Главная » Статьи » Литература по Фукоидану »

ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ ЭФФЕКТЫ СУЛЬФАТИРОВАННЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ИЗ МОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ

УДК 616-006-085. 322:582.272:577.14

ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ ЭФФЕКТЫ СУЛЬФАТИРОВАННЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ИЗ МОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ

© 2013 г. Т.С Запорожец1 , С.В. Ермакова2 , Т.Н. Звягинцева2 , Н.Н. Беседнова1

1Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии СО РАМН, Владивосток
2Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН Владивосток
E-mail: niiem_vl@mail.ru 

Изложены современные представления о механизмах противоопухолевого действия сульфатированных полисахаридов из морских водорослей. Показано антипролиферативное, проапоптотическое, антиангиогенное действие этих биополимеров. В сжатой форме представлены собственные материалы авторов, полученные при исследовании противоопухолевого действия фукоиданов из бурых водорослей дальневосточных морей. Литературные источники и собственные наблюдения авторов обзора позволяют считать, что сульфатированные полисахариды морских водорослей могут стать основой для разработки лекарственных препаратов нового поколения с противоопухолевым эффектом.

Ключевые слова: сульфатированные полисахариды, фукоидан, противоопухолевая активность, водоросли.

Введение

Перспективным источником оригинальных лекарственных средств, направленных на профилактику и лечение злокачественных новообразований, являются морские водоросли и выделяемые из них углеводные биополимеры, обладающие широким спектром фармакологических эффектов и низкой токсичностью (Запорожец, 2006; Запо- рожец, Беседнова, 2007; Усов, Билан, 2009; Хотимченко, 2010; D’Ayala et al., 2008; Collen et al., 2009; Yang et al., 2009).

К настоящему времени накоплен большой объем информации о возможности использования сульфатированных полисахаридов (СПС) водорослей для регуляции различных биохимических и физиологических процессов. Эти вещества стали предметом пристального внимания исследователей во всем мире (Wu, Chen, 2006; Lins et al., 2008; Nakayasu et al., 2009; Khanavi et al., 2010; Synytsya et al., 2010; Huamao et al., 2011; Ikeguchi et al., 2011; Wijesekara et al., 2011).

Несмотря на то, что первые публикации о биологической активности фукоиданов относятся к концу прошлого столетия, их антиопухолевые свойства интенсивно исследуются относительно недавно. Эти полисахариды обладают выраженным противоопухолевым действием, проявляя антипролиферативные, антиметастатические, проапоптотические и антиангиогенные свойства (Cawamoto et al., 2006; Cumashi et al., 2007; Boo et al., 2011; Okamoto et al., 2012).

Антипролиферативные эффекты СПС

Достижения генетики и молекулярной биологии последних десятилетий оказали огромное влияние на понимание природы инициализации и прогрессии злокачественных образований. Доказательство связи процессов онкогенной трансформации клетки с нарушениями механизмов пролиферации и апоптоза открыло принципиально новые возможности их фармакологической коррекции на уровне мембран, цитоплазмы и ядра, включая модуляцию сигнальных каскадов как на белковом, так и транскрипционном уровне.

Антипролиферативная активность фукоиданов, направленная на подавление синтеза предшественников и репликации ДНК, исследовалась многими авторами начиная с 90-х годов XX века (Elloual et al., 1994; Choosawad et al., 2005; Jiang et al., 2010) и продолжает исследоваться сегодня.

Установлено, что фукоидан, выделенный из водоросли Fucus vesiculosus подавляет пролиферацию клеток карциномы толстой кишки линии НСT-15 (Hyun et al., 2009), клеток лимфомы человека линии HS-Sultan (Aisa et al.,2005), клеток аденокарциномы желудка человека (Park et al., 2011); α-фукан из Fucus vesiculosus снижает содержание белка в среде с миелолейкозными клетками линии HL60 (промиелоцитарные клетки лейкоза человека), что косвенно свидетельствует об антипролиферативном действии биополимера (Куэроз и др., 2006).

Фукоидан из водоросли Cladosiphon okamuranus ингибирует рост клеток рака желудка, но не оказывает влияния на нормальные клетки слизистой (Jiang et al., 2010).

Показано антипролиферативное действие фукоидана из Undaria pinnatifida на клеточной линии Hca-F и лимфоцитах селезенки мышей в концентрациях больше 1000 мкг/мл (Liu et al., 2010). При этом in vivo в селезенке мышей, получивших фукоидан, наблюдалось увеличение пролиферативной активности лимфоцитов и фагоцитарной активности макрофагов, а также повышение уровня провоспалительных цитокинов. Авторы обращают внимание на тот факт, что фукоидан действует не только непосредственно на клетки, но и оказывает антиопухолевое действие путем усиления клеточного и гуморального иммунитета и стимуляции продукции цитокинов мононуклеа- рами. Этот же полисахарид оказывает антипролиферативное действие на клетки A549 карциномы легких человека (Boo et al., 2011).

Исследованиями ряда авторов установлена связь антипролиферативного действия фукоиданов со структурными характеристиками: моносахаридным составом, типом связи между моносахаридными остатками, молекулярной массой и содержанием сульфатных групп (Liu et al., 2000; Haroun-Bouhedja et al., 2000; Aisa et al., 2005). Так, например, H.J. Boo et al. (2011) наблюдал усиление антипролиферативного действия фукоидана из Undaria pinnatifida на клетки линии немелкоклеточного рака легких человека A549 с уменьшением молекулярной массы от 510 кDa до 490 кDa. В то же время в работе Y.J. Yang et al., (2008) подтверждена связь увеличения степени сульфатирования фукоиданов из Undaria pinnatifida с молекулярной массой 5–30 kDa и >30 kDa с усилением антипролиферативного действия. Значение сульфатных групп в проявлении антипролиферативных свойств установлено и при изучении фукоидана из водоросли Eisenia bicyclis, являющегося гомогенным L-фуканом с высоким содержанием сульфатов (32,3%) (Usui et al., 1980) и водорастворимых полисахаридов из Sargassum kjelmanianum, тормозящих рост клеток саркомы-180 и лейкемии L-1210 (Yamamoto et al., 1982, 1984). Повышение степени сульфатирования фракции SKCF полисахарида из Sargassum kjelmanianum от 17,2% до 50% приводило к увеличению активности по отношению к клеткам лейкемии на 26% (Takahashi et al., 1984).

Фукоидан из водоросли Ascophyllum nodosum в экспериментах in vitro на клеточной линии NSCLC (немелкоклеточная бронхолегочная карцинома человека) блокировал фазу G1 клеточного цикла, во время которой в клетке происходит синтез мРНК, белков и других клеточных компонентов (Riou et al., 1996). Противоопухолевое действие этого полисахарида в субтоксических дозах было подтверждено в опытах in vivo на мышах. Низкомолекулярный фукоидан из водоросли Ascophyllum nodosum проявлял антипролиферативное действие в концентрациях от 10 до 100 мкг/мл не только на злокачественных (клетки аденокарциномы сигмовидной кишки COLO320DM), но и на нормальных клетках, включая фибробласты (фибробласты почки хомячка CCL39) и клетки гладких мышц (Vischer, Buddecke, 1991).

В экспериментах in vitro на культуре клеток HeLa убедительно доказан антипролиферативный эффект гетерополисахаридов из водоросли Dictyopteris delicatula, дозозависимо подавляющих рост от 60% до 91,8% клеток (Magalhaes et al., 2011). Выраженное антипролиферативное действие на клетки HeLa, PC3, HepG2 установлено для фракций гетерополисахаридов из водоросли Sargassum filipendula содержащих фуканы и уронаны в различных соотношениях (Costa et al., 2011; Park et al., 2011).

Коммерческий фукоидан из Cladosiphon novae ингибировал рост клеток рака молочной железы (MCF-7, MDA-MB-231), рака матки (HeLa) и фибросаркомы (HT 1080) (Zhang et al., 2011). Фуканы из других бурых водорослей подавляли неоангиогенез, модулировали иммунные процессы, задерживали клеточный цикл и/или индуцировали апоптоз (Ye et al., 2005; Liu et al., 2010).

В работе Fukahori et al. (2008) на 15 линиях опухолевых клеток человека исследовано антипролиферативное действие фукоидана из водоросли Okinawa mozuku. Авторы обращают внимание на избирательность действия фукоидана, подавляющего пролиферацию только 12 линий клеток. Полисахарид не оказывал действия на клетки одной из двух исследуемых линий карциномы яичника. Jiang et al. (2010), исследовав влияние фукозосодержащих СПС – аскофиллана и фукоидана, выделенных из Ascophyllum nodosum, на рост клеточных линий MDCK, Vero, PtK(1), CHO, HeLa, и XC, обнаружили мощное цитотоксическое действие на клетки линии Vero и XC, в то время как другие клеточные линии были относительно устойчивы к действию полисахаридов.

Таким образом, как следует из приведенных материалов, фукоиданы из разных видов водорослей и на разных экспериментальных моделях оказывают выраженное антипролиферативное действие.

Проапоптотическое действие СПС

Апоптоз, или запрограммированная асинхронная гибель клетки, представляет собой естественный физиологический процесс, обеспечивающий физиологическое равновесие и генетическую стабильность организма за счет самоуничтожения генетически измененных дефектных клеток, и является основным компонентом эмбриогенеза, морфогенеза и роста тканей, необходимым для поддержания нормального тканевого гомеостаза. К настоящему времени доказана роль ослабления индукции программированной клеточной гибели в канцерогенезе, в связи с чем высокую перспективность приобретают исследования, ориентированные на разработку индукторов апоптоза опухолевых клеток (Ярилин, 2001; Барышников, Степанова, 2002; Владимирская, 2002). Направленная индукция апоптоза опухолевых клеток может быть более эффективным подходом, чем простое ингибирование их пролиферации (Маянский и др., 1997; Ярилин, 2001; Барышников, Шишкин, 2002; Фильченков и др., 2006). Кроме того, апоптотическая элиминация опухолевых клеток вызывает значительно менее выраженную воспалительную реакцию, чем их некротическое устранение (Фильченков и др., 2006).

Индукция апоптоза в опухолевых клетках фукоиданами, осуществляемая посредством дерегуляции генов, участвующих в промотировании или ингибировании апоптотической программы, может являться одним из возможных механизмов противоопухолевой и антиметастатической ак- тивности этих соединений (Yamamoto et al., 1982; Mayer, Krotz, 1987; Itoh et al., 1993; Athucorala et al., 2009).

В работе Y. Aisa et al. (2005) показано, что фукоидан оказывает прямое проапоптотическое действие на опухолевые клетки лимфомы человека линии HS-Sultan через ERK проводящие пути и сопровождается активацией каспазы-3. При этом индукция апоптоза не связана с L- и P-селектинами, являющимися рецепторами фукоидана, поскольку клетки HS-Sultan не экспрессируют эти рецепторы.

В работе Kim et al. (2010) представлен механизм проапоптотического действия фукоидана (Sigma), изученный на культурах клеток раковой опухоли толстой кишки человека HT-29 и HCT116 и связанный с активацией каспаз 8, 9, 7 и 3, снижением уровня белков IAP (белки, блокирующие митохондриальный и рецепторный пути апоптоза), повышением проницаемости мембран митохондрий и высвобождением цитохрома С и Smac/ Diablo (second mitochondria-derived activator of caspase), снижением уровня Mcl-1 и повышением экспрессии Fas, DR5 и TRAIL (TNF-зависимый лиганд, селективно индуцирующий апоптоз в различных опухолевых клетках).

Фукоидан из Fucus vesiculosus в клетках рака кишечника человека подавлял экспрессию регулятора апоптоза Bcl-2 – внутриклеточного белкового фактора, ингибирующего апоптоз во многих клеточных системах, включая лимфогематопоэтиче- ские и нейрональные клетки, и контролирующего проницаемость митохондриальной мембраны (Hyun et al., 2009). В то же время полисахарид повышал экспрессию белка Bax, способствующего развитию апоптоза. Изменение экспрессии Bax/ Bcl-2 приводило к повышению уровня активных форм каспазы-9 и каспазы-3 и разрушению поли (АДФ-рибоза)-полимеразы (PARP).

Супрессивные проапоптотические эффекты фукоидана усиливались после химического сульфатирования его молекулы (Haroun-Bouhedja et al., 2000; Koyanagi et al., 2003; Teruya et al., 2005; Jin et al., 2010; Cho et al., 2011).

Высокосульфатированный фукоидан из Cladosiphon okamuranus индуцировал возрастание активности каспаз-3 и -7 и разрушение PARP-1 (Teruya et al., 2005), участвующего в репарации поврежденной ДНК и ремоделировании хроматина за счет поли-АДФ-рибозилирования гистонов.

Jin et al. (2010) показали способность фукоидана индуцировать апоптоз промиелоидных лейкемических клеток HL60 (промиелоцитарные клетки лейкемии человека), NB4 (клетки лейкемии человека) и THP-1 клеток (моноцитарно-макрофагальная линия клеток человека. Проапоптотические эффекты фукоидана были связаны с активацией внеклеточной сигнальной регуляторной киназы (ERK) и киназы p38, а также с инактивацией фосфотидил-инозитол-3-киназного (p13)/ Act сигнального пути, активацией каспаз-3, -8, -9, изменением проницаемости мембран митохондрий, восстановлением глутатиона и образованием NO.

Фукоидан, выделенный из водоросли Cladosiphon ocamuranus, in vitro индуцировал апоптоз HTLV-1-инфицированных Т-клеточных линий (Haneyi et al., 2005). Механизм индукции апоптоза был связан с подавлением клеточных ингибиторов апоптоза – протеина-2 и сурвивина, а также с накоплением Т-лимфоцитов в фазе G1 клеточного цикла за счет подавления циклина D-2 (белка, являющегося одним из активаторов циклин-зависимых протеинкиназ (CDK) – ключевых ферментов, участвующих в регуляции клеточного цикла), инактивацией ядерного фактора транскрипции NF-kB и транскрипционного фактора AP-1 (activator protein-1). В экспериментах in vivo фукоидан вызывал частичное ингибирование роста опухолей HTLV-1-инфицированных клеточных линий, трансплантированных подкожно мышам с тяжелым комбинированным иммунодефицитом.

Boo et al. (2011) наблюдали апоптотический эффект фукоидана из Undaria pinnatifida по отношению к клеткам человеческой карциномы легких A549. Механизм индукции апоптоза в клетках А549 фукоиданом авторы связывают со снижением экспрессии белка Bcl-2, а также подавлением экспрессии фосфо-р38/Р13К/АТ, ослабляющих активацию ERK1/2MAPK путей сигнальной трансдукции.

Фукоидан из Fucus vesiculosus эффективно подавлял рост клеток культуры AGS – аденокарциномы желудка человека (Park et al., 2011). Полисахарид индуцировал аутофагию, маркируемую по превращению белка легкой цепи (LC3)-1, ассоциированного с микротрубочками в LC3-II, и аккумуляции белка Beclin-1, и апоптоз, который сопровождался ингибированием экспрессии протоонкогенов Bcl-2 и Bcl-xL, потерей потенциала мембран митохондрий, активацией каспаз и деградацией PARP.

Описан эффект фракции фукоидана (полидисперсный 1,3;1,4-α-L-фукан (Mw=47-420 kDa), содержащий 13,5% полифенолов и 18,5% белков) из Ascophyllum nodosum в конечной концентрации 1 мг/мл на апоптоз клеток рака кишечника человека (НСТ 116) через активацию каспаз-9 и -3 (Foley et al., 2011).

В раковых клетках молочной железы линии MCF-7 фукоидан из C. okamuranus вызывал апоптотическую гибель клеток по каспазо-8-зависимому пути, не оказывая влияния на нормальные клетки. Эффект был дозозависимым (YamasakiMiyamoto et al., 2009).

Коммерческий фукоидан из Cladosiphon novaecaledoniae индуцировал транслокацию цитохром С и активацию MAP киназ (JNK, p38 и ERK1/2). При этом не наблюдалось расщепления каспаз 7, 8 и 9 (MCF-7 клетки экспрессируют каспазу-3) и активации PARP и Bid (Zhang et al., 2011).

В качестве индукторов апоптоза запатентованы противоопухолевые канцеростатические средства, активным компонентом которых являются фукозосодержащие СПС или продукты их деградации (Sakai et al., 2001).

Cпособность фукоиданов из Fucus vesiculosis (Moon, 2009a) и Costaria costata (Moon, 2009b) ингибировать фосфорилирование ERK, JNK и p-38, экспрессию матричной РНК и белка ММР-1 в клетках кератиноцитов человека (НаСаТ) и фибробластов кожи человека (HS68) определяет новое направление использования полисахаридов в качестве агентов, защищающих кожу от ультрафиолетового облучения.

Нами показан проапоптотический эффект фукоидана, выделенного из бурой водоросли Fucus evanescens в отношении клеток перевиваемых линий H9 (Т-клеточная лейкемия человека), HL-60 (миелобластный лейкоз), К562 (эритробластный лейкоз) (Запорожец, Беседнова, 2007).

Cпособность фукоиданов из Fucus evanescens и Laminaria cichorioides модулировать апоптоз клеток лейкоза человека MT-4 и Namalwa, индуцированный ингибитором ДНК – топоизомеразы-II этопозидом исследована в работе А.А Фильченкова и др. (2006). Использованные в исследовании полисахариды (Ф1, Ф2, Ф3) значительно различались по моносахаридному составу, типу связи между моносахаридными остатками и содержанию сульфатов. Препарат Ф1 представлял собой суммарную фракцию полисахаридов (содержание сульфатов – 13,9%), выделенную из Fucus evanescens, гетерогенную по моносахаридному составу и содержавшую помимо фукоидана около 30% полиманнуроновой кислоты, для которой показаны иммуномодулирующая и противоопухолевая активности (Zvyagintseva et al., 2005). Остатки фукозы в фукоидане связаны чередующимися α-1,3 и α-1,4-гликозидными связями. Препарат Ф2 был выделен из Ф1 ионообменной хроматографией и являлся практически чистым 1,3;1,4-α-Lфуканом, сульфатированным, в основном, по С2 остатков фукозы и частично ацетилированным по свободным положениям. Содержание сульфатов составило 28,5%. Препарат Ф3, выделенный из бурой водоросли Laminaria cichorioides, характеризовался как высокосульфатированный 1,3-α-L-фукан (содержание сульфатов – 28%) с примесью ламинарана (20%) (Zvyagintseva et al., 2003). Обработка клеток МТ-4 или Namalwa фукоиданами в концентрациях 5–500 мкг/мл не приводила к существенному торможению их роста и не сопровождалась массовой гибелью клеток. При инкубации с фукоиданами на протяжении двух суток распределение клеток МТ-4 по фазам цикла практически не отличалось от такового в контроле. Эти результаты не согласуются с данными, полученными Riou et al. (1996) и Haneji et al. (2005), которые наблюдали остановку в G1-фазе клеточного цикла при действии фукоидана in vitro. Такое расхождение может быть объяснено различием в используемых препаратах фукоидана, либо особенностями клеточной модели.

При индукции этопозидом апоптоза в клетках МТ-4 или Namalwa, предкультивированных с фукоиданами, в течение суток и на протяжении нескольких пассажей (до 14 суток) обнаруживались признаки этопозид-индуцированного апоптоза, наиболее выраженные для препарата Ф3 (высокосульфатированный 1,3-α-L-фукан из L. cichorioides).

Усиление индукции апоптоза под действием всех исследованных фукоиданов не сопровождалось дополнительной активацией каспазы-3, что свидетельствует как о предельном уровне активации этого фермента, необходимом для развития апоптоза в данной системе, так, возможно, и о подключении других каспазоезависимых путей реализации апоптоза.

Исследованные фукоиданы отличались друг от друга типом гликозидных связей, моносахаридным составом, степенью сульфатирования, молекулярными массами и обладали проапоптотической активностью. Авторы приходят к заключению, что для проявления данной биологической активности тип связи не важен, либо необходимо присутствие только α-1,3-связанной фукозы, степень же сульфатирования может быть достаточной даже в случае использования самого низкосульфатированного препарата.

Одним из интегративных факторов, объединяющих все апоптотические сигналы, является оксидативный стресс (Утешев, Сергеев, 1998; Bait et al., 2002). Внутриклеточная продукция активных форм кислорода (АФК) имеет фундаментальное значение как в индукции пролиферации, так и в развитии апоптоза. Анализ имеющихся в литературе материалов достаточно определенно указывает на предапоптозные нарушения в митохондриях, связанные с избыточным образованием O2 и продуктов его последующих превращений (Stoian et al., 1996). С этим сдвигом связывается факт образования пор во внутренней мембране митохондрий, рассматриваемый как необходимый этап, ведущий к появлению апоптоза (Zoratti, Szabo, 1995). TNFα и Fas-индуцированный апоптоз, в известной степени, также обусловлен способностью вызывать в клетке образование реактивных форм кислорода (Takeda et al., 2002). Апоптотическая смерть клетки может быть индуцирована и адгезивным сигналом. Так, Giblin et al. (1997) показали, что сшивание фукоиданом L-селектина – внутриклеточного домена, связанного с апоптозиндуцирующей молекулой Fas (Ishiwatari-Hayasaka et al., 1997), индуцирует апоптоз в рецептор-экспрессирующих клетках. Ранее мы показали, что фукоидан из Fucus evanescens индуцирует продукцию активных форм кислорода нейтрофилами, синтез TNFα и IL-1 мононуклеарами, а также обладает выраженной митогенной активностью и способностью усиливать экспрессию рецепторов адгезии (Запорожец, 2006). Учитывая полученные нами данные и литературные материалы, можно полагать, что оксидативный стресс, индукция цитокинов, митогенный и адгезивный сигналы могут быть решающими в обеспечении проапоптотических свойств СПС из морских водорослей. Подобная трактовка в отношении оксидативного стресса, модулирующего TNF и Fas – опосредованный апоптоз in vivo, приведена в работе Takeda et al. (2002).

Антиметастатическое действие СПС морских водорослей

Инвазия и метастазирование являются главными проявлениями злокачественных новообразований и основными причинами гибели больных раком. Процесс метастазирования зависит от свойств первичной опухоли, клеточный состав которой неоднороден по генетическим и фенотипическим признакам, и от реактивности организма – носителя опухоли. Способность злокачественной опухоли к метастазированию основана на инфильтрирующем росте с инвазией в лимфатические и кровеносные сосуды, слабой связи между опухолевыми клетками, а также на благоприятной биохимической ситуации в тканях для приживления ракового эмбола. Опухолевая экспансия сопровождается разрушением тканей, окружающих злокачественную опухоль, и созданием сети сосудов.

В связи с этим весьма актуален поиск веществ, способных эффективно воздействовать на различные компоненты процесса метастазирования. В настоящее время интенсивно и достаточно результативно исследуются в этом плане СПС из морских водорослей.

В работе (Coombe et al., 1987) приведены данные о подавлении фукоиданом легочных метастазов после внутривенных инъекций клеток аденокарциномы 13762МАТ молочной железы крыс. Многократное введение фукоидана ингибировало фиксацию метастатических клеток саркомы L-1 в легких мышей BALB/c (Roszkowsky et al., 1989). Фукоиданы, выделенные из Laminaria saccharina, Laminaria digitata, Fucus serratus, Fucus distichus и Fucus vesiculosis подавляли адгезию клеток карциномы молочной железы MDA-MB-231 к тромбоцитам (Cumashi et al., 2007).

В наших исследованиях (Вищук и др., 2009) был проведен анализ противоопухолевой и антиметастатической активности фукоиданов, выделенных из 9 видов бурых водорослей (Fucus evanescens, Laminaria japonica, Undaria. pinnatifida Laminaria cichorioides (Охотское море), Sargassum swartzii, Sargassum mcClurei, Sargassum denticarpum, Sargassum spp., Sargassum polycystum (Южно-Китайское море) и имеющих различную структуру. Фукоиданы, выделенные из бурых водорослей Дальневосточных морей, являются высокосульфатированными полисахаридами, тогда как фукоиданы из бурых водорослей Южно-Китайского моря — низкосульфатированными (содержание сульфатных групп менее 12%), за исключением фукоидана из Sargassum polycystum. Все исследованные фукоиданы были нетоксичны по отношению к клеткам рака кишечника человека DLD-1 и НТ-29 в концентрации до 200 мкг/мл. При обработке клеток фукоиданы (50 мкг/мл) в различной степени тормозили рост колоний клеток DLD-1 и НТ-29. Наиболее выраженное противоопухолевое действие проявили фукоиданы из Laminaria cichorioides и Laminaria japonica. Фукоиданы из Sargassum swartzii, Sargassum denticarpum и Sargassum mcClurei практически не обладали противоопухолевой активностью, что, вероятно, связано со строением главной цепи молекулы. Об этом говорит тот факт, что фукоидан из Laminaria cichorioides, проявивший наибольшую активность, содержал главную цепь, построенную только из α-1,3-связанной фукозы. Фукоиданы из Fucus evanescens и Undaria pinnatifida, активность которых была выражена в меньшей степени, построены из 1,3-1,4-связанных остат- ков α-L-фукопиранозы и галактозы.

Показано также, что фукоиданы из Laminaria guryanovae (Lee et al., 2008b) и Laminaria cichorioides (Lee et al., 2008a) подавляли неопластическую трансформацию нормальных мышиных эпидермальных клеток JB6 C141, вызываемую действием эпидермального фактора роста (EGF) – относящегося к числу рецепторных тирозинкиназ – важных регуляторов клеточной пролиферации и злокачественной трансформации, или 12-O-тетрадеканоилфорбол-13-ацетата (TPA). Механизм противоопухолевого действия фукоидана связан с его способностью взаимодействовать непосредственно с EGF и тем самым препятствовать связыванию EGF с его рецептором на поверхности эпителиальных клеток. Ингибирование фосфорилирования рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) приводит к подавлению фосфорилирования внеклеточных сигнал регулируемых киназ ERK и активности генов раннего реагирования c-fos, c-jun, участвующих в активации клеточной пролиферации или дифференцировки.

Возможные механизмы противоопухолевого и антиметастатического действия фукоиданов могут быть связаны с их способностью ингибировать адгезию клеток к экстрацеллюлярному матриксу. Показано, например, что фукоиданы из Ascophyllum nodosum (Liu et al.,2000) и Spatoglossum schroederi (Rocha et al., 2005) уже через 10 минут контакта высокоаффинно связываются с фибронектином – белком зрелой соединительной ткани с выраженными адгезивными свойствами, способствующим адгезии и распространению эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулирующим пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток. Антиметастатический эффект фукоидана был обусловлен ингибированием гепарин-связывающего и клеточно-связывающего доменов белка, реорганизацией альфа 5 субъединицы интегрина, а также подавлением экспрессии винкулина (Liu et al., 2000; Rocha et al., 2005). Способность фукоидана связываться с фибронектином зависела от присутствия сульфатных групп в молекуле полисахарида: десульфатированный фукоидан утрачивал способность ингибировать адгезию клеток (Rocha et al., 2005).

На модели перевиваемой аденокарциномы легких Льюис мышей было показано, что фукоидан из Fucus еvanescens оказывал самостоятельное умеренное антиметастатическое действие, а также потенцировал антиметастатическую, но не противоопухолевую активность циклофосфана (Жанаева и др., 2009). Для изучения одного из возможных механизмов противоопухолевого действия фукоидана в тканях аденокарциномы легких Льюис у мышей исследовали изменение активности цистеиновых протеаз липосом катепсинов B и L и аспартильной протеазы катепсина D. Известно, что протеазы лизосом наряду с другими протеазами клеток (сериновые протеазы, активаторы и ингибиторы плазминогена, матриксные металлопротеиназы) играют важную роль в регуляции опухолевого роста, а также участвуют в реализации апоптотической или некротической гибели опухолевых клеток (Короленко и др., 2010; Потеряева и др., 2004). Было установлено, что 3-х кратное применение фукоидана (5 и 10 мг/кг) самостоятельно или в сочетании с циклофосфаном приводило к снижению активности катепсина L в ткани аденокарциномы легких Льюис. В то же время, активность катепсина D была повышена у мышей, леченных циклофосфаном или циклофосфаном в сочетании с фукоиданом (10 мг/кг×3). По мнению авторов, увеличение активности катепсина D в данном случае, вероятно, индуцировано циклофосфаном и вопрос о том, связаны ли наблюдаемые отдаленные (через 10 суток после применения препарата) изменения активности протеаз в ткани аденокарциномы легких Льюис с противоопухолевым эффектом фукоидана – остается открытым и требует дальнейшего изучения.

Антиангиогенное действие СПС

Опухолевый рост и метастазирование сопровождаются развитием неконтролируемого ангиогенеза, характеризующегося усиленной экспрессией основного фибробластного ростового фактора (bFGF), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), повышением активности матрикс-металлопротеиназ (Aguayo et al., 2000; Li et al., 2001; Li et al., 2001; Kumar et al., 2004). Антиангиогенная терапия может быть как прямой, направленной на здоровые, генетически стабильные клетки сосудов опухоли (антагонисты VEGF-рецептора, антитела к VEGF-рецептору, нейтрализующие антитела и молекулы-антагонисты к рецепторам интегринов и молекулам адгезии, специфически экспрессируемых на вновь образованных эндотелиальных клетках), так и непрямой – снижающей образование или нейтрализующей стимуляторы неоангиогенеза, в первую очередь фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF) и матрикс-металлопротеиназы.

Угнетение ангионеогенеза является одним из важных механизмов противоопухолевого действия фукоиданов.

Narazaki et al. (2008) установили, что фукоидан снижает VEGF165-индуцированный ангиогенез и неоваскуляризацию опухоли у мышей. Механизм действия полисахаридов связан с уменьшением на поверхности эндотелиальных клеток экспрессии VEGFR-1 и VEGFR-2, нейрофилинов (NRP1) и (NRP2), через которые VEGF осуществляет свои эффекты, а также с блокадой связывания семафоринов класса 3 и VEGFR-1. Авторы полагают, что фукоидан, связываясь с внеклеточным доменом NRP1 и скевенджер-рецептором (SREC-I), индуцирует интернализацию NRP1 и SREC-I в лизосомы. Эти результаты демонстрируют, что интернализация рецепторов является эффектив- ной стратегией для снижения их уровня и функции на клеточной поверхности, а также позволяет рассматривать сульфатированные полисахариды в качестве “индукторов интернализации”.

В работе (Koyanagi et al., 2003) показано подавление природным и гиперсульфатированным фукоиданом неоваскуляризации, индуцированной клетками Sarcoma 180, саркомы легких Льюис и меланомы B16 у мышей, сопряженную с ингибированием митогенной и хемотаксической активности VEGF.

Ye et al. (2005) установили способность фукоидана из Сladosiphon novae-caledoniae in vitro блокировать ангиогенез клеток карциномы HeLa, подавляя экспрессию и секрецию эндотелиального фактора роста сосудов VEGF. По мнению авто- ров, ингибирование инвазии опухолевых клеток и ангиогенеза обусловлено, по крайней мере частично, антиоксидантным потенциалом фукоидана – активацией антиоксидативных ферментов – супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы. Угнетение инвазивной способности клеток фибросаркомы HT-1080 человека фукоиданом авторы также связывают с ингибированием матрикс-металлопротеиназ.

О возможности ингибирования матрикс-металлопротеиназ фукоиданом сообщается в работах (Senni et al., 2006; Moon et al., 2009; Hlawaty et al., 2011).

S. Soeda et al. (2000) показали также, что гиперсульфатированнный фукоидан значительно подавляет индуцированную фактором роста фибробластов FGF миграцию человеческих эндотелиоцитов, увеличивает продукцию ингибитора активатора плазминогена-1, что может играть ключевую роль для предотвращения миграции клеток сосудов.

Фукоидан из бурой водоросли Turbinaria conoides подавлял ангиогенез в клетках хориона аллантоисной мембраны развивающихся куриных эмбрионов, в которые вводили клетки карциномы толстой кишки COLO 320DM (Delma et al., 2008). Этот же полисахарид подавлял миграцию опухолевых клеток.

Значительную роль в ангиогенезе играет циклооксигеназа ЦОГ-2, проангиогенный эффект которой обусловлен, по крайней мере, тремя продуктами метаболизма – тромбоксаном А(2), простагландинами E2 и I2 (Gately, Li, 2004). Замечено, что снижение рецидивирования опухолей наблюдается при приеме ингибиторов ЦОГ-2 (например нестероидных противовоспалительных препаратов). Недавно выявленный ингибирующий эффект фукоидана на экспрессию ЦОГ-2 (Park et al., 2011) может является одним из механизмов антиангиогенного действия фукоиданов.

Действие СПС на иммунную систему при развитии опухолей

Среди отличительных характеристик злокачественных опухолей (наряду с самообеспечением клеток внутренними сигналами роста, игнорированием рост-ингибирующих сигналов, избеганием клеточной гибели, безудержной репликацией, поддержанием ангиогенеза (Hanahan, Weinberg, 2000)), большое значение имеет способность опухолевых клеток уклоняться от иммунного надзора (Dunn et al., 2002, 2004). Противоопухолевый иммунитет реализуется с участием Th1-зависимого и, в меньшей степени, Th2-зависимого иммунного ответа (Dunn et al., 2002, 2004; Hanahan, Weinberg, 2000; Zitvogel et al., 2006; Kim et al., 2007), а также факторов врожденного иммунитета, повреждающих опухолевые клетки (NK-клеток, моноцитов/ макрофаггов, α и β интерферонов, ЛАК-клеток).

Существование многочисленных способов супрессии иммунной системы опухолевыми клетками с одновременным ускользанием от ее надзора привело к появлению многочисленных методов иммунотерапии рака. Моноклональные антитела первого и второго поколений, иммуномодуляторы, различные цитокины, иммунные адъюванты, профилактические и терапевтические вакцины, супрессоры иммунных клеток, адоптивная Т-клеточная терапия, трансплантация клеток костного мозга (Dougan, Dranoff, 2009), нанотехнологии – вот лишь краткий перечень направлений в иммунотерапии рака. В этом ряду определенное место занимают СПС из водорослей, влияние которых на иммунную систему доказано в экспериментах при разных видах злокачественного роста.

Показано, например, что фукоиданы из водорослей Sargassum spp. и Fucus evanescens значительно повышают цитолитическую активность NK-клеток мышей линии C57Bl/6JJCL, которым в течение 4-х дней до введения клеток меланомы B6 или карциномы легких, вводили фукоидан в дозе 50 мг/кг (Ale et al., 2011; Kitasato, 2006).

Данные по влиянию фукоидана из Undaria Pinnatifida на функциональную активность клеток врожденного и адаптивного иммунитета представлены в работах H. Maruyama et al. (2003, 2006), показавших увеличение количества и усиление цитолитического действия NK клеток по отношению к клеткам-мишеням YAC (Maruyama et al., 2006), повышение уровня IFNγ, продуцируемого Т-лимфоцитами (Maruyama et al., 2003).

Увеличение количества NK-клеток в селезенке мышей c опухолью кишечника, получавших перорально фукоидан из Cladosiphon okamuranus, наблюдали K. Azuma et al. (2012).

продолжение