مجله علوم تغذيه و صنايع غذايي ايران سال هفتم ضميمه شماره 4 زمستان 1391 صفحات 1-10 بررسي اثرات ضدسرطاني فلاونوي يدها بر مبناي مسير انتقال پيام PI3K/Akt 3 2 1 رقيه شهبازي سيد حسين داودي سعيده اسمعيلي 1- كميته تحقيقات دانشجويان انستيتو تحقيقات تغذيهاي و صنايع غذايي كشور دانشكده علوم تغذيه و صنايع غذايي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي تهران ايران 2- نويسنده مسي ول: استاديار گروه تغذيه باليني و رژيم درماني انستيتو تحقيقات تغذيهاي و صنايع غذايي كشور دانشكده علوم تغذيه و صنايع غذايي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي. پست الكترونيكي: hdavoodi2002@yahoo.com 3- كارشناس ارشد علوم و صنايع غذايي گروه علوم و صنايع غذايي انستيتو تحقيقات تغذيهاي و صنايع غذايي كشور دانشكده علوم تغذيه و صنايع غذايي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي چكيده در سالهاي اخير فلاونوي يدها به عنوان گروهي از تركيبات پليفنولي به دليل اثرات سودمند بر سلامتي مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاند. مطالعات متعددي نشان ميدهند كه اثرات ضدسرطاني فلاونوي يدها از طريق مهار مسير انتفال پيام PI3K/Akt ميباشد. تنظيم نبودن اين مسير به شروع پاسخهاي متعددي مانند: رشد تكثير بقا و تحرك سلولي و در نهايت پيشرفت تومور منجر ميشود. در اين مطالعهي مروري اثرات ضدسرطاني فلاونوي يدها بر مبناي مسير انتقال پيام PI3K/Akt بررسي شده است. بازنگري مطالعات مختلف نقش ضدسرطاني فلاونوي يدها از طريق سركوب فعاليت آنزيم PI3k و سپس مهار فعاليت Akt تا ييد ميكند. عدم فعاليت اين مسير به مهار ساير مسيرهاي انتقال پيام از جمله مسيرهاي mtor و NF-κB منجر ميشود. مهار فعاليت mtor و NF-κB باعث كاهش رشد تكثير تهاجم سلولي و متاستاز ميشود. از سوي ديگر آپوپتوز به دليل تنظيم افزايشي پروتي ينهاي پروآپوپتوتيك و تنظيم كاهشي پروتي ينهاي آنتيآپوپتوتيك افزايش مييابد. همچنين كاهش فعاليت مسير PI3K/Akt در سلولهاي اندوتليال آنژيوژنز را مهار ميكند. فلاونوي يدها به عنوان تركيبات فعال ضدسرطان از طريق تنظيم كاهشي مسير PI3k/ Akt ميتوانند در پيشگيري و درمان سرطان مو ثر باشند. بنابراين ميتوان استفاده از فلاونوي يدها را به عنوان درمان همراه با ساير عوامل دارويي پيشنهاد كرد. بديهي است كه بررسيهاي تكميلي در سطوح سلولي و مدلهاي حيواني همچنان مورد نياز است واژگان كليدي: فلاونوي يدها مسير انتقال پيام PI3K/Akt پروليفراسيون متاستاز آپوپتوز آنژيوژنز - مقدمه از ديدگاه زيست شناختي سلولي و مولكولي سرطان يك فرايند بلندمدت است كه به علت نقايص ملكولي در فعاليت سلولي ايجاد شده و موجب تغييرات مشابه در ژنهاي سلولي ميشود. اين بيماري مجموعه اي از وقايع ژنتيكي و عوامل مرتبط با محيط و شيوه زندگي ميباشد (2 1). سرطان بعد از بيماريهاي قلبي به عنوان دومين علت مرگ و مير در اكثر كشورهاي جهان به شمار ميرود. تصور ميشود تا سال 2015 ميلادي حدود %13 از كل مرگ و ميرها در جهان مرتبط با انواع سرطان باشد. در ايران بعد از بيماريهاي قلبي عروقي و تصادفات سرطان سومين علت مرگ و مير ميباشد (3). اخيرا توجه زيادي به نقش مداخلات تغذيهاي در پيشگيري و درمان سرطان شده است. در اين ميان فلاونوي يدها از جايگاه ويژهاي برخوردارند. تاكنون بيش از 4000 هزار فلاونوي يد شناسايي شده است. فلاونوي يدها تركيبات زيست فعالي هستند كه به مقدار فراواني در ميوهها سبزيها دانهها مغزها و نوشيدنيهايي نظير چاي يافت ميشوند و علاوه بر اثرات آنتي اكسيداني ضد التهابي ضد پرفشاري خون و ضد آلرژي داراي خاصيت ضد سرطاني نيز ميباشند (4-8) و با تقويت سيستم آنتياكسيداني و سمزدايي بدن و حذف كارسينوژنها و راديكالهاي آزاد اندوژن و اگزوژن از شروع سرطان پيشگيري ميكنند. بعلاوه مطالعات مختلف بيانگر اهميت اين تركيبات در مهار پيشرفت سرطان است (9 6). با وجود بررسيهاي مكرر مكانيسم دقيق عملكرد ضد سرطاني فلاونوي يدها شناسايي نشده است. اين تركيبات پليفنولي ميتوانند با تا ثير بر مسيرهاي مختلف انتقال پيام از جمله مسير 3-k) phosphoinositide 3 -kinase (PI و
ض 2 بررسي اثرات ضدسرطاني.../ رقيه شهبازي و همكاران (B Akt (protein kinase و در نتيجه اثر بر فرايندهاي تكثير و تمايزسلولي آپوپتوز آنژيوژنز و متاستاز عمل كنند (10-13). مسير PI 3 Kinase/AkT در كنترل همزمان متابوليسم و نيز رشد و تكثير سلولي در سلولهاي سالم و بدخيم دخالت دارد. در بسياري از انواع سرطانها اجزاي اين مسير دچار افزايش ميزان يا عملكرد شده اند و اين امر يكي از مهمترين دلايل افزايش بقا و كاهش مرگ سلولهاي سرطاني است (14-16). فعال شدن برخي از گيرندههاي سطح سلول از جمله گيرندههاي تيروزين كينازي يا گيرندههاي متصل با G پروتي ينها در اثر اتصال ليگاندهايي نظير فاكتورهاي رشد و انسولين منجر به فسفريلاسيون و فعالسازي آنزيم PI k-3 و متعاقبا فسفريلاسيون و فعالسازي Akt به عنوان يك كيناز مركزي در اين مسير ميشود (16 14). Akt فعال منجر به فسفريلاسيون برخي تركيبات موجود در مسيرهاي تنظيمي تكثير تمايز و بقاي سلولي از قبيل پروتي ينهاي آپوپتوتيك و فاكتورهاي رونويسي شده كه نهايتا اين امر منجر به مهار آپوپتوز و افزايش تكثير رشد و بقاي سلولي ميشود (17 14). هدف اين مطالعه مروري تعيين اثرات ضد سرطاني فلاونوي يدها از طريق اثر آنها بر روي رشد و تكثير سلولي متاستاز آپوپتوز و آنژيوژنز بر مبناي مسير انتقال پيام PI3k /Akt ميباشد. شكل 1 مسير انتقال پيام PI3K/ Akt را نشان ميدهد. PI3K: phosphoinositide 3 -kinase PIP:Phosphatidyl inositol phosphate PTEN: Phosphatase and tensin homolog (a major tumor-suppressor protein ) PDK : phosphoinositide-dependant kinase شكل 1. مسير انتقال پيام.PI3K/ Akt
ض 3 مجله علوم تغذيه و صنايع غذايي ايران سال هفتم ضميمه شماره 4 زمستان 1391 فاكتور هستهاي كاپا- NF-κB, Nuclear ) B (factor kappa B ازجمله تركيباتي كه توسط مسير انتقال پيام PI3K/Akt فعال ميشود فاكتور رونويسي هستهاي كاپا- B (NF-κB) ميباشد. اين فاكتور رونويسي هستهاي به صورت هتروديمري متشكل از پروتي ينهاي p50- در p65 سيتوپلاسم سلولها قرار دارد و پس از فعال شدن وارد هسته شده منجر به تغيير بيان برخي ژنها ميگردد. (IKKs) كمپلكس آنزيمي kinase Inhibitor of kappa-b از جمله تركيباتي ميباشد كه توسط Akt فسفريله شده و منجر به فعال شدن NF-κB ميشود. ژنهايي كه توسط اين فاكتور رونويسي فعال ميشوند در تنظيم سيكل سلولي تكثير سلولي بقاي سلول التهاب و متاستاز نقش دارند. افزايش فعاليت اين فاكتور در سلولهاي سرطاني يكي از مهمترين مكانيسمهاي مقاومت سلولها نسبت به درمانهاي دارويي يا اشعه يونيزان ميباشد (18-22). كمپلكس پروتي يني Mammalian target of ) mtor (rapamycin كمپلكس پروتي يني mtor با فعاليت كينازي در تنظيم رشد و تكثير سلولي بقاي سلولي رونويسي و سنتز پروتي ين نقش دارد. افزايش بيان و فعاليت اين كمپلكس در بسياري از انواع سرطانها مشاهده شده است. يكي از مسيرهاي فعال شدن اين كمپلكس آنزيمي فسفريلاسيون آن توسط phospho-akt در اثر فعاليت مسير PI3K/Akt ميباشد.(23 24) پروتي ينهاي آپوپتوتيك Bcl-2 associated X ) BAX Caspases و (protein پروتي ين BAX پروتي ين پروآپوپتوتيك از خانواده پروتي ينهاي Bcl-2 ميباشد كه در پيشبرد آپوپتوز از طريق مسير ميتوكندريايي نقش مهمي دارد. اين پروتي ين ميتواند از طريق فعال شدن آبشار پروتي يني Caspases نقش ايفا كند. پروتي ينهاي Caspase آنزيمهاي پروتي از از خانواده پروتي ازهاي سيستي يني هستند كه نقش كليدي در روند آپوپتوز و التهاب دارند. فسفريلاسيون اين پروتي ينها در پي فعال شدن مسير PI3K/Akt باعث مهار آنها ميشود (26 اثرات ضد سرطاني فلاونوي يدها اثر فلاونوي يدها بر تكثير سلولهاي سرطاني: مطالعات متعددي بيانگر اثر مهاري فلاونوي يدهاي مختلف بر روي رشد و تكثير سلولهاي سرطاني ميباشد. در برخي از اين مطالعات ارتباط بين ساختار مولكولي فلاونوي يدها و اثرات آنها در مهار رشد و تكثير سلولي گزارش شده است. Agullo و همكاران در مطالعهاي به بررسي ارتباط بين ساختار مولكولي 14 فلاونوي يد متعلق به طبقات مختلف و نقش آنها در مهار رشد و تكثير سلولي از طريق مهار آنزيم Phosphatidylinositol -3 Kinase در سلولهاي بدخيم A431 (گروهي از سلولهاي سرطاني كه درآن گيرندههاي فاكتور رشد اپيدرمي بيش از حد بيان ميشوند) پرداختند. ميزان فعاليت آنزيم فوق در سلولهاي مورد نظر در شرايط تيمار و عدم تيمار با فلاونوي يدها توسط روشهاي HPLC و (TLC) Thin layer chromatography سنجيده شد. در اين مطالعه بيشترين اثر مهاري بر آنزيم PI3K به ترتيب مرتبط با طبقه Flavonols شامل Fisetin Morin Myricetin Flavones و طبقه Galangin Kampferol Quersetin شامل Chrysin Apigenin Luteolin Disometin بود در حالي كه فلاونوي يدهاي Genistein Hesperetin Catechin فاقد اثرات مهاري بودند. فلاونوي يد Myricetin بيشترين اثر مهاري را روي آنزيم PI3K نشان داد. به علاوه فلاونوي يدهاي طبقات Flavonols و Flavones باعث مهار گيرندههاي فاكتور رشد اپيدرمي نيز شدند. نتايج اين مطالعه بيانگر ارتباط بين ساختار فلاونوي يدها و مهار آنزيم PI3K و در نتيجه مهار تكثير سلولي ميباشد به طوري كه به نظر ميرسد جايگاه و تعداد استخلافهاي گروههاي هيدروكسيل در حلقه B و پيوند دوگانه بين كربنهاي C 2 C- 3 بر عملكرد فلاونوي يدها اثر گذار است (27). در مطالعهاي كه توسط Golati و همكارانش انجام شد اثرات بيوفلاونوي يد كورستين بر تكثير و بقاي سلولهاي سرطان سينه رده سلولي HCC1937 سلولهاي فاقد PTEN مورد بررسي قرار گرفت. PTEN يك عامل سركوبگر تومور ميباشد كه با مهار فسفريلاسيون PI3K و متعاقب آن مهار فسفريلاسيون Akt باعث مهار مسير انتقال پيام PI3K/Akt و در نتيجه كاهش رشد تكثير و بقاي سلوله يا سرطاني ميشود. در اين مطالعه سلولهاي HCC1937 به صورت وابسته به زمان تحت تيمار با فلاونوي يد كورستين قرار.(16 25
ض 4 بررسي اثرات ضدسرطاني.../ رقيه شهبازي و همكاران گرفتند. ميزان تكثير سلولي پس از 24 ساعت با استفاده از روش MTT assay ارزيابي شد. ميزان فسفريلاسيون Akt (Phospho-Akt) با روش ايمونوبلات اندازهگيري شد. نتايج مطالعه نشان داد كورستين در دزهاي فارماكولوژيك باعث مهار مسير PI3K/Akt و كاهش تكثير سلولي در سلولهاي سرطاني سينه ميشود (28). Khan و همكارانش به بررسي اثرات فلاونوي يد فيستين (تترا هيدروكسي فلاون) بر رشد و تكثير سلو لهاي سرطاني ريه در رده سلوليA549 پرداختند. در سرطان ريه افزايش فسفريلاسيون و فعاليت كمپلكس پروتي يني mtor مشاهده شده است كه اين امر با افزايش فعاليت بيش از حد مسير انتقال پيام PI3K/Akt مرتبط ميباشد. بنابراين مهار مسير mtorو PI3K/Akt ميتواند عامل ارزشمندي در درمان سرطان ريه باشد. نتايج اين مطالعه نشان داد فيستين باعث كاهش بيان پروتي ين PI3K كاهش فسفريلاسيون Akt و mtor ميشود. همچنين در سلولهاي تيمار شده با فيستين مهار وابسته به دز اجزاي كمپلكس انتقال پيام mtor شامل Rictor, Raptor, GβL و PRAS40 مشاهده شد. به اين ترتيب فيستين مانع رشد و تكثير سلولي و تشكيل كلوني در سلوله يا A549 ميشود.(29) در مطالعهاي كه بر روي سلولهاي سرطان سينه (MDA-MB-231) و ريه (A549) انجام شد مشخص شد افزودن اپيگالو كاتچينگالات (EGCG) عمدهترين پليفنول چاي سبز به محيط كشت سلولهاي سرطاني سينه و ريه رشد و تكثير اين سلولها را كاهش ميدهد. در اين مطالعه مشخص شد EGCG به عنوان مهاركننده رقابتي AKT به جايگاه فعالPI3K و mtor متصل شده و مانع از اتصال ATP به اين جايگاه و باعث مهار فسفريلاسيون Akt و كاهش تكثير سلولي ميشود (30). اثر فلاونوي يدها بر متاستاز مطالعات نشان دادهاند فاكتور رشد هپاتوسيت (HGF) Hepatocyte growth factor و رسپتور آن نقش كليدي در تحريك رشد و تهاجم سلوله يا سرطاني بر عهده دارند. در همين راستا مطالعاتي به منظور بررسي اثرات ضد متاستازي فلاونوي يدها از طريق مهار HGF و گيرنده آن صورت گرفته است. در مطالعهاي كه توسط Lee و همكاران صورت گرفت نقش مهاري 4 فلاونوي يد genistein apigenin naringenin و kaempferol بر رشد تهاجمي سلولهاي سرطان سينه ردهMDA-MB-231 و متاستاز القا شده در اين رده سلولي از طريق تعامل بين HGF و گيرنده آن بررسي شد. در اين مطالعه apigenin بيشترين نقش مهاركنندگي را در برابر تهاجم و مهاجرت سلولي القاء شده توسط HGF نشان داد. نقش apigenin در مهار مسير انتقال پيام القا شده توسط HGF از طريق آناليز immunoblotting صورت گرفت. نتايج اين آناليز نشان دهنده مهار فسفريلاسيون Akt و مهار مسير PI3K/Akt بود. علاوه بر اين apigenin توانست متاستاز القا شده توسط HGF را در موشهاي مبتلا به تومور مهار كند. يافتههاي اين مطالعه نقش ضد متاستازي فلاونوي يد apigenin را از طريق مهار مسير PI3K/Akt تا ييد ميكند (31). Lee و همكارانش در مطالعهي ديگر كه بر روي سلولهاي سرطان معده انجام دادند به بررسي اثرات مهاري فلاونوي يد Nobiletin فلاون استخراج شده از مركبات بر چسبندگي سلولي مهاجرت و تهاجم سلولهاي سرطاني و مهار متاستاز در سلولهاي AGS (سلولهايي با قابليت متاستاتيك بالا) پرداختند. نتايج مطالعه مهار متاستاز را در اين سلولها نشان داد. Nobiletin ميتواند فعالسازي kinase (FAK) focal adhesion و PI3K/Akt را مهار كرده و مانع از فعاليت فاكتور رونويسي هستهاي NF-κB و اتصال آن به عناصر پاسخ دهنده به NF-κB شده در نتيجه فعاليت متالو پروتي يناز ماتريكس 2 (MMP-2) و متالو پروتي يناز ماتريكس 9 ( MMP-9 )(پروتي ينهاي كليدي در پيشبرد متاستاز) را مهار كند. بنابراين Nobiletin بطور قابل ملاحظه اي باعث مهار تهاجم و مهاجرت سلولهاي كارسينوماي معده ميشود.(32) در همين راستا Chien و همكاران در مطالعهاي اثرات فلاونوي يد فيستين را بر توانايي چسبندگي مهاجرت تهاجم و متاستاز سلولهاي سرطان پروستات رده PC3 (سلولهايي با قابليت متاستازي بالا) مورد بررسي قرار دادند. در اين مطالعه مشاهده شد فيستين به صورت وابسته به دز ميتواند باعث كاهش توان متاستازي سلولهاي PC3 از طريق مهار مسير انتقال پيام PI3K/Akt و در پي آن كاهش بيان و فعاليت MMP-2 و MMP-9 ميشود. بعلاوه فيستين به طور معناداري منجر به مهار سطوح هستهاي NF-κB و توانايي اتصال آن ميشود (33). در مطالعه ديگر اثرات آنتي متاستاتيك پلي فنولهاي in وvivo in vitro شرايط Blueberryدر مورد آزمايش قرار گرفت. در اين مطالعه 3 رده سلولي سرطان سينه شامل رده
ض 5 مجله علوم تغذيه و صنايع غذايي ايران سال هفتم ضميمه شماره 4 زمستان 1391 سلولهاي سينه HCC38 و HCC1937 MDA-MB-231 تحت تيمار با عصاره پلي فنولهاي Blueberry در دزهاي مختلف قرار گرفتند. يافتههاي مطالعه حاكي از اثر عصاره Blueberry در كاهش پروليفراسيون در هر 3 رده سلولي تحت تيمار با Blueberry بود. بعلاوه Blueberry باعث كاهش قابليت متاستاتيك رده MDA-MB-231 از طريق مهار مهاجرت و تهاجم سلولهاي سرطاني شد. بررسيهاي مولكولي به روش western blotting بيانگر كاهش فعاليت MMP-2 و MMP-9 و نيز افزايش سطح مهاركننده بافتي متالو پروتي يناز 1 در رده MDA-MB-231 بود. همچنين عصاره Blueberry باعث مهار فعال شدن مسيرهاي انتقال پيام PI3K/Akt و NF-κB در اين رده سلولي شد. از طرفي يافتههاي حاصل از بررسيهاي in vivo روي موشهاي مبتلا به تومور model) (MDA-MB-231 xenograft بيانگر اثر Blueberry در كاهش پروليفراسيون و وزن تومور در موشهاي تحت تيمار با عصاره Blueberry بود. آناليزهاي ايمونو هيستو كميكال نشانگر كاهش فعاليت پروتي ينهاي Akt و p65 NF-κB در موشها بود. بنابراين نتايج اين مطالعه اثر پلي فنولهاي Blueberry را در كاهش پروليفراسيون و متاستاز از طريق مهار مسير PI3K/Akt/ NF-κBتا ييد ميكند (34). اثر فلاونوي يدها برآپوپتوز كورستين يكي از فراوانترين فلاونوي يدهاي رژيمي ميباشد كه به وفور در ميوهها و سبزيجات يافت ميشود. مطالعات مختلفي به بررسي نقش ضد سرطاني اين فلاونوي يد به عنوان يك عامل ضد سرطان پرداخته اند. از جمله Sun و همكارانش اثرات ضد سرطاني كورستين را درسلولهاي سرطان غدد بزاقي رده سلولي ACC-2 و ACC-M مورد بررسي قرار داده اند. مشخص شده است كه مسير انتقال پيام PI3K/Akt/IKK-α/NF-κB در سلوله يا ACC بيش از حد فعال بوده كه باعث اختلال در روند آپوپتوز ميشود. نتايج MTT assay حاكي از نقش كورستين در كاهش قابليت زيستي هر دو رده سلولي به صورت وابسته به دز و زمان بود. همچنين تيمار سلولها با كورستين به صورت معناداري باعث افزايش آپوپتوز در اين سلولها شد. آناليزهاي مولكولي نشان دادند تيمار سلولها با كورستين از طريق مسير ميتوكندريايي مرتبط با تنظيم كاهشي فعاليت مسير PI3K/Akt/IKK-α/NF-κB باعث القاي آپوپتوز ميشود. در واقع كورستين مانع از فسفريلاسيون Akt و IKK-a و نيز مانع از جابجايي هسته اي و فعاليت فاكتور رونويسي NF-κB ميشود. همچنين اثر كورستين بر روي فعاليت پروتي ينهاي caspase بعنوان پروتي ينهاي كليدي در تنظيم آپوپتوز نيز بررسي شد كه يافتههاي حاصل نشان دهنده افزايش فعاليت caspase-3 و caspase-9 در هر دو رده سلولي بود. به اين α/nf-κb نقش مهمي در پيشبرد آپوپتوز ايفا ميكند (35). مطالعات مختلف تا ييد كننده اثرات ضد سرطاني فلاونوي يد Naringenin (يكي از فراوانترين فلاونوي يدهاي موجود در مركبات) در شرايط in vitro ميباشند. اخيرا مطالعاتي در راستاي تعيين مكانيسم مولكولي عملكرد ضد سرطاني Naringenin صورت گرفته است. بر روي سلولهاي سرطان خون در مطالعهاي كه (leukemic THP-1 cells) صورت گرفت Naringenin بطور وابسته به دز باعث مهار رشد سلولهاي سرطاني شد. همچنين تيمار با Naringenin باعث افزايش قطعه قطعه شدن DNA افزايش تشكيل اجسام آپوپتوتيك و پروتي ينهاي آپوپتوتيك و نيز افزايش مرگ سلولي شد. افزايش آپوپتوز در ارتباط با تنظيم افزايشي Bax تنظيم كاهشي Bcl-2 (پروتي ين آنتيآپوپتوتيك) و افزايش فعاليت پروتي ينهاي caspase بود. از طرفي تحريك آپوپتوز با مهار فعاليت مسير PI3K/Akt نيز مرتبط بود. بنابراين تصور ميشود اثرات پروآپوپتوتيك Naringenin از طريق مسير ميتوكندريايي مرتبط با افزايش عملكرد آنزيم هاي caspase و مهار فعاليت PI3K/Akt صورت ميگيرد.(36) در مطالعهاي كه بر روي سلولهاي سرطان ريه انجام ترتيب كورستين از طريق مهار مسير PI3K/Akt/IKK- شد رده سلولي A549 تحت تيمار با تركيب -'5,4) dihydroxy flavanone-7-yl) phosphate (dedhf-7-p) diethyl مشتق شده از فلاونوي يد Naringenin قرار گرفتند. در اين مطالعه dedhf-7-p منجر به مهار مسير PI3K/Ak و تنظيم كاهشي فاكتور آنتيآپوپتوتيك Bcl-2 و تنظيم افزايشي Bax بعنوان فاكتور القا كننده آپوپتوز و نيز افزايش فعاليت مسير caspases-3/-8/-9 شد (37). در مطالعهاي Gong و همكارانش به بررسي نقش ايزو فلاونوي يد جنيستي ين فلاونوي يد عمده لوبياي سويا در القاي آپوپتوز و ارتباط آن با مسير NF-κB و Akt در سلولهاي سرطان سينه رده MDA-MB-231 پرداختند. نتايج بيانگر افزايش ميزان آپوپتوز در سلولهاي تيمار شده با جنيستي ين به صورت وابسته به دز و زمان بود. جنيستي ن با تنظيم كاهشي Akt و NF-κB منجر به كاهش رشد سلولي و
ض 6 بررسي اثرات ضدسرطاني.../ رقيه شهبازي و همكاران افزايش آپوپتوز در اين سلولها شد. در واقع جنيستي ين VEGF را كه فاكتورهاي كليدي در رشد تومور و پيشبرد باعث كاهش بيان Akt1 و فرم فسفريله Akt1 ميشود و مهار مسير Akt منجر به كاهش فعاليت NF-κB و توانايي اتصال آن بهDNA ميشود (38). اثرفلاونوي يدها بر آنژيوژنز اگرچه تاكنون مطالعات كمي در زمينه اثر فلاونوي يدهاي گوناگون در مهار آنژيوژنز صورت گرفته است ولي مطالعات موجود حاكي از نقش فلاونوي يدها در مهار آنژيوژنز و جلوگيري از رشد و توسعه تومور ميباشند. Chen و همكاران در مطالعهاي كه بر روي موشهاي مبتلا به سرطان پانكراس انجام دادند اثرات فلاونوي يد Hispidulin فلاونوي يد موجود در خانواده گياهان دارويي Artemisia vestita را بر آنژيوژنز و رشد تومور پانكراس آزمايش كردند. نتايج نشان داد تغذيه موشهاي مبتلا به تومور با mg/kg20) Hispidulin به مدت 35 روز) باعث كاهش اندازه وزن و رشد تومور ميشود. همين طور اثر Hispidulin در كاهش رشد تومور از طريق مهار آنژيوژنز نيز مورد آزمايش قرار گرفت. كثرت عروق خوني در موشهاي تحت تيمار با فلاونوي يد نسبت به گروه كنترل به طور قابل ملاحظه اي كمتر بود كه نشان ميداد اثر Hispidulin در كاهش رشد تومور ميتواند در اثر مهار آنژيوژنز باشد. از طرفي ميزان ترشح فاكتور رشد اندوتليال عروق (VEGF) vascular endothelial growth factor در تومور نيز اندازه گيري شد كه ميزان ترشح اين فاكتور در گروه تحت تيمار با فلاونوي يد بسيار كمتر از گروه كنترل بود. در واقع Hispidulin با مهار ترشح VEGF مانع از حركت و مهاجرت سلولهاي اندوتليال و تشكيل ساختارهاي مويرگي در سلولهاي اندوتليال كه توسط VEGF ميانجي گري ميشود شده بود. آناليزهاي مولكولي نشان داد Hispidulin مانع فسفريلاسيون و فعال شدن گيرندههاي VEGF (VEGFR2) ميشود. Hispidulin با اثر بر VEGFR2 و ممانعت از اتصالVEGF منجر به عدم فعاليت مسير PI3K/Akt و در نتيجه مهارmTOR ميشود. بنابراين بخشي از اثرات آنتي آنژيوژنيك Hispidulin از طريق مهار مسير PI3K/Akt/mTOR صورت ميگيرد (39). در مطالعه ديگري مشخص شد فلاونوي يد apigenin بيان و فعاليت (HIF-1α) hypoxia-inducible factor 1α و آنژيوژنز هستند در سلولهاي سرطان تخمدان و موشهاي مبتلا به تومور مهار ميكند و از فعال شدن مسير PI3K/AKT/p70S6K1 به عنوان يكي از مسيرهاي مهم در تنظيم رشد تومور و آنژيوژنز جلوگيري ميكند (40-42). نتيجه گيري روشهاي نوين درمان سرطان بر مهار مسيرهاي انتقال پيام مرتبط با رشد و بقاي سلولي در سلولهاي سرطاني تمرك ز دارن د. فلاونوي ي دها ب ه عن وان عوام ل Chemopreventive اثرگذار بر اين مسيرها مورد توجه قرار گرفتهاند. بطور كلي مرور مطالعات موجود تاي يد كننده نقش فلاونوي يدها در كند كردن روند پيشرفت سرطان ميباشد. شواهد موجود نشان ميدهند مهار مسير انتقال پيام PI3K/Akt يكي از مهمترين مكانيسمهاي اثر فلاونوي يدها ميباشد. مطالعات مولكولي نشان دادهاند مهار فعاليت آنزيم PI3K منجر به مهار فسفريلاسيون Akt (كاهش فرم فعال (Akt و در پي آن مهار فسفريلاسيون mtor و كاهش فعاليت NF-KB ميشود كه در نهايت اين امر باعث مهار رونويسي و سنتز پروتي ينهاي پيش برنده سيكل سلولي و افزايش بيان پروتي ينهاي پروآپوپتوتيك شده كه كاهش تكثير و رشد سلولي و افزايش مرگ سلولي را در پي دارد. در مجموع با توجه به اينكه مصرف فلاونوي يدها غيرسمي و غير آلرژيك ميباشد استفاده از اين تركيبات طبيعي براي افزايش كارايي درمان سرطان از اهميت بالايي برخوردار ميباشد. با توجه به نتايج مطالعات كه حاكي از اثرات مفيد فلاونوي يدها در مهار پيشرفت سرطان بوده بنابراين ميتوان استفاده از فلاونوي يدها را به عنوان درمان همراه با ساير عوامل دارويي پيشنهاد كرد. اما توصيه قطعي نياز به بررسيهاي تكميلي در سطوح سلولي و مدلهاي حيواني است. سپاسگزاري اين مقاله از پاياننامه دانشجويي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي استخراج شدهاست. بدينوسيله از كميتهي تحقيقات دانشجويي به دليل حمايت هاي مالي تشكر ميشود.
ض 7 مجله علوم تغذيه و صنايع غذايي ايران سال هفتم ضميمه شماره 4 زمستان 1391 References 1. Hajian K, Firouzjahi AR, Kia MT. Pattern of Age Distribution of Different Cancers in Babol in 2001. Pazhuhesh Dar Pezeshki. 2003; 27(3): 27-33.[In persian] 2. Van Lier EA, Van Kranen HJ, Van Vliet JA, Rahamat-Langendoen JC. Estimated number of new cancer cases attributable to infection in the Netherlands in 2003. Cancer lett. 2008;272(2):226-31. 3. Kosha A, Farahbakhsh M, Hakimi S, Abdollahi L, Golzari M, Seif M. Epidemiology of cancer in west Azarbaijan in 2007. Med J Tabriz Univ Med Sci. 2010;32(4):74-79.[In persian] 4. Mathew A, Peters U, Chatterjee N, Kulldorff M, Sinha R. Fat, fiber, fruits, vegetables, and risk of colorectal adenomas. Int J Cancer. 2004;108(2):287-92. 5. Birt D F, Hendrich S, Wang W. Dietary agents in cancer prevention: flavonoids and isoflavonoids. Pharmacol Therapeut. 2001;90: 157 177. 6. Pan MH, Ghai G, Ho CT. Food bioactives, apoptosis, and cancer. Mol Nutr Food Res. 2008;52(1):43-52. 7. Ramos S. Effects of dietary flavonoids on apoptotic pathways related to cancer chemoprevention. J Nutr biochem. 2007;18(7):427-42. 8. Middleton E, Jr., Kandaswami C, Theoharides TC. The effects of plant flavonoids on mammalian cells: implications for inflammation, heart disease, and cancer. Pharmacol Rev. 2000;52(4):673-751. 9-Kale A, Gawande S and Kotwal S. Cancer Phytotherapeutics: Role for Flavonoids at the Cellular Level. Phytother Res. 2008; 22: 567-577. 10. Ramos S. Cancer chemoprevention and chemotherapy: dietary polyphenols and signalling pathways. Mol nutr food res. 2008;52(5):507-26. 11. Gamet-Payrastre L, Manenti S, Gratacap MP, Tulliez J, Chap H, Payrastre B. Flavonoids and the inhibition of PKC and PI 3-kinase. Gen Pharmacol. 1999;32(3):279-86. 12. West K A, Castillo S S, Dennis A P. Activation of the PI3K/Akt pathway and chemotherapeutic resistance. Drug Resist Updates. 2002; 5:234 248. 13. Williams R J, Spencer J P. E, Rice-Evans C. Flavonoids: antioxidants or signalling molecules. Free Radical Biol Med. 2004:36(7); 838 849. 14. Osaki M, Oshimura M, Ito H. PI3K-Akt pathway: its functions and alterations in human cancer. Apoptosis. 2004;9(6):667-76. 15. Chang F, Lee J, Navolanic P, Steelman L, Shelton J, Blalock W, et al. Involvement of PI3K/Akt pathway in cell cycle progression, apoptosis and neoplastic transformation: a target for cancer chemotherapy. Leukemia. 2003;17(3):590-603. 16. Vivanco I, Sawyers CL. The phosphatidylinositol 3-Kinase AKT pathway in human cancer. Nat Rev Cancer. 2002;2(7):489-501. 17. Vara JÁF, Casado E, de Castro J, Cejas P, Belda- Iniesta C, González-Barón M. PI3K/Akt signalling pathway and cancer. Cancer treat rev. 2004;30(2):193-204. 18. Greten FR, Karin M. The IKK/NF-kappaB activation pathway-a target for prevention and treatment of cancer. Cancer Lett. 2004;206(2):193-9. 19. Lee CH, Jeon YT, Kim SH, Song YS. NF-κB as a potential molecular target for cancer therapy. Biofactors. 2007;29(1):19-35. 20. Manna SK, Aggarwal RS, Sethi G, Aggarwal BB, Ramesh GT. Morin (3,5,7,2',4'- Pentahydroxyflavone) abolishes nuclear factorkappab activation induced by various carcinogens and inflammatory stimuli, leading to suppression of nuclear factor-kappab-regulated gene expression and up-regulation of apoptosis. Clin Cancer Res. 2007;13(7):2290-7. 21. Ghorbani A, Nazari M, Jeddi-Tehrani M, Zand H. The citrus flavonoid hesperidin induces p53 and inhibits NF-kappaB activation in order to trigger apoptosis in NALM-6 cells: involvement of PPARgamma-dependent mechanism. Eur J Nutr. 2012;51(1):39-46.
ض 8 بررسي اثرات ضدسرطاني.../ رقيه شهبازي و همكاران 22. Braun T, Carvalho G, Fabre C, Grosjean J, Fenaux P, Kroemer G. Targeting NF-kappaB in hematologic malignancies. Cell Death Differ. 2006;13(5):748-58. 23. Easton J, Houghton P. mtor and cancer therapy. Oncogene. 2006;25(48):6436-46. 24. Memmott R.M, Dennis P.A. Akt-dependent and - independent mechanisms of mtor regulation in cancer. Cellular Signal. 2009;21(5): 656 664. 25. Cardone MH, Roy N, Stennicke HR, Salvesen GS, Franke TF, Stanbridge E, et al. Regulation of cell death protease caspase-9 by phosphorylation. Science. 1998;282(5392):1318-21. 26. Shehata M.F. Rel/Nuclear factor-kappa B apoptosis pathways in human cervical cancer cells. Cancer Cell Int. 2005;5(1):10. 27. Agullo G, Gamet-Payrastre L, Manenti S, Viala C, Rémésy C, Chap H, et al. Relationship between flavonoid structure and inhibition of phosphatidylinositol 3-kinase: a comparison with tyrosine kinase and protein kinase C inhibition. Biochem Pharmacol. 1997;53(11):1649-57. 28. Gulati N, Laudet B, Zohrabian VM, Murali R, Jhanwar-Uniyal M. The antiproliferative effect of Quercetin in cancer cells is mediated via inhibition of the PI3K-Akt/PKB pathway. Anticancer Res. 2006; 26(2A):1177-81. 29. Suh Y, Afaq F, Khan N, Johnson JJ, Khusro FH, Mukhtar H. Fisetin induces autophagic cell death through suppression of mtor signaling path way in prostate cancer cells. Carcinogenesis. 2010;31 (8): 1424-33. 30. Van Aller G S, Carson J D, Tang W, Peng H, Zhao L, Robert A. Copeland R A, et al. Epigallocatechin gallate (EGCG), a major component of green tea, is a dual phosphoinositide- 3- kinase/mtor inhibitor. Biochem Biophys Res Commun. 2011;406(2):194-9. 31. Lee WJ, Chen WK, Wang CJ, Lin WL, Tseng TH. Apigenin inhibits HGF-promoted invasive growth and metastasis involving blocking PI3K/Akt pathway and beta 4 integrin function in MDA-MB-231 breast cancer cells. Toxicol Appl Pharmacol. 2008; 226(2):178-91. 32. Lee YC, Cheng TH, Lee JS, Chen JH, Liao YC, Fong Y, Wu CH, Shih YW. Nobiletin, a citrus flavonoid, suppresses invasion and migration involving FAK/PI3K/Akt and small GTPase signals in human gastric adenocarcinoma AGS cells. Mol Cell Biochem. 2011;347(1-2):103-15. 33. Chien CS, Shen KH, Huang JS, Ko SC, Shih YW. Antimetastatic potential of fisetin involves inactivation of the PI3K/Akt and JNK signaling pathways with downregulation of MMP-2/9 expressions in prostate cancer PC-3 cells. Mol Cell Biochem. 2010 ;333(1-2):169 180. 34. Adams LS, Phung S, Yee N, Seeram NP, Li L, Chen S. Blueberry phytochemicals inhibit growth and metastatic potential of MDA-MB-231 breast cancer cells through modulation of the phosphatidylinositol 3-kinase pathway. Cancer Res. 2010;70(9):3594-605. 35. Sun ZJ, Chen G, Hu X, Zhang W, Liu Y, Zhu LX, Zhou Q, Zhao YF. Activation of PI3K/Akt/IKK-alpha/NF-kappaB signaling pathway is required for the apoptosis-evasion in human salivary adenoid cystic carcinoma: its inhibition by quercetin. Apoptosis. 2010 ;15(7):850-63. 36. Park JH, Jin CY, Lee BK, Kim GY, Choi YH, Jeong YK. Naringenin induces apoptosis through downregulation of Akt and caspase-3 activation in human leukemia THP-1 cells. Food Chem Toxicol. 2008;46(12):3684-90. 37. Kim Y H, Kim H, Bak Y, Kang J W, Lee D H, Kim M S, et al. Naringenin derivative diethyl (5,4 -dihydroxy flavanone-7-yl) phosphate inhibits cell growth and induces apoptosis in A549 human lung cancer cells. J KOREAN SOC APPL BI. 2012, 55 (1): 75-82. 38. Gong L, Li Y, Nedeljkovic-Kurepa A, Sarkar FH. Inactivation of NF-kappaB by genistein is mediated via Akt signaling pathway in breast cancer cells. Oncogene. 2003;22(30):4702-9. 39. He L, Wu Y, Lin L, Wang J, Wu Y, Chen Y, et al. Hispidulin, a small flavonoid molecule, suppresses the angiogenesis and growth of human pancreatic cancer by targeting vascular endothelial growth factor receptor 2-mediated PI3K/Akt/mTOR signaling pathway. Cancer Sci. 2011;102(1):219-25.
ض 9 مجله علوم تغذيه و صنايع غذايي ايران سال هفتم ضميمه شماره 4 زمستان 1391 40. Fang J, Xia C, Cao Z, Zheng JZ, Reed E, Jiang BH. Apigenin inhibits VEGF and HIF-1 expression via PI3K/AKT/p70S6K1 and HDM2/p53 pathways. FASEB J. 2005;19(3):342-53. 41. Fang J, Zhou Q, Liu LZ, Xia C, Hu X, Shi X, et al. Apigenin inhibits tumor angiogenesis through decreasing HIF-1alpha and VEGF expression. Carcinogenesis. 2007;28(4):858-64. 42. Liu LZ, Fang J, Zhou Q, Hu X, Shi X, Jiang BH. Apigenin inhibits expression of vascular endothelial growth factor and angiogenesis in human lung cancer cells: implication of chemoprevention of lung cancer. Mol Pharmacol. 2005;68(3):635-43.
Iranian Journal of Nutrition Sciences & Food Technology Vol. 7, No. 4, Winter 2013 S10 The anticancer effects of flavonoids: involvment of PI3K/ Akt signaling pathway Shahbazi R 1, Davoodi H* 2, Esmaeili S 3 1- Students` Research Committee, National Nutrition and Food Technology Research Institute, Faculty of Nutrition Sciences and Food Technology, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. 2- *Corresponding author: Assistant Prof. Dept. of Clinical Nutrition and Dietetic, National Nutrition and Food Technology Research Institute, Faculty of Nutrition and Food Technology, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. Email: hdavoodi2002@yahoo.com 3- M.Sc of Food Science and Technology, Dept. of Food Science and Technology, National Nutrition and Food Technology Research Institute, Faculty of Nutrition and Food Technology, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. Abstract Flavonoids as a group of polyphenolic compounds, have recently gained considerable attention because of their potential beneficial effects on human health. A number of studies have indicated chemopreventive effects of flavonoids on cancer cells via suppression of PI3K/Akt pathway. Deregulation of PI3-Kinase/Akt pathway trigger a cascade of responses, from cell growth and proliferation to survival and motility, that drive tumor progression. In this article the anti carcinogenic features of flavonoids through involvement of PI3K/Akt pathway have been reviewed. Pubmed, Sciencedirect, Springer and Google scholar databases were searched in order to achieve the desired articles. Cellular and animal studies that have been conducted from 1995 till 2012 were recruited in this investigation. Researches indicate the anticancer effects of flavonoids through suppression of PI3k activity and subsequent inhibition of Akt activity. Inactivation of this pathway leads to subsequent inhibition of other signaling pathway such as mtor and NF-κB. The suppression of mtor and NF-κB cause to decrease of proliferation and cell growth as well as inhibit cell invasion and metastasise. Apoptosis Also increase via upregulation of proapoptotic proteins and downregulation of antiapoptotic proteins. Furthermore, repression of PI3K/ Akt pathway in endothelial cells blocks angiogenesis. Taken together, flavonoids as potent chemopreventive agents, through downregulation of PI3k/Akt signaling pathway, can possess effective role in cancer prevention and treatment. So, application of flavonoids as supplementary treatment with medicine therapy is suggested, but more researches in cellular and animal model are necessary. Keywords: Flavonoids, PI3k / Akt pathway, Apoptosis, Angiogenesis, Proliferation, Metastasis