1Erik Dosedla, 1Zuzana Turcsányiová
1 Gynekologicko-pôrodnícka klinika LF UPJŠ, Nemocnica Košice-Šaca a.s. 1.súkromná nemocnica, Slovenská republika
Korešpondujúci autor: MUDr. Erik Dosedla, PhD, MBA
Gynekologicko-pôrodnícka klinika LF UPJŠ, Nemocnica Košice-Šaca a.s. 1.súkromná nemocnica, Lúčna 57, 040 15 Košice
ABSTRAKT
Indol-3-karbinol je fytochemická látka získaná z kapustovitých rastlín. Po jeho konzumácii vznikajú viaceré oligomerické zložky s rôznou biologickou účinnosťou, medzi nimi aj 3,3´-diindolylmetán. Vyznačujú sa antiestrogénovou a antiproliferačnou aktivitou. Štúdie priniesli pozitívne výsledky pri skúmaní efektu indol-3-karbinolu pri rôznych onkologických ochoreniach a dokázali sa priaznivé zmeny v metabolizme estrogénov. Využitie indol-3-karbinolu sa uplatňuje v prevencii a liečbe papilomatóznych ochorení spôsobených ľudským papilomavírusom, ale aj pri karcinóme endometria a skorých štádiách karcinómu prsníka. Ovplyvnením metabolizmu estrogénov, metabolizmu glukózy a znížením inzulínovej rezistencie sa zdá byť nádejnou doplnkovou liečbou pri syndróme polycystických ovárií. Indol-3-karbinol sa považuje za bezpečný aj pri dlhodobom užívaní.
Kľúčové slová: indol-3-karbinol, 3,3´-diindolylmetán, karcinóm, syndróm polycystických ovárií.
ÚVOD
Epidemiologické a prospektívne klinické štúdie poukázali na fakt, že populácie, ktoré konzumujú väčšie množstvo kapustovitej zeleniny majú nižšiu incidenciu rakoviny a zlepšené biochemické ukazovatele (napr. znížený oxidatívny stres). Metaanalýza odhalila inverznú súvislosť medzi týždennou konzumáciou kapustovej zeleniny a niekoľkých bežných druhov rakoviny, vrátane rakoviny hrubého čreva a konečníka, prsníka, obličiek a tráviaceho traktu (1) Zdraviu prospešné účinky ovocia a zeleniny sú pripisované mnohým výživovým komponentom, vrátane vlákniny, vitamínom a minerálom. Avšak najdôležitejšie priaznivé účinky kapustovitej zeleniny ako je brokolica, ružičková kapusta, kapusta a karfiol sa pripisujú skupine zložiek, ktoré sa nazývajú glukozinoláty, špecifickejšie, indol-3-karbinol (I3C) (1).
Metabolizmus I3C
Sú to fytochemické látky získané hydrolýzou glukozinolátu glukobrazinínu a katalyzované enzýmom myrozinázou. Myrozináza a glukobrazinín, ktoré sú normálne oddelené v nepoškodených bunkách rastlín, sa spoja počas krájania, varenia, mrazenia alebo lisovania kapustovitých rastlín a tak sa umožní vznik I3C (1). I3C po skonzumovaní vchádza do kyslého prostredia žalúdku, kde veľmi rýchlo podlieha kondenzačnej reakcii, ktorá vedie ku vzniku približne 15 alebo aj viac ďalších oligomerických zložiek. Nie každá z týchto zložiek bola podrobne preskúmaná s ohľadom na ich bioaktivitu. Avšak tri hlavné produkty reakcie majú jednoznačnú biologickú účinnosť. Napríklad, hexahydrocyklonon triindol sa viaže na estrogénové receptory a vyznačuje sa podobnou chemickou štruktúrou ako tamoxifen, indolo[3,2-b]karbazol prejavuje antiestrogénnu aktivitu a podporuje fázu I detoxifikačného pôsobenia a 3,3´-diindolylmetan (DIM) sa vyznačuje antiproliferačnou aktivitou na viacerých rakovinových bunkách a zvieracích modeloch. Najlepšie preskúmaný metabolit I3C je DIM. I3C plní úlohu prekurzoru DIM, približne 10% až 20% I3C je metabolizovaných na DIM (2).
Uplatnenie v gynekológii
V gynekológii má indol-3-karbinol široké uplatnenie. Vďaka jeho antiproliferačnému, antioxidačnému a apoptotickému účinku prináša pozitívne výsledky hlavne v úlohe chemoprevencie (3). Pri ochoreniach prsníkov boli popísané priaznivé účinky I3C na mastopatiu, mastodýniu, ale taktiež štúdie priniesli sľubné výsledky u pacientiek so zvýšeným rizikom karcinómu prsníka a v jeho skorých štádiách (4,5,6,7). I3C je známy najmä v súvislosti s ochoreniami vyvolanými ľudským papilomavírusom. Má význam pri liečbe rekurentnej respiračnej papilomatóze, a taktiež pri dyspláziách krčka maternice, vulvárnej intraepiteliálnej neoplázii (8,9,10). Priaznivé výsledky sa ukazujú aj pri prevencii a liečbe benígnej hyperplázie prostaty, karcinómu prostaty, endometria či hrubého čreva (6). Má priaznivý vplyv na hormonálnu rovnováhu steroidných hormónov a tak zmierňuje príznaky predmenštruačného syndrómu vrátane mastodýnie (4). Okrem alterácii hormonálneho metabolizmu estrogénov sa podieľa na znížení inzulínovej rezistencie, priaznivo ovplyvňuje metabolizmus glukózy (11,12). Vďaka týmto vlastnostiam je I3C predmetom skúmania pri liečbe syndrómu polycystických ovárií (PCOS).
Indol3karbinol v úlohe chemoprevencie
Od roku 1991 prebiehalo skúmanie preparátu I3C za účelom použitia pri viacerých ochoreniach, vrátane pacientov s ochoreniami vyvolanými ľudským papilomavirom ako napríklad rakovina krčka maternice (8) a respiračná papilomatóza (9), ako aj na pacientkach so zvýšeným rizikom rakoviny prsníka (6,13,14) a vulvárnej intraepiteliálnej neoplázie (10). V štúdiách, ktoré používali tieto metabolity ako klinické sledované ukazovatele, sa pozorovali priaznivé zmeny v metabolizme estrogénu. Bolo dokázané, že suplementy I3C sa užívali až 82 mesiacov (6,8 rokov) bez hlásených vedľajších účinkov vo vzťahu k I3C, čo je dôkazom dlhodobej bezpečnosti.
HPV
Väčšina klinických prác o preparáte I3C je venovaná ochoreniam vyvolaným ľudským papilomavírusom (vrátane rakoviny krčka maternice a respiračnej papilomatóze). U pacientiek s biopticky potvrdeným nálezom CIN II-III, ktoré boli liečené perorálnym I3C v dávke 200 alebo 400 mg denne po dobu 12-tich týždňov došlo k štatisticky významnej regresii CIN v porovnaní s placebom (8). Taktiež v podobnej štúdii, kde podávali perorálne DIM u pacientiek s potvrdeným nálezom CIN II-III v dávke 2mg/kg denne po dobu 12-tich týždňov až u 49% žien došlo k zlepšeniu Pap testu v priebehu priemerne piatich mesiacov po liečbe. Kolposkopický nález sa zlepšil u 56% pacientiek užívajúcich DIM, avšak tieto výsledky neboli signifikantne významné v porovnaní s placebo skupinou. Užívanie DIM pacientky dobre tolerovali bez signifikantnej toxicity (15). Klinický úspech bol zaznamenaný aj pri liečbe lézií laryngu indukovaných ľudským papilomavírusom použitím I3C (9,16). Zo štúdií vyplýva, že 6 I3C je vhodným kandidátom v úlohe chemoprevencie najmä u prekanceróz, dysplastických lézií krčka maternice (8,16).
VIN
Naik a spol. publikoval výsledky perorálneho užívania I3C v dávke 200 alebo 400 mg/d u 12 žien s vulvárnou intraepiteliálnou neopláziou. Užívanie preparátu I3C viedlo k signifikatnej redukcii symptómov, ako aj k podstatnému zlepšeniu metabolizmu estrogénov (10).
Karcinóm prsníka
Fan a spol. vo svojich štúdiách potvrdil vplyv I3C na up-reguláciu expresie BRCA1 a BRCA2 génov rakoviny prsníka, nádorových supresorov niektorých hormonálne závislých typov rakoviny (rakoviny prsníka, prostaty, endometria a cervixu). Signifikantné zvýšenie hladín BRCA1 a BRCA2 bola in vitro pozorovaná už pri nízkych dávkach I3C, čím má význam v úlohe chemoprevencie (5,7). Metaanalýza trinástich epidemiologických štúdií ukazuje, že zvýšená konzumácia kapustovitých rastlín signifikatne súvisí so zníženým rizikom vzniku rakoviny prsníka až o 15% (13), v nedávnej štúdii je toto číslo takmer 50% v Čínskej populácii (14). Inverzná súvislosť medzi konzumáciou kapustovitej zeleniny a vznikom rakoviny prsníka sa potvrdila u postmenopauzálnych žien s ER (estrogénový receptor) pozitívnym karcinómom a u premenopauzálnych žien (17,18). V recentnej experimentálnej štúdii na animálnych modeloch sa dokázal aniproliferatívny a proapoptotický účinok I3C na inflamatórny karcinóm mliečnej žľazy, považovaný za najagresívnejší typ rakoviny prsníka (19).
Mechanizmus účinku chemoprevencie
Mechanizmus účinku I3C spočíva v indukcii pečeňového enzýmu P450 1A1/1A2 (CYP1A1/1A2). Skupina enzýmov p450 sú zodpovedné za detoxikáciu/metabolizáciu karcinogénov (20). I3C a jeho účinok na enzým p450 1A1/1A2 hrá rolu v metabolizme estrogénov a znižuje riziko niektorých hormonálne závislých karcinómov. Estradiol sa v pečeni metabolicky degraduje na 2-hydroxyestrón alebo 16 alfa-hydroxyestrón a v menšej miere na 4- hydroxyestrón – potenciálny karcinogén. Je známe, že 16 alfa-hydroxyestrón spôsobuje proliferáciu buniek niektorých typov karcinómu prsníka, zatiaľ čo alternatívny metabolit 2- hydroxyestrón má antiestrogénny a antiproliferatívny efekt. Primárny mechanizmus účinku I3C pravdepodobne spočíva v alterácii pomeru 2-hydroxyestrón/16 alfa-hydroxyestrón. I3C potláča proliferáciu bunkových línií rôznych karcinómov, vrátane karcinómu prsníka, čreva, prostaty a endometriálneho karcinómu (3). Jedným z príkladov jeho antiproliferatívnych vlastností pochádza zo štúdie uskutočnenej na non-tumorigénnych a tumorigénnych epiteliálnych bunkách prsníka (MCF10A a MCF10CA1a). Táto štúdia preukázala, že I3C indukoval apoptózu v bunkách rakoviny prsníka, ale nie v non-tumorigénnych epiteliálnych bunkách prsníka (21). Liečba karcinómov spočíva v zastavení bunkového cyklu na úrovni G1 (6,22). I3C zlešuje expresiu p53 a inhibuje aktivitu cyklin-dependentných kináz, čím indukuje zastavenie bunkového cyklu vo fáze G0/G1 (22). Iné štúdie poukazujú na vplyv I3C a jeho metabolitu DIM na apoptózu tumoróznych buniek (23). Podávanie DIM inaktivuje aktivitu NF-κB (nukleárneho faktoru kappa-B), a tak môže potencovať inhibíciu bukového rastu a apoptózu indukovanú chemoterapeutickými látkami s minimálnymi vedľajšími účinkami. I3C taktiež indukuje autofágiu rôznych bunkových línií. Okrem toho I3C inhibuje inváziu tumoru a metastáz a moduluje aktivitu niektorých transkripčnch faktorov a rôznych proteínkináz (5). Nadmerná expresia angiogénnych faktorov vrátane vaskulárneho endotelového rastového faktoru (VEGF), IL-6, matrix metaloproteináz súvisí s rozvojom karcinómu a so šírením metastáz. I3C suprimuje sekréciu týchto angiogénnych faktorov, čím inhibuje angiogenézu (24). Viaceré štúdie ukazujú, že liečba pomocou I3C vedie k rôznym zmenám v génovej expresii, expresiu BRCA, ale taktiež moduláciou epigenetických zmien ako CpG metylácie, modifikácie histónov a expresiu microRNA (miRNA) (25). Komplex metabolitov indolu získaných z kapustovitých rastlín majú synergický antikarcinogénny efekt.
Inol3karbinol a PCOS
Syndróm polycystických ovárií je jednou z najrozšírenejších metabolických a reprodukčných ochorení u žien v reprodukčnom veku. Ženy s PCOS trpia súborom príznakov, ktoré súvisia s poruchou menštruačného cyklu a nadbytkom androgénov, čo vo významnej miere negatívne ovplyvňuje ich kvalitu života. Majú zvýšené riziko súboru viacerých ochorení (metabilický syndróm X), zahŕňajúcich obezitu, inzulínovú rezistenciu, diabetes mellitus II typu, kardiovaskulárne ochorenia, infertilitu, onkologické ochorenia a psychologické ochorenia (26). Doposiaľ presná príčina PCOS nie je úplne objasnená. Liečba PCOS spočíva v zlepšení klinického obrazu (27). Avšak vzhľadom k zlyhávaniu liečby nasmerovanej proti príznakom
hyperandrogenizmu a inzulínovej rezistencie je potrebné skúmať nové formy terapie, ktoré účinkujú na špecifickej molekulárnej úrovni (26).
I3C je dnes predmetom záujmu prebiehajúcich výskumov pre jeho možné antikarcinogénne, antioxidačné, protizápalové, anti-apoptotické a anti-aterogénne vlastnosti. Nedávne štúdie sa zameriavali na posúdenie možného efektu I3C na rôzne endokrinné ochorenia. Štúdie potvrdili antiandrogénne a rastovo inhibičné účinky indolu-3karbinolu a jeho derivátov, čo by mohlo zlepšiť patologické znaky PCOS (28). Taktiež bol popísaný účinok I3C a jeho metabolitu 3, 3′- diindolylmetánu pri zlepšení hyperglykémiou sprostredkovaného oxidačného stresu (12).Okrem toho, bolo dokázané, že I3C reguluje hladiny estrogénov do normálnych hodnôt, čo by mohlo prispieť v liečbe PCOS. Nedávne štúdie sa pokúsili dokázať vzťah medzi I3C a metabolickými ochoreniami vrátane PCOS (29). Abdelbaqi a spol. publikovali prácu, v ktorej popisuje účinný antiandrogénny a antiestrogénny účinok I3C a jeho metabolitov, čo môže zmierniť hormonálne poruchy pri PCOS (28). Taktiež Gao a spol. zistili, že I3C znižuje produkciu LH a FSH, čo môže zabrániť výkyvom v hladinách estrogénu a progesterónu pri PCOS (30). I3C zlepšuje inzulínovú
rezistenciu a lipidový profil, pravdepodobne cestou supresie prozápalových faktorov a spôsobuje útlm hyperglykémiou spostredkovaného oxidačného stresu často prítomného pri PCOS (12). Kabel a spol. vo svojej štúdii porovnával účinok I3C a I3C v kombinácii s linagliptínu u potkanov. V skupinách, ktorým bol podávaný I3C samostatne alebo v kombinácii s linagliptínom pozorovali inhibičný efekt na expresiu TGF- β 1 a útlm prozápalových cytokínov ako TNF-α a IL-10. Taktiež po tejto kombinovanej terapii pozorovali pokles BMI, pokles hladín voľného plazmatického testosterónu, LH, progesterónu a estradiolu a pokles tkanivového TBARS (thiobarbituric acid reactive substance assay). Zaznamenali zvýšenú aktivitu antioxidačných enzýmov a obsah Nrf2/HO-1 (11,31). V porovnaní s PCOS skupinou, u skupiny potkanov, ktorým bol podávaný I3C sa zistili signifikantne lepšie výsledky glykémií, hormonálnych hladín a lipidového profilu. I3C v kombinácii s linagliptínom majú
pravdepodobne synergický účinok, a tak by mohli zlepšovať prejavy PCOS (31). Synergický efekt môžeme vysvetliť faktom, že I3C moduluje expresiu P-glykoproteínu, ktorý sa zdá byť zodpovedný za rezistenciu PCOS na medikamentóznu terapiu.
ZÁVER
V epidemiologických a klinických štúdiách sa dokázali viaceré pozitívne účinky látky I3C a jeho metabolitov. Jeho využitie je však limitované tým, že chýbajú veľké prospektívne, randomizované klinické štúdie, ktoré by stanovili dávku a dĺžku užívania tejto látky pri jednotlivých ochoreniach u ľudí. Väčšina prác bola uskutočnená in vitro alebo na animálnych modeloch. I3C má vďaka jeho dokázaným priaznivým účinkom nesporne veľký potenciál nielen v onkológii, ale aj v regulácii hormonálnych porúch a ochorení spojených s poruchami metabolizmu glukózy. Napriek týmto pozitívnym účinkom látky I3C, ktoré boli dokázané vo viacerých štúdiách, doposiaľ chýbajú veľké klinické štúdie, ktoré by zaradili I3C do jednej
z terapeutických možností PCOS. Tieto sľubné výsledky by mohli byť predmetom ďalšieho klinického skúšania. Zdá sa, že I3C má veľký potenciál a jeho užívanie sa považuje za relatívne bezpečné.
LITERATÚRA
1. Katz, E., Nisani, S., Chamovitz, D.A.: Indole-3-carbinol: a plant hormone combatting cancer. F1000 Faculty Rev.,2018, 689
2. Benabadji, S.H., Wen, R., Zheng, J.B., et al:. Anticarcinogenic and antioxidant activity of diindolylmethane derivatives. Acta Pharmacol Sin., 2004, (25), 666–671.
3. Fujioka, N., Fritz, V., Upadhyaya, P., et al.: Research on cruciferous vegetables, indole-3-carbinol, and cancer prevention: A tribute to Lee W. Wattenberg. Mol Nutr Food Res., 2016, 60(6), 1228–38.
4. Smetnik, A.A., Smetnik, V.P., Kiselev, V.I.: Experience with indole-3-carbinol used to treat diseases of the breast and to prevent breast cancer. Obstetrics and Gynegology, 2017, (2), 106-112..
5. Fan, S., Meng, Q., Auborn, K., et al.: BRCA1 and BRCA2 as molecular targets for phytochemicals indole-3-carbinol and genistein in breast and prostate cancer cells. Br J Cancer., 2006, 94(3), 407–26.
6. Bradlow, H.L.: Review. Indole-3-carbinol as a chemoprotective agent in breast and prostate cancer. In Vivo, 2008, 22(4), 441–5.
7. Mokbel, K., Mokbel, K.: Chemoprevention of Breast Cancer With Vitamins and Micronutrients: A Concise Review. In Vivo, 2019, 33(4), 983–997.
8. Bell, M.C., Crowley-Nowick, P., Bradlow, H.L. et al.: Placebo-controlled trial of indole-3-carbinol in the treatment of CIN. Gynecol Oncol., 2000, (78), 123–129.
9. Rosen, C.A., Bryson, P.C.: Indole-3-carbinol for recurrent respiratory papillomatosis: long-term results. J Voice., 2004, (18), 248–253.
10. Naik, R., Nixon, S., Lopes, A.,et al.: A randomized phase II trial of indole- 3-carbinol in the treatment of vulvar intraepithelial neoplasia. Int J Gynecol Cancer., 2006, (16), 786–790.
11. Kabel, A.M., Al-Shehri, A.H., Al-Talhi, R.A., et al.: The promising effect of linagliptin and/or indole-3-carbinol on experimentally-induced polycystic ovarian syndrome. Chemico-Biological Interactions, 2017, (273), 190–199.
12. Jayakumar, P., Pugalendi, K.V., Sankaran, M.: Attenuation of hyperglycemia-mediated oxidative stress by indole-3-carbinol and its metabolite 3, 3′- diindolylmethane in C57BL/6J mice, J Physiol Biochem., 2014, (70), 525-534.
13. Liu, X., Lv, K.: Cruciferous vegetables intake is inversely associated with risk of breast cancer: A meta-analysis. Breast, 2013, 22(3), 309-313.
14. Zhang, N.Q., Ho, S.C., Mo, X.F., et al.: Glucosinolate and isothiocyanate intakes are inversely associated with breast cancer risk: A case–control study in China. Br J Nutr., 2018, 119(8), 957-964.
15. Del Priore, G., Gudipudi, D.K., Montemarano, N. et al.: Oral diindolylmethane (DIM):Pilot evaluation of a nonsurgical treatment for cervical dysplasia. Gynecologic Oncology, 2010, 116(3), 464 – 467.
16. Kumar, N., Preciado, D.: Airway Papillomatosis: New Treatments for an Old Challenge. Frontiers in Pediatrics, 2017, 7.
17. Gaudet, M.M., Britton, J.A., Kabat, G.C.,et al.: Fruits, vegetables, and micronutrients in relation to breast cancer modified by menopause and hormone receptor status. Cancer Epidemiol Prev Biomarkers, 2014, 13(9), 1485-1494.
18. Ambrosone, C.B., McCann, S.E., Freudenheim, J.L., et al.: Breast cancer risk in premenopausal women is inversely associated with consumption of broccoli, a source of isothiocyanates, but is not modified by GST genotype. J Nutr., 2004, 134(5), 1134-1138.
19. Martín-Ruiz, A., Peña, L., González-Gil, A., et al.: Effects of indole-3-carbinol on steroid hormone profile and tumor progression in a mice model of canine inflammatory mammarycancer. BMC Cancer, 2018, 18(1).
20. Takahashi, N., Stresser, D.M., Williams, D.E., et al: Induction of hepatic CYP1A by indole-3-carbinol in protection against aflatoxin B1 hepatocarcinogenesis in rainbow trout. Food Chem Toxicol., 1995, 33, 841– 850.
21. Rahman, K.M., Aranha, O., Sarkar, F.H.: Indole-3-carbinol (I3C) induces apoptosis in tumorigenic but not in nontumorigenic breast epithelial cells. Nutr Cancer., 2003, 45(1), 101–12.
22. Matsuzaki, Y., Koyama, M., Hitomi, T., et al.: Indole-3-carbinol activates the cyclindependent kinase inhibitor p15gene. FEBS Lett., 2004, 576(1–2), 137–40.
23. Lee, C. M., Choi, Y. J., Park, S.-H., et al.: Indole-3-carbinol induces apoptosis in human hepatocellular carcinoma Huh-7 cells. Food and Chemical Toxicology, 2018, 118, 119–130.
24. Kunimasa, K., Kobayashi, T., Kaji, K., et al.: Antiangiogenic effects of indole-3-carbinol and 3,3′- diindolylmethane are associated with their differential regulation of ERK1/2 and Akt in tube-forming HUVEC. The Journal of Nutrition., 2010, 140(1), 1–6.
25. Phuah, N.H., Nagoor, N.H.: Regulation of microRNAs by natural agents: new strategies in cancer therapies. Biomed Res Int., 2014, 2014, 804510.
26. El Hayek, S., Bitar, L., Hamdar, L.H.et al.: Polycystic Ovarian Syndrome: An Updated Overview, Front. Physiol., 2016, (7), 124.
27. El-Sharkawy, A.A., Abdelmotaleb, G.S., Aly, M.K. et al.: Effect of metformin on sleep disorders in adolescent girls with polycystic ovarian syndrome, J. Pediatr. Adolesc. Gynecol., 2014, (27), 347-352.
28. Abdelbaqi, K., Lack, N., Guns, E.T. et al.: Antiandrogenic and growth inhibitory effects of ring-substituted analogs of 3,3′-diindolylmethane (ring-DIMs) in hormoneresponsive LNCaP human prostate cancer cells, Prostate, 2011, (71), 1401-1412.
29. Enríquez, J., Velázquez-Cruz, R., Parra-Torres, A. et al.: The antiestrogenic activity of indole-3-carbinol in neonatal rat osteoblasts is associated with the estrogen receptor antagonist 2-hydroxyestradiol, J. Endocrinol. Invest., 2016, (39), 1149-1158.
30. Gao, X., Petroff, B.K., Oluola, O. et al.: Endocrine disruption by indole-3-carbinol and tamoxifen: blockage of ovulation, Toxicol. Appl. Pharmacol., 2002, (183), 179-188.
31. Kabel, A.M., Alharthi, E.A., Alshehri, R.K., et al.: Indole-3-carbinol: A Promising Hope for Cancer Therapy. Journal of Cancer Research and Treatment, 2018, 6(1), 25-27.
