CAPITOLO III
Flavonoidi, infiammazione e cancro
3.1 Cancro ed infiammazione
Il cancro è una patologia iperproliferativa che coinvolge la trasformazione morfologica delle cellule, una disregolazione dell’apoptosi, una proliferazione cellulare incontrollata, invasione, angiogenesi e metastasi.i Studi clinici ed epidemiologici suggeriscono una forte associazione tra l’infezione cronica, l’infiammazione e il cancroii. Diverse linee di evidenza sono coerenti con l’idea che l’infiammazione giochi un ruolo importante nei “processi maligni”: alcune sostengono che l’infiammazione cronica predispone al cancro; altre che hanno identificato cellule infiammatorie immunitarie e mediatori dell’infiammazione nelle aree tumorali; altre ancora sostengono che una rimozione dei mediatori dell’infiammazione inibisce lo sviluppo sperimentale del cancro; e infine che, un utilizzo a lungo termine di agenti anti-infiammatori non steroidei riduce il rischio di alcuni tumori.iii Queste osservazioni suggeriscono dunque un forte coinvolgimento dei processi infiammatori cronici nelle fasi di iniziazione, promozione e progressione del cancro.iv
L’attivazione cronica delle cellule immunitarie promuove lo sviluppo del cancro mediante meccanismi diretti e indiretti. Molteplici meccanismi sono stati identificati per spiegare il modo con cui gli stati infiammatori possono promuovere lo sviluppo del cancro.
Studi epidemiologici hanno mostrato un’associazione inversa tra il consumo di frutta e verdura e l’incidenza dei tumori nell’uomov. I cibi vegetali contengono una gran varietà di fitochimici antitumorali con potenziale bioattività in grado di ridurre la suscettibilità al cancro. Tra i vari composti i flavonoidi sono promettenti candidati alla prevenzione del cancrovi. Molti studi in vitro e in modelli animali hanno infatti dimostrato l’effetto dei flavonoidi nel sopprimere la carcinogenesivii.
Molti meccanismi d’azione sono stati identificati per spiegare l’azione chemopreventiva dei flavonoidi; questi includono:
attività estrogenica/antiestrogenica
attività antiproliferativa
induzione dell’arresto del ciclo cellulare o dell’apoptosi
prevenzione dell’ossidazione
induzione degli enzimi detossificanti
regolazione del sistema immunitario
attività anti-infiammatoria
modificazione del segnale cellulare.viii
La via del segnale cellulare che regola la proliferazione, la sopravvivenza e la trasformazione delle cellule sono di particolare interesse nella ricerca sul cancro attualmente in corso. Molte delle alterazioni molecolari associate alla carcinogenesi si verificano nelle vie del segnale che regolano la proliferazione e la differenziazione cellulare. Queste vie includono molte chinasi come la MAPK e la protein chinasi (PK), e sono strettamente implicate nei processi infiammatori. L’attivazione anormale o l’attenuazione di queste chinasi o dei loro fattori di trascrizione possono provocare una crescita cellulare incontrollata comportando una trasformazione malignaix. Alcuni flavonoidi possono modulare queste vie, che a loro volta regolano l’espressione genica e favoriscono l’inibizione della carcinogenesix.
Il cancro è una malattia largamente prevedibile e ciò attraverso un’appropriata dieta.
Effettivamente i convenzionali approcci terapeutici e chirurgici non sono stati in grado di controllare l’incidenza di molti tipi di cancro e questo suggerisce un urgente bisogno di sviluppare strategie al fine di raggiungere questo obiettivo. In questo modo, composti alimentari polifenolici come i flavonoidi possono essere importanti candidati come agenti chemopreventivixi. Tuttavia, sono necessari maggiori dati provenienti da studi condotti sull’uomo al fine di trarre conclusioni definitive.
3.2 Ruolo dei flavonoidi nella patogenesi del tumore
Il tumore è una patologia che potrebbe essere controllata con vari meccanismi, quali la soppressione, il blocco e la trasformazione: gli agenti soppressivi prevengono la formazione di nuove masse tumorali a partire da procarcinogeni; gli agenti bloccanti proteggono i composti procarcinogenici dalle reazioni critiche di iniziazione, mentre gli agenti trasformanti agiscono facilitando il metabolismo dei componenti carcinogenici in materiali meno tossici e prevenendo la loro azione biologica. Tutti e tre i meccanismi possono essere riscontrabili nei flavonoidi.xii
I flavonoidi possono agire a livello dei differenti stadi di sviluppo di un tumore maligno mediante una protezione del DNA contro il danno ossidativo, inattivando i carcinogeni, inibendo l’espressione dei geni mutageni e degli enzimi responsabili dell’attivazione delle sostanze procarcinogeniche, e attivando il sistema responsabile della detossificazione xenobiotica.xiii
Negli ultimi dieci anni le relazioni tra i processi tumorali e le attività dei flavonoidi sono state largamente associate con l’inibizione enzimatica e l’attività antiproliferativa. Molti di questi studi hanno evidenziato una relazione struttura- attività, dimostrando che l’azione anti-ossidante, di inibizione enzimatica e antiproliferativa dei flavonoidi sono dipendenti da particolari motivi presenti sulla struttura base della molecola.xiv altri studi hanno mostrato che determinati fattori strutturali spiegherebbero le proprietà anti-ossidanti, antiproliferative e antimetastasiche di alcuni flavonoidi del genere Citrus.xv
Importanti fattori strutturali che potrebbero condizionare l’attività dei flavonoidi sono lo stato di ossidazione della struttura (flavoni, flavononi,ecc.), la presenza di sostituenti (posizione, numero e natura dei gruppi su entrambi gli anelli della struttura flavonoica), e la presenza di glicosilazione.xvi
3.2.1 Effetti antiproliferativi
Sebbene i flavonoidi sembrino non essere tossici per l’uomo e gli animali, questi hanno mostrato di inibire la proliferazione cellulare in molti tipi di linee cellulari cancerogene. E’ stato riconosciuto che i flavonoidi del genere Citrus (Fig.10) (tangeretina, nobiletina, quercetina e taxifolina)xvii hanno effetti antiproliferativi sulle cellule squamose del carcinoma HTB43. Inoltre la quercetina ha dimostrato la sua attività antiproliferativa contro le cellule del meningiomaxviii e contro le cellule cancerose del colon, Caco-2 e HT-29, con un effetto dose-dipendente.xix
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TANGERETINA NOBILETINA Fig. 10
Anche la diosmina, un altro flavonoide del Citrus, il quale è ampiamente utilizzato in ambito farmaceutico come venotonico, ha mostrato attività antiproliferativa sulla linea cellulare Caco-2 e HT-29 nel cancro al colon, anche se con una efficacia minore rispetto alla quercetina.xx
Molti tipi di flavonoidi sono stati studiati per stabilire una relazione tra ogni specifica modificazione strutturale e i suoi effetti sull’attività citotossica e/o antiproliferativa.
Un primo confronto tra le varie molecole confermò che la presenza di un doppio legame C2-C3 nei flavonoidi poliidrossilati incrementa l’attività antiproliferativa in alcuni tipi di linee cellulari. Un altro elemento strutturale che potrebbe influenzare l’attività antiproliferativa è il numero e la posizione dei sostituenti sulla struttura base dei flavonoidi. Per quanto riguarda la natura del sostituente, alcuni studi condotti su
determinate linee cellulari, mostrano che la metilazione dell’ossidrile non riduce la capacità antiproliferativa ma sembra incrementarla.
Vari meccanismi sono stati proposti per spiegare l’attività antiproliferativa dei flavonoidi. Alcuni flavonoidi hanno dimostrato la capacità di inibire diverse chinasi coinvolte nella via di trasduzione del segnale, come la protein-chinasi C, la tirosin- chinasi, PI 3-chinasi o la S6 chinasi.xxi Possono anche interagire con i siti di legame estrogenici di tipo-IIxxii. Altri flavonoidi sono in grado di arrestare la progressione del ciclo cellulare dalla fase G1 alla fase S e dalla fase G2 alla M. Comunque il meccanismo molecolare coinvolto nell’arresto del ciclo cellulare indotto dai flavonoidi resta non chiaro, sebbene sembra essere coinvolta la modulazione delle varie proteine regolatorie del ciclo cellulare. Quindi, riassumendo si può concludere che gli effetti antiproliferativi dei flavonoidi sono mediati dall’inibizione di varie chinasi e di inibitori di chinasi e coinvolge l’arresto del ciclo cellulare e l’apoptosi;
questa inibizione dipende dalla particolare struttura di ogni flavonoide sebbene una struttura planare e almeno due piccoli sostituenti (idrossile o metossile) sull’anello A o B siano fondamentali per la struttura di base del flavonoide.
3.2.2 Effetti anti-invasivi
Uno dei eventi più problematici del tumore è la metastasi; essa si verifica quando le cellule cancerose si espandono al di là dei confini del sito primario, stabilendo così nuove masse tumorali in organi distanti. Dal momento che le metastasi sono responsabili di molte morti per cancro, la ricerca ha focalizzato molta attenzione sui meccanismi mediante i quali le cellule cancerose acquisiscono proprietà metastasichexxiii. L’invasione dei tessuti circostanti da parte delle cellule tumorali coinvolge molti step che includono: secrezione di metalloproteinasi della matrice (MMP), migrazione, invasione ed adesione. I flavonoidi del genere Citrus hanno mostrato effetti su tutti questi step. Ad esempio i flavonoidi quercetina e apigenina hanno mostrato la capacità di inibire la colonizzazione del polmone in vivo da melanoma in maniera dose dipendentexxiv. Flavoni polimetossilati, tangeretina e
nobiletina, sono in gradi di generare una down-regulation della secrezione delle MMPs in molte linee tumorali sia in vivo che in vitroxxv. Anche la quercetina inibisce l’espressione delle MMP-2 e delle MMP-9 nella linea cellulare PC-3 del cancro alla prostataxxvi.
3.2.3 Effetti anti-angiogenici
La crescita del tumore è fortemente dipendente dalla formazione di nuovi vasi sanguigni, i quali si infiltrano nella massa tumorale in crescita fornendo alla cellule ossigeno e nutrienti e rimuovendo i metaboliti. Senza questo supplemento di nuovi vasi sanguigni un tumore potrà espandersi fino ad un volume di 2 mm3 perché la diffusione di ossigeno non raggiunge distanze superiori a 100-200 mmxxvii. Diminuendo la pressione dell’ossigeno nella massa tumorale in crescita si ha una condizione di ipossia, la quale rappresenta uno dei più forti stimoli per l’espressione di mediatori della neovascolarizzazionexxviii. I vasi sanguigni si formano in tre differenti modi nominati vasculogenesi, angiogenesi e arteriogenesixxix.
Nella patologia del tumore, l’angiogenesi, cioè la formazione di nuovi capillari a partire da vasi preesistenti, è il principale modo con cui si formano nuovi vasi. Il processo inizia con la dissoluzione delle membrane basali endoteliali ad opera delle proteinasi, la cui azione indebolisce le giunzioni di contatto delle cellule endoteliali con la membrana basale e le cellule murali sottostanti, cambiando così il fenotipo delle cellule endoteliali le quali diventano permissive all’azione dei fattori di crescitaxxx.
La terapia anti-angiogenetica rappresenta uno dei più promettenti approcci nel controllo del cancro, perché le cellule endoteliali sono generalmente non trasformate e sono meno inclini ad acquisire la resistenza ai farmaci.
Le cellule endoteliali sono infatti i target preferiti dalla terapia antitumorale, perché queste rappresentano un tipo di cellule comuni a tutti i tumori solidi. Le cellule cancerose sono in grado di produrre vari fattori angiogenici, inclusi il fattore di crescita dell’endotelio vascolare (VEGF – vascular endothelial growth factor), il fattore di crescita bFGF (basic-fibroblast-like growth factor), l’interleuchina 8 (IL-8),
il fattore di crescita trasformante β (TGF-β– transforming growth factor) e altri che causano il reclutamento e la proliferazione delle cellule endotelialixxxi.
Come meccanismo generale, lo stress ossidativo è una caratteristica comune dell’infiammazione e del fenotipo tumorale. La crescita del tumore produce larghe quantità di specie reattive dell’ossigeno (ROS)xxxii, le quali possono attivare i leucociti infiltrati nella massa tumorale a indurre la risposta angiogenicaxxxiii. Un effetto degli agenti antiossidanti chemoprotettivi è alterare lo stato redox delle cellule bersaglio, sebbene la loro influenza sulla produzione delle molecole della matrice extracellulare e sui fattori di crescita angiogenici generati dalle cellule tumorali o dalle cellule stromali circostanti potrebbe anche contribuire alla loro attività antitumorale.
Studi epidemiologici indicano che il consumo regolare dei frutti appartenenti al genere Citrus è associato ad una riduzione del rischio di malattie cardiache, patologie infiammatorie e progressione dei tumori. Sia studi in vitro che in vivo hanno rivelato che alcuni flavonoidi del genere Citrus sono in grado di inibire sia eventi chiave del processo angiogenico, come la proliferazione e la migrazione delle cellule endoteliali e delle cellule muscolari lisce dei vasi, ma anche l’espressione dei due maggiori fattori pro-angiogenici quali il fattore di crescita dell’endotelio vascolare (VEGF) e la metallo proteinasi 2 della matrice (MMP-2)xxxiv.
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