Indol-3-Karbinol a lézie krčka maternice MUDr. Redecha M.

Mikuláš Redecha¹

II gynekologicko-pôrodnícka klinika LFUK a UNB

Adresa:gynekologicko-pôrodnícka klinika LFUK a UNB

Ružinovská 6

821 01, Bratislava

Abstrakt:

Derivát indolu, indol-3-karbinol (I3C), je látka prirodzene sa vyskytujúca v kapustových rastlinách. Táto látka inhibuje bunkovú proliferáciu, zastavuje bunkový cyklus v G1 fáze a vyvoláva apoptózu, čím suprimuje tumorogenézu. Jej užívanie by tak mohlo napomáhať pri prevencii a liečbe niektorých ochorení vrátane lézií krčka maternice. Molekulárne mechanizmy, ktorými indoly suprimujú tumorogenézu, však nie sú presne známe. Ženy s cervikálnou intraepiteliálnou neopláziou II a III (CIN II/III) majú nižší pomer 2:16α-hydroxyestrónu v porovnaní so ženami s fyziologickým nálezom na krčku maternice. I3C účinne zvyšuj 2-hydroxyláciu estrogénu v pečeňových bunkách a podporuje tvorbu 2-hydoxyestrónu na úkor 16α-hydroxyestrónu. I3C by bolo preto možné využiť ako doplnok pri liečbe lézií krčka maternice. Jeho využitie je však širšie. V súčasnosti máme na trhu k dispozícii viaceré preparáty a výživové doplnky s obsahom indol-3-karbinol. Odporúčaná denná dávka I3C je 200-400 mg dva krát denne počas minimálne 4 týždňov.

Kľúčové slová: Indol-3-Karbinol, deriváty indolu, kancerogenéza, supresia tumorogenézy, lézie krčka maternice

Summary:

The indole derivative, indole-3-carbinol (I3C), is naturally occurring substance in some plants. It inhibits cell proliferation, stops the cell cycle in the G1 phase, and induces apoptosis to suppress tumorogenesis. Thus, its use could be helpful in the prevention and treatment of certain diseases including cervical lesions. However, the molecular mechanisms by which the indole suppresses tumorigenesis are not well known. Women with cervical intraepithelial neoplasia II and III (CIN II/III) have a lower ratio of 2:16α-hydroxyestrone compared to women with a physiological finding on the uterine cervix epithelium. I3C effectively increases the 2-hydroxylation of estrogen in liver cells and promotes the formation of 2-hydroxyestrone at the expense of 16α-hydroxyestrone. I3C could therefore be used as an add on to the treatment of cervical lesions. However, its use had broad-spectrum. At present, there are several formulas and nutritional supplements containing indole-3-carbinol available on the market. The recommended daily dose of I3C is 200-400 mg twice daily for at least 4 weeks.

Key words: Indol-3-karbinol, indol derivats, cancerogenesis, tumorgenesis supression, cervical lesions

Úvod:

Indoly sú aromatické heterocyklické organické zlúčeniny. Tieto látky sú prekurzormi mnohých farmaceutických látok. Indol-3-karbinol je fytochemická látka nachádzajúca sa v kapustovej zelenine vrátane kapusty, brokolice, ružičkového kelu a karfiol. Nedávne štúdie naznačujú, že I3C má potenciál predchádzať a dokonca liečiť niektoré typy nádorových ochorení a to najmä tých, ktoré súvisia s metabolizmom estrogénu. [1] Deriváty indolu, indol-3-karbinol (I3C) a 3,3′-diindolylmetán (DIM) je možné syntetizovať rôznymi spôsobmi. Obr. 1. Štúdie in vitro ukázali, že I3C a DIM inhibujú bunkovú proliferáciu, zastavujú bunkový cyklus v G1 fáze a vyvolávajú apoptózu. [1] Presné molekulárne mechanizmy, ktorými indoly suprimujú tumorogenézu však nie sú známe. Je ale jasné, že indoly ovplyvňujú metabolizmus estrogénu. Indoly regulujú expresiu viacerých génov, ktoré sú dôležité pri kontrole bunkového cyklu, bunkovej proliferácie, apoptózy, prenosu signálu, angiogenéze a bunkovej invázii. Na animálnych modeloch indoly zabraňovali vzniku nádorov prsnej žľazy a prostaty. [2]

Indol-3-karbinol sa v žalúdku rýchlo mení na viaceré kondenzačné produkty, vrátane diindolylmetánu (DIM), indolylkarbazolu (ICZ) a 2- (indol-3-ylmetyl)-3,3′-diindolylmetánu (L-Trl). [2] V ľudskej plazme, ani v plazme krýs užívajúcich I3C nebol detegovaný I3C, ale vysoké objemy DIM a iných metabolitov. [3] Metabolické produkty I3C sú hlavnými zlúčeninami, ktoré boli pôvodne dostupné bunkám po požití I3C. Laboratórne sledovania však naznačujú, že I3C môže pôsobiť niekoľkými rôznymi spôsobmi, ktorými zabraňuje transformácii alebo progresii nádorového ochorenia. Zároveň môže selektívne usmrcovať transformované bunky.

Deriváty indolu boli skúmané v I. a II. fáze klinických skúšaní. Zistilo sa, že účinkujú ako potenciálne chemoprotektívne látky pri rakovine prsníka, vaječníka, vulvárnej intraepiteliálnej neoplázii a rakovine čreva. Predbežné zistenia týchto štúdií ukázali významné klinické zlepšenie pri týchto stavoch. Zaujímavé pritom je, že užívanie derivátov indolu nebolo sprevádzané vedľajšími účinkami. Deriváty indolov by mohli byť, po získaní dostatočných údajov z prebiehajúcich štúdií, využívané pri prevencii a liečbe hormonálne-dependentných aj hormonálne-nondependentých nádorových ochorení. [2,4]

Indol-3-karbinol (I-3-C), ako jeden z derivátov indolov, sa prirodzene vyskytuje v rastlinných potravinách. Perorálne užívanie I3C ovplyvňuje metabolizmus estrogénu a zvyšuje pomer medzi 2 a 16-hydroxyestrónom. Tento pomer predstavuje prediktívne riziko pre vznik rakoviny prsníka. V štúdiách na animálnych modeloch a in vitro sa zistili ďalšie priaznivé účinky I3C a jeho metabolitov. Medzi hlavné vplyvy patrí inhibícia väzby estrogénu a modulácia expresie onkogénov. [1,4] Niektoré analýzy chemickej karcinogenézy však prekvapivo poukázali aj na jeho tumor stimulujúci účinok. [1] Epidemiologické štúdie podporujú hypotézu, že vysoký príjem I3C môže mať významný chemoprotektívny vplyv. I3C je pritom dobre tolerovaný a má trvalý estrogén-modifikujúci účinok. I3C je vhodnou molekulou na klinické skúšanie u žien s vysokým rizikom vzniku rakoviny prsníka. Na vyhodnotenie jeho presných účinkov však budú potrebné ďalšie prospektívne, randomizované, klinické štúdie. Ide však o látku s potenciálne veľmi širokým priaznivým účinkom. [4]

I3C a lézie krčka maternice

Nález prekanceróz krčka maternice vo forme LG-SIL, HG-SIL alebo CIN I-III patria k bežnej gynekologickej praxi. Ako prediktor rizika vzniku rakoviny krčka maternice môžu slúžiť metabolity močového estrogénu. Ženy s cervikálnou intraepiteliálnou neopláziou II / III (CIN II / III) majú nižší pomer 2:16α-hydroxyestrónu v porovnaní so ženami s fyziologickým nálezom na krčku maternice. [4] Indol-3-karbinol svojim účinkom na cytochróm P-450 mení dráhu metabolizmu estrogénu, u žien aj mužov, a znižuje tak riziko vzniku niektorých typov nádorov. [5-7] Metabolizmus sa mení indukciou špecifickej izoformy cytochrómu P-450 cez arylový receptor. Pre tento receptor je DIM len slabým ligandom. [8,9] Metabolická degradácia estradiolu pečeňovými bunkami vedie k tvorbe 2-hydroxyestrónu alebo 16α-hydroxyestrónu a v menšej miere aj ku produkcii 4-hydroxyestrónu, čo je relatívne silný karcinogén. 16α-hydroxyestrón navodzuje proliferáciu niektorých nádorových bunkových línií prsníka. [10] 2-hydroxyestrón má naopak skôr antiestrogénovú a antiproliferačnú aktivitu. [11] Pacientky s nálezom CIN II alebo III majú nižší pomer 2-hydroxyestrón:16α-hydroxyestrón v porovnaní so ženami bez lézie krčka maternice [4] Jedným z procesov liečby by tak mohlo byť zvýšenie procesu 2-hydroxylácie a zvýšiť tak hladinu 2-hydroxyestrónu. Onkogénne vírusy výrazne menia pomer 2-hydoxyestrónu a 16α-hydroxyestrónu. Snahy o priame zníženie 16α-hydroxylácie boli zatiaľ neúčinné. Up-reguláciou 2-hydroxylácie sa estradiol metabolizuje na benígny produkt a to na úkor 16α-hydroxylácie. Pri upregulácii 2-hydroxylácie sa ukázalo účinných niekoľko zlúčenín. Niwa a kol. zistili, že práve I3C je najúčinnejšou zlúčeninou v tejto skupine. [12] Zdá sa, že indol-3-karbinol tiež potláča 4-hydroxylačnú aktivitu. [13] Jedným z cieľov liečby je preto upregulácia 2-hydroxylácie. Estradiol je tak vo zvýšenej miere metabolizovaný na benígny produkt a to na úkor 16α-hydroxylácie. I3C patrí medzi molekuly s najsilnejším potenciálom pri upregulácii 2-hydroxylácie. [12] Zdá sa, že indol-3-karbinol, okrem upregulácie 2-hydroxylácie potláča tiež 4-hydroxylačnú aktivitu. [13] Bell a kol. vo svojej dvojito zaslepenej, placebom kontrolovanej štúdii randomizovali 30 pacientok s CIN II/III ktoré boli potvrdené “punch-biopsiou“. Pacientky boli randomizované do troch skupín v ktorých užívali placebo, 200mg alebo 40mg dávku I3C denne počas 12 týždňov. [14] Tri pacienty štúdiu nedokončili. V skupine s placebom, u žiadnej z 10 pacientok nenastala úplná regresia nálezu CIN. Na rozdiel od toho, u štyroch pacientok z ôsmich, v skupine s 200mg dávkou denne, a u štyroch pacientok z deviatich, v skupine s 400mg dávkou I3C na deň, nastala úplná regresia nálezu CIN pri kontrolnej “punch-biopsii“ po 12-týždňovom užívaní I3C. Maximálna dávka (400 mg I3C na deň), použitá v tejto práci, je ekvivalentom množstva I3C, ktoré sa nachádza v jednej tretine zrelej kapustnej hlavy. V tejto ani v predchádzajúcich štúdiách neboli zaznamenané žiadne nepriaznivé a vedľajšie účinky pri užívaní I3C. Ide samozrejme o štúdiu s veľmi malým počtom pacientok, ale výsledky boli štatisticky významné. Zaujímavá je práca Chena a kol. Na bunkových líniách ľudského karcinómu krčka maternice sledovali, v in-vitro podmienkach, vplyv I3C aj DIM. Obe zlúčeniny, I3C aj DIM, navodzovali v cervikálnom epitely HPV16 transgénnych myší apoptózu. To naznačuje ich využitie ako potenciálnych chemoterapeutík. Ukázalo sa, že I3C, v in-vitro podmienkach, blokuje expresiu HPV podporovanú estrogénom. Mohol by tak byť využívaný aj ako doplnok pri snahe o clearens HPV vírusu u HPV pozitívnych žien. [15,16]

Antiestrogénová  aktvita I3C by mohla byť synergická s liekmi ako napr. tamoxifén. Zdá sa však, že I3C a tamoxifén fungujú rôznymi mechanizmami. I3C naviac stimuluje apoptózu v estrogén negatívnych humánnych bunkových líniách rakoviny prsníka. [17]

Odporúčania pre prax:

I3C je vo všeobecnosti dobre znášaný v rozmedzí od 400 do 800 mg denne. V nedávnej štúdii so 17 ženami, s vysokým rizikom vzniku rakoviny prsníka, boli užívané dávky I3C až do 800 mg denne. Táto dávka bola dobre tolerovaná všetkými pacientkami v štúdii, bez objavenia sa vedľajších účinkov. [18] Pri dávke nad 800 mg denne sa objavujú správy o vedľajších účinkoch I3C. Ide však skôr o individuálne prípady a kazuistiky [19] U jedného pacienta, ktorý užíval 400 mg I3C dva krát denne, sa objavil tremor a závrate. Pri znížení dávky I3C na polovicu, tieto príznaky ustúpili. U dvojročného dieťaťa, ktoré náhodne užilo trojnásobok predpísanej dávky sa prechodne objavili závrate. Obdobne aj u dvanásťročného dieťaťa, ktoré užilo trojnásobnú dávku I3C, sa prechodne objavila nauzea a závrate. U žiadneho z pacientov, po prerušení liečby, nezostali žiadne trvalé príznaky. V štúdiách na zvieracích modeloch boli používané veľmi vysoké dávky I3C bez objavenia sa toxických príznakov. V týchto prácach boli dosiahnuté tkanivové koncentrácie viac ako 1 mmol, čo je oveľa vyššia koncentrácia, ako sa bežne dosahuje pri terapeutických dávkach. [20] Obvyklá dávka I3C je 200-400 mg denne. Niektoré práce preukázali signifikantné zvýšenie pomeru 2:16α-hydroxyestrónu pri dávkach 300-400 mg I3C denne počas štyroch týždňov. [19,21] Dnes sa odporúča denná dávka I3C 200-400 mg denne počas minimálne 4 týždňpv na to aby sa dosiahol priaznivý efekt pri pri liečbe lézií krčka maternice a pri snahe o clearens HPV. [21]

Záver:

Klinické štúdie s výživovými doplnkami, aj tie zamerané na prevenciu vzniku rakoviny krčka maternice, majú vo všeobecnosti viaceré nedostatky. Neposkytujú dostatok informácií s kvalitnými analýzami údajov. Hlavným nedostatkom týchto prác je ich nedostatočná alebo nepresná informácia o vplyve sledovanej molekuly a jej konkrétnom zásahu do procesu karcinogenézy. Nedostatočné sú aj údaje o dĺžke liečby a dlhodobom sledovaní pacientok, ktorým by sa preukázala účinnosť molekuly. Dnes však vieme, že nutričné ​​faktory zohrávajú významnú úlohu pri zmenách normálneho cervikálneho epitelu na preinvazívne cervikálne lézie a nakoniec aj v progresii do karcinómu. Nemáme však dostatok poznatkov o biologických mechanizmoch, ktoré by nám určili optimálne načasovanie intervencie a užívanie sledovaných molekúl vo forme výživových doplnkov. Táto skutočnosť ovplyvňuje možnosť ich účinne sledovať v kvalitných klinických skúšaniach. To, že ide o proces veľmi náročný dokladá aj fakt, že v súčasnosti bolo ukončených len päť klinických študií vo fáze  III so zameraním sa na chemoprevenciu výživových doplnkov. Iba jedna z týchto prác mala pozitívny záver. Na základe údajov a znalostí, ktoré dnes máme a až do doby, kým nebudú vykonané ďalšie intervenčné štúdie, musíme predpokladať, že výživové doplnky môžu byť účinným nástrojom pri prevencii a progresii cervikálnych dysplázií. Výživové doplnky sú vhodné najmä v situácii, keď krvné parametre poukazujú na nedostatok niektorej zo živín. Nevyhnutné ale bude presne vyhodnotiť a stanoviť primerané dávkovanie a dĺžku trvania takejto liečby.               I3C je v súčasnosti jednou z najviac sledovaných molekúl zo skupiny výživových doplnkov. Dnes už poznáme jeho priaznivý vplyv pri procese tumorogenézy, prevencii vzniku lézií krčka maternice a rakoviny krčka maternice ako aj iných typov rakoviny ako napr. prsnej žlazy. Pri ako jednej z mála molekúl zo skupiny výživových doplnkov poznáme aj presnejší mechanizmus jej účinku cez upreguláciu 2-hydroxylácie estrogénu. Jeho využitie by tak mohlo byť omnoho širšie. Na presné zhodnotenie jeho účinnosti a určenie presného dávkovania však budú potrebné ďalšie prospektívne a randomizované štúdie.

Literatúra:

1. Grubbs CJ, Steele VE, Casebolt T, et al. Chemoprevention of chemically-induced mammary carcinogenesis by indole-3-carbinol. Anticancer Res 1995;15:709-716.
2. Grose KR, Bjeldanes LF. Oligomerization of indole-3-carbinol in aqueous acid. Chem Res Toxicol 1992;5:188-193.
3. Stresser DM, Williams DE, Griffen DA, Bailey GS. Mechanisms of tumor modulation by indole-3-carbinol. Disposition and excretion in male Fischer 344 rats. Drug Metab Dispos 1995;23:966-975.
4. Newfield L, Goldsmith A, Bradlow HL, et al. Estrogen metabolism and human papillomavirusinduced tumors of the larynx: chemo-prophylaxis with indole-3-carbinol. Anticancer Res 1993;13:337-341.
5. Telang NT, Suto A, Wong GY, et al. Induction by estrogen metabolite 16 alpha-hydroxyestrone of genotoxic damage and aberrant proliferation in mouse mammary epithelial cells. J Natl Cancer Inst 1992;84:634-638.
6. Stoewsand GS, Anderson JL, Munson L. Protective effect of dietary brussels sprouts against mammary carcinogenesis in SpragueDawley rats. Cancer Lett 1988;39:199-207.
7. Zeligs MA. Diet and estrogen status: the cruciferous connection. J Med Food 1998;1:67- 81
8. Auborn KJ, Woodworth C, DiPaolo JA, et al. The interaction between HPV infection and estrogen metabolism in cervical carcinogenesis. Int J Cancer 1991;49:867-869.
9. Chen I, McDougal A, Wang F, et al. Aryl hydrocarbon receptor-mediated antiestrogenic and antitumorigenic activity of diindolylmethane. Carcinogenesis 1998;19:1631-1639.
10. Schneider J, Huh MM, Bradlow HL, et al. Antiestrogen action of 2-hydroxyestrone on MCF-7 human breast cancer cells. J Biol Chem 1984;259:4840-4845.
11. Suto A, Bradlow HL, Wong GY, et al. Experimental down-regulation of intermediate biomarkers of carcinogenesis in mouse mammary epithelial cells. Breast Cancer Res Treat 1993;27:193-202.
12. Niwa T, Swaneck G, Bradlow HL. Alterations in estradiol metabolism in MCF-7 cells induced by treatment with indole-3-carbinol and related compounds. Steroids 1994;59:523-527.
13. Bradlow HL, Sepkovic DW, Telang NT, et al. Indole-3-carbinol. A novel approach to breast cancer prevention. Ann N Y Acad Sci 1995;768:180-200.
14. Bell MC, Crowley-Nowick P, Bradlow HL, et al. Placebo-controlled trial of indole-3-carbinol in the treatment of CIN. Gynecol Oncol 2000;78:123-129.
15. Chen DZ, Qi M, Auborn KJ, et al. Indole3-carbinol and diindolylmethane induce apoptosis of human cervical cancer cells and in murine HPV 16-transgenic preneoplastic cervical epithelium. J Nutr 2001;131:3294-3302.
16. Yuan F, Chen DZ, Sepkovic DW, et al. Antiestrogenic activities of indole-3-carbinol in cervical cells: implication for prevention of cervical cancer. Anticancer Res 1999;19:1673-1680.
17. Telang NT, Katdare M, Bradlow HL, et al. Inhibition of proliferation and modulation of estradiol metabolism: novel mechanisms for breast cancer prevention by the phytochemical indole-3- carbinol. Proc Soc Exp Biol Med 1997;216:246- 252.
18. Ho GH, Luo XW, Ji CY, et al. Urinary 2/16 alphahydroxyestrone ratio: correlation with serum insulin-like growth factor binding protein-3 and a potential biomarker of breast cancer risk. Ann Acad Med Singapore 1998;27:294-299.
19. Rosen CA, Woodson GE, Thompson JW, et al. Preliminary results of the use of indole-3 carbinol for recurrent respiratory papillomatosis. Otolaryngol Head Neck Surg 1998;118:810-815.
20. Stresser DM, Williams DE, Griffin DA, Bailey GS. Mechanisms of tumor modulation by indole-3-carbinol. Disposition and excretion in male Fischer 344 rats. Drug Metab Dispos 1995;23:965-975.
21. Wong GY, Bradlow L, Sepkovic D, et al. Doseranging study of indole-3-carbinol for breast cancer prevention. J Cell Biochem Suppl 1997;28-29:111- 116.