Co trzeci człowiek w krajach zindustrializowanych umiera na nowotwór. Mimo tego, że nauka zrobiła ogromne kroki w zrozumieniu czym są nowotwory, w jaki sposób powstają i w jaki sposób można je leczyć, choroby nowotworowe ciągle zbierają olbrzymie żniwo.
Nowotwory powstają ze zdrowych, normalnych komórek, w których nastąpiły zmiany genetyczne. Do zmian takich może dojść na wielorakie sposoby, opisane poniżej. Niekontrolowany podział i nieśmiertelność to cechy charakterystyczne wszystkich nowotworów. Dochodząca do tego mobilność komórek nowotworowych jest odpowiedzialna za przerzuty czyli tak zwane zezłośliwienie nowotworu.
Ponieważ nowotwory powstają z istniejących już komórek i tkanek, przez to zwykle posiadają ich charakterystyczne właściwości, co odzwierciadla ich nazwa. Na przykład “melanoma” (czerniak) to nowotwór, który powstaje z melanocytów, komórek skórnych posiadających ciemny barwnik melanię. “Rak” to w medycynie nazwa zarezerwowana dla nowotworów złośliwych pochodzenia nabłonkowego.
Mechanizmy powstawania nowotworów
Klasyczna medycyna zakłada, ze nowotworowa metamorfoza jest procesem wieloetapowym. Istotną cechą komórek nowotworowych jest utrata kontroli nad ich podziałem i różnicowaniem. Dwie grupy genów odgrywają kluczową rolą w transformacji zdrowych komórek w komórki nowotworowe: sa to proto- onkogeny i geny supresorowe.
Proto- onkogeny i onkogeny (proto-oncogenes, oncogenes)
Proto- onkogeny to geny, które w zdrowych komórkach kontrolują ich wzrost i różnicowanie. Białka zakodowane przez proto- onkogeny są niezbędne dla powstawania i wzrostu rożnych organów i tkanek w życiu płodowym jak również podczas regeneracji (na przykład: gojenie ran) lub zamiany starych, “zużytych” komórek nowymi (na przykład nabłonki w jamie ustnej, pęcherzu moczowym lub jelicie, czy tez białe lub czerwone krwinki). Aktywność proto- onkogenów i ilość produkowanych przez nie białek jest precyzyjnie regulowana, a ich zanik lub nieprawidłowa regulacja mają zwykle nieodwracalne i niestety fatalne skutki dla komórki, oznaczając jej śmierć lub nieśmiertelność. To właśnie nieśmiertelność jest jedną z podstawowych cech komórek nowotworowych i dlatego naukowcy pracujący nad powstawaniem nowotworów skupili swoją uwagę na proto-onkogenach, mechanizmach ich regulacji i skutkom mutacji w tychże genach.
Proto- onkogeny są zaangażowane w powstawanie nowotworów nazywamy onkogenami. Do dnia dzisiejszego zostało odkrytych i opisanych ponad 40 onkogenów, które w przeróżny sposób przyczyniają się do tworzenia nowotworów.
Co powoduje powstanie onkogenu z proto-onkogenu?
Wiele mechanizmów może prowadzić do przeistoczenia się proto-onkogenu w onkogen.
Pierwszy mechanizm to mutacje. Mutacje w DNA kodującym proto- onkogen mogą spowodować zmiany w białku kodowanym przez ten gen, a przez to zmiany w jego właściwościach. Przykładem jest tutaj onkogen c-ras opisany w raku pęcherza moczowego, gdzie zamiana tylko jednego aminokwasu (glicyny przez walinę) poprzez mutacje kodującego DNA spowodowała zmiany w białku a przez to nowotworowe zmiany w komórkach posiadających te mutacje.
Inny typ zmian genetycznych prowadzacych do powstawania onkogenów to translokacje genów, kiedy – podobnie jak elementy w kostce Rubika – geny zmieniaja położenie na chromosomach, a przez to mogą dostac się pod nieprawidłową kontrolę innych genów. Ten mechanizm został na przyklad udokumentowany jako przyczyniający się do powstawania chłoniaka Burkitta.
Niepożądana aktywność proto- onkogenów może również być konskewencją kopiowania identycznych proto-onkogenów. Normalny, “zdrowy” gen znajduje się wtedy na odpowiednim miejscu na chromosomie, a przez to jest pod prawidłową genetyczną kontrolą podczas kiedy jego kopie nie są kontrolowane, a przez to produkowane “na pełnych obrotach”, bez jakiejkolwiek kontroli. Wiele kopii jednego i tego samego genu (n-myc) to często obserwowane zjawisko w komórkach nerwiaka (neuroblastoma) u dzieci.
Geny supresorowe (suppressor genes)
Geny supresorowe kodują białka, które hamują podział komórek. Zmutowane geny supresorowe produkują białka, które nie są już w stanie zatrzymać podziałów komórkowych i dzięki temu komórki z taką mutacją masowo się mnożą. Do funkcji genów supresorowych w zdrowych komórkach należą:
1. Represja genów niezbędnych dla kontynuacji cyklu komórkowego. Jeśli te geny nie ulegają ekspresji, cykl komórkowy nie jest kontynuowany, skutecznie hamując podział komórki.
2. Sprzężenie cyklu komórkowego z uszkodzeniami DNA. Tak długo, jak uszkodzone DNA jest w komórce, komórka nie powinna się dzielić. Jeśli szkody zostaną naprawione, cykl komórkowy może być kontynuowany.
3.Inicjacja apoptozy. Jeśli nie da się naprawić szkód, komórka powinna rozpocząć apoptozę (zaprogramowaną śmierć komórki).
4. Hamowanie kontaktowe. Komórki, które “dotknęły” innych komórek specjalnymi balikami odbierają to jako sygnał do zaprzestania podziałów komórkowych z powodu “braku miejsca”.
5. Naprawa DNA.
Zanik funkcji genów supresorowych na skutek mutacji może doprowadzić do:
- Odblokowania genów niezbędnych do podziałów komórkowych
- Braku reakcji na uszkodzone DNA
- Braku apoptozy
- Braku zahamowania kontaktowego
- Pozostanie uszkodzonego DNA w komórce i powielanie błędów powstałych na skutek tegoż uszkodzenia
Medycyna mitochondrialna w zapobieganiu powstawania nowotworów
Aby zapobiec mutacjom, a przez to zapobiec powstawaniu nowotworów, niezbędna jest ochrona komórek, a w szczególności komórkowego DNA. Ochrona taka obejmuje miedzy innymi zapobieganie skutkom stresu oksydacyjnego (utleniania), osadzania się metali ciężkich, promieniowania jak również zapobieganie stresu psychicznego. Medycyna mitochondrialna umożliwia ochronę komórkową poprzez stosowanie na przykład koenzymu Q10, witaminy C i selenu. Przeprowadzona w ostatnich latach analiza badań klinicznych wykazała, że codzienne przyjmowanie witaminy C i beta-karotenu może zmniejszyć ryzyko zachorowania na nowotwory jelita grubego1.
Inne badania kliniczne, w których udział wzięło pól miliona osób, potwierdziły, że zachorowalność na raka żołądka znacząco spada jeżeli przyjmuje się regularnie witaminę C2. Interesujące jest to, ze autorzy stwierdzili brak pozytywnego wpływu multiwitamin na badane schorzenia. Witamina C okazała się również skuteczna przy zapobieganiu nowotworów przełyku3.
Stosowanie medycyny mitochondrialnej jest również niezwykle ważne podczas chemoterapii już istniejących nowotworów4, 5. Dlaczego?
Chemoterapia nie tylko niszczy komórki nowotworowe, ale również niszczy mitochondria poprzez stres oksydacyjny, tudzież powoduje uszkodzenia DNA w zdrowych komórkach. Dlatego też czasem po udanej chemoterapii jednego nowotworu powstaje – jako działanie uboczne chemoterapii – inny, nowy nowotwór. Częste są też innego typu działania uboczne chemoterapii, jak na przykład uszkodzenie mięśnia sercowego nerek czy też słuchu6.
Medycyna mitochondrialna a leczenie nowotworów
Otto Warburg (ur. 8 października 1883 w Freiburgu zm. 1 sierpnia 1970 w Berlinie) był niemieckim biochemikiem który w roku 1931 otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za odkrycie budowy i działania enzymów oddechowych. Profesor Warburg już sto lat temu zauważył, że komórki nowotworowe odżywiają się glukozą, a nie tlenem, jak komórki zdrowe. Spożycie cukru dostarcza paliwa selektywnie zużywanego przez komórki nowotworowe. W dzisiejszych czasach te informacje wykorzystuje się na przykład w diagnostyce nowotworów przy użyciu tomografii emisyjnej pozytonowej7.
Każdy podział komórkowy wymaga dużego nakładu energii. Zdrowe komórki produkują energię poprzez spalanie glukozy i tlenu, czyli tak zwany łańcuch oddechowy. Jednakże w życiu płodowym, kiedy komórki dzielą się szczególnie często, potrzebna energie uzyskiwana jest nie z łańcucha oddechowego ale z procesu beztlenowej glikolizy8.
Nowa teoria tłumacząca powstawanie nowotworów zakłada, że komórki nowotworowe w pewnym sensie “cofają się w rozwoju” do stanu płodowego i przechodzą na system fermentacji. Ten sposób uzyskiwania energii połączony jest z zahamowaniem procesu apoptozy (kontrolowanej śmierci komórek), który to proces eliminuje „nieprawidłowe” komórki. W końcowym efekcie komórki nowotworowe stają się nieśmiertelne. Zgodnie z tą teorią, energetyczne przestawienie komórek nowotworowych z procesu fermentacji na łańcuch oddechowy powinien automatycznie uaktywnić apoptozę, a przez to samounicestwienie się nowotworu.
Substancje mitochondrialne używane przy terapi nowotworów
Nawracające gruczolaki jelita grubego to nowotwór łagodny, który może stanowić preludium do nowotworu złośliwego jelita grubego. Badania kliniczne wykazały, ze koktajl z substancji mitochondrialnych (200 μg selenu, 30 mg cynku, 2 mg witaminy A, 180 mg witaminy C, 30 mg vitaminy E) podawanych codziennie przez 5 lat po pierwszej operacji, skutecznie zapobiegał nawrotom tej choroby w porównaniu z grupą kontrolną, która otrzymała placebo9.
Witamina C została skutecznie zastosowana jako leczenie wspomagającym przy raku trzustki10.
Dożylnie podawana witamina C okazała się być skutecznym leczeniem wspomagającym przy raku jajników4.
Podawanie ubichinonu Q10 (koenzymu Q10) wraz z witaminy C, kwasu foliowego, selenu i beta-karotenu znacząco przedłużyło życie pacjentów będących w ostatnim stadium rożnych nowotworów11.
Bibliografia:
- Xu, X., et al., Dietary intake of vitamins A, C, and E and the risk of colorectal adenoma: a meta-analysis of observational studies. Eur J Cancer Prev, 2013. 22(6): p. 529-39.
- Dawsey, S.P., et al., A prospective study of vitamin and mineral supplement use and the risk of upper gastrointestinal cancers. PLoS One, 2014. 9(2): p. e88774.
- Barone, J., et al., Vitamin supplement use and risk for oral and esophageal cancer. Nutr Cancer, 1992. 18(1): p. 31-41.
- Ma, Y., et al., High-dose parenteral ascorbate enhanced chemosensitivity of ovarian cancer and reduced toxicity of chemotherapy. Sci Transl Med, 2014. 6(222): p. 222ra18.
- Faulk, A., V. Weissig, and T. Elbayoumi, Mitochondria-specific nano-emulsified therapy for myocardial protection against doxorubicin-induced cardiotoxicity. Methods Mol Biol, 2013. 991: p. 99-112.
- Mazevet, M., et al., Complications of chemotherapy, a basic science update. Presse Med, 2013. 42(9 Pt 2): p. e352-61.
- Czernin, J., et al., PET/CT in Oncology: Current Status and Perspectives. Curr Radiol Rep, 2013. 1: p. 177-190.
- Wallace, D.C., Mitochondria and cancer. Nat Rev Cancer, 2012. 12(10): p. 685-98.
- Bonelli, L., et al., Antioxidant supplement and long-term reduction of recurrent adenomas of the large bowel. A double-blind randomized trial. J Gastroenterol, 2013. 48(6): p. 698-705.
- Welsh, J.L., et al., Pharmacological ascorbate with gemcitabine for the control of metastatic and node-positive pancreatic cancer (PACMAN): results from a phase I clinical trial. Cancer Chemother Pharmacol, 2013. 71(3): p. 765-75.
- Hertz, N. and R.E. Lister, Improved survival in patients with end-stage cancer treated with coenzyme Q(10) and other antioxidants: a pilot study. J Int Med Res, 2009. 37(6): p. 1961-71.