Abstract
Scoprire e sviluppare nuovi composti naturali con selettività terapeutica o che possono preferenzialmente uccidere le cellule tumorali senza tossicità significativa per le cellule normali è un’area importante nella chemioterapia del cancro. Kushen, le radici essiccate di Sophora flavescens Aiton, ha una lunga storia di utilizzo nella medicina tradizionale cinese per il trattamento di malattie infiammatorie e cancro. Gli alcaloidi di Kushen (KS-As) e i flavonoidi di kushen (KS-Fs) sono componenti ben caratterizzati in kushen. KS-As contenente ossimatrina, matrina e alcaloidi totali sono stati sviluppati in Cina come farmaci antitumorali. Attività antitumorali più potenti sono state identificate in KS-Fs rispetto a KS-As in vitro e in vivo. KS-Fs può essere sviluppato come nuovi agenti antitumorali.
1. Introduzione
Scoprire e sviluppare nuovi composti naturali con selettività terapeutica o che possono preferenzialmente uccidere le cellule tumorali senza tossicità significativa per le cellule normali è un’area importante nella chemioterapia del cancro. A causa della loro vasta gamma di attività biologiche e bassa tossicità nei modelli animali, alcuni prodotti naturali sono stati utilizzati come trattamenti alternativi per i tumori. Molti farmaci antitumorali sono derivati da composti naturali. Gli alcaloidi della Vinca (ad esempio vinblastina, vincristina) e taxolo sono esempi di tali composti.
La medicina tradizionale cinese kushen è le radici essiccate di Sophora flavescens Aiton (Leguminosae). Fu descritto per la prima volta nel libro cinese Shen Nong Ben Cao Jing nel 200 d .C. come trattamento per tumori solidi, infiammazioni e altre malattie. L’uso tradizionale di kushen include il decotto o la polvere di radici di piante essiccate. È comunemente usato per il trattamento di epatite virale, cancro, enterite, miocardite virale, aritmia e malattie della pelle (ad esempio, colpite, psoriasi, eczema) .
I componenti chimici noti di kushen includono alcaloidi (3,3%), flavonoidi (1,5%), alchilxantoni, chinoni, glicosidi triterpenici, acidi grassi e oli essenziali . Gli alcaloidi di Kushen (KS-As) e i flavonoidi di kushen (KS-Fs) sono componenti ben caratterizzati in kushen. KS-As sono stati sviluppati come farmaci antitumorali in Cina. Attività antitumorali più potenti sono state identificate in KS-Fs che in KS-As .
2. KS-As
KS-As sono stati ben studiati e sono considerati i principali componenti attivi di kushen come dimostrato in modelli animali sperimentali e studi clinici . Le bioattività di kushen (comprese le attività antitumorali, antivirali e antinfiammatorie) sono state mostrate nella frazione KS-As .
KS-As contenente ossimatrina, matrina (Figura 1) e alcaloidi totali sono stati approvati per il trattamento di pazienti affetti da cancro dalla Chinese State Food and Drug Administration (SFDA) nel 1992. I prodotti multipli di KS-As sono stati utilizzati ampiamente in Cina per il trattamento dei cancri e dell’epatite. I farmaci KS approvati da SFDA per l’oncologia sono tutti KS – Usati come singoli agenti o in combinazione con chemioterapia o radioterapia. Pochi studi si sono concentrati sull’efficacia di KS-Come nei modelli animali e negli studi clinici prima del 1992, quando KS-As è stato approvato per la prima volta.
La struttura molecolare dei composti antitumorali derivati da Sophora flavescens.
Diversi studi clinici hanno riferito che KS-As erano efficaci nel trattamento di vari tipi di tumori solidi (tra cui polmone, fegato e tratto gastrointestinale). Le risposte al trattamento sono state paragonabili o migliori di quelle dei pazienti trattati con chemioterapia (Tabella 1). KS-As dimostra un buon profilo di sicurezza nei pazienti oncologici, come una ridotta tossicità nel midollo osseo quando usato in combinazione con agenti chemioterapici . I dati di sopravvivenza a lungo termine per i pazienti oncologici trattati con KS devono ancora essere dimostrati con studi clinici ben controllati e ampie coorti di pazienti.
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AML: acute myeloid leukemia; CAF: cyclophosphamide, adriamycin, and fluorouracil; CAP: cyclophosphamide, doxorubicin, and cisplatin; CAVP: cyclophosphamide, doxorubicin, and etoposide; CBR: clinical benefit rate; CF: calcium 5-formyletrahydrofolate; CR: complete remission; DA: daunorubicin and cytarabine; DDP: cisplatin; FAM: fluorouracil, adriamycin, and mitomycin; FOLFOX: oxaliplatin, calcium folinate, and fluorouracil; FOLFOX4: oxaliplatin, calcium folinate and fluorouracil; fOLFRI: irinotecan, calcium folinate and fluorouracil; FOLFX: oxaliplatin, calcium folinate and fluorouracil; FOLRIRI: leucovorin, fluorouracil, and irinotecan; FP: fluorouracil and cisplatin; 5-FU: fluorouracil; GI: gastrointestinal; GP: gemcitabine and cisplatin; HCC: hepatocellular carcinoma; HCPT: hydroxycamptothecin; KPS: karnofsky performance scale; MA: mitoxantrone and cytarabine; MMC: mitomycin; MVP: mitomycin, vinblastine, and cisplatin; NP: vinorelbine and cisplatin; PDD: cisplatin; PR: partial remission; QoL: quality-of-life; TA: paclitaxel and epirubicin; TA(9): pirarubicin and cytarabine; TACE: fluorouracil, mitomycin, and epirubicin; TP: paclitaxel and cisplatin; TPF: paclitaxel, fluorouracil, and cisplatin; UFT: Tegafur-Uracil. |
3. Matrine and Oxymatrine
Matrine and oxymatrine (Figure 1) are the two major alkaloid components found in the roots of Sophora species. Sono ottenuti principalmente da Sophora japonica (kushen), Sophora subprostrata (shandougen) e dalla porzione overground di Sophora alopecuroides. Le matrine sono state isolate e identificate per la prima volta nel 1958; sono alcaloidi tetraciclo-chinolizindina unici trovati finora solo nelle specie di Sophora .
Studi in vitro hanno dimostrato che la matrina e l’ossimatrina inibiscono debolmente la crescita di varie linee cellulari tumorali umane con una concentrazione inibitoria mezza massima (IC50) di 1,0–4,0 mg/mL .
Studi in vivo hanno dimostrato che KS-As, ossimatrina e matrina inibiscono la crescita di tumori murini, tra cui H22, epatoma, S180, sarcoma e cellule di cancro al seno MA737 . In un modello umano del tumore dello xenotrapianto facendo uso della linea cellulare SGC-7901, matrine ha migliorato l’inibizione di 5-fluorouracile nel tumore .
Matrine può anche inibire l’invasività e la metastasi della linea cellulare umana del melanoma maligno A375 e delle cellule HeLa del cancro cervicale, nonché indurre la differenziazione delle cellule di leucemia K-562 . Inoltre, l’autofagia indotta da matrina nelle cellule di glioma di ratto C6 è stata osservata mediante microscopia elettronica .
La risposta antitumorale di KS-As è stata ulteriormente dimostrata in diversi studi clinici in vari tipi di tumori, tra cui tumori dello stomaco, dell’esofago, del fegato, del colon, del polmone, della cervice, dell’ovaio e della mammella, come singolo agente o in combinazione con chemioterapia o radioterapia . È stato riportato che matrine esercita i suoi effetti antitumorali inibendo la proliferazione e inducendo l’apoptosi delle cellule tumorali gastriche e cervicali, nonché delle cellule leucemiche e glioma .
Diversi studi in vitro e in vivo hanno cercato di chiarire il meccanismo d’azione di matrine. Matrine promuove l’apoptosi nel cancro leucemico, al seno, nel cancro polmonare non a piccole cellule, nell’epatocarcinoma e nelle cellule tumorali gastriche mediante una via mediata dal mitocondriale . Beclin 1 è coinvolto nell’autofagia indotta dalla matrina e il meccanismo pro-apoptotico della matrina può essere correlato alla sua sovraregolazione dell’espressione di Bax . Prove recenti indicano che matrine ha anche effetti apprezzabili nel modulare la risposta immunitaria riducendo l’invasione e la metastasi delle cellule HCC .
L’omeostasi tissutale richiede un equilibrio tra la divisione, la differenziazione e la morte delle cellule. Un tumore è un tipo di” disturbo del ciclo cellulare ” che ha l’interfaccia anormale di divisione, differenziazione e morte . Come” modificatore biologico ” delle cellule, matrine può invertire il comportamento biologico anormale delle cellule tumorali e recuperare l’equilibrio tra la divisione, la differenziazione e la morte delle cellule.
Matrine può anche inibire l’invasività e la metastasi della linea cellulare umana del melanoma maligno A375 . Alcuni studi hanno riferito che matrine ha ridotto l’adesione e la migrazione delle cellule HeLa . I meccanismi di azione di matrine contro la proliferazione e l’invasione delle cellule tumorali sono associati al fattore di crescita epidermicofattore di crescita endoteliale vascolare recettore del fattore di crescita endoteliale 1 Akt-fattore nucleare—kappa B (EGF/VEGF—VEGFR1—Akt-NF-kB) segnalazione (Tabella 2).
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Matrine mostra effetti sinergici con gli agenti antitumorali celecoxib (inibitore della cicloossigenasi-2), trichostatina A (inibitore dell’istone deacetilasi) e rosiglitazone contro la proliferazione tumorale e la secrezione di VEGF. Matrine può avere ampie applicazioni terapeutiche e/o terapeutiche adiuvanti nel trattamento del cancro polmonare non a piccole cellule umano, del cancro al seno e dell’epatoma (Tabella 2).
Alcuni studi hanno anche riportato l’attività antitumorale dell’ossimatrina nelle cellule tumorali gastriche umane, nel cancro pancreatico e nelle cellule tumorali del seno umano . L’ossimatrina può indurre la morte di apoptosi delle cellule tumorali pancreatiche umane, che potrebbe essere attribuita alla regolazione delle famiglie Bcl-2 e IAP, al rilascio del citocromo C mitocondriale e all’attivazione della caspasi-3 (Tabella 2).
L’iniezione composta di kushen (CKI), conosciuta comunemente come iniezione di Yanshu, è estratta da due erbe, kushen (Radix Sophorae Flavescentis) e Baituling (Rhizoma Smilacis Glabrae), con le componenti primarie che sono oxymatrine e matrine . Il CKI è stato usato estesamente da solo o congiuntamente alla chemioterapia o alla radioterapia per molti anni in Cina. Studi clinici hanno dimostrato che la CKI attenua gli effetti collaterali della chemioterapia e della radioterapia migliorando la qualità della vita e regolando la funzione immunitaria dei pazienti oncologici, oltre a sinergizzare gli effetti terapeutici della chemioterapia e della radioterapia (Tabella 1) . È stato dimostrato che il CKI sopprime la crescita delle cellule tumorali inducendo l’apoptosi e inibendo la migrazione, l’invasione e l’adesione di tali cellule .
Le cellule staminali tumorali (CSCs) svolgono un ruolo importante nell’inizio, nella ricaduta e nella metastasi del cancro. Non è stato trovato un agente specifico per colpire i CSC perché sono resistenti alla maggior parte delle terapie convenzionali e proliferano indefinitamente. In uno studio, CKI ha soppresso la dimensione della popolazione laterale (SP; ~90%) e ha downregolato i geni principali della via di segnalazione Wnt nelle cellule MCF-7 SP. CKI ha soppresso la crescita del tumore downregulating la via di Wnt / b-catenin, mentre il cisplatino ha attivato la via di Wnt / b-catenin e potrebbe risparmiare le cellule di SP. Questi dati hanno suggerito che CKI può servire come un nuovo farmaco che mira CSCs, ma ulteriori studi sono raccomandati .
4. KS-Fs
Gli effetti antitumorali di alcuni composti flavonoidi (Figura 1) sono stati dimostrati in vitro e in vivo . Sorprendentemente, le attività antitumorali di KS-Fs erano più potenti di quelle di KS-As, che sono state considerate i principali componenti attivi nell’impianto . KS-Fs quali kurarinone, 2 ‘ – methoxykurarinone e sophoraflavanone G (flavanoni lavandulyl isolati da S. flavescens) (Figura 1) può inibire la proliferazione cellulare in A549, NCI-H460 (polmone non cellulare), SK-OV-3 (ovaio), SK-MEL-2 (pelle), XF498 (sistema nervoso centrale), HCT-15 (colon) HL-60 (leucemia mieloide) e SPC-A-1 (polmone) cellule con valori IC50 tra 2 µg/mL e 36 µg/mL .
Le efficienze antitumorali sono state confermate nei modelli di topi di tumori polmonari H22, S180 e Lewis, nonché nei modelli di topi nudi di tumori xenografati umani H460 e Eca-109 . Inoltre, KS-Fs e kurarinone hanno migliorato le attività antitumorali di Taxol in vitro e in vivo . La dose massima tollerata per via orale o endovenosa di KS-Fs è stata > 2,8 g/kg o 750 mg/kg, rispettivamente, sensibilmente superiore alla dose letale mediana orale di KS-As (≤1,18 g/kg). Non sono state osservate reazioni avverse. Inoltre, la conta delle cellule del sangue periferico non è stata significativamente influenzata in topi normali trattati con KS-Fs a 200 mg / kg / die per 2 settimane .
Kuraridin, sophora flavanone G, kurarinone, kushenol F e norkurarinol hanno un’attività inibitoria della tirosinasi estremamente forte . Kurarinol, kuraridinol e trifolirhizin marcatamente hanno inibito (>50%) la sintesi della melanina .
Il meccanismo d’azione di KS-Fs e kurarinone comporta l’inibizione della necrosi tumorale alfa uno (TNFal)-indotta attivazione NF-kB e migliorare l’apoptosi . L’effetto che induce l’apoptosi è stato migliorato in presenza di taxol. In topi di xenotrapianto H460 trattati con kurarinone, sono stati osservati downregulation di Bcl-2 e upregulation di caspase 8 e caspase 3 nei tumori . KS-Fs e kurarinone inducono l’apoptosi nei tumori agendo su bersagli cellulari multipli, inclusa l’inibizione dell’attivazione di NF-kB e delle attività della tirosina chinasi del recettore multiplo . Kurarinone e kuraridin attenuano l’attivazione di NF-kB inibendo la proteolisi IkBa e la traslocazione nucleare p65, così come la fosforilazione della chinasi extracellulare regolata dal segnale (ERK)1/2, della chinasi N-terminale c-Jun (JNK) e delle protein chinasi attivate dal mitogeno p38 . Le attività costitutive di NF-kB e RSK2 sono importanti caratteristiche dei tumori umani (comprese le neoplasie ematopoietiche e i tumori solidi), quindi i flavanoni prenilati rappresentano una classe attraente di inibitori naturali della via di segnalazione ERK/RSK2 per la terapia del cancro (Tabella 2).
Cinquantasei flavonoidi sono stati identificati da KS-Fs. Ventuno dei KS-Fs sono stati trovati per avere attività antitumorali. Gli studi hanno dimostrato che le attività antitumorali più potenti sono osservate in KS-Fs invece delle frazioni di KS-As. KS-Fs erano più di 10 volte più potenti di KS-Come nel test di proliferazione cellulare. È necessaria un’ulteriore valutazione della sicurezza e dell’efficacia di KS-Fs in ambito oncologico clinico. KS-Fs potrebbe essere sviluppato come farmaci botanici per tumori solidi, e kurarinone potrebbe essere usato come un composto marcatore. Ulteriori modifiche strutturali dei composti KS-Fs potrebbero anche generare candidati di farmaci più potenti.
5. Conclusioni e prospettive future
Questo documento ha riassunto l’efficacia antitumorale e il meccanismo d’azione di kushen e dei suoi costituenti in vitro e in vivo. Molti brevetti di estratti di kushen sono stati applicati negli Stati Uniti, in Cina e in altri paesi (Tabella 3). Questi risultati rafforzano l’ipotesi che kushen (o i suoi componenti) da solo o in combinazione con agenti chemioterapici possa modulare vari percorsi molecolari nei tumori o essere usato per trattare il cancro. Gli studi descritti qui e altrove evidenziano l’uso di flavonoidi di kushen come nuovi agenti di chemioprevenzione per l’intervento sul cancro. Si prevede che studi futuri con kushen aiuteranno a definire vari meccanismi molecolari e obiettivi per l’inibizione e l’apoptosi delle cellule tumorali. Il numero di studi clinici multicentrici, di grandi dimensioni, randomizzati, in doppio cieco, controllati di chemioprevenzione con kushen è molto limitato. Un’ampia ricerca clinica è giustificata per valutare ulteriormente la sicurezza e l’efficacia della chemioprevenzione di kushen da solo o in combinazione con agenti chemioterapici.
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Riconoscimenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation (Grant no. 30701070), Progetto Scientifico e Tecnologico di Shanghai (11DZ1971702), Wang Bao-It Fibrosi Epatica e del Fondo di Ricerca (20100048), Shanghai Rising-Star (08QA1406200), Xinglin Studiosi Programma di Shanghai Università di Medicina Tradizionale Cinese, E-istituto di Shanghai Municipal Commissione Istruzione (Progetto E03008), Innovativo, Team di Ricerca nelle Università, Shanghai Municipal Commissione Istruzione, Shanghai Chiave Laboratorio Tradizionale Cinese, Medicina Clinica e Discipline fondamentali di Fegato e Vescica Biliare Malattie dell’Amministrazione Statale della Medicina Tradizionale Cinese della Repubblica Popolare Cinese.