Dedicado ao Prêmio Nobel de Medicina Capítulo retirado do livro: a modulação fisiológica das edições Oxygen On Demand edra.
Os três cientistas, afirma a motivação do reconhecimento atribuído pelo Karolinska Institutet de Estocolmo, “estabeleceram
as bases para a compreensão de como os níveis de oxigénio influenciam o metabolismo celular e a função fisiológica”.
Todos os animais, e também os humanos, precisam de oxigênio para transformar os alimentos em energia útil. Mas se “a
importância fundamental do oxigénio é conhecida há séculos, a forma como as células se adaptam às mudanças nos níveis de oxigénio permanece há
muito misteriosa”. E Kaelin, Ratcliffe e Semenza explicaram.
Warburg estava certo!
Prof. Franco Canestrari, Dra. Serena Benedetti, Dra. Simona Catalani
Serena Benedetti (a), Francesco Palma (a), Barbara Nuvoli (b), Rossella Galati (b).
(a) Departamento de Ciências Biomoleculares, Seção de Bioquímica e Biotecnologia, Universidade de
Urbino “Carlo Bo”; (b) UOSD “Modelos Pré-clínicos e Novos Agentes Terapêuticos”, IRCCS
Regina Elena National Cancer Institute, Roma.
Índice do capítulo
1) Considerações gerais
2) Uma visão holística
3) Metabolismo das células cancerosas e o efeito Warburg
4) Mitocôndrias e apoptose
5) Terapia bioquímica: do DCA aos moduladores fisiológicos
6) Conclusões e perspectivas futuras
1) Considerações gerais
Tumor (do latim tumor, «inchaço») ou neoplasia (do grego neos, «novo», e plásis,
«formação») significa “uma massa anormal de tecido que cresce em excesso e de forma descoordenada
em relação aos tecidos normais, e persiste neste estado após a cessação dos estímulos que induziram o
processo.”
O organismo humano é composto por aproximadamente 200 tipos diferentes de células que se caracterizam por suas
funções peculiares. Uma parte mínima deles (cerca de 10%) são “imortais”, enquanto os demais se
renovam continuamente; algumas células (por exemplo, células sanguíneas) renovam-se em dias ou semanas,
outras vivem durante anos antes de esgotarem o seu ciclo. Todos os dias nascem cerca de um bilião de novas células
e o mesmo número morre. Um equilíbrio dinâmico que não deve ser quebrado. Infelizmente
, porém, durante o seu ciclo de vida, uma célula sofre numerosos ataques; se o organismo não for capaz de
neutralizar eficazmente estes ataques, a célula pode sair do controle e acumular mutações (
as chamadas alterações genéticas) que interferem nos processos de proliferação e morte, causando
problemas na homeostase celular. Neste ponto essa célula pode se reproduzir, criando
células cada vez mais instáveis que acabarão gerando tecido tumoral. É importante, no entanto, fazer uma distinção,
pois algumas neoplasias proliferam, mas não se espalham para outros tecidos, enquanto em outras a proliferação
é acompanhada pela migração de algumas de suas células que se dissociam do tecido tumoral e iniciam uma
migração para tecidos próximos ou em direção a áreas do organismo mais distante. Essa capacidade de migração é o que
distingue fundamentalmente os tumores malignos (cânceres) dos benignos. Ou seja: um tumor benigno
permanece confinado ao órgão onde iniciou seu desenvolvimento, expande-se, geralmente
muito lentamente, e pode comprimir os tecidos próximos, danificando-os e criando problemas funcionais, mas
não tem capacidade infiltrativa; um tumor maligno, por outro lado, cresce, geralmente rapidamente, infiltra-se nos
tecidos próximos, invade-os e pode também, através das vias linfáticas e sanguíneas, colonizar outros órgãos
(processo de metástase). As células que abandonaram seu local de origem (dando origem às
chamadas metástases) também são chamadas de células colonizadoras. Todos os tumores, sejam eles benignos ou
malignos, possuem dois componentes básicos: (a) células neoplásicas clonais que constituem o
parênquima tumoral e (b) um estroma de suporte que consiste em tecido conjuntivo, vasos sanguíneos, macrófagos e linfócitos.
Embora o comportamento do tumor e as suas consequências patológicas sejam
fundamentalmente determinados pelas células neoplásicas, o seu crescimento e evolução dependem do estroma porque
um fornecimento sanguíneo adequado é essencial para que as células tumorais sobrevivam e se repliquem. Em vez disso, o
tecido conjuntivo do estroma fornece o suporte estrutural essencial para o crescimento das células
(1). As mutações necessárias que uma determinada célula deve acumular para dar origem ao
câncer são as seguintes e são comuns a todos os tipos de câncer:
– aquisição de autonomia multiplicativa pela subsequente incapacidade de se submeter aos
mecanismos reguladores da proliferação celular;
– ausência de inibição dependente da densidade (as células normais multiplicam-se até uma
densidade celular definida, ao atingir a qual tornam-se quiescentes);
– redução da capacidade de adesão com outras células ou componentes teciduais;
– ausência de matriz extracelular (muitas vezes digerida por proteases) o que favorece a invasão
de tecidos normais adjacentes;
– angiogênese: formação de novos vasos sanguíneos para fornecer oxigênio e fatores nutricionais às
células tumorais;
– redução ou perda da capacidade de diferenciação;
– aquisição da capacidade de replicação ilimitada como resultado da expressão da telomerase ou
com sistemas alternativos denominados “ALT” (Alternative Lengthening of Telomeres);
– redução ou perda da possibilidade de sofrer morte celular programada (apoptose);
– perda da chamada inibição de contato.
Para se tornarem móveis e eliminarem o tumor inicial, as células tumorais precisam da ajuda de
outras células em seu ambiente. Muitas células foram implicadas neste processo, incluindo
células do sistema imunológico e do tecido conjuntivo. Outros contribuintes para as metástases são
as plaquetas, células sanguíneas cuja função normal é promover a coagulação do sangue.
O papel exacto que as plaquetas desempenham sempre não foi claro, mas um estudo recente (2) mostra que
estas células emitem sinais químicos que fazem com que as células tumorais se tornem mais invasivas e
se instalem num novo local. Diante de um ataque tumoral, as plaquetas podem promover o desenvolvimento e
a estruturação da microcirculação, mas a maior influência provavelmente é dada pelo suporte que as plaquetas
dão ao tumor para entrar na circulação sanguínea. Nesse ambiente dinâmico e em relação às suas
características específicas, as plaquetas podem promover a progressão tumoral hematogênica
, complementando as propriedades adesivas do tumor e modulando a proteção das células imunes
responsáveis pelo controle do organismo (Figura 1).
Figura 1: Contribuição das plaquetas para a progressão do tumor hematogênico.
O termo “câncer” é marcado, em nossos tempos, por um tipo de terribilidade, quase como se expressasse um mito de
pecado e perdição ou um significado iminente de expiação pelos pecados obscuros da humanidade; evitam até
mencionar o seu nome, indicando-o de forma alusiva. Diz-se que, apesar de muitos estudos sobre o assunto, os resultados
obtidos nos últimos anos têm sido em parte decepcionantes, apesar de se ter tentado chegar ao centro do labirinto
onde se encontra o “monstro” (3). De todos os perigos que enfrentamos, o cancro constitui uma
ameaça real: pode afectar uma em cada três pessoas antes dos 75 anos e uma em cada quatro pode
sucumbir a complicações relacionadas. O câncer é onipresente e multifacetado; nas
sociedades ocidentais, onde a população é substancialmente saudável, rica e longeva, o aparecimento constante de
cancros representa um dos desafios mais árduos para a comunidade científica. Costuma-se dizer que cada tumor
é único, cada indivíduo vive a sua própria batalha contra esta doença, enfrentando individualmente o desafio mais difícil
mas, se focarmos neste ponto, encontramos uma possível explicação se
pensarmos na questão: quem somos ou o que somos nós? A resposta é que somos uma comunidade de células que
se uniram para formar “um estado de células”, como Enderlein o chama (4) depois de ter
desenvolvido a estratégia, ao longo de milhões de anos, sobre as melhores formas de sobreviver, mas sem esquecer a
terem sido organismos unicelulares em tempos muito remotos. A célula atual é o resultado da evolução de
uma célula primitiva, surgida na Terra há cerca de 3,5 bilhões de anos, que se assemelhava mais a uma bactéria do que a
que conhecemos hoje. Nesse sentido, falando hoje em DNA mitocondrial trazemos de volta a ideia
da colonização remota da célula pelas bactérias que então evolutivamente deram origem às
mitocôndrias. Nesta base pensa-se que cada célula do corpo pode conter na memória a
informação completa de todo o sistema e para isso é necessário pensar numa transmissão de informação. O organismo
poderia enviar informações erradas, através do que hoje definimos como “moléculas informacionais”
que forneceram a base para o novo paradigma da Medicina Informacional (veja a visão abaixo
imunologia psiconeuroendócrina (PNEI) do câncer).
Neste caso uma parte das células da comunidade já não responde ao maestro da orquestra segundo
o que o fisiologista Denis Noble (5) chama de “a música da vida”. Estas células sem controle geral
são induzidas a cometer erros, pelo menos segundo a nossa interpretação e talvez não pudessem ser
consideradas erros numa lógica evolutiva. Anatoly Lichtestein (6) propõe uma hipótese médica na qual
o câncer é visto em relação a uma “mudança de paradigma” em comparação com a consideração atual
de ser o produto de um desenho limitado de um organismo multicelular e sua falibilidade intrínseca.
No novo paradigma da carcinogênese, levanta-se a hipótese de um fenômeno biológico altamente conservado: uma
morte programada do organismo”. Em apoio a esta teoria existem os seguintes pontos: (a)
modificações epigenéticas levam ao aparecimento precoce do cancro simultaneamente em muitas células
de acordo com uma lógica determinística; (b) o conceito de células estaminais neoplásicas sugere para
o cancro não apenas uma vaga “transformação”, mas uma verdadeira “diferenciação”; (c) as relações tumor/hospedeiro
são interpretadas como antagónicas mas na realidade são sinérgicas de acordo com o que hoje
chamamos de “visão holística”;
(d) a morte do sujeito por cancro é aparentemente predeterminada devido às
actividades “assassinas” específicas das células neoplásicas; (e) a conservação evolutiva indica que o tumor surge com uma
vantagem geral que pode ser explicada como sucesso evolutivo. Mudam, portanto, as lógicas celulares mais comuns
no campo da oncologia, tais como: incapacidade de se renovar constantemente, pelo menos para as células
do organismo capazes de fazê-lo, a este respeito os filósofos disseram: “não há nada mais duradouro
do que a mudança ”; fuga do suicídio benéfico, apoptose, uma forma de eutanásia celular
normalmente usada pelas células que acumularam danos intracelulares não reparáveis,
evasão dos controladores do organismo, como as células NK do sangue. No entanto, estes são erros cometidos
pelas nossas próprias células, certamente facilitados por vários factores de risco, e outras causas contribuintes, que em qualquer caso
levam à crença de que a origem do cancro é endógena. Para chegar à doença ainda é necessário
exceder o chamado valor limite de todos os elementos concorrentes (figura 2) e
os factores de risco também devem ser considerados, como no caso do cancro.
Figura 2: Exceder o valor limite de vários elementos concorrentes para levar à ocorrência da
doença.
Tudo isto nos remete às importantes questões que Mel Greaves (7) menciona e às quais remetemos o leitor
e por questões de espaço relatamos a principal delas: Por que existe o câncer? Embora não consigamos
dar uma resposta plausível a esta questão, podemos hoje afirmar que temos alternativas capazes
de a contrariar como: o diagnóstico precoce, as terapias naturais e não naturais, mas sobretudo, baseadas em
falhas, a prevenção que representa o objectivo fundamental para o qual convergir os esforços
científicos .
2) Uma visão holística
Abrimos este parágrafo com uma afirmação do grande físico Niels Bohr: “O oposto de uma
afirmação correta é uma afirmação falsa. Mas o oposto de uma verdade profunda poderia
ser outra verdade profunda.” Muitos fatores se unem numa visão holística do câncer que
deve ser estudado e avaliado, entre estes lembramos:
– o estado inflamatório do sujeito;
– a componente psicológica e especialmente a presença de um quadro depressivo;
– a funcionalidade da microbiota intestinal e as suas relações com o sistema imunitário local e geral;
– hábitos alimentares e estilos de vida;
– a qualidade do sono;
– outros factores incluindo o que hoje se define como PNEI, sistema que preside e coordena a
componente psiconeurológica, portanto as funções superiores do sujeito com a mais operacional, a
componente endócrino-imunológica.
O câncer é uma doença multifatorial e baseada em estágios. Em cada uma destas etapas fundamentais
o organismo dispõe de recursos que permitem a expulsão do carcinógeno, a reparação de
segmentos de DNA danificados, a liquidação da célula que não consegue se reparar, até o controle da
disseminação metastática de um tumor primário. Os estilos de vida influenciam cada uma dessas etapas, como
destaca Francesco Bottacciolo, divulgador científico da Psico-Neuro-EndócrinaImunologia
Portanto devemos pensar em um “quebra-cabeça” onde a imagem só se define na presença de
uma justaposição das peças individuais e com a mesma lógica poderia ser representada a funcionalidade de toda a comunidade celular
, composta por mais de 200 tipos diferentes. de células, cada uma com
função e especialização específicas dentro da comunidade. Esses aspectos gerais são acompanhados por
outros mais específicos como o papel dos oncogenes e supressores tumorais, dos telômeros e da telomerase (esta última enzima
é reexpressa nas células neoplásicas, portanto alguns medicamentos são definidos como inibidores da telomerase
), fatores de crescimento, microRNA, o perda da inibição de contato (característica dos
tumores), a lógica das células-tronco tumorais e sua resistência aos quimioterápicos, o papel do
estresse oxidativo (também para esses aspectos consulte os textos específicos).
Voltando a Bohr, o ilustre físico concentrou-se longamente na capacidade paradoxal da natureza de
combinar o incompatível. No cancro há duas hipóteses comparadas: “o cancro é uma doença dos
genes” e, portanto, a sua origem pode ser atribuída a mutações genéticas, ou “o cancro é uma doença de
regulação genética” e, portanto, é devido a alterações nas estruturas responsáveis pela ao controle genético. Com a descoberta dos “oncogenes”, triunfou
a visão dos geneticistas da carcinogênese como uma evolução darwiniana através de numerosos ciclos “passo a passo” de mutações seletivas.
No entanto, este continua a ser um
aspecto complexo para estudar e demonstrar usando o método experimento/erro.
O desenvolvimento do tumor é precedido por uma fase de transformação em “múltiplas etapas”, com etapas subsequentes
de progressão e, em caso de falha das terapias, saída. A ordem dos acontecimentos é até certo ponto
previsível: agressividade do tumor, ineficácia das defesas do sujeito, redução da força vital,
síndrome paraneoplásica e morte. Experimentos recentes sugerem que a transformação maligna é um
processo altamente cooperativo com sinergias em vários níveis de regulação. Esta expectativa está correlacionada
com dados sobre o importante papel da epigenética na carcinogênese, uma descoberta que não só acrescenta
outra complicação para um mecanismo já complexo, mas faz algo mais: acrescenta a
oposição de Bohr ao incompatível: Caos e Ordem. Na verdade, a mutação é um evento caótico, raro e aleatório, embora
possam existir alguns desvios da aleatoriedade absoluta, e ocorre em células únicas (são monoclonais).
A epigenética, ao contrário, é uma forma de realização da Ordem, que diz respeito a todo o genoma, e opera
graças a processos complexos (metilação do DNA, modificação da cromatina, regulação dos microRNAs);
é estabelecido durante a embriogênese e continua ao longo da vida subsequente. As modificações epigenéticas que
levam ao câncer são transmissíveis, aparecem precocemente e simultaneamente em muitas células
(policlonais) e em alguns casos parecem responder a “instruções”. O destino de alguns genes sofrerem
metilação durante a transformação aparentemente não é acidental, mas está impresso no
genoma celular (9). O grande número de eventos epigenéticos bem coordenados durante a carcinogênese levanta dúvidas
por serem eventos estocásticos e leva a considerá-los programados (10). Significativa é a evidência do importante
papel de ambos os componentes da carcinogênese: mutagênese e epigenética. É mais difícil entender o que
é primário e o que é secundário. A resolução deste problema dará a possibilidade de descobrir se
o cancro é um evento aleatório ou natural e, numa perspectiva mais ampla, qual
é a natureza deste fenómeno biológico. Novos dados emergentes da literatura científica levam à hipótese de um
novo paradigma de carcinogénese, segundo o qual o cancro não é um defeito na diferenciação normal,
mas sim uma diferenciação alternativa de células estaminais (11) ou células progenitoras cancerígenas
(12). Em última análise, é acionado e ativado um programa enigmático que forma um órgão especial (tumor) que
escapa à lógica dos outros órgãos que interagem entre si e respondem ao sistema imunológico. As células cancerosas
também podem se proteger dos danos e da propagação do estresse oxidativo. Isto
sugeriria a sua capacidade antioxidante intrínseca e, portanto, a sua resistência aos oxidantes que
são normalmente capazes de danificar as células normais (13); portanto, fornecem antioxidantes exógenos ao
sistema poderia, teoricamente, favorecer as células tumorais!
3) Metabolismo das células tumorais e efeito Warburg
Antes de abordar o tema “Warburg”, é necessário introduzir
em cena o ator principal, o oxigênio, considerando o fato de que a vida aeróbica evoluiu de tal forma que sua mera
sobrevivência depende do oxigênio molecular. A fosforilação oxidativa mitocondrial
requer necessariamente oxigênio para gerar energia útil em aeróbios, como humanos e outros mamíferos.
A homeostase destes organismos é rigorosamente mantida graças a um estado ideal de
oxigenação celular e tecidual controlado por complexos mecanismos de detecção de oxigênio, reações em cadeia que
atuam como sinais e processos de transporte. Se houver uma flutuação nos níveis de oxigênio que
provoque um aumento (hiperoxia) ou uma diminuição (hipóxia) do oxigênio molecular, o organismo
se veria diante de uma crise que levaria ao esgotamento das reservas energéticas, alterações
nos sinais da cascata, reações oxidativas. /eventos e morte celular ou dano tecidual. O oxigênio molecular
é ativado por mecanismos enzimáticos e não enzimáticos e convertido em
espécies radicais altamente reativas (ROS) (Figura 4) (14).
Figura 4: As diferentes espécies de ERO derivadas do oxigênio molecular.
A reavaliação do efeito “Warburg” nos tumores é como a redescoberta do
caminho principal para um viajante ou da rota para o marinheiro após muitas décadas de atenção na busca de novas
estratégias terapêuticas e representa a redescoberta do papel fundamental da bioquímica da doença neoplásica celular
e do ambiente circundante, a matriz extracelular, que viu Pischinger como um dos
maiores especialistas (15). Este conceituado investigador austríaco e professor de histologia e embriologia
na Universidade de Viena já em 1975 apresentou as suas ideias sobre o “Sistema de Regulação Básica”,
percebendo a fraqueza da teoria de Virchow que formulou as bases da
patologia celular já em 1858. O próprio Pischinger expressou-se da seguinte forma em 1983: “Essencialmente, o conceito de célula é
apenas uma abstração morfológica. Considerado do ponto de vista biológico, não pode ser aceito sem
o ambiente vivo da célula.” A matriz celular recebe informações químicas para a célula,
como hormônios e nutrientes, e os nervosos (sistema vegetativo), cujas fibras ficam livres na
matriz. Além disso, como filtro, a matriz representa a primeira excreção para exportar os resíduos
resultantes do metabolismo celular graças às intensas trocas vasculares e linfáticas. Se este filtro estiver
danificado, as trocas não ocorrem e no caso de doença neoplásica existe o risco do tumor
se disseminar não só pela via linfática, mas também pelo sangue, através da veia cava superior. Abaixo
está o desenho histórico original de Pischinger de 1960 (Figura 5).
Figura 5: Desenho original de Pischinger representando o sistema básico de regulação.
O papel fundamental da matriz também tem sido abordado pela Homotoxicologia, ramo
da medicina não convencional que tem em Hans-Heinrich Reckeweg um dos seus pilares (16). Segundo
Reckeweg, a matriz extracelular é a chave que modula a alternância cíclica dos
fluxos ácidos e alcalinos dependentes do sistema nervoso simpático e parassimpático.
Longe de uma visão redutora da doença oncológica que tem certamente uma origem multifactorial e
também dadas as vãs tentativas daqueles que no passado tentaram esclarecer a sua etiologia (viral,
imunitária, genética, tóxica, alimentar, ambiental, etc.), a dados o que é certo é que na falta de oxigênio o
metabolismo da célula neoplásica é modificado para fermentação, via metabólica normalmente
pouco utilizada pelas células de mamíferos, inclusive humanos. O que você acha que uma célula que recebe cronicamente muito pouco oxigênio faz
antes de morrer? A célula “lembra” que, antes do
desenvolvimento da respiração, vivia graças à fermentação; este é um conceito importante para
a compreensão da degeneração neoplásica, pois em caso de deficiência de oxigênio, o
metabolismo da célula é modificado para fermentação. Voltamos então a Warburg, que em 1921 demonstrou que
as células tumorais exibiam uma demanda incomum de glicose com concomitante alta produção de
ácido láctico, mesmo na presença de oxigênio. Esta condição é conhecida como glicólise aeróbica ou efeito Warburg.
Na verdade, uma das principais peculiaridades da maioria dos tecidos tumorais é a sua
metabolismo energético relacionado à glicose: as células cancerígenas utilizam preferencialmente
a glicólise aeróbica para produção de energia, mesmo na presença de oxigênio (17). As células não cancerosas, no entanto,
metabolizam o produto final da via glicolítica, o piruvato, nas mitocôndrias, através do ciclo de Krebs e da
fosforilação oxidativa, via metabólica particularmente vantajosa do ponto de vista energético,
pois leva à produção de 36 moléculas de ATP por molécula de glicose metabolizada (Figura 6
painel direito).
As células tumorais, pelo contrário, inibem a oxidação mitocondrial completa do piruvato, que
é preferencialmente convertido em lactato (Figura 6, painel esquerdo) pela lactato desidrogenase
(LDH).
A enzima LDH é de fundamental importância para as células tumorais, pois permite a restauração do
nível citosólico de NAD+
, necessário como cofator da enzima dependente de NAD+ Gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase
(GAPDH) ;
portanto, as duas enzimas desempenham um papel fundamental para garantir que a glicólise prossiga
(Figura 7).
Figura 7: Cooperação entre LDH e GAPDH.
O perfil glicolítico típico das células cancerosas leva a uma baixa produção de ATP para cada molécula de glicose
metabolizada, portanto as células tumorais tendem a regular positivamente os transportadores de glicose,
pertencentes à família GLUT, a fim de aumentar significativamente a absorção de glicose caro.
tentar alcançar um rendimento energético adequado (18).
A glicólise aeróbica foi observada pela primeira vez em 1924 pelo ganhador do Prêmio Nobel Otto Heinrich Warburg, daí
o “efeito Warburg” (19), que sugeriu que esse fenômeno era o resultado de uma
disfunção mitocondrial que impede a entrada e, portanto, a oxidação completa do piruvato em as mitocôndrias.
Mas por que as células tumorais altamente proliferativas e que exigem energia dependem da
glicólise aeróbica, em vez da oxidação energeticamente mais vantajosa da glicose? O estudo de Gatenby
e Gillies oferece uma explicação: os estudiosos afirmam que no início da carcinogênese as células transformadas
dependem apenas da glicólise anaeróbica para a produção de ATP, uma vez que estão em um
microambiente hipóxico. Nestas condições, o fator hipóxico HIF-1 é ativado, o que por sua vez promove a expressão
de vários transportadores de glicose e enzimas, como a piruvato desidrogenase quinase (PDK). A PDK é uma
enzima reguladora que, quando ativa, é capaz de inibir o complexo multienzimático da piruvato
desidrogenase (PDH), responsável pela conversão do piruvato em acetil-CoA, limitando assim a entrada do
piruvato no ciclo do ácido cítrico e, consequentemente, a sua oxidação. no nível mitocondrial (20). Embora os tumores
se tornem vascularizados ao longo do tempo graças ao processo de neoangiogênese também promovido pelo HIF e
não estejam mais em estado hipóxico (exceto algumas vezes na porção mais central), o perfil glicolítico persiste.
A partir disso, Gatenby e Gillies concluíram que a glicólise anaeróbica, um mecanismo precoce e adaptativo
das células cancerosas contra a hipóxia, confere uma vantagem para a sobrevivência das células cancerígenas
que mantêm este perfil metabólico mesmo na presença de oxigênio (21).
De facto, evidências recentes sugerem que a transformação para um fenótipo glicolítico oferece
resistência ao processo de morte celular programada (apoptose): muitas das enzimas envolvidas na glicólise
são, de facto, também importantes reguladores da apoptose, incluindo a hexoquinase (HK). A ativação da HK leva à
supressão da morte por apoptose: a HK ativada promove a sobrevivência celular, pois,
ao translocar-se do citoplasma para a membrana mitocondrial, liga-se aos canais aniônicos dependentes de voltagem
(VDAC) presentes na membrana mitocondrial externa e evita a ativação de numerosas
moléculas pró-apoptóticas. Portanto, não é surpreendente que a HK seja regulada positivamente em muitos tumores (22).
4) Mitocôndrias e apoptose
A alteração da função mitocondrial que caracteriza o perfil metabólico glicolítico das
células tumorais pode ser decisiva na indução de resistência à apoptose nas mesmas (19). A apoptose está
implicada tanto na manutenção correta da homeostase quanto nos mecanismos de defesa; é um
processo lento, caro em termos de energia e muito distinto da necrose (23). A implementação do
processo apoptótico está intimamente relacionada a vários fatores, incluindo a natureza do sinal de morte, a intensidade e
duração do estímulo, a disponibilidade de ATP e caspases, etc. A morte por apoptose normalmente ocorre em
células únicas ou pequenos agregados celulares e as características morfológicas mais importantes são (Figura 8):
(a) redução no tamanho das células, (b) membrana celular intacta, (c)
condensação citoplasmática e organelas intactas, (d ) formação de saliências na superfície celular, (e) cariorrexe
(fragmentação nuclear), (f) brotamento de corpos apoptóticos, (g) fagocitose de restos celulares (por
macrófagos ou células adjacentes) e ausência de inflamação.
Figura 8: Características morfológicas de células apoptóticas e necróticas (24).
Os mecanismos subjacentes à apoptose são muito complexos e envolvem uma cascata de
sinais moleculares dependentes de ATP. Existem duas vias apoptóticas principais:
– via extrínseca (ou via de morte do receptor),
– via intrínseca (ou mitocondrial).
Existe também uma terceira via que envolve a liberação de Perforina e Granzima (B ou A) pelos
linfócitos T citotóxicos (Figura 9).
As vias extrínseca e intrínseca e a via da granzima B convergem na mesma via executiva, mediada
pela clivagem da caspase-3. Esta enzima, uma vez ativada, determina a fragmentação do DNA, a
destruição de proteínas do citoesqueleto e nucleares, a reticulação de proteínas, a formação de corpos apoptóticos e a expressão de ligantes para receptores de células fagocíticas, seguida de fagocitose mediada por macrófagos ou
.
células adjacentes. A via perforina/granzima A ativa uma via paralela de morte celular independente de caspase
por meio de quebras de DNA de fita simples (23).
Figura 9: Representação esquemática das três possíveis vias apoptóticas (23).
Conforme mostrado na Figura 9, cada via, com exceção daquela que envolve a granzima A, ativa sua
própria caspase iniciadora (8, 9, 10), que por sua vez leva à clivagem de um efetor comum: a caspase
3. As caspases são cisteína proteases que clivam seu substrato após resíduos de ácido aspártico e
geralmente são expressas de forma inativa em nível citoplasmático, como pró-caspases, representando verdadeiros
efetores de apoptose. Uma vez ativadas, as caspases são capazes de iniciar uma cascata proteolítica
que leva à ativação de novas pró-caspases, amplificando a via apoptótica.
Até o momento, foram identificadas dez caspases principais, classificadas em iniciadoras (caspase -2, -8, -9, -10),
efetoras (caspase-3, -6, -7) e inflamatórias (caspase-1, -4, -4, -5) (24). Um dos alvos mais importantes da
caspase-3 é o ICAD, um inibidor da CAD (DNase ativada por caspase). CAD é uma endonuclease
dependente de Ca2+ e Mg2+
, que, uma vez ativada, desencadeia a quebra do DNA resultando na formação de
fragmentos típicos de 180-200 pb; este último evento é um processo tardio que distingue a apoptose, é
conhecido como “escada de DNA” e é detectável por análise eletroforética (23). Outra
característica bioquímica que distingue a célula apoptótica é a expressão na superfície celular de marcadores
que determinam o reconhecimento das células apoptóticas por macrófagos ou células adjacentes
(por exemplo, fosfatidilserina), permitindo posterior fagocitose (25).
A via intrínseca, sobre a qual se concentrará a atenção neste capítulo, também é chamada de via mitocondrial
e implica a correta funcionalidade dessas organelas, cuja disfunção promove a resistência à apoptose,
típica das células tumorais.
A via intrínseca é normalmente promovida por uma ampla gama de estímulos que produzem
sinais intracelulares e causam alterações na membrana mitocondrial interna. Essas alterações resultam
na abertura do poro de transição de permeabilidade mitocondrial (MPT), na perda do
potencial de membrana mitocondrial e na liberação, no citosol, de proteínas pró-apoptóticas, normalmente sequestradas
no espaço intermembranar mitocondrial (26), incluindo o citocromo C. O citocromo C, uma vez liberado no
citosol, forma um complexo com Apaf-1 (fator ativador de protease apoptótica) e pró-caspase-9.
Isso causa uma mudança conformacional que permite a montagem com outras proteínas
, formando um complexo heptamérico denominado apoptossoma. Segue-se a ativação da
caspase-9 que, por sua vez, promove a ativação de caspases efetoras, como -3, -6 e -7, desencadeando
um fenômeno de amplificação que leva a célula ao seu destino inevitável de morte (23) .
O controle e a regulação desses eventos apoptóticos mediados por mitocôndrias ocorrem através de membros
da família de proteínas Bcl-2 (27), para cuja regulação se acredita que a proteína supressora de tumor p53 desempenhe
um papel crítico.
As proteínas pertencentes à família Bcl-2 são divididas em pró-apoptóticas e anti-apoptóticas e todas
regulam a permeabilidade da membrana mitocondrial. Entre as proteínas anti-apoptóticas estão Bcl-2, Bcl x, Bcl-XL, Bcl-XS, Bcl-w, BAG, enquanto entre os membros pró-apoptóticos estão Bcl-10, Bax, Bak, Bid, Bad, Bim, Bik
e Blk. Acredita-se que o provável principal mecanismo de ação das proteínas da família Bcl-2 seja a
regulação da liberação do citocromo c das mitocôndrias, alterando a permeabilidade da
membrana mitocondrial (23).
Os processos patológicos, incluindo o cancro, podem surgir de anomalias na regulação da apoptose;
portanto, acredita-se que sua supressão desempenhe um papel central no desenvolvimento e progressão de
alguns tipos de câncer (28).
Existem vários mecanismos moleculares que as células tumorais utilizam para escapar da apoptose, por exemplo,
através da regulação positiva de proteínas anti-apoptóticas, como Bcl-2, regulação negativa (ou mutação) de
proteínas pró-apoptóticas, como Bax (23) ou através de alteração da função mitocondrial que
caracteriza as células cancerígenas. Neste último, a entrada do piruvato nas mitocôndrias é suprimida
e, portanto, a produção de acetil-CoA é bloqueada; isto reduz drasticamente tanto o ciclo de Krebs como
a cadeia de transporte de electrões ETC e, portanto, também a abertura do MTP,
a despolarização da membrana mitocondrial e a apoptose (17).
5) Terapêutica bioquímica: do DCA aos moduladores fisiológicos
As intervenções terapêuticas anticancerígenas, como já referido, enfrentam grandes obstáculos devido ao facto do tumor ser
de origem multifactorial e ser enormemente afectado pelos estilos de vida; além disso, o mesmo processo de múltiplas etapas pode
ser ativado por vários carcinógenos ambientais e promotores tumorais. Esses carcinógenos podem
modular:
– fatores de transcrição: NK-kB, AP-1, STAT-3;
– proteínas antiapoptóticas: AkT, Bcl-2, Bcl-XL;
– proteínas pró-apoptóticas: caspases, PARP;
– proteínas quinases: IKK, EGFR, HER2, JNK, MAPK;
– proteínas do ciclo celular: ciclinas, quinases dependentes de ciclina;
– moléculas de adesão;
– COX-2;
– fatores de crescimento.
Não há dúvida de que conhecer o metabolismo da célula tumoral e ser capaz de interagir a nível metabólico
simplificaria muito a intervenção terapêutica. Hoje a evidência de um “fenótipo tumoral” e a
descoberta relativamente recente de uma molécula como o dicloroacetato (DCA), utilizada há mais de 25 anos no
tratamento de doenças mitocondriais infantis e atualmente comprovadamente eficaz no campo da oncologia,
pois é capaz de inibir a piruvato desidrogenase quinase (PDK 1-4), induziram
desenvolvimentos importantes e ampliaram o campo terapêutico não apenas para as terapias biológicas atualmente utilizadas, mas também para as
bioquímicas. O DCA começou a ser falado em 2007, quando Bonnett et al. (29) com
estudos pré-clínicos e clínicos, descobriram seu valor terapêutico in vitro.
Posteriormente Michelakis et al. em 2008 (17) e Papandreou et al. em 2011 (30) trouxe novas
evidências sobre esta pequena mas importante molécula anticancerígena. Desde então, não
surgiram mais provas, mas isso provavelmente não se deve à falta de eficácia, mas a razões que muitas vezes
fogem aos cânones científicos!
Outro setor de interesse atual é o dos compostos fitoquímicos na dieta como possíveis
agentes preventivos do câncer ou de apoio às terapias convencionais, como já destacado em 2006 por
Aggarwal (31), que há muito realiza pesquisas neste setor. Os fitoquímicos podem desempenhar
este papel de diferentes maneiras:
– bloqueando o início da carcinogênese através da indução de
enzimas desintoxicantes/antioxidantes via Nrf2-Keap1 (Figura 10);
– inibindo a progressão da carcinogênese pela ativação da via apoptótica;
– remoção de alterações epigenéticas anómalas como mecanismo anticancerígeno;
– eliminar a potencial auto-renovação das células estaminais neoplásicas.
Figura 10: Inibição da carcinogênese através da indução de enzimas com
ação desintoxicante e antioxidante através do Nrf2-Keap1.
Tendo em conta que o diagnóstico precoce do cancro é sempre muito complexo devido ao facto de a
doença ser muitas vezes assintomática, estas estratégias alimentares são, no entanto, importantes tanto pelo facto de o
compostos fitoquímicos são consumidos diariamente e podem desempenhar papel fundamental na
quimioprevenção, tanto por sua possível ação coadjuvante em medicamentos como
anti-inflamatórios não esteroides (AINEs), estatinas, tamoxifeno e finasterida (32) conforme destacado na figura 11. Figura 11
. 11: Papel fundamental desempenhado pelos compostos fitoquímicos na quimioprevenção e como suporte para
numerosos medicamentos.
Na prevenção do cancro, dietas baixas em hidratos de carbono (33) e
dietas multivitamínicas (34) também têm sido sugeridas na hipótese de que as deficiências em factores vitamínicos podem ser co-responsáveis pelo
risco mutagénico. No entanto, hoje existe uma tendência a pensar que a correção do
metabolismo energético alterado no câncer seja talvez a única oportunidade para uma intervenção terapêutica lógica (35). Neste sentido,
insere-se toda a lógica da reprogramação e remodulação celular e neste contexto um
papel fundamental é desempenhado pelo CELLFOOD®
, conforme evidenciado pelos resultados da investigação expostos nos
capítulos seguintes.
Nos últimos anos, a abordagem terapêutica tradicional às patologias que podem derivar de desequilíbrios redox
e consequentes danos em diversos alvos moleculares (ADN, proteínas e lípidos) abre-se cada vez mais ao
contributo de suplementos antioxidantes. Entre estes está o suplemento natural CELLFOOD®
, também conhecido
como Deutrosulfazima, que encontra aplicação em patologias que vão desde o envelhecimento celular
até o aparecimento de doenças crônico-degenerativas, como aterosclerose, neurodegeneração e neoplasias.
CELLFOOD®
é uma fórmula altamente concentrada contendo 78 elementos e minerais em
formas iônicas e coloidais, combinadas com 34 enzimas e 17 aminoácidos, todos suspensos em uma
solução de sulfato de deutério. A mistura é derivada de algas vermelhas que vivem em ecossistemas marinhos imaculados,
cujos elementos são extraídos criogenicamente e não quimicamente. Os minerais contidos no CELLFOOD®
cobrem quase toda a tabela periódica e incluem aqueles com potencial ação antioxidante. Os
aminoácidos presentes na formulação de Deutrosulfazyme® satisfazem quase inteiramente a gama de
essenciais para o desenvolvimento dos adultos e das crianças e são precursores preciosos tanto de proteínas com
ação estrutural ou funcional como de antioxidantes.
As enzimas constituem um elemento peculiar da formulação Deutrosulfazyme®
: catalisam
inúmeras reações e aquelas com ação antioxidante contribuem para defender o organismo do ataque
de espécies radicais de oxigênio (ROS) (www.eurodream.net).
Como já descrito, as células cancerígenas catabolizam os nutrientes de uma forma diferente em comparação com
as células normais diferenciadas: as células saudáveis extraem energia do processo de fosforilação oxidativa mitocondrial
através do ciclo de Krebs, enquanto as células tumorais preferem a via glicolítica (Figura 12, painel à
esquerda).
Figura 12: Fenótipo glicolítico, típico da maioria dos tumores sólidos, associado a um estado antiapoptótico e pró-proliferativo (painel esquerdo) e oxidação da glicose, típico de células normais,
associado a um estado apoptótico e antiproliferativo (painel direito) ( 17).
Muitos medicamentos antineoplásicos (36) e numerosos extratos de origem natural (37, 38) atuam de diferentes
maneiras para restaurar a via energética mitocondrial. Neste contexto, CELLFOOD®
está entre as
misturas naturais potencialmente capazes de determinar a mudança metabólica in vitro, restaurando
a atividade mitocondrial normal e tornando as células tumorais novamente suscetíveis à apoptose (Figura 12
painel direito).
Conforme descrito nos capítulos seguintes, testes experimentais realizados em linhagens tumorais cultivadas demonstraram
de fato que CELLFOOD®
é capaz de reduzir a proliferação celular através de um
mecanismo apoptótico, documentado por um aumento da atividade da proteína pró-apoptótica caspase-3 e pela
fragmentação do DNA. , típico da fase tardia da apoptose.
É muito provável que a via apoptótica envolvida seja a mitocondrial. A indução de apoptose pelo
CELLFOOD®
está provavelmente ligada ao distúrbio do metabolismo energético da
célula tumoral; de fato, em linhagens tumorais tratadas com CELLFOOD®,
foi observada uma redução na atividade da enzima LDH e na quantidade de lactato liberado no ambiente extracelular
em comparação com células não tratadas
(41). Além disso, CELLFOOD®
demonstrou ser capaz de inibir o fator hipóxico HIF-1 que desempenha um
papel fundamental na regulação do fenótipo glicolítico e de reduzir a expressão do
transportador de membrana GLUT-1, demonstrando um claro envolvimento de CELLFOOD® na indução de modificações a nível metabólico
em células tumorais tratadas (41).
6) Conclusões e perspectivas futuras
A apoptose é um processo ligado à produção de energia mitocondrial; portanto, é possível levantar a hipótese de que
CELLFOOD®
favorece a reativação da via oxidativa mitocondrial, tornando a
célula tumoral suscetível à apoptose. Uma vez que muitos medicamentos anticâncer atuam de diferentes maneiras para
restaurar a via energética mitocondrial e induzir a apoptose, na prática clínica o CELLFOOD® poderia
constituir um suporte válido para o tratamento antineoplásico e/ou como quimiopreventivo.
Atualizações da pesquisa
NUTRACEUTICOS E MODULAÇÃO FISIOLÓGICA DO OXIGÊNIO:
CELLFOOD: DA PESQUISA BÁSICA À PRÁTICA CLÍNICA
Serena Benedetti (a), Francesco Palma (a), Barbara Nuvoli (b), Rossella Galati (b).
(a) Departamento de Ciências Biomoleculares, Seção de Bioquímica e Biotecnologia, Universidade de
Urbino “Carlo Bo”; (b) UOSD “Modelos Pré-clínicos e Novos Agentes Terapêuticos”, IRCCS
Regina Elena National Cancer Institute, Roma.
Palestrante: Dra. Serena Benedetti
A atividade antioxidante e antitumoral do suplemento CELLFOODTM (CF) foi documentada nos últimos
anos por várias evidências experimentais tanto in vitro quanto in vivo.
Os primeiros estudos in vitro demonstraram que o FC tem uma elevada capacidade antioxidante e é capaz de
proteger tanto as biomoléculas (glutationa e DNA) quanto as células (eritrócitos e linfócitos) do dano oxidativo
induzido por ROS (espécies reativas de oxigênio) [1]. Ao mesmo tempo, estudos em células endoteliais cultivadas
destacaram que a FC permite aumentar o consumo de oxigênio e a produção de ATP,
promovendo assim a atividade oxidativa mitocondrial [2]. Globalmente, a FC é, portanto,
capaz de modular o oxigénio a nível celular, permitindo-nos obter todos os benefícios possíveis
da oxigenação celular sem envolver nos processos oxidativos a ela ligados.
Estas descobertas in vitro também foram confirmadas por alguns estudos in vivo. A suplementação com FC provou
ser eficaz na redução dos níveis séricos de ERO em indivíduos em risco de estresse oxidativo, como
atletas, fumantes e pessoas com sobrepeso [3]. Em pacientes com osteopenia, a administração de FC permitiu
redução significativa dos níveis séricos de lipoproteínas oxidadas, envolvidas no aparecimento de
placa de ateroma [4]. Da mesma forma, em pacientes com doenças neurodegenerativas, o tratamento da FC
reduziu significativamente os níveis séricos de ERO com aumento concomitante na
capacidade antioxidante plasmática e nos níveis de glutationa [5].
A elevada ação antioxidante da FC e a sua capacidade de promover a atividade oxidativa mitocondrial
também poderiam ser a base dos benefícios clínicos observados tanto em pacientes com fibromialgia como em
atletas profissionais. Em pacientes com fibromialgia, o tratamento com FC atenua significativamente
os sintomas dolorosos, a fraqueza muscular, o cansaço ao acordar e, em geral, os distúrbios associados
à redução do humor [6]. Em maratonistas e ciclistas profissionais, a FC aumenta a disponibilidade de oxigênio
com melhora no desempenho cardiorrespiratório e desempenho físico, com benefícios
também no processo de adaptação durante o período de treinamento [7].
Outros estudos in vitro demonstraram que a FC também tem uma acção antiproliferativa eficaz contra
numerosas células tumorais em cultura, tais como células de leucemia e células de mesotelioma,
melanoma, cancro do cólon, pulmão, bexiga e mama. Na verdade, foi observado que a FC induz a morte
célula por apoptose através de dois mecanismos principais: por um lado altera o metabolismo glicolítico celular
reduzindo a expressão do fator hipóxico HIF-1α e do receptor de membrana para glicose
GLUT-1 [8]; por outro lado, atua nos mecanismos de sobrevivência da célula tumoral reduzindo a expressão
de fatores-chave como Akt, Bcl-2 e c-myc e favorecendo a expressão de reguladores do ciclo celular como p53,
p21 e p27 [9 ].
Confirmando o que foi observado in vitro, estudos recentes in vivo em modelos animais (dados em processo de
publicação) mostraram que o pré-tratamento com FC previne a formação da
massa tumoral em 70% dos camundongos injetados com células tumorigênicas de mesotelioma. Ao mesmo
tempo, a administração de FC em camundongos com mesotelioma melhora o efeito da radioterapia mesmo em
combinação com tratamento quimioterápico (cisplatina + pemetrexedo), reduzindo a expressão do
fator hipóxico HIF-1α.
Em conclusão, os estudos científicos realizados até à data sugerem que a FC pode ser um
adjuvante válido na prevenção e tratamento de diversas condições fisiológicas e patológicas ligadas ao
stress oxidativo, desde o envelhecimento celular à neurodegeneração e ao cancro. De facto, graças às suas
propriedades antioxidantes, oxigenantes e pró-apoptóticas, a FC pode ser um bom candidato na
prevenção oncológica e trazer importantes benefícios clínicos em associação com a terapia antineoplásica padrão
.
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