Odkrycie i wyszczególnienie witaminy C było jednym z najważniejszych postępów w poprawie żywienia człowieka. Szkorbut, ciężka choroba wywołana niedoborem witaminy C, charakteryzująca się osłabieniem, sennością, łatwością powstawania siniaków i krwawieniem, stanowił szczególny problem dla marynarzy odbywających długie rejsy w XVI wieku, kiedy to dostęp do świeżych owoców i warzyw był ograniczony. W rzeczywistości szkorbut był główną przyczyną zgonów marynarzy w okresie od XVI do XVIII wieku, zabijając więcej marynarzy niż wszystkie bitwy, sztormy i inne choroby razem wzięte. Dopiero w 1747 roku szkocki lekarz morski James Lind wykazał, że spożywanie pomarańczy i cytryn leczy szkorbut i mu zapobiega. Obecnie coraz więcej badań potwierdza również, że wlewy z witaminy C wykazują szczególnie korzystne właściwości w terapii nowotworów.
Pierwsze badania nad witaminÄ… C
Jednak naukowcy potrzebowali jeszcze prawie dwóch stuleci, aby zidentyfikować naturÄ™ substancji leczniczej zawartej w owocach cytrusowych, znanej obecnie jako witamina C. Poszukiwania tej nieuchwytnej substancji zakoÅ„czyÅ‚y siÄ™ w 1932 roku, kiedy to Albert Szent-Gyorgyi, wÄ™gierski biochemik, wyszczególniÅ‚ i zidentyfikowaÅ‚ szeÅ›ciowÄ™glowy wÄ™glowodan, kwas heksuronowy, jako czynnik zapobiegajÄ…cy szkorbutowi. Wkrótce potem Szent-Gyorgyi zmieniÅ‚ jego nazwÄ™ na „kwas askorbinowy”, nawiÄ…zujÄ…c do jego wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci przeciwszkorbutowych, a nastÄ™pnie otrzymaÅ‚ za swoje odkrycia NagrodÄ™ Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w 1937 roku.
Suplement diety
Obecnie witamina C jest popularnym suplementem diety, a dzięki lepszej dostępności do owoców, warzyw i suplementów witaminowych niepełnosprawność i zgony z powodu szkorbutu należą do rzadkości. Warto jednak zauważyć, że znaczna liczba osób, nawet w krajach rozwiniętych, nadal cierpi na niedobór witaminy C. Na przykład, u około 7% populacji Stanów Zjednoczonych stężenie witaminy C w osoczu krwi wynosi mniej niż 11 μM, co jest uznawane za szkorbut. Witamina C pełni wiele istotnych funkcji w naszym organizmie, oprócz dobrze znanej roli przeciwutleniacza. Dlatego też przedłużające się okresy nieoptymalnej ekspozycji na witaminę C mogą mieć niekorzystne skutki zdrowotne, w tym zwiększoną podatność na wiele chorób. W rzeczywistości, optymalna dawka witaminy C wymagana do zwiększenia jej korzyści zdrowotnych jest przedmiotem gorących dyskusji od czasu jej odkrycia sto lat temu.
Pionier i propagator witaminy C
Linus Pauling, światowej sławy chemik i dwukrotny laureat Nagrody Nobla, stanowczo twierdził, że wysokie dawki witaminy C (powyżej 1 g dziennie) mogą zapobiegać i leczyć wiele chorób, w tym przeziębienie i choroby serca. Jednakże medycyna głównego nurtu w dużej mierze ignorowała lub wręcz wyśmiewała twierdzenia Paulinga. Ta kontrowersja wciąż trwa.
Kontrowersyjna historia stosowania wysokich dawek witaminy C w leczeniu nowotworów
Stosowanie wysokich dawek witaminy C jako terapii przeciwnowotworowej nie jest wyjątkiem od tej kontrowersji. Prawie 60 lat temu lekarz William McCormick z Toronto zaobserwował, że pacjenci z nowotworami często mieli bardzo niski poziom witaminy C we krwi i objawy przypominające blizny, co doprowadziło go do wysunięcia tezy, że witamina C może chronić przed rakiem poprzez zwiększenie syntezy kolagenu. W 1972 roku, rozszerzając tę teorię, Ewan Cameron, szkocki chirurg, wysunął hipotezę, że askorbinian może hamować rozwój nowotworów poprzez hamowanie hialuronidazy, która w przeciwnym razie osłabia macierz zewnątrzkomórkową i umożliwia nowotworom przerzuty. Zaczął leczyć śmiertelnie chorych pacjentów z nowotworami i opublikował 50 przypadków pacjentów, w którym niektórzy z leczonych pacjentów odnieśli korzyści ze stosowania dużych dawek witaminy C.
Kolejne badania
Zachęcony wynikami, Cameron nawiązał współpracę z Linusem Paulingiem w celu przeprowadzenia badań klinicznych z udziałem pacjentów w terminalnym stadium raka. W 1976 roku opublikowali wyniki badań 100 pacjentów z rakiem w stanie terminalnym, którym podawano askorbinian. Postęp choroby i wskaźniki przeżycia zostały porównane z 1000 retrospektywnych kontroli pacjentów, którzy byli dopasowani do pacjentów leczonych witaminą C pod względem wieku, płci, rodzaju nowotworu i stadium klinicznego i którzy byli leczeni przez tych samych lekarzy w tym samym szpitalu i w ten sam sposób, z wyjątkiem tego, że nie otrzymywali witaminy C. Chociaż badanie nie było dobrze zaprojektowane według współczesnych standardów, głównie dlatego, że brakowało w nim grupy kontrolnej otrzymującej placebo, wyniki wykazały, że pacjenci leczeni witaminą C mieli lepszą jakość życia i czterokrotnie wydłużyli średni czas przeżycia.
ObiecujÄ…ce wyniki
W badaniu uzupeÅ‚niajÄ…cym Cameron i Pauling w swoim raporcie pokazali, że 22% pacjentów z rakiem leczonych witaminÄ… C przeżyÅ‚o ponad rok w porównaniu z zaledwie 0,4% pacjentów z grupy kontrolnej. Podobne wyniki uzyskano również w badaniu klinicznym przeprowadzonym w Japonii. DziÄ™ki tym obiecujÄ…cym wynikom wzrosÅ‚o zainteresowanie potencjaÅ‚em witaminy C w terapii nowotworów. Jednak podwójnie Å›lepe, randomizowane badania kliniczne prowadzone przez Charlesa Moertela z ,,Mayo Clinic” nie wykazaÅ‚y żadnych pozytywnych efektów stosowania wysokich dawek witaminy C u pacjentów z nowotworami, o czym donoszÄ… dwie prace opublikowane w czasopiÅ›mie ,,New England Journal of Medicine”. Ponieważ badania kliniczne ,,Mayo Clinic” byÅ‚y prowadzone bardziej rygorystycznie, ludzie zaufali danym ,,Mayo Clinic” i zdyskredytowali badania Camerona i Paulinga, tÅ‚umiÄ…c entuzjazm dla witaminy C jako terapii przeciwnowotworowej.
Kontrowersje
Dlaczego wiÄ™c badania Paulinga i ,,Mayo Clinic” daÅ‚y inne wyniki? IstniejÄ… co najmniej dwie zasadnicze różnice. Po pierwsze, w badaniach ,,Mayo Clinic” nagle przerwano podawanie askorbinianu, przechodzÄ…c na tradycyjnÄ… chemioterapiÄ™, gdy u pacjenta wystÄ…piÅ‚y objawy progresji nowotworu. W zwiÄ…zku z tym, caÅ‚kowita mediana czasu leczenia witaminÄ… C w badaniach ,,Mayo Clinic” wynosiÅ‚a tylko 2,5 miesiÄ…ca, podczas gdy w badaniach Paulinga i Camerona pacjenci byli leczeni przez caÅ‚y okres badania lub nawet 12 lat. Po drugie, w badaniach ,,Mayo Clinic” podawano pacjentom 10 g askorbinianu dziennie wyłącznie doustnie, podczas gdy w badaniach Camerona i Paulinga witaminÄ™ C podawano zarówno doustnie, jak i dożylnie. Ta różnica w sposobie dawkowania okazaÅ‚a siÄ™ bardzo istotna.
Wznowienie terapii przeciwnowotworowej witaminą C: podawanie doustne i dożylne
W oparciu o badania przeprowadzone w 2000 roku przez grupÄ™ Marka Levine’a z NIH, doustne dawki witaminy C zastosowane w badaniach ,,Mayo Clinic” spowodowaÅ‚yby szczytowe stężenie w osoczu krwi poniżej 200 μM. W przeciwieÅ„stwie do tego, ta sama dawka podana dożylnie, jak w badaniach Paulinga, spowodowaÅ‚aby szczytowe stężenie w osoczu wynoszÄ…ce prawie 6 mM, czyli ponad 25 razy wyższe. Po podaniu doustnym stężenie witaminy C w ludzkim osoczu jest Å›ciÅ›le kontrolowane przez wiele mechanizmów dziaÅ‚ajÄ…cych wspólnie: wchÅ‚anianie jelitowe, nagromadzenie siÄ™ w tkankach, wchÅ‚anianie i wydalanie nerkowe, a potencjalnie nawet stopieÅ„ jej wykorzystania. Jednakże, gdy askorbinian jest podawany dożylnie lub dootrzewnowo, Å›cisÅ‚a kontrola jest omijana, a farmakologiczne milimolarne stężenia witaminy C w osoczu mogÄ… być Å‚atwo osiÄ…gniÄ™te.
Stężenie askorbinianu
Na przykład, badanie kliniczne I fazy wykazało, że stężenie askorbinianu może bezpiecznie osiągnąć 25-30 mM dzięki dożylnemu wlewowi 100 g witaminy C. W tym badaniu stężenie w osoczu wynoszące około 10 mM utrzymywało się przez co najmniej 4 godziny, co, jak wynika z badań przedklinicznych, jest wystarczające do zabicia komórek nowotworowych. Biorąc pod uwagę fakt, że w badaniach ,,Mayo Clinic’’ pacjenci z nowotworami byli leczeni witaminą C wyłącznie doustnie, badania te nie obalają skuteczności witaminy C w wysokich dawkach jako leku przeciwnowotworowego.
Potencjał witaminy C
Ta nowa wiedza na nowo wzbudziła zainteresowanie i dała impuls do nowych badań nad klinicznym potencjałem witaminy C. W konsekwencji, w ciągu ostatniej dekady wzrosła liczba badań klinicznych I/II fazy oraz opisów przypadków testujących bezpieczeństwo i skuteczność witaminy C w wysokich dawkach jako monoterapii lub terapii skojarzonej u różnych pacjentów z nowotworami. Nie będziemy omawiać tych badań klinicznych, ponieważ istnieje już kilka publikacji na ten temat. Praktycznie wszystkie badania wykazały poprawę jakości życia pacjentów z nowotworami poprzez zminimalizowanie bólu i ochronę prawidłowych tkanek przed toksycznością spowodowaną chemioterapią. Dodatkowo, witamina C wykazała synergistyczne działanie w połączeniu z radioterapią i standardowymi chemioterapiami.
Niestety, badania te nie zostały zaprojektowane jako duże, randomizowane i kontrolowane próby kliniczne, dlatego też skuteczność terapii dużymi dawkami witaminy C pozostaje do ustalenia.
Wyzwania związane z prowadzeniem randomizowanych badań kontrolowanych nad witaminą C w terapii nowotworów
Istnieją co najmniej trzy wyzwania, które do tej pory uniemożliwiały przeprowadzenie randomizowanych, kontrolowanych badań na dużą skalę nad witaminą C w terapii nowotworów.
Po pierwsze, witamina C nie jest objęta patentem. Z tego powodu firmy farmaceutyczne nie są zachęcane do wspierania badań klinicznych nad witaminą C, a te, które zostały przeprowadzone, w dużej mierze opierały się na grantach rządowych i niewielkich prywatnych darowiznach.
Po drugie, jak wspomniano powyżej, terapia nowotworów z zastosowaniem witaminy C od dawna budzi kontrowersje. W zwiÄ…zku z badaniami klinicznymi ,,Mayo” w latach 80-tych, wielu ortodoksyjnych klinicystów głównego nurtu ma uprzedzenia wobec terapii witaminÄ… C.
Po trzecie, chociaż wiele badań przedklinicznych wykazało, że witamina C w wysokich dawkach może zabijać komórki nowotworowe lub hamować wzrost guza in vivo, mechanizm działania witaminy C nie jest jasny, co utrudnia przewidywanie farmakodynamiki, racjonalne projektowanie terapii skojarzonej i biomarkerów do stratyfikacji pacjentów. Na szczęście, coraz więcej najnowszych i rygorystycznych badań przedklinicznych zaczęło rozwiązywać trzeci problem, co może również doprowadzić do pokonania pierwszej i drugiej bariery.
Przyszłość badań
Mechanistyczny wglÄ…d w dziaÅ‚anie farmakologicznej witaminy C pozwoli na postawienie bardziej precyzyjnych hipotez naukowych i umożliwi klinicystom zaprojektowanie lepszych prób badawczych w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadzÄ…ce do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyÅ›ci pacjentom z chorobÄ… nowotworowÄ…? Ostatnio w ,,Nature Reviews Cancer” omówiliÅ›my potencjalne mechanizmy, dziÄ™ki którym witamina C może dziaÅ‚ać u pacjentów z nowotworami. Tutaj zwrócimy uwagÄ™ na jeden z mechanizmów odkrytych przez naszÄ… grupÄ™, który dotyczy biaÅ‚ka Ras.
Terapia wysokimi dawkami witaminy C w przypadku raka z mutacjÄ… KRAS/BRAF
Ponad 80 lat temu biochemik Otto Warburg zaobserwował, że komórki nowotworowe zużywają więcej glukozy i wytwarzają więcej mleczanów nawet w obecności dużej ilości tlenu niż komórki prawidłowe. Zjawisko to, zwane glikolizą tlenową lub efektem Warburga, zostało wykorzystane do wizualizacji guzów nowotworowych w warunkach klinicznych poprzez obrazowanie ich wychwytu analogu glukozy znakowanego izotopem promieniotwórczym, [18F] fluoro-2-deoksyglukozy (FDG), za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET).
Strategia leczenia
Chociaż dokładny mechanizm, za pomocą którego przeprogramowanie glukozy przyczynia się do rozwoju nowotworów, pozostaje niejasny, liczne badania genetyczne i farmakologiczne wykazały, że ta zmiana metabolizmu może mieć zasadnicze znaczenie dla przeżycia i proliferacji nowotworów. Dlatego też ukierunkowanie na glikolizę może zapewnić pacjentom z nowotworami bardziej selektywną strategię leczenia.
Komórki nowotworowe z mutacją KRAS lub BRAF
Ponad połowa raków jelita grubego (CRC) jest nosicielami aktywujących mutacji w KRAS lub BRAF, a mimo to nowotwory te są najbardziej oporne na stosowane obecnie terapie celowane. Nasza grupa i inni wykazali, że mutacje onkogenne w KRAS lub BRAF przyczyniają się do efektu Warburga i uzależnienia od glukozy częściowo poprzez regulację transportera glukozy, GLUT1, który pozwala komórkom nowotworowym na efektywne pobieranie glukozy. Dane te sugerują strategię zwalczania raka zmutowanego w KRAS lub BRAF poprzez wykorzystanie selektywnej ekspresji GLUT1 i metabolicznej odpowiedzialności, która wiąże się z większym uzależnieniem od glikolizy. Rzeczywiście, poprzez ukierunkowanie na te unikalne cechy komórek nowotworowych, wykazaliśmy ostatnio, że witamina C w wysokiej dawce może selektywnie zabijać komórki raka z mutacją KRAS lub BRAF.
Zwiększony wychwyt DHA
Co ciekawe, GLUT1 nie tylko transportuje glukozę, ale również kwas dehydroaskorbinowy (DHA), utlenioną formę witaminy C. Następnie zaobserwowaliśmy, że komórki CRC zawierające mutacje KRAS lub BRAF w sposób wyjątkowy zwiększają wychwyt DHA przez GLUT1, gdy są traktowane witaminą C. Zwiększony wychwyt DHA w zmutowanych komórkach wywołał stres oksydacyjny, zwiększając poziom reaktywnych form tlenu (ROS) w komórkach, ponieważ wewnątrzkomórkowy DHA był szybko redukowany z powrotem do witaminy C kosztem glutationu (GSH), głównego antyoksydantu w komórkach. Z kolei podwyższone stężenie ROS aktywowało polimerazę poli(ADP-rybozy) (PARP), enzym naprawczy DNA, zużywający duże ilości komórkowego NAD+ jako kofaktora. Zubożenie NAD+ prowadziło do inaktywacji dehydrogenazy 3-fosforanu gliceraldehydu (GAPDH), ponieważ GAPDH wymaga NAD+ jako kofaktora. Zahamowanie GAPDH w wysoko glikolitycznych zmutowanych komórkach KRAS lub BRAF prowadziło do kryzysu energetycznego i śmierci komórek, czego nie obserwowano w komórkach KRAS i BRAF będących odpowiednikami typu ,,dzikiego’’. Wreszcie, wykazaliśmy, że terapia wysoką dawką witaminy C zmniejszyła zarówno liczbę, jak i rozmiar guzów u myszy z mutacją KRAS lub BRAF w porównaniu z myszami bez tych mutacji.
Zwalczanie guzów nowotworowych
Potwierdza to, że witamina C selektywnie zwalcza guzy zmutowane w KRAS lub BRAF w mysich modelach nowotworów jelita grubego. Krótko mówiÄ…c, askorbinian dziaÅ‚a jak „koÅ„ trojaÅ„ski” poprzez przeksztaÅ‚canie siÄ™ w DHA i podstÄ™pnie dostaje siÄ™ do komórek nowotworowych poprzez GLUT1, aby promować wytwarzanie wewnÄ…trzkomórkowych ROS, co ostatecznie zabija komórki nowotworowe.
Wielorakie zastosowanie witaminy C
Chociaż nasze badania wykazaÅ‚y, że DHA jest substancjÄ… farmaceutycznie czynnÄ…, to zredukowany askorbinian(nie bezpoÅ›rednio DHA) jest stosowany w przedklinicznych i klinicznych badaniach przeciwnowotworowych, ponieważ askorbinian ma znacznie dÅ‚uższy okres półtrwania w osoczu niż DHA (>60 min vs kilka min). Co wiÄ™cej, zredukowany askorbinian może być skutecznie utleniony do DHA w pÅ‚ynach pozakomórkowych guza, gdzie zwykle wystÄ™puje wysoki poziom ROS. BiorÄ…c pod uwagÄ™, że mutacje KRAS i BRAF nie sÄ… ograniczone tylko do raka jelita grubego, witamina C może być korzystna dla innych typów nowotworów. Na przykÅ‚ad, 90% raków trzustki i okoÅ‚o 30% raków pÅ‚uc posiada mutacje KRAS. Nowotwory z mutacjÄ… KRAS również wykazujÄ… wysokÄ… ekspresjÄ™ GLUT1 i sÄ… zwiÄ…zane ze zmienionym metabolizmem glukozy, podobnym do tego w raku jelita grubego. Dlatego też witamina C w dużych dawkach może być korzystna dla innych typów nowotworów, w których wystÄ™pujÄ… mutacje KRAS/BRAF. W oparciu o te wyniki, ,,Weill Cornell Medicine” prowadzi obecnie badanie kliniczne II fazy w celu zbadania efektów dożylnego podawania dużych dawek witaminy C w leczeniu nowotworów zmutowanych w KRAS, a ,,Sun Yat-sen University Cancer Center ” w Chinach prowadzi kontrolowane placebo, randomizowane badania kliniczne III fazy u pacjentów z rakiem jelita grubego w połączeniu z chemioterapiÄ….
Mutacje a metabolizm glukozy
Chociaż mutacje KRAS i BRAF są z pewnością dwoma najczęściej mutowanymi onkogenami w raku człowieka, nie są to jedyne mutacje, o których wiadomo, że wpływają na metabolizm glukozy i wrażliwość na terapię askorbinianem. Na przykład my i inni odkryliśmy, że komórki raka nerki (RCC) z utratą VHL (Von Hippel-Lindau), supresora nowotworu, który destabilizuje HIF1A poprzez ubikwitynację, są znacznie wrażliwsze na leczenie askorbinianem w porównaniu z komórkami pozbawionymi VHL. Komórki RCC-VHL null mają zwiększoną aktywność transkrypcyjną HIF1A, co nie tylko zwiększa ekspresję GLUT1, ale także rozregulowuje wiele innych enzymów glikolitycznych, indukując przeprogramowanie metaboliczne. Dodatkowo, nowotwory o zwiększonym poziomie uszkodzeń DNA, takie jak te, które były poddawane radioterapii lub te z mutacjami w genach BRCA, są bardziej zależne od naprawy DNA, w której pośredniczy PARP. Farmakologiczna witamina C może selektywnie osłabiać takie nowotwory, pozbawiając je NAD+ niezbędnego do aktywności PARP.
Uwagi podsumowujÄ…ce
Witamina C jako terapia przeciwnowotworowa ma za sobą kontrowersyjną przeszłość. Intrygujące są małe badania kliniczne, które sugerują pewne reakcje, ale bez jasnego uzasadnienia, dlaczego nowotwory powinny reagować na witaminę C, ani też nie wiadomo, którzy pacjenci najprawdopodobniej zareagują. Obecnie rośnie liczba badań przedklinicznych, które pokazują, jak witamina C w dużych dawkach może wpłynąć korzystnie na pacjentów z nowotworami. Co ważne, te badania przedkliniczne dostarczają jasnych przesłanek i potencjalnych biomarkerów, które mogą pomóc w personalizacji podejścia terapeutycznego i identyfikacji populacji pacjentów, którzy prawdopodobnie odpowiedzą na terapię wysokodawkowaną witaminą C. Ponieważ mechanizmy działania witaminy C są coraz lepiej poznane, możemy zaproponować kombinacje witaminy C w sposób bardziej racjonalny, oparty na hipotezach. Ponadto, biorąc pod uwagę obecne wysokie koszty finansowe nowych leków przeciwnowotworowych, racjonalne wydaje się zwiększenie skuteczności obecnych terapii poprzez badanie ich interakcji klinicznych z witaminą C. Naszym zdaniem wdrożenie tego paradygmatu leczenia może przynieść korzyści wielu chorym na nowotwory.
Podziękowania
Praca ta była wspierana przez amerykański Narodowy Instytut Zdrowia (NIH) grantem (R35 CA197588), Stand Up to Cancer-American Association for Cancer Research grantem (SU2C-AACR-DT22-17) oraz Damon Runyon Cancer Research Foundation. Lewis Cantley jest założycielem i członkiem starszych rad doradczych w firmach Agios Pharmaceuticals i Petra Pharmaceuticals, które zajmują się rozwijaniem nowych terapi przeciwnowotworowych. Laboratorium Cantleya otrzymuje również wsparcie finansowe od firmy Petra Pharmaceuticals.
Źródło: https://www.cancer.gov
Tłumaczenie: Paulina Chendoska
