Wlewy z witaminy C w terapii nowotworów

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 witaminą C

Jednak naukowcy potrzebowali jeszcze prawie dwóch stuleci, aby zidentyfikować naturę substancji leczniczej zawartej w owocach cytrusowych, znanej obecnie jako witamina C. Poszukiwania tej nieuchwytnej substancji zakończyły się w 1932 roku, kiedy to Albert Szent-Gyorgyi, węgierski biochemik, wyszczególnił i zidentyfikował sześciowęglowy węglowodan, kwas heksuronowy, jako czynnik zapobiegający szkorbutowi. Wkrótce potem Szent-Gyorgyi zmienił jego nazwę na „kwas askorbinowy”, nawiązując do jego właściwości przeciwszkorbutowych, a następnie otrzymał za swoje odkrycia Nagrodę 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.

Obiecujące wyniki

W badaniu uzupełniającym Cameron i Pauling w swoim raporcie pokazali, że 22% pacjentów z rakiem leczonych witaminą C przeżyło ponad rok w porównaniu z zaledwie 0,4% pacjentów z grupy kontrolnej. Podobne wyniki uzyskano również w badaniu klinicznym przeprowadzonym w Japonii. Dzięki tym obiecującym wynikom wzrosło zainteresowanie potencjałem witaminy C w terapii nowotworów. Jednak podwójnie ślepe, randomizowane badania kliniczne prowadzone przez Charlesa Moertela z ,,Mayo Clinic” nie wykazały żadnych pozytywnych efektów stosowania wysokich dawek witaminy C u pacjentów z nowotworami, o czym donoszą dwie prace opublikowane w czasopiśmie ,,New England Journal of Medicine”. Ponieważ badania kliniczne ,,Mayo Clinic” były prowadzone bardziej rygorystycznie, ludzie zaufali danym ,,Mayo Clinic” i zdyskredytowali badania Camerona i Paulinga, tłumiąc entuzjazm dla witaminy C jako terapii przeciwnowotworowej.

Kontrowersje

Dlaczego więc badania Paulinga i ,,Mayo Clinic” dały inne wyniki? Istnieją co najmniej dwie zasadnicze różnice. Po pierwsze, w badaniach ,,Mayo Clinic” nagle przerwano podawanie askorbinianu, przechodząc na tradycyjną chemioterapię, gdy u pacjenta wystąpiły objawy progresji nowotworu. W związku z tym, całkowita mediana czasu leczenia witaminą C w badaniach ,,Mayo Clinic” wynosiła tylko 2,5 miesiąca, podczas gdy w badaniach Paulinga i Camerona pacjenci byli leczeni przez cały 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 witaminę C podawano zarówno doustnie, jak i dożylnie. Ta różnica w sposobie dawkowania okazała się bardzo istotna.

Wznowienie terapii przeciwnowotworowej witaminą C: podawanie doustne i dożylne

W oparciu o badania przeprowadzone w 2000 roku przez grupę Marka Levine’a z NIH, doustne dawki witaminy C zastosowane w badaniach ,,Mayo Clinic” spowodowałyby szczytowe stężenie w osoczu krwi poniżej 200 μM. W przeciwieństwie do tego, ta sama dawka podana dożylnie, jak w badaniach Paulinga, spowodowałaby szczytowe stężenie w osoczu wynoszące prawie 6 mM, czyli ponad 25 razy wyższe. Po podaniu doustnym stężenie witaminy C w ludzkim osoczu jest ściśle kontrolowane przez wiele mechanizmów działających wspólnie: wchłanianie jelitowe, nagromadzenie się w tkankach, wchłanianie i wydalanie nerkowe, a potencjalnie nawet stopień jej wykorzystania. Jednakże, gdy askorbinian jest podawany dożylnie lub dootrzewnowo, ścisła kontrola jest omijana, a farmakologiczne milimolarne stężenia witaminy C w osoczu mogą być łatwo osiągnięte.

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 związku z badaniami klinicznymi ,,Mayo” w latach 80-tych, wielu ortodoksyjnych klinicystów głównego nurtu ma uprzedzenia wobec terapii witaminą 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 wgląd w działanie farmakologicznej witaminy C pozwoli na postawienie bardziej precyzyjnych hipotez naukowych i umożliwi klinicystom zaprojektowanie lepszych prób badawczych w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadzące do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyści pacjentom z chorobą nowotworową? Ostatnio w ,,Nature Reviews Cancer” omówiliśmy potencjalne mechanizmy, dzięki którym witamina C może działać u pacjentów z nowotworami. Tutaj zwrócimy uwagę na jeden z mechanizmów odkrytych przez naszą grupę, który dotyczy białka Ras.

Terapia wysokimi dawkami witaminy C w przypadku raka z mutacją 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 mówiąc, askorbinian działa jak „koń trojański” poprzez przekształcanie się w DHA i podstępnie dostaje się do komórek nowotworowych poprzez GLUT1, aby promować wytwarzanie wewnątrzkomórkowych ROS, co ostatecznie zabija komórki nowotworowe.

Wielorakie zastosowanie witaminy C

Chociaż nasze badania wykazały, że DHA jest substancją farmaceutycznie czynną, to zredukowany askorbinian(nie bezpośrednio DHA) jest stosowany w przedklinicznych i klinicznych badaniach przeciwnowotworowych, ponieważ askorbinian ma znacznie dłuższy okres półtrwania w osoczu niż DHA (>60 min vs kilka min). Co więcej, zredukowany askorbinian może być skutecznie utleniony do DHA w płynach pozakomórkowych guza, gdzie zwykle występuje wysoki poziom ROS. Biorąc pod uwagę, że mutacje KRAS i BRAF nie są ograniczone tylko do raka jelita grubego, witamina C może być korzystna dla innych typów nowotworów. Na przykład, 90% raków trzustki i około 30% raków płuc posiada mutacje KRAS. Nowotwory z mutacją KRAS również wykazują wysoką ekspresję GLUT1 i są związane 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 występują 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 chemioterapią.

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 podsumowujące

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

Autorzy raportu

Lewis Cantley uzyskał tytuł doktora na Uniwersytecie Cornella i odbył staż podoktorski na Uniwersytecie Harvarda. Wcześniej był profesorem na wydziałach biologii systemów i medycyny w Harvard- Wyższej Szkole Medycznej w Bostonie. Obecnie jest dyrektorem i profesorem biologii ds. raka w Centrum Onkologii ,,Sandra and Edward Meyer w Weill Cornell Medicine” w Nowym Jorku. Jihye Yun uzyskała tytuł doktora na Uniwersytecie Medycznym Johns Hopkins, pod kierunkiem Berta Vogelstein, a pracę habilitacyjną odbyła pod kierunkiem Lewisa Cantleya w ,,Weill Cornell Medicine”. Obecnie jest adiunktem i stypendystką CPRIT w ,,Baylor College of Medicine” w Houston.