Arbutyna chroni płuca przed toksycznością metotreksatu

Co warto wiedzieć o arbutynie i MTX?

Arbutyna jako potencjalny ochronny adiuwant w terapii metotreksatem – nowe odkrycia w redukcji toksyczności płucnej

Metotreksat (MTX) jest powszechnie stosowanym lekiem w terapii białaczek, nowotworów płuc, piersi i macicy, a także w reumatoidalnym zapaleniu stawów i ciąży ektopowej. Jego mechanizm działania polega głównie na hamowaniu reduktazy dihydrofolianowej (DHFR), co prowadzi do zahamowania syntezy DNA i proliferacji komórek nowotworowych. Dodatkowym mechanizmem cytotoksyczności jest zmniejszenie produkcji NADH/NADPH poprzez antagonizm MTX w stosunku do oksydoreduktaz zależnych od NADPH oraz następujące po tym wyczerpanie glutationu (GSH). Jednak stosowanie MTX, szczególnie w wysokich dawkach charakterystycznych dla chemioterapii, wiąże się z ryzykiem wystąpienia poważnych działań niepożądanych, w tym supresji szpiku kostnego, toksyczności płucnej, nerkowej i hematologicznej.

Toksyczność płucna związana z MTX może manifestować się jako zwłóknienie, śródmiąższowe zapalenie płuc czy uszkodzenie pęcherzyków płucnych. Pomimo braku pełnego zrozumienia mechanizmu toksyczności MTX, badania molekularne wykazały, że stres oksydacyjny (OS) i reakcje zapalne są kluczowymi czynnikami. MTX indukuje poważne oksydacyjne uszkodzenia tkanek poprzez hamowanie enzymów antyoksydacyjnych, w tym dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i peroksydazy glutationowej (GPx), wyczerpywanie puli GSH i indukcję peroksydacji lipidów (LPO).

Czy arbutyna może zmniejszyć toksyczność MTX?

Naukowcy od lat poszukują skutecznych strategii ograniczania toksyczności MTX bez zmniejszania jego skuteczności terapeutycznej. Najnowsze badania opublikowane w literaturze naukowej wskazują, że arbutyna (ARB) – naturalny glikozyd hydrochinonu występujący w roślinach z rodzin Asteraceae, Ericaceae i Rosaceae – może stanowić obiecujący związek ochronny przed płucną toksycznością indukowaną przez MTX.

ARB wykazuje szereg aktywności biologicznych, w tym właściwości przeciwdrobnoustrojowe, przeciwhiperlipemiczne, antyoksydacyjne i przeciwnowotworowe. Wyniki eksperymentalne wskazują również na zdolność ARB do wpływania na szlaki SIRT1 i Nrf2. Wcześniejsze badania sugerowały ochronną rolę ARB w modelach uszkodzenia płuc indukowanego lipopolisacharydem (LPS) i Mycoplasma gallinarum, jednak wpływ ARB na toksyczność płucną wywołaną przez MTX pozostawał niejasny.

W eksperymentalnym modelu zwierzęcym naukowcy wykazali, że MTX indukuje w tkance płucnej nasilony stres oksydacyjny (OS), stan zapalny oraz stres retikulum endoplazmatycznego (ERS), co ostatecznie prowadzi do apoptozy komórek i trwałego uszkodzenia płuc. “Nasze wyniki wskazują, że kluczowym mechanizmem toksyczności MTX jest hamowanie szlaku SIRT1/Nrf2, co prowadzi do zaburzenia równowagi oksydacyjno-antyoksydacyjnej w komórkach płuc” – piszą autorzy badania.

Jaką rolę odgrywają szlaki sygnalizacyjne?

SIRT1 to deacetylaza zależna od NAD+, pełniąca funkcję czynnika transkrypcyjnego w licznych procesach komórkowych, w tym metabolizmie, stresie oksydacyjnym, stanie zapalnym i apoptozie. Wiadomo, że hamowanie SIRT1 pogarsza stopień OS i stanu zapalnego. Nrf2 (czynnik jądrowy związany z czynnikiem erytroidalnym 2) odgrywa kluczową rolę w eliminacji reaktywnych form tlenu (ROS) i uszkodzeń komórkowych wywołanych stanem zapalnym. Badania wykazały bezpośredni związek między sygnalizacją SIRT1 i Nrf2, co potwierdza, że oba białka wzajemnie regulują swoją aktywność.

W przeprowadzonym badaniu szczury Sprague-Dawley podzielono na pięć grup: kontrolną, otrzymującą wysoką dawkę ARB, otrzymującą MTX, oraz dwie grupy otrzymujące MTX w połączeniu z niską (50 mg/kg) lub wysoką (100 mg/kg) dawką ARB. MTX podawano dootrzewnowo w dawce 20 mg/kg, natomiast ARB podawano doustnie przez 7 dni. Dawki ARB wybrane do tego badania zostały określone na podstawie wcześniejszych badań wykazujących zdolność ARB do wykazywania właściwości antyoksydacyjnych i przeciwzapalnych w eksperymentalnych modelach uszkodzenia jąder wywołanego niedokrwieniem/reperfuzją i zapalenia stawów wywołanego kompletnym adiuwantem Freunda. Czy taka interwencja mogła zapobiec lub zminimalizować uszkodzenia płuc wywołane przez MTX?

Czy ARB przywraca równowagę antyoksydacyjną?

Wyniki biochemiczne jednoznacznie wskazują, że podanie MTX znacząco zwiększyło poziom peroksydacji lipidów (mierzonej jako MDA) oraz całkowity status oksydacyjny (TOS) w tkance płucnej, przy jednoczesnym zmniejszeniu poziomów glutationu (GSH), dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i peroksydazy glutationowej (GPx). Co istotne, suplementacja ARB w sposób zależny od dawki zmniejszyła stres oksydacyjny i przywróciła obrony antyoksydacyjne.

Równie interesujące okazały się wyniki dotyczące szlaku SIRT1/Nrf2/HO-1. MTX znacząco hamował ekspresję tych białek w płucach, natomiast ARB wyraźnie zwiększał ich poziom, przy czym dawka 100 mg/kg wykazywała większą skuteczność niż dawka 50 mg/kg. Podobnie korzystne efekty zaobserwowano w przypadku markerów zapalnych – ARB znacząco obniżał poziomy NF-κB p65, IL-6 i mieloperoksydazy (MPO) podwyższone przez MTX.

Czy ARB przeciwdziała zapaleniu i ER stresowi?

Odpowiedź zapalna na MTX jest inicjowana przez cytokiny prozapalne, w tym interleukinę-6 (IL-6) i czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α), które, jak wiadomo, znacznie wzrastają w wyniku aktywacji szlaku czynnika jądrowego kappa B (NF-κB). Przewlekły stan zapalny spowodowany zwiększoną ilością reaktywnych form tlenu (ROS) i aktywacją NF-κB ostatecznie zakłóca homeostazę retikulum endoplazmatycznego (ER) i pojawia się stres ER (ERS). Wszystkie te procesy działają jako wyzwalacze apoptotycznej śmierci komórki i powodują trwałe uszkodzenie płuc.

Badanie wykazało również, że MTX indukuje stres retikulum endoplazmatycznego i apoptozę w tkance płucnej, co potwierdzają podwyższone poziomy białek HSPA5, ATF6, GADD153 i kaspazy 3. Jednak suplementacja ARB znacząco poprawiła te parametry. Czy może to oznaczać, że ARB stanowi potencjalny środek zapobiegawczy w terapii MTX? Wyniki histopatologiczne zdają się to potwierdzać.

Czy obraz histopatologiczny potwierdza ochronne działanie ARB?

W badaniu histopatologicznym płuca szczurów z grupy kontrolnej wykazywały regularną morfologię zarówno pod względem grubości ściany pęcherzyków, jak i ogólnej struktury płuc. W grupie otrzymującej tylko wysoką dawkę ARB, przekroje płuc również wykazywały regularną morfologię, z łagodnym pogrubieniem pęcherzyków i przekrwieniem naczyń w określonych lokalizacjach. Natomiast w grupie MTX zaobserwowano rozległe pogrubienie ścian pęcherzyków, umiarkowane przekrwienie naczyń, naciek komórek zapalnych i obrzęk. Co istotne, w grupach otrzymujących MTX w połączeniu z ARB struktura pęcherzyków wykazywała cechy zbliżone do normalnego wyglądu, z obrzękiem w obszarze międzypęcherzykowym i łagodnym przekrwieniem naczyń między pęcherzykami.

Podanie MTX spowodowało znaczny wzrost półilościowych wskaźników przekrwienia naczyniowego, krwotoku i uszkodzeń w porównaniu z grupą kontrolną, podczas gdy podanie ARB doprowadziło do znacznej poprawy tych wskaźników. Wyniki te są zgodne z wcześniejszymi badaniami, które wykazały, że ARB może wywierać ochronny wpływ na płuca poprzez zmniejszenie infiltracji komórek zapalnych w modelu uszkodzenia płuc wywołanego przez LPS, a także poprzez poprawę infiltracji komórek zapalnych, przekrwienia i krwawienia w modelu uszkodzenia płuc wywołanego przez Mycoplasma gallinarum.

Jak ARB wpływa na mechanizmy komórkowe?

“Nasze badanie wykazało, że ARB może odgrywać rolę ochronną w eksperymentalnym modelu toksyczności płucnej związanej z MTX, zmniejszając stres oksydacyjny oraz mechanizmy zapalne i stresu retikulum endoplazmatycznego” – podsumowują autorzy. “Ten ochronny efekt ARB okazał się być mediowany przynajmniej częściowo poprzez regulację szlaku SIRT1/Nrf2”.

Aktywność zmiatania wolnych rodników przez ARB jest dobrze udokumentowana. W tym badaniu, zmniejszenie poziomów OS indukowanego przez MTX w grupach leczonych ARB jest prawdopodobnie spowodowane bezpośrednią aktywnością zmiatania wolnych rodników przez ARB i synergistycznym efektem wcześniej wykazanych modulacyjnych efektów ARB na SIRT1/Nrf2.

Warto również podkreślić, że ER jest wielofunkcyjnym organellum komórkowym odpowiedzialnym za syntezę, fałdowanie i kontrolę jakości białek. Czynniki takie jak OS, toksyny, niedokrwienie i stan zapalny upośledzają zdolność fałdowania białek ER w komórkach, a nieprawidłowo sfałdowane białka gromadzą się w świetle ER, prowadząc do ERS. Komórki aktywują odpowiedź na nieprawidłowo sfałdowane białka (UPR), która aktywuje mechanizmy, takie jak hamowanie syntezy białek, regulacja ekspresji genów i apoptoza, w celu przywrócenia proteostazy poprzez eliminację ERS. HSPA5, ATF6 i GADD153 to białka markerowe ERS często używane do określenia poziomu ERS.

Jakie znaczenie mają te wyniki dla praktyki klinicznej?

Jakie implikacje kliniczne niosą te odkrycia? Czy ARB może stać się standardowym adiuwantem w terapii MTX, zmniejszającym ryzyko toksyczności płucnej? Wyniki tego badania są niewątpliwie obiecujące, jednak przed wprowadzeniem ARB do praktyki klinicznej konieczne są dalsze badania przedkliniczne i kliniczne. Niemniej jednak, zidentyfikowanie potencjalnego mechanizmu ochronnego działania ARB poprzez modulację szlaku SIRT1/Nrf2 otwiera nowe możliwości w opracowywaniu strategii minimalizujących toksyczność MTX.

Dla lekarzy stosujących MTX w swojej praktyce klinicznej, te odkrycia mogą stanowić przełom w podejściu do zarządzania działaniami niepożądanymi terapii. Szczególnie w przypadku pacjentów z grupy wysokiego ryzyka toksyczności płucnej, suplementacja ARB mogłaby potencjalnie zmniejszyć to ryzyko bez wpływu na skuteczność terapeutyczną MTX. Czy możliwe jest, że w niedalekiej przyszłości protokoły leczenia MTX będą rutynowo uwzględniały ARB jako środek ochronny? Wyniki tego badania zdecydowanie uzasadniają dalsze prace w tym kierunku.

Podsumowanie

Metotreksat (MTX) jest powszechnie stosowanym lekiem w terapii nowotworów i reumatoidalnym zapaleniu stawów, jednak jego stosowanie wiąże się z ryzykiem poważnych działań niepożądanych, szczególnie toksyczności płucnej. Najnowsze badania wskazują, że arbutyna (ARB) – naturalny glikozyd hydrochinonu występujący w niektórych roślinach – może stanowić obiecujący związek ochronny przed płucną toksycznością indukowaną przez MTX. Mechanizm działania MTX polega głównie na hamowaniu reduktazy dihydrofolianowej, co prowadzi do zahamowania syntezy DNA, jednak wywołuje również stres oksydacyjny poprzez hamowanie enzymów antyoksydacyjnych i wyczerpywanie glutationu. Badania eksperymentalne wykazały, że MTX hamuje kluczowy szlak sygnalizacyjny SIRT1/Nrf2, co prowadzi do zaburzenia równowagi oksydacyjno-antyoksydacyjnej w komórkach płuc, nasilonego stanu zapalnego, stresu retikulum endoplazmatycznego i ostatecznie apoptozy komórek. Suplementacja arbutyną w sposób zależny od dawki przywracała równowagę antyoksydacyjną poprzez zwiększenie poziomów glutationu, dysmutazy ponadtlenkowej i peroksydazy glutationowej, a także zmniejszała stres oksydacyjny mierzony jako peroksydacja lipidów. Arbutyna zwiększała ekspresję białek szlaku SIRT1/Nrf2/HO-1 hamowanych przez MTX oraz obniżała poziomy markerów zapalnych, w tym NF-κB, IL-6 i mieloperoksydazy. Badania histopatologiczne potwierdziły ochronne działanie arbutyny, wykazując poprawę struktury pęcherzyków płucnych i zmniejszenie nacieku komórek zapalnych w porównaniu z grupą otrzymującą sam MTX. Ochronny efekt arbutyny jest mediowany poprzez bezpośrednią aktywność zmiatania wolnych rodników oraz modulację szlaku SIRT1/Nrf2, co skutkuje redukcją stresu oksydacyjnego, stanu zapalnego i stresu retikulum endoplazmatycznego. Wyniki te otwierają nowe możliwości w opracowywaniu strategii minimalizujących toksyczność MTX bez wpływu na jego skuteczność terapeutyczną, choć przed wprowadzeniem arbutyny do praktyki klinicznej konieczne są dalsze badania przedkliniczne i kliniczne.