Введение к работе
Актуальность темы. Одним из путей профилактики
злокачественных новообразований является использование средств,
способных препятствовать возникновению и развитию
опухолевого процесса. Однако, арсенал таких средств, используемых в настоящее время, ограничен. С одной стороны, это связано с недостаточно изученными причинами и механизмом возникновения и развития опухоли, что препятствует созданию средств направленного действия и, с другой стороны, с тем, что серьезное внимание к проблеме профилактики злокачественных новообразований проявилось только в последние десятилетия, что является незначительным сроком по сравнению со столетиями изучения способов и средств лечения опухолей.
Среди относительно небольшого числа веществ, антиканцерогенный эффект которых в той или иной степени можно считать экспериментально доказанным, выделяется группа сильно ненасыщенных углеводородных соединений тетратерпенового ряда, объединяемая под общим названием «каротиноиды».
Информация, свидетельствующая о защитном действии каротиноидов в отношении онкогенеза, получена главным образом из двух источников - из эпидемиологических исследований и лабораторных экспериментов. Эпидемиологические доказательства противоракового эффекта получены при сравнении питания онкологических больных и здоровых людей. Имеются данные относительно рака легких, толстой кишки, желудка, мочевого пузыря, пищевода, молочной железы, шейки матки, простаты. Доказано, что низкое содержание в пищевом рационе ретинола и бета-каротина ассоциируется с 1,5-2 кратным повышением риска последующего заболевания раком легкого, а пищевой рацион, содержащий каротиноиды, приводит к снижению частоты рака пищевода и желудка. Выявлено, что при относительно высокой концентрации бета-каротина в сыворотке крови общая заболеваемость различными злокачественными опухолями (рак толстой кишки, мочевого пузыря, простаты, шейки матки, кожи, цнс и др.) в среднем почти в 2 раза ниже, чем у лиц с низким содержанием провитамина A (Rivin R.S., 1982; Sugumura Т., 2000). Имеется достаточное количество сведений об эффективности применения бета-каротина в лечении предраковых заболеваний.
Четкое профилактическое действие каротиноидов
продемонстрировано на моделях экспериментального
канцерогенеза, вызванного физическими или химическими факторами. Так, установлено, что бета-каротин задерживает проявление и ограничивает частоту возникновения опухолей, индуцированных аппликацией ДМБА или ультрафиолетовым облучением (Azuine М.А., 1991). В других опытах проявляли подобную активность кантаксантин и фитоен.
В то же время не всегда ясно, в какой степени антиканцерогенный эффект определяется собственными свойствами каротиноидов, и когда это зависит от продуктов их метаболизма, в частности, витамина А, антиканцерогенный эффект которого также можно считать доказанным.
С другой стороны, в ряду каротиноидов достаточно много веществ, для которых, так или иначе, показаны антиканцерогенные свойства. Несмотря на то, что наиболее изученным в этом отношении является бета-каротин, нет оснований считать его наиболее эффективным антиканцерогенным веществом этого ряда.
Так, из 600 известных каротиноидов, приблизительно 50 обладают, в той или иной степени, А-витаминной активностью. Ряд каротиноидов, особенно такие широкораспространенные, как ликопин, лютеин, зеаксантин, неоксантин, кантаксантин, и виолоксантин, которые не являются предшественниками витамина А, были обнаружены в крови, жировой ткани, печени человека и в других тканях и органах, что несомненно указывает на их активное биологическое действие.
Для четкого понимания возможности использования каротиноидов в качестве средств профилактики опухолей важное значение имеет изучение механизмов химиопрофилактического действия каротиноидов.
Предполагается, что в основе защитного эффекта бета-
каротина и некоторых других каротиноидов лежит их способность
служить ловушкой синглетного кислорода. По ряду наблюдений,
например, кантаксантин обладает более выраженным
антиоксидантным эффектом, чем хорошо изученный бета-каротин.
Способность каротиноидов нейтрализовывать синглетный кислород
в модельной системе понижается в следующем ряду: ликопин,
альфа-каротин, астаксантин, кантаксантин, гамма-каротин,
бета-каротин, зеаксантин, лютеин. Однако в организме подобное
соотношение антирадикальных свойств каротиноидов может быть
иным. Это может быть связано с различиями в
фармакокинетике и метаболизме этих соединений. Подробное сравнительное изучение их биологических эффектов не
проводилось. Антиоксиданти способствуют нейтрализации
свободных радикалов, образующихся под действием, например,
ионизирующего окисления, избыточного накопления липидных
перекисей или обусловленных образованием из канцерогенов
высокореакционоспособных электрофильных метаболитов, что, в
свою очередь, снижает степень их взаимодействия с
нуклеофильными центрами клеточных мишеней, в первую очередь с
ДНК. Это, в свою очередь, снижает вероятность их повреждения. В
то же время не существует прямой зависимости между
антиоксидантными свойствами каких-либо веществ и степенью
влияния их на уровень перекисного окисления липидов или
защитным действием в отношении ДНК в клетке. Возможны и
другие, нежели антирадикальный, механизмы защитного действия
каротиноидов. Так, эти вещества способны проявлять защитный
эффект при воздействии канцерогенов, обладающих отличным от
свободнорадикального механизмом канцерогенного эффекта. Так,
например, имеются данные о защитном эффекте бета-каротина
при экспериментальном канцерогенезе вызванном N-метил-М-
нитро-М-нитрозогуанидином (МННГ), молекулярный механизм
канцерогенного действия которого связан, в первую очередь, с
метилированием пуриновых оснований ДНК (Okuzumi J., 1992).
Таким образом, механизм защитного эффекта бета-каротина в
данном случае может быть связан со стимуляцией другой
защитной системы организма - иммунной. Известно, что
каротиноиды стимулируют функции натуральных киллеров,
цитолитических Т-лимфоцитов и макрофагов. А эти
иммунокомпетентные клетки и продуцируемые ими
иммуномедиаторы определяют эффективность
иммунобиологического надзора.
Другим важным компонентом в антиканцерогенном действии каротиноидов является их способность снижать число хромосомных мутаций вызванных целым рядом мутагенов.
Однако неясно, в какой степени эти эффекты опосредуют антиканцерогенные свойства каротиноидов. В то же время, нельзя не учитывать, что ряд каротиноидов обладает опосредованным действием, а именно: через продукт своего метаболизма - витамин А, важной функцией которого является контроль процессов пролиферации и дифференцировки тканей, осуществляемый, по-видимому, путем экспрессии соответствующих генов. Поэтому, в изучении механизма действия каротиноидов важное место занимает изучение фармакокинетики и метаболизма этих веществ.
Таким образом, одним из подходов в решении проблемы создания химиопрофилактических лекарственных средств является
поиск наиболее эффективных соединений в ряду каротиноидов, изучение механизма их антиканцерогенного эффекта, выбор оптимальных доз и способов применения, создание и изучение лекарственных форм, разработка показаний и рекомендаций к их использованию.
Цель и задачи исследования. Цель исследования состояла в
изучении механизма антиканцерогенного действия ряда
каротиноидов (бета-каротина, кантаксантина, ликопина),
различающихся по метаболизму и антиоксидантной активности, а также природного каротин-токоферолового комплекса; сравнительном изучении их влияния на системы, опосредующие защитные функции организма в отношении канцерогенеза (антиоксидантную, иммунную, репаративную); определение оптимальных доз и режимов их использования для профилактики опухолевых заболеваний, а также возможности включения каротинсодержащих препаратов в курс экспериментальной химиотерапии канцерогенеза.
Основные задачи исследования состояли в следующем:
1.Изучить фармакокинетику каротиноидов у
экспериментальных животных и человека, определить оптимальные дозы и режимы их применения в экспериментальных моделях и в клинической практике.
2.0ценить протекторные свойств каротиноидов в отношении канцерогенеза на стадии инициации опухолевого процесса по способности снижать уровень генетических повреждений, индуцированных канцерогенными факторами (облучение, химический канцерогенез), и их влияние на процессы репарации ДНК поврежденных клеток.
2.Разработать модель определения антимутагенной активности каротиноидов на уровне целостного организма на основе теста по учету индуцированных хромосомных аберраций в клетках костного мозга мышей и провести сравнительное изучение антимутагенных свойств каротиноидов на данной модели.
3.Исследовать влияние каротиноидов на мутагенную активность прямых и непрямых мутагенов в различных модификациях теста Эймса.
4.Изучить способность каротиноидов стимулировать основные звенья иммунной системы, участвующие в противоопухолевой защите в норме и на моделях иммунодепрессии, вызванной различными химическими и физическими факторами и у животных с опухолями, индуцированными канцерогенами.
5.0пределить влияние каротиноидов на показатели гуморального и клеточного иммунитета при первичном иммунном ответе здорового организма и при иммунодефицитных состояниях.
б.Определить влияние каротиноидов на продукцию интерлейкина-2 здорового организма и при индуцированной иммунодепрессии.
7.Определить влияние каротиноидов на пролиферативную активность лимфоцитов.
8.Изучить влияние каротиноидов на состояние
противоопухолевого иммунитета и развитие опухолей у приматов на модели опухолей желудка, индуцированных N-3Tiui-N-HHTpo-N-нитрозогуанидин (ЭННГ).
9.0пределить иммунологический и антиоксидантный статус больных раком толстой кишки и изучить влияние на него предоперационного гамма-облучения, проведенного на фоне иммунокоррекции бета-каротином.
Научная новизна работы. Полученные данные расширяют представления о механизмах антиканцерогенных свойств каротиноидов, позволяют выявить наиболее эффективные соединения этого ряда, определить показания к использованию вновь разрабатываемых лекарственных препаратов на основе каротиноидов, обосновать дозы и схемы их применения, разработать новые подходы к химиопрофилактике опухолей. Результаты исследования свидетельствуют о роли иммуномодулирующих, антимутагенных, антиоксидантных свойств каротиноидов в механизме их антиканцерогенного эффекта. Впервые проведено комплексное фармакокинетическое исследование различных доз каротиноидов у животных и человека. Показана зависимость между их содержанием и уровнем активности противоопухолевых систем организма.
Впервые в иммунологических системах изучена и охарактеризована активность природного каротин-токоферолового комплекса. Изучены зависимости эффектов каротин-токоферолового комплекса от дозы и времени введения в норме и при иммунодефицитных состояниях. Научную новизну представляют данные о стимулирующем эффекте каротин-токоферолового комплекса на гемопоэз и об его антимутагенном эффекте.
Получены новые данные о стимуляции каротиноидами эффекторных популяций лимфоцитов на фоне дозозависимого снижения Т-клеточной супрессии на модели активации клеточного иммунитета.
В результате исследований антимутагенных свойств каротиноидов впервые установлено наличие антимутагенного
эффекта синтетического бета-каротина в тесте
Salmonella/микросомы с 2-ацетил-амино-флуореном. Впервые исследовано влияние синтетического бета-каротина на генотоксичность прямых мутагенов в различных модификациях теста Эймса.
Впервые проведено изучение иммунологического и антиоксидантного статуса больных раком толстой кишки, а также их изменение при проведении курса дистанционной гамма-терапии и назначении бета-каротина. После курса иммунокоррекцин у больных отмечена стимуляция функциональной активности лимфоцитов на фоне снижения эндогенной супрессии; уменьшение концентрации малонового диальдегида в плазме крови и увеличение активности каталазы.
Практическая значимость. Работа выполнена в рамках программы ГКНТ 02.03.03 «Разработать препараты обладающие антиканцерогенным действием» и включает экспериментальный и клинический материал по изучению факторов, влияющих на химический канцерогенез, и поиску антиканцерогенных соединений. В работе показано защитное действие каротиноидов в отношении канцерогенеза, индуцированного различными канцерогенами.
Выявленные свойства каротиноидов позволяют включать их в схемы иммунокоррекцин при различных видах патологии. Данные клинических исследований являются обоснованием для рекомендаций по применению бета-каротина в период предоперационного гамма-облучения онкологических больных, а также в группах населения с высоким риском развития злокачественных новообразований.
Полученные данные, характеризующие антимутагенную и иммуномодулирующую _ активность нового отечественного препарата - синтетического бета-каротина, использованы при составлении нормативной документации, представляемой в Фармакологический комитет при МЗ РФ.
На основе полученных данных по антимутагенной активности природных комплексных препаратов разработаны рекомендации по применению их как потенциальных средств активной профилактики опухолей и для снятия осложнений противоопухолевой химиотерапии.
Выявленные в работе закономерности позволяют создать рациональные схемы иммунокоррекцин при различных видах патологии с использованием каротинсодержащих препаратов. Обоснована возможность использования каротиноидов в качестве средства, активирующего противоопухолевый надзор в организме.
Внедрение полученных результатов. Полученные данные о специфической активности и безопасности каротиноидов явились основой для регистрации препарата «БЕТА-КАРОТИН, желатиновые капсулы 5 мг» и «БЕТА-КАРОТИН, драже 5 мг», разрешенных фармакологическим комитетом для клинического применения.
Результаты исследования доложены на I конференции НИИ ЭДиТО ВОНЦ «Терапия, диагностика и профилактика опухолей в эксперименте» (г.Москва, 1990г.), Всесоюзной конференции «Клиническая витаминология» (г.Москва, 1991г.), Всесоюзной конференции «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов» (г.Киев, 1991г.), симпозиуме «Каротиноиды в онкологии» (г.Москва, 1992г.), XI научной конференции «Факторы гуморального и клеточного иммунитета при различных физиологических и патологических состояниях» (г.Челябинск, 1992г.), I Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (г.Москва, 1992г.), IV конференции «Биоантиоксидант» (г.Москва, 1992г.), II Int. Cancer Chemoprevent Conf. (Berlin, Germ., 1993), XYI Int. Cancer Congress (New Delhi, India, 1994), Международном симпозиуме «Экология человека: проблемы и сост. проф. питания» (г.Москва, 1994г.), II Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (г.Москва, 1995г.), I European congress of pharmacology (Milan, Italt, June 16-19 1995), I Съезде онкологов стран СНГ (г.Москва, 1996г.), 9-th NCI - EORTC Symposium on new drugs in cancer therapy (Amsterdam, 1996), IV Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (г.Москва, 1997г.), 8-th Internetiorial Congress on. Anti - Cancer Treatment (France, Paris, 3-6 febr. 1998), V Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (г.Москва, 21-25 апреля 1998г.), IV Международном симпозиуме «Биологически активные добавки к пище: 21 век» (г.С.-Петербург, 22-24 мая 2000г.).
По результатам экспериментальных и клинических данных поданы заявки на изобретение и получен 1 патент.
Данные о специфической активности лекарственных препаратов предполагается использовать для проведения клинических испытаний и определения показаний к использованию новых химиопрофилактических лекарственных препаратов на основе каротиноидов.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 364 страницах машинописного текста и состоит из списка сокращений, введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы. Диссертация иллюстрирована 37 рисунками и содержит 39 таблиц. В
диссертации использованы материалы работ 46 отечественных и 278 зарубежных авторов.
