ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΤΟΥ β-LAPACHONE ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟΥ ΤΟΥ ΒΟΤΑΝΟΥ ΠΑΟΥ ΝΤ’ΑΡΚΟ

ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΤΟΥ β-LAPACHONE ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟΥ ΤΟΥ ΒΟΤΑΝΟΥ ΠΑΟΥ ΝΤ’ΑΡΚΟ

Δρ. Ευάγγελος Κονταργύρης, Bsc, Biomedical Sciences, PhD,

Διδάκτωρ Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Ιωαννίνων

Το πάου ντ’ άρκο (pau d’ arco) είναι ένα βότανο, πολύ γνωστό στη Νότια Αμερική, το οποίο παρασκευάζεται από τον εσωτερικό φλοιό του δέντρου Ταμπεμπούια (Tabebuia) και περιέχει τις δραστικές ουσίες ναφθοκινόνες (naphthoquinones) οι οποίες είναι παράγωγα του βενζοϊκού οξέος. Μια ναφθοκινόνη που ονομάζεται β-lapachone, έχει βρεθεί από in vitro μελέτες σε καρκινικά κύτταρα ότι έχει ισχυρές αντικαρκινικές ιδιότητες μέσω ορισμένων κυτταροτοξικών μηχανισμών που σχετίζονται με τη μοριακή βιολογία και επίσης μέσω πιθανών βιοχημικών οδών.

Το πάου ντ’ άρκο (pau d’ arco) είναι ένα διαδεδομένο βότανο το οποίο διατίθεται σε σακουλάκια του τσαγιού, σε κάψουλες και σε σκόνη από τα καταστήματα υγιεινών ειδών. Επίσης είναι γνωστό και σαν λαπάχο (lapacho), ίπε ρόξο (ipe roxo) και ταχίμπο (taheebo). Το βότανο παρασκευάζεται από τον εσωτερικό φλοιό ενός μεγάλου δέντρου διαφόρων ειδών, με λουλούδια ροζ, μωβ ή κίτρινου χρώματος, το οποίο φύεται στη Βραζιλία και στην Αργεντινή και ονομάζεται Ταμπεμπούια (Tabebuia). Στη Νότια Αμερική, το πάου ντ’ άρκο χρησιμοποιείται ως αγωγή για τον καρκίνο καθώς και για τη γρίπη, τον πυρετό, την ελονοσία, τις λοιμώξεις, τη σύφιλη, τη γονόρροια και για τουλάχιστο ένα είδος λύκου (lupus). Εκτός από την δράση του ενάντια σε βακτήρια, σε μύκητες και στα συμπτώματα της φλεγμονής, χρησιμοποιείται επίσης και ως διουρητικό και αιμοστατικό. ^{1, 2}

Έχει βρεθεί ότι στο πάου ντ’ άρκο υπάρχουν διάφορες δραστικές ουσίες που ονομάζονται ναφθοκινόνες (naphthoquinones) οι οποίες είναι απλά παράγωγα του βενζοϊκού οξέος και αλληλεπιδρούν συνεργιστικά στην αντικαρκινική θεραπέια.^{1, 2} Πράγματι μια πρόσφατη μελέτη που έγινε σε κύτταρα καρκίνου του μαστού έδειξε ότι το υγρό εκχύλισμα πάου ντ’ άρκο από τον εσωτερικό φλοιό του δέντρου από το είδος Tabebuia avellandae ³ (Εικόνα 1) προκαλεί μείωση της ανάπτυξης και επαγωγή απόπτωσης στα κύτταρα αυτά. Συγκεκριμένα οι κυτταροτοξικές επιδράσεις του πάου ντ’ άρκο είχαν σαν συνέπεια τη διακοπή του κυτταρικού κύκλου στην φάση «S» όπου γίνεται η αντιγραφή του DNA (DNA replication) και την συμπύκνωση της χρωματίνης (Εικόνα 2) που αποτελεί χαρακτηριστικό του θανάτου από απόπτωση στα κύτταρα αυτά. ⁴

Εικόνα 1. Άνθη από το δέντρο Tabebuia avellanedae. ³

Εκόνα 2. Μορφολογία κυττάρων καρκίνου του μαστού «MCF-7» σε Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης. (A) Κύτταρα χωρίς την χορήγηση του πάου ντ’ άρκο (control) (B) Κύτταρα μετά από την χορήγηση 1.5 mg/ml πάου ντ’ άρκο για 24 ώρες. Φαίνεται καθαρά η περιφερική συμπύκνωση και η κατάτμηση (fragmentation) της πυρηνικής χρωματίνης του αποπτωτικού κυττάρου. ⁴

Ένα σύνολο εργαστηριακών μελετών in vitro που πραγματοποιήθηκαν σε κύτταρα διαφόρων τύπων καρκίνου έχουν δείξει ότι μια ναφθοκινόνη που ονομάζεται β-lapachone (Εικόνα 3), η οποία εμπεριέχεται στο πάου ντ’ άρκο από το δέντρο Tabebuia avellandae έχει ισχυρές αντικαρκινικές ιδιότητες.^{2, 5} Οι μελέτες αυτές αποκαλύπτουν ορισμένους μηχανισμούς μοριακής βιολογίας και κάποιες πιθανές βιοχημικές οδούς (pathways) μέσω των οποίων ασκείται η κυτταροτοξική επίδραση του β-lapachone στα κύτταρα και επομένως εξηγείται αναλυτικά η αντικαρκινική του δράση.

Εικόνα 3. Η χημική δομή του β-lapachone.⁵

Μια πρώτη μελέτη που μπορεί να αναφερθεί πραγματοποιήθηκε στα καλλιεργούμενα καρκινικά κύτταρα του προστάτη ανθρώπου «PC-3» και έδειξε καταρχήν ότι το β-lapachone ελάττωσε σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη των κυττάρων αυτών επάγοντας θάνατο από απόπτωση και ανέστειλε την διαδικασία του κυτταρικού κύκλου στην φάση «G1» (Εικόνα 4). Στην φάση «G1» του κυτταρικού κύκλου τα κύτταρα σε κανονικές συνθήκες επιβίωσης αυξάνουν σε μέγεθος και προετοιμάζονται για την σύνθεση (αντιγραφή) του DNA. Επίσης αποδείχτηκε ότι το β-lapachone επέδρασε στον κυτταρικό κύκλο μέσω δύο βιοχημικών οδών: Η πρώτη οδός περιλαμβάνει τη σημαντική μείωση της φωσφορυλίωσης της ογκοκατασταλτικής πρωτεΐνης ρετινοβλάστωματος (retinoblastoma protein), «pRB», η οποία με τη σειρά της οδηγεί στην αναστολή της μεταγραφής των γονιδίων που ελέγχουν την μετάβαση από την φάση «G1» στη φάση «S». Σύμφωνα με την δεύτερη οδό αυξάνεται η έκφραση της πρωτεΐνης p21 και η σύνδεση της με την κινάση εξαρτώμενη από την κυκλίνη (cyclin-dependent kinase) «cyclin/Cdk2». Η σύνδεση αυτή έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση των δράσεων της κινάσης.⁶

Εικόνα 4. Κύτταρα καρκίνου του προστάτη «PC-3», με χρώση Wright στο φωτεινό μικροσκόπιο με μεγέθυνση x 200. Φαίνονται καθαρά οι μορφολογικές αλλαγές στα κύτταρα από την αποπτωτική δράση του β-lapachone. Έγινε χορήγηση 3 και 6 μΜ β-lapachone για 6 ώρες. ⁶

Επιπλέον μια άλλη έρευνα σε μια διαφορετική σειρά καρκινικών κυττάρων του προστάτη (DU145), έδειξε και πάλι ότι το β-lapachone προκαλεί αναστολή ανάπτυξης και επαγωγή απόπτωσης στα κύτταρα αυτά (Εικόνα 5). Η απόπτωση αποδειχτικέ ότι οφείλεται καταρχήν στη αύξηση της έκφρασης της προ-αποπτωτικής πρωτεΐνης Bax και στην μείωση της αντι-αποπτωτικής πρωτεΐνης Bcl-2. Επίσης βρέθηκε ότι το β-lapachone ελάττωσε τα επίπεδα του mRNA και την πρωτεϊνική έκφραση της κυκλοοξυγενάσης «COX-2», ενός ενζύμου που επιδρά στον σχηματισμό των προσταγλανδίνων οι οποίες παίζουν ρόλο σε πολλές λειτουργίες του σώματος συμπεριλαμβανομένης και της φλεγμονής. Τέλος αναφέρεται ότι το β-lapachone αναστέλλει την δράση της τελομεράσης ενός ενζύμου το οποίο εργάζεται συντηρώντας και επισκευάζοντας τα μήκη των τελομερών δηλαδή των τελικών απολήξεων των άκρων των χρωμοσωμάτων. Συγκεκριμένα η τελομεράση προσθέτει επαναλαμβανόμενα μικρά τμήματα DNA στα άκρα των χρωμοσωμάτων ώστε να προλάβει την καταστροφή και την απώλεια του γενετικού υλικού κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. ^{7, 8}

Εικόνα 5. Κύτταρα καρκίνου του προστάτη «DU145» στο φωτεινό μικροσκόπιο με μεγέθυνση x 200. Τα κύτταρα επωάστηκαν με διάφορες συγκεντρώσεις β-lapachone (από 1 έως 5 μΜ, για 48 ώρες) και οι μορφολογικές αλλαγές λόγω της επαγωγής απόπτωσης από το β-lapachone όσο αυξάνονταν οι δόσεις, είναι προφανείς.⁷

Σε ότι αφορά άλλα είδη καρκίνου μια έρευνα έδειξε ότι το β-lapachone επάγει αναστολή της ανάπτυξης και απόπτωση σε κύτταρα καρκίνου του παχέος εντέρου ανθρώπου (Εικόνα 6). Ο αποπτωτικός κυτταρικός θάνατος οφείλεται στην μείωση της έκφρασης της Bcl-2 και επίσης στην αναστολή του «πυρηνικού παράγοντα κΒ» (NF-κB), ενός πρωτεϊνικού συμπλέγματος που ελέγχει πολλές βιολογικές διεργασίες στο κύτταρα συμπεριλαμβανομένης και της απόπτωσης.⁹ Επίσης το β-lapachone βρέθηκε ότι αναστέλλει την ανάπτυξη και ότι επάγει απόπτωση ανθρώπινων κυττάρων καρκίνου του πνεύμονα. Η επιδράσεις αυτές οφείλονται στην μείωση της έκφρασης της Bcl-2, του ογκογονιδίου c-myc, του RNA της ανθρώπινης τελομεράσης και στην αύξηση της έκφρασης της Bax.¹⁰ Είναι επιπλέον γνωστό ότι το β-lapachone προκαλεί αναστολή στην ανάπτυξη και αποπτωτικό θάνατο σε κύτταρα καρκίνου του ήπατος καταρχήν με μείωση της έκφραση της Bcl-2 και της επίσης αντι-αποπτωτικής πρωτεΐνης Bcl-XL, καθώς και με ελάττωση της έκφρασης της Bax (Εικόνα 7). Η ίδια μελέτη αποκάλυψε ότι η επαγωγή απόπτωσης δεν γίνεται μέσω της λεγόμενης εξωγενούς αποπτωτικής οδού (extrinsic apoptotic pathway) στην οποία βασικό ρόλο παίζουν ο «υποδοχέας θανάτου Fas» (Fas receptor) και το συνδεόμενο μόριο για τον Fas (Fas ligand ή FasL). Συνεπώς λαμβάνοντας υπόψη ότι ενεργοποιούνται οι πρωτεάσες κασπάση-9 (caspase-9) και κασπάση-3 (caspase-3), εξάγεται το συμπέρασμα ότι η επαγωγή της απόπτωση στα συγκεκριμένα κύτταρα από το β-lapachone γίνεται μέσω της λεγόμενης ενδογενούς ή μιτοχονδριακής αποπτωτικής οδού (intrinsic apoptotic pathway).¹¹ Σε άλλη έρευνα έχει βρεθεί ότι το β-lapachone ελαττώνει την κυτταρική βιωσιμότητα επάγοντας απόπτωση σε καρκινικά κύτταρα ουροδόχου κύστης ανθρώπου επίσης μέσω της μιτοχονδριακής οδού. Το γεγονός αυτό αποδεικνύεται διότι το β-lapachone μειώνει την έκφραση της Bcl-2, αυξάνει την έκφραση της Bax, ενεργοποιεί τις κασπάσες-3 και -9 και αναστέλλει τα επίπεδα του υποδοχέα Fas και του FasL, στα κύτταρα αυτά.¹² Τέλος μια πρόσφατη έρευνα έδειξε ότι το β-lapachone επάγει άμεση αποπτωτική τοξικότητα σε ανθρώπινα λευχαιμικά κύτταρα μέσω της ενεργοποίησης της κασπάσης-3 και της απώλειας της δράσης της τελομεράσης η οποία αποδίδεται στην μειο-ρύθμιση (down-regulation) της αντίστροφης μεταγραφάσης (reverse transcriptase) της τελομεράσης.¹³

Εικόνα 6. Κύτταρα καρκίνου του παχέος εντέρου «HCT-116» στο φωτεινό μικροσκόπιο με μεγέθυνση x 200. Τα κύτταρα επωάστηκαν με διάφορες συγκεντρώσεις β-lapachone (από 1 έως 5 μΜ, για 24 ώρες) και οι μορφολογικές αλλαγές λόγω της επαγωγής απόπτωσης από το β-lapachone όσο αυξάνονταν οι δόσεις, είναι προφανείς. ⁹

Εικόνα 7. Κύτταρα καρκίνου του ήπατος «HepG2» με χρώση DAPI (συνδέεται με το DNA των κυττάρων) σε μικροσκόπιο φθορισμού με μεγέθυνση x 400. Τα κύτταρα επωάστηκαν με διάφορες συγκεντρώσεις β-lapachone από 1 έως 5 μΜ για 48 ώρες. Στα κύτταρα που δεν χορηγήθηκε β-lapachone (control) τα δομικά χαρακτηριστικά του πυρήνα είναι άθικτα, ενώ αυτά στα οποία έγινε χορήγηση β-lapachone υπέστησαν συμπύκνωση στη χρωματίνη όσο αυξάνονταν οι δόσεις. ¹¹

Εκτός από την κυτταροτοξική του δράση σε διάφορα είδη καρκίνου, το β-lapachone έχει βρεθεί επίσης ότι έχει αντι-μεταστατική (anti-metastatic) και αντι-διηθητική (anti–invasive) ικανότητα. Συγκεκριμένα μια μελέτη που έγινε σε κύτταρα καρκίνου του ήπατος έδειξε ότι το β-lapachone αυξάνει την έκφραση του γονιδίου πρόωρης ανταπόκρισης στην ανάπτυξη-1 (early growth response gene-1) Egr-1, της πρωτεΐνης θρομβοσπονδίνης 1 (throbospondin-1 ή TSP-1) και της E-πρωτεΐνης προσκόλλησης που εξαρτάται από το ασβέστιο (E-cadherin). Το ογκοκατασταλτικό γονίδιο Egr-1 ρυθμίζει την έκφραση διαφόρων γονιδίων που εμπλέκονται στην μετάσταση των καρκινικών όγκων μεταξύ των οποίων είναι και το γονίδιο της θρομβοσπονδίνης 1 η οποία με τη σειρά της αναστέλλει την νεοαγγείωση (neovascularization), περιορίζοντας την ανάπτυξη των όγκων. Η νεοαγγείωση είναι η ανάπτυξη αιμοφόρων αγγείων στους καρκινικούς όγκους και σε κανονικές και υγιείς συνθήκες δεν συμβαίνει. Τέλος η E-cadherin είναι ένα μόριο προσκόλλησης μεταξύ των κυττάρων, εκφράζεται ειδικά στην κυτταρική μεμβράνη των επιθηλιακών κυττάρων και έχει βρεθεί ότι κατά τη διήθηση και τη μετάσταση διαφόρων καρκινικών όγκων η έκφραση της συγκεκριμένης πρωτεΐνης είναι μειωμένη.¹⁴

Βιβλιογραφία

1. RichardWalters. Εναλλακτικές Θεραπείες του Καρκίνου (The Alternative Cancer

Therapy Book) 2001 Εκδόσεις ΑΛΚΥΩΝ

2. Mitsuaki Yamashita, Masafumi Kaneko, Harukuni Tokuda, Katsumi Nishimura,

Yuko Kumeda, Akira Iida. Synthesis and evaluation of bioactive naphthoquinones

from the Brazilian medicinal plant, Tabebuia avellanedae. Bioorganic & Medicinal

Chemistry 2009, 17:6286–6291

3. S. Karthikeyan. FLOWERING TREES OF BANGALORE. www.wildwanderer.com

4. Β.Mukherjee, N. Telang and G. Y. C. Wong. Growth inhibition of estrogen

receptor positive human breast cancer cells by Taheebo from the inner bark of

Tabebuia avellandae tree. International Journal of Molecular Medicine, 2009, 24:253-260.

5. Mary L.S. Queiroz, Marize C. Valadares, Cristiane O. Torello, Aline L. Ramos,

Alaíde B. Oliveira, Fabíola D. Rocha, Vanessa A. Arruda, Walter R. Accorci.

Comparative studies of the effects of Tabebuia avellanedae bark extract and

β-lapachone on the hematopoietic response of tumour-bearing mice. Journal of

Ethnopharmacology 2008, 117:228–235

6.Yung Hyun Choi, Ho Sung Kang and Mi-Ae Yoo. Suppression of Human Prostate

Cancer Cell Growth by β-Lapachone via Down-regulation of pRB Phosphorylation

and Induction of Cdk Inhibitor p21WAF1/CIP1 Journal of Biochemistry and

Molecular Biology 2003, 36:223-229

7. Jae Hun Lee, JaeHun Cheong, Yeong Min Park, Yung Hyun Choi.Down-

regulation of cyclooxygenase-2 and telomerase activity by β-lapachone in human

prostate carcinoma cells Pharmacological Research 2005, 51: 553–560

8. Ιωάννης Τολιόπουλος. Η αποκάλυψη των μυστικών της τελομεράσης στην

αντιγήρανση και στον καρκίνο. Έρευνα και Υγεία. 2010, Τόμος 1, Τεύχος 1, σελ. 4-6.

9. Byung Tae Choi, JaeHun Cheong and Yung Hyun Choi.b-Lapachone-induced

apoptosis is associated with activation of caspase-3 and inactivation of NF-κB in

human colon cancer HCT-116 cells Anti-Cancer Drugs 2003, 14:845–850.

10. Woo HJ and Choi YH. Growth inhibition of A549 human lung carcinoma cells

by beta-lapachone through induction of apoptosis and inhibition of telomerase

activity. International Journal of Oncology 2005, 26:1017-23.

11. Hyun Joo Woo, Kun-Young Park, Chung-Ho Rhu, Won Ho Lee, Byung Tae

Choi, Gi Young Kim, Yeong-Min Park, and Yung Hyun Choi. β-Lapachone, a

Quinone Isolated from Tabebuia avellanedae, Induces Apoptosis in HepG2

Hepatoma Cell Line Through Induction of Bax and Activation of Caspase.

Journal of Medicenal Food. 2006, 9: 161-168.

12. Lee JI, Choi DY, Chung HS, Seo HG, Woo HJ, BT, Choi YH. Beta-lapachone

induces growth inhibition and apoptosis in bladder cancer cells by modulation of

Bcl-2 family and activation of caspases. Experimental Oncology, 2006, 28: 30-35.

13. MoonDO, Kang CH, Kim MO, Jeon YJ, Lee JD, Choi YH, Kim GY. Beta-

lapachone (LAPA) decreases cell viability and telomerase activity in leukemia

cells: suppression of telomerase activity by LAPA. Journal of Medicinal Food

2010, 13: 481-8.

14. Sung Ok Kim, Jae Im Kwon, Yong Kee Jeong, Gi Young Kim, Nam Deuk Kim

and Yung Hyun Choi. Induction of Erg-1 Is Associated with Anti-Metastatic and

Anti-Invasive Ability of β-Lapachone in Human Hepaticarcinoma Cells

Bioscience,Biotechnology, and Biochemistry, 2007, 71: 2169 – 2176.