aromatische ringen dicht bij elkaar blijven. Zoals we hierboven hebben getest, zijn fenolische hydroxylgroepen op ringen B en D positief voor antikankeractiviteit. Deze structuur-activiteitsrelaties en moleculaire modelleringswaarnemingen zouden kunnen worden gebruikt in de toekomstige semi-synthese van theecatechinederivaten om krachtigere antikankermiddelen in deze reeks verbindingen te ontwikkelen.
Figuur 5
De driedimensionale (3D) structuren van gegalloyeerde catechinen. Moleculaire modellering van EGCG en andere gegalloyeerde catechinen werd gegenereerd door de MM2-krachtveldmethode. (Linker paneel) Als we EGCG als modelstructuur nemen, worden de drie aromatische ringen toegewezen als ringen A, B en D, terwijl de pyranring C wordt toegewezen. (Rechter paneel) MM2 geoptimaliseerde 3D-structuren van CG, GCG, ECG en EGCG zijn getoond.
4. Discussie
Thee van Camellia sinensis L. van de Theaceae-familie is een van de oudste en meest gedronken dranken ter wereld. Thee kan worden ingedeeld in drie soorten: groen, oolong en zwart. Groene thee, die wordt gemaakt van niet-gefermenteerde bladeren en rechtstreeks afkomstig is van het drogen van verse theeblaadjes, is een populaire drank die elke dag door honderden miljoenen mensen wordt geconsumeerd. In oosterse culturen werd lange tijd algemeen aangenomen dat groene thee geneeskrachtige werking heeft voor de preventie en behandeling van vele ziekten. Moderne wetenschappelijke onderzoeken naar biologische en farmacologische eigenschappen zijn echter pas onlangs begonnen [ 22 , 23], en er is veel aandacht besteed aan het antioxidantpotentieel, inclusief cardiovasculaire bescherming, antimutagene, antivirale en antikankeractiviteiten [ 16 , 24 ].
Er wordt aangenomen dat de belangrijkste bioactieve bestanddelen van groene thee polyfenolen zijn, waaronder fenolzuren en flavonoïden (Figuur 1). Flavan-3-olen of catechines zijn de meest overheersende verbindingen in groene thee, goed voor 16%-30% van het droge gewicht. EGCG is de belangrijkste catechine in thee. Op basis van recente onderzoeken suggereerden eerdere gegevens dat EGCG verantwoordelijk is voor een groot deel van de biologische activiteit die wordt gemedieerd door groene thee, waaronder chemopreventie van kanker. Theepolyfenolen kunnen een adjuvans potentieel hebben om de effecten van andere antikankerverbindingen te versterken. Panaxadiol, een pseudoaglycon van het diol-type triterpenoïde met een dammaraanskelet, is een actieve antikankerverbinding in gestoomde ginseng [ 7 ]. In onze eerdere studie werd een gunstig effect verkregen bij het combineren van panaxadiol met EC bij de behandeling van colorectale kankercellen [ 16]. Onlangs hebben we waargenomen dat EGCG het antiproliferatieve effect van panaxadiol op humane colorectale kankercellen significant versterkte [ 17 ].
Antikankeractiviteiten van sommige theepolyfenolen werden geëvalueerd [ 25 ]. Theepolyfenolen hebben chemopreventieve effecten op prostaat [ 26 ], borst [ 27 ], long [ 28 ] en colorectale kanker [ 29 ]. De systemische structuur-activiteitsrelatiestudie was echter beperkt. In deze studie selecteerden we 10 theepolyfenolen, die representatieve verbindingen waren in drie groepen / subgroepen, en onderzochten we de relaties van hun structuren met antikankerpotentieel.
Met behulp van twee colorectale kankercellijnen HCT-116 en SW-480 werden de antiproliferatieve effecten van de theepolyfenolen geëvalueerd. De twee cellijnen die in dit onderzoek zijn gebruikt, hebben een gevarieerde p53-expressie: HCT-116 is p53-wildtype, terwijl SW-480-cellen een p53-mutatie bevatten. Kankercellen met p53-mutaties zijn resistent tegen veel chemotherapeutische middelen. Over het algemeen was de groeiremming voor bijna alle geteste verbindingen in HCT-116-cellen sterker dan in SW-480-cellen (Figuur 2), wat suggereert dat p53 een belangrijke rol kan spelen in het remmende effect van theepolyfenolen op de groei van colorectale kankercellen.
In deze studie vertoonde EGCG, van de 10 geteste polyfenolen, de krachtigste antiproliferatieve effecten. Het antiproliferatieve effect van EGCG is zelfs krachtiger dan 5-fluorouracil, een medicijn voor chemotherapie bij colorectale kanker [ 30 ]. Om mogelijke antikankermechanismen van EGCG te onderzoeken, hebben we celcyclus- en apoptotische analyse uitgevoerd. Celcyclustesten toonden aan dat EGCG het celpercentage in de G1-fase zou kunnen verhogen, wat gedeeltelijk kan bijdragen aan de remming van de groei van EGCG door kankercellen (figuur 3). Apoptose wordt beschouwd als een belangrijke route bij de remming van tumorgroei door veel middelen tegen kanker [ 31 ]. We hebben waargenomen dat EGCG significante celapoptose induceerde in HCT-116-cellen (Figuur 4), wat suggereert dat de antiproliferatieve effecten van EGCG in menselijke colorectale kankercellen ten minste gedeeltelijk via de apoptose-route plaatsvinden.
Op basis van de chemische structuren en waargenomen biologische activiteiten, hebben we de structuur-activiteitsrelatieanalyse van theepolyfenolen op chemopreventie van kanker onderzocht. Binnen de drie groepen/subgroepen vertoonden fenolzuren relatief lagere antiproliferatieve effecten in vergelijking met actieve flavonoïden, terwijl de effecten van galluszuur krachtiger waren dan die van cafeïnezuur. Voor de 8 flavonoïden vertoonden in elke subgroep gegalloyeerde catechinen een nog krachtigere activiteit. De antiproliferatieve effecten van GC, EGC, GCG en EGCG waren bijvoorbeeld sterker dan hun overeenkomstige verbindingen C, EC, CG en ECG, respectievelijk. Interessant is dat door antiproliferatieve effecten te vergelijken met hun structuren tussen de twee subgroepen van flavonoïden, we ontdekten dat wanneer een catechine-eenheid wordt veresterd met galluszuur, het antiproliferatieve effect wordt aanzienlijk verhoogd. Bovendien, hoewel de stereoconfiguratie van theepolyfenolen anders is, lijken hun geoptimaliseerde 3D-farmacofoorstructuren behoorlijk op elkaar. De twee dichte parallelle aromatische ringen en een derde aromatische ring verticaal ten opzichte van de twee parallelle ringen kunnen een sleutelrol spelen in hun biologische activiteiten. Deze moleculair dynamische informatie van theecatechinen zou toekomstige structurele modificaties van deze groep verbindingen kunnen helpen.
5. Conclusies
In deze studie evalueerden we de chemopreventieve effecten van 10 theepolyfenolen op menselijke colorectale kankercellen. Veel geteste theepolyfenolen oefenen dosisafhankelijke antiproliferatieve effecten uit en EGCG vertoonde de meest krachtige activiteiten. Stopzetting van de celcyclus en inductie van apoptose kunnen een belangrijke rol spelen bij EGCG-geïnduceerde kankerceldood. Analyse van structuur-activiteitsrelaties toonde aan dat als galluszuur wordt veresterd met catechinen, hun antikankeractiviteiten aanzienlijk toenemen. Moleculaire dynamica-assay op EGCG suggereerde dat twee dicht bij elkaar liggende parallelle aromatische ringen en een derde aromatische ring verticaal ten opzichte van de twee parallelle ringen een sleutelrol kunnen spelen in de farmacofooractiviteit. Gegevens uit deze studie leverden nieuwe aanwijzingen op voor toekomstige semi-synthese van thee-catechinederivaten om nieuwe antikankermiddelen te ontwikkelen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de NIH/NCCAM-beurzen P01 AT 004418 en K01 AT005362.
Belangenverstrengeling
De auteurs verklaren geen belangenverstrengeling.
Referenties
1.
Siegel R., Naishadham D., Jemal A. Kankerstatistieken, 2012. CA Cancer J. Clin. 2012; 62 :10-29. doi: 10.3322/caac.20138. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]2.
Wood CG Multimodale benaderingen bij de behandeling van lokaal gevorderd en gemetastaseerd niercelcarcinoom: combinatie van chirurgie en systemische therapieën om het resultaat voor de patiënt te verbeteren. clin. Kanker onderzoek. 2007; 13 :697s–702s. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-06-2109. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]3.
Randhawa MA, Alghamdi MS Antikankeractiviteit van Nigella sativa (zwart zaad) – Een overzicht. Ben. J. Kin. Med. 2011; 39 :1075-1091. doi: 10.1142/S0192415X1100941X. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]4.
Oettle H., Post S., Neuhaus P., Gellert K., Langrehr J., Ridwelski K., Schramm H., Fahlke J., Zuelke C., Burkart C., Gutberlet K., et al. Adjuvante chemotherapie met gemcitabine versus observatie bij patiënten die curatieve resectie van pancreaskanker ondergaan: een gerandomiseerde gecontroleerde studie. JAMA. 2007; 297 :267-277. [ PubMed ] [ Google Scholar ]5.
Xu Z., Chen X., Zhong Z., Chen L., Wang Y. Ganoderma lucidum polysacchariden: immunomodulatie en mogelijke antitumoractiviteiten. Ben. J. Kin. Med. 2011; 39 :15–27. doi: 10.1142/S0192415X11008610. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]6.
Biagi JJ, Raphael MJ, Mackillop WJ, Kong W., King WD, Booth CM Vereniging tussen tijd tot aanvang van adjuvante chemotherapie en overleving bij colorectale kanker: een systematische review en meta-analyse. JAMA. 2011; 305 :2335-2342. [ PubMed ] [ Google Scholar ]7.
Wang CZ, Calway T., Yuan CS Kruidengeneesmiddelen als adjuvantia voor kankertherapieën. Ben. J. Kin. Med. 2012; 40 :657-669. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]8.
Bougnoux P., Hajjaji N., Maheo K., Couet C., Chevalier S. Vetzuren en borstkanker: sensibilisatie voor behandelingen en preventie van gemetastaseerde hergroei. prog. Lipide Res. 2010; 49 :76-86. doi: 10.1016/j.plipres.2009.08.003. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]9.
Cadenas E., Packer L., redacteuren. Handboek van antioxidanten. Marcel Dekker, Inc.; New York, NY, VS: 2002. p. 711. [ Google Scholar ]10.
Fuchs-Tarlovsky V. De rol van antioxidanten bij kankertherapie. Voeding. 2012 in de pers. [ PubMed ] [ Google Scholar ]11.
Lawless MW, O’Byrne KJ, Gray SG Gericht op oxidatieve stress bij kanker. Deskundige mening. daar. doelen. 2010; 14 : 1225-1245. doi: 10.1517/14728222.2010.526933. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]12.
Wang CZ, Mehendale SR, Calway T., Yuan CS Botanische flavonoïden op coronaire hartziekten. Ben. J. Kin. Med. 2011; 39 :661-671. doi: 10.1142/S0192415X110910X. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]13.
Kumar N., Shibata D., Helm J., Coppola D., Malafa M. Groene thee polyfenolen bij de preventie van darmkanker. Voorkant. Biosc. 2007; 12 :2309–2315. doi: 10.2741/2233. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]14.
Mak JC Potentiële rol van groene thee catechinen in verschillende ziektetherapieën: vooruitgang en belofte. clin. Exp. Pharmacol. fysio. 2012; 39 :265-273. doi: 10.1111/j.1440-1681.2012.05673.x. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]15.
Li B., Zhao J., Wang CZ, Searle J., He TC, Yuan CS, Du W. Ginsenoside Rh2 induceert apoptose en paraptose-achtige celdood in colorectale kankercellen door activering van p53. Kanker Let. 2011; 301 :185-192. doi: 10.1016/j.canlet.2010.11.015. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]16.
Rodriguez M., Du GJ, Wang CZ, Yuan CS Brief aan de redacteur: de antikankeractiviteit van Panaxadiol wordt versterkt door epicatechine. Ben. J. Kin. Med. 2010; 38 :1233-1235. doi: 10.1142/S0192415X10008597. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]17.
Du GJ, Wang CZ, Qi LW, Zhang ZY, Calway T., He TC, Du W., Yuan CS De synergetische apoptotische interactie van panaxadiol en epigallocatechinegallaat in menselijke colorectale kankercellen. fytother. Onderzoek 2012 doi: 10.1002/ptr.4707. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]18.
Nakazato T., Ito K., Ikeda Y., Kizaki M. Groene thee-component, catechine, induceert apoptose van menselijke kwaadaardige B-cellen via de productie van reactieve zuurstofsoorten. clin. Kanker onderzoek. 2005; 11 :6040-6049. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-04-2273. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]19.
Lambert JD, Elias RJ De antioxiderende en pro-oxiderende activiteiten van groene thee-polyfenolen: een rol bij kankerpreventie. Boog. Biochem. Biofysica. 2010; 501 :65-72. doi: 10.1016/j.abb.2010.06.013. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]20.
Fujiki H., Suganuma M. Groene thee: een effectieve synergist met geneesmiddelen tegen kanker voor tertiaire kankerpreventie. Kanker Let. 2012; 324 :119–125. doi: 10.1016/j.canlet.2012.05.012. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]21.
Chan J., Huang Z., Merrifield ME, Salgado MT, Stillman MJ Studies van metaalbindingsreacties in metallothioneïnes door spectroscopische, moleculaire biologie en moleculaire modelleringstechnieken. Coördinatie Chem. Rev. 2002; 233-234 :319-339. [ Google Scholar ]22.
Singh BN, Shankar S., Srivastava RK Groene thee catechine, epigallocatechin-3-gallate (EGCG): mechanismen, perspectieven en klinische toepassingen. Biochem. Pharmacol. 2011; 82 : 1807-1821. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]23.
Cabrera C., Artacho R., Gimenez R. Gunstige effecten van groene thee – Een overzicht. J. Ben. Coll. Nutr. 2006; 25 :79-99. [ PubMed ] [ Google Scholar ]24.
Yanagimoto K., Ochi H., Lee KG, Shibamoto T. Antioxidatieve activiteiten van vluchtige extracten van groene thee, oolongthee en zwarte thee. J. Agric. Voedsel Chem. 2003; 51 :7396-7401. doi: 10.1021/jf030127i. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]25.
Henning SM, Wang P., Heber D. Chemopreventieve effecten van thee bij prostaatkanker: groene thee versus zwarte thee. Mol. Nutr. Voedsel. Onderzoek 2011; 55 :905-920. doi: 10.1002/mnfr.2010000648. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]26.
Thakur VS, Gupta K., Gupta S. Groene thee polyfenolen veroorzaken stopzetting van de celcyclus en apoptose in prostaatkankercellen door klasse I histondeacetylasen te onderdrukken. Carcinogenese. 2012; 33 :377-384. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ Google Scholar ]27.
Belguise K., Guo S., Sonenshein GE. Activering van FOXO3a door de groene thee polyfenol epigallocatechin-3-gallaat induceert oestrogeenreceptor-alfa-expressie die het invasieve fenotype van borstkankercellen omkeert. Kanker onderzoek. 2007; 67 :5763-5770. [ PubMed ] [ Google Scholar ]28.
Lu G., Liao J., Yang G., Reuhl KR, Hao X., Yang CS Remming van adenoomprogressie naar adenocarcinoom in een door 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanon-geïnduceerd longtumorigenese model in A/J muizen door thee polyfenolen en cafeïne. Kanker onderzoek. 2006; 66 : 11494–11501. [ PubMed ] [ Google Scholar ]29.
Larsen CA, Bisson WH, Dashwood RH Theecatechinen remmen de activiteit van de hepatocytgroeifactorreceptor (MET-kinase) in menselijke darmkankercellen: kinetische en moleculaire dockingstudies. J. Med. Chem. 2009; 52 :6543-6545. doi: 10.1021/jm901330e. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]30.
Wang CZ, Luo X., Zhang B., Song WX, Ni M., Mehendale S., Xie JT, Aung HH, He TC, Yuan CS Notoginseng verbetert het antikankereffect van 5-fluorouracil op menselijke colorectale kankercellen . Kanker Chemother. Pharmacol. 2007; 60 :69-79. doi: 10.1007/s00280-006-0350-2. [ PMC gratis artikel ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]31.
Reed JC, Pellecchia M. Op apoptose gebaseerde therapieën voor hematologische maligniteiten. Bloed. 2005; 106 :408-418. doi: 10.1182/bloed-2004-07-2761. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
