Dożylnie wysoka dawka witaminy C w terapii raka

Odkrycie i izolacja witaminy C była jednym z najważniejszych postępów w poprawie żywienia człowieka. Szkorbut, poważny niedobór witaminy C, charakteryzujący się osłabieniem, letargiem, łatwymi siniakami i krwawieniem, był szczególnie problematyczny dla żeglarzy podczas długich podróży w XVI wieku, gdzie dostęp do świeżych owoców i warzyw był ograniczony. Szkorbut był główną przyczyną śmierci marynarki wojennej w XVI i XVIII wieku, zabijając więcej marynarzy niż wszystkie bitwy, burze i inne choroby łącznie. Dopiero w 1747 r. Szkocki lekarz marynarki wojennej James Lind wycofał się z odpowiedzialnościwykazał, że spożywanie pomarańczy i cytryn leczyło i zapobiegało szkorbutowi. Prawie dwa wieki zajęło jednak naukowcom określenie natury leczniczej substancji zawartej w owocach cytrusowych, obecnie powszechnie znanej jako witamina C. Poszukiwanie tej nieuchwytnej substancji zakończyło się w 1932 r., Kiedy Albert Szent-Gyorgyi Exit Disclaimer , węgierski biochemik, wyizolował i zidentyfikował 6-węglowy węglowodan, kwas heksuronowy, jako czynnik przeciw szkorbutowi. Niedługo potem Szent-Gyorgyi przemianował go na „kwas a-scorbowy”, nawiązując do jego właściwości przeciwskorbowych, a następnie otrzymał za swoje odkrycia Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w 1937 roku. 

Dzisiaj witamina C jest popularnym suplementem diety, a ze względu na lepszy dostęp do owoców, warzyw i suplementów witaminowych niepełnosprawność i śmierć z powodu szkorbutu są rzadkie. Warto jednak zauważyć, że znaczna liczba osób, nawet w krajach rozwiniętych, nadal ma niedobór witaminy C. Na przykład około 7% populacji USA ma stężenie witaminy C w osoczu mniejsze niż 11 μM, co jest uważane za szkorbut. Witamina C ma wiele podstawowych funkcji w naszym ciele, oprócz dobrze znanej roli przeciwutleniacza. Zatem przedłużone 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 maksymalizacji korzyści zdrowotnych była przedmiotem gorących dyskusji od odkrycia sto lat temu. Linus Pauling, światowej sławy chemik i dwukrotny laureat Nagrody Nobla, stanowczo opowiadał się za tym, że ogromne dawki witaminy C (powyżej 1 g dziennie) zapobiegają i leczą wiele chorób, w tym przeziębienie i choroby serca. Jednak medycyna głównego nurtu w dużej mierze zignorowała, a nawet wyśmiała twierdzenie Paulinga. Ta kontrowersja jest nadal bardzo żywa.

Kontrowersyjna historia wysokiej dawki witaminy C w leczeniu raka

Wykorzystanie wysokich dawek witaminy C jako terapii przeciwnowotworowej nie jest wyjątkiem od tej kontrowersji. Prawie 60 lat temu lekarz z Toronto William McCormick zauważył, że pacjenci z rakiem często mieli bardzo niski poziom witaminy C we krwi i mieli objawy podobne do szkorbutu, co doprowadziło go do postulatu, że witamina C może chronić przed rakiem poprzez zwiększenie syntezy kolagenu . W 1972 r., Rozszerzając tę teorię, szkocki chirurg Ewan Cameron postawił hipotezę, że askorbinian może hamować rozwój raka poprzez hamowanie hialuronidazy, która w przeciwnym razie osłabia macierz pozakomórkową i umożliwia przerzuty raka. Rozpoczął leczenie nieuleczalnie chorych na raka pacjentów i opublikował opis przypadku 50 pacjentów, u których niektórzy z leczonych pacjentów skorzystali z wysokiej dawki witaminy C. 

Zachęcony wynikiem Cameron połączył siły z Linusem Paulingiem w celu przeprowadzenia badań klinicznych z udziałem nieuleczalnych pacjentów z rakiem. W 1976 r. Opublikowali badanie100 pacjentów z terminalnym rakiem leczonych askorbinianem. Ich postęp choroby i wskaźniki przeżycia porównano z 1000 retrospektywnymi pacjentami kontrolnymi, którzy zostali dobrani z pacjentami leczonymi witaminą C pod względem wieku, płci, rodzaju raka i stadium klinicznego i którzy byli leczeni przez tych samych lekarzy w tym samym szpitalu i w w ten sam sposób, z wyjątkiem tego, że nie otrzymali witaminy C. Chociaż badanie nie zostało dobrze zaprojektowane według współczesnych standardów, głównie dlatego, że brakowało grupy kontrolnej placebo, wyniki wykazały, że pacjenci leczeni witaminą C poprawili jakość życia i czterokrotnie krotność wzrostu ich średniego czasu przeżycia. W kolejnym badaniu Cameron i Pauling zgłosili22% chorych na raka leczonych witaminą C przeżyło dłużej niż rok, w porównaniu z zaledwie 0,4% pacjentów kontrolnych. Badanie kliniczne w Japonii niezależnie wykazało podobny wynik . Dzięki tym obiecującym wynikom wzrosło zainteresowanie potencjałem witaminy C w leczeniu raka. Jednak podwójnie zaślepione randomizowane badania kliniczne prowadzone przez Charlesa Moertela z Mayo Clinic nie wykazały żadnych pozytywnych skutków wysokiej dawki witaminy C u pacjentów z rakiem, jak podano w dwóch artykułach w czasopiśmie New England Journal of Medicine. Ponieważ badania kliniczne Mayo Clinic prowadzone były bardziej rygorystycznie, ludzie ufali danym Mayo Clinic i dyskredytowali badania Cameron-Pauling, tłumiąc entuzjazm dla witaminy C jako terapii przeciwnowotworowej. 

Dlaczego więc próby kliniki Paulinga i Mayo przyniosły inne wyniki? Istnieją co najmniej dwie zasadnicze różnice. Po pierwsze, próby kliniki Mayo nagle przerwały podawanie askorbinianu, przechodząc na tradycyjną chemioterapię, gdy u pacjenta wystąpiły objawy progresji nowotworu. Tak więc ogólny mediana czasu leczenia witaminą C w badaniach Mayo Clinic wyniosła zaledwie 2,5 miesiąca, podczas gdy badania Paulinga i Camerona obejmowały pacjentów przez cały okres badania lub nawet przez 12 lat. Po drugie, w próbach Mayo Clinic podawano pacjentom 10 g codziennego askorbinianu tylko doustnie, podczas gdy w badaniach Cameron i Pauling podawano witaminę C zarówno doustnie, jak i dożylnie. Ta różnica w dwóch drogach dawkowania okazała się bardzo istotna.

Ponowne leczenie raka witaminą C: podawanie doustne vs dożylne  

Na podstawie badańpionierem grupy Marka Levine'a w NIH w 2000 roku, doustne dawki witaminy C zastosowane w badaniach Mayo Clinic spowodowałyby maksymalne stężenie w osoczu mniejsze niż 200 μM. Przeciwnie, ta sama dawka podana dożylnie, jak zastosowana w badaniach Paulinga, spowodowałaby maksymalne stężenie w osoczu prawie 6 mM, ponad 25 razy wyższe. Po podaniu doustnym stężenie witaminy C w ludzkim osoczu jest ściśle kontrolowane przez wiele mechanizmów działających razem: wchłanianie jelitowe, akumulację tkanek, wchłanianie zwrotne i wydalanie przez nerki, a potencjalnie nawet stopień wykorzystania. Jednakże, gdy askorbinian podaje się dożylnie lub dootrzewnowo, ścisłe kontrole są omijane i można łatwo osiągnąć farmakologiczne milimolarne stężenie witaminy C w osoczu. Na przykład badanie kliniczne fazy Iujawnił, że stężenie askorbinianu może bezpiecznie osiągnąć 25-30 mM przy wlewie dożylnym 100 g witaminy C. W tym badaniu stężenia w osoczu około 10 mM utrzymywały się przez co najmniej 4 godziny, co w oparciu o badania przedkliniczne wystarcza do zabicia komórek rakowych . Biorąc pod uwagę fakt, że pacjenci z rakiem byli leczeni witaminą C tylko doustnie w badaniach Mayo Clinic, badania nie podważają skuteczności wysokiej dawki witaminy C w leczeniu raka. 

Ta nowa wiedza ożywiła zainteresowanie i pobudziła nowe badania nad potencjałem klinicznym witaminy C. W związku z tym w ciągu ostatniej dekady wzrosła liczba badań klinicznych fazy I / II oraz opisy przypadków testujące bezpieczeństwo i skuteczność wysokiej dawki witaminy C jako leczenie różnych pacjentów z rakiem w monoterapii lub w terapii skojarzonej. Nie będziemy omawiać tych badań klinicznych, ponieważ jest już kilkarecenzji na ten temat. Praktycznie wszystkie badania pokazują poprawę jakości życia pacjentów z rakiem poprzez minimalizację bólu i ochronę normalnych tkanek przed toksycznością spowodowaną chemioterapią. Dodatkowo witamina C wykazała synergistyczne działanie w połączeniu z promieniowaniem i standardowymi chemioterapiami. Niestety, badania te nie zostały zaprojektowane jako zakrojone na szeroką skalę, randomizowane kontrolowane badania, dlatego skuteczność terapii wysoką dawką witaminy C pozostaje do ustalenia.

Wyzwania związane z przeprowadzeniem randomizowanego, kontrolowanego badania w leczeniu raka witaminą C.

Istnieją co najmniej trzy wyzwania, które do tej pory zapobiegały zakrojonym na szeroką skalę, randomizowanym kontrolowanym próbom witaminy C w leczeniu raka. Po pierwsze, witamina C nie ma zdolności patentowej. Dlatego też nie ma zachęty finansowej dla firm farmaceutycznych do wspierania badań klinicznych nad witaminą C, a te, które zostały wykonane, w dużej mierze opierały się na dotacjach rządowych i niewielkich prywatnych darowiznach. Po drugie, jak wspomniano powyżej, terapia przeciwnowotworowa witaminy C ma długą historię kontrowersji. Ze względu na badania kliniczne Mayo w latach 80. wielu ortodoksyjnych lekarzy głównego nurtu ma uprzedzenia do terapii witaminą C. Po trzecie, chociaż wiele badań przedklinicznych wykazało, że wysoka dawka witaminy C może zabijać komórki rakowe lub opóźniać wzrost guza in vivo, mechanizmy działania witaminy C nie są jasne, co utrudnia przewidywanie farmakodynamiki, racjonalny projekt terapii skojarzonej i biomarkery do stratyfikacji pacjentów. Na szczęście rosnąca liczba ostatnich i rygorystycznych badań przedklinicznych zaczęła rozwiązywać trzecie wyzwanie, które może również prowadzić do pokonania pierwszej i drugiej bariery. Mechanistyczny wgląd w działanie farmakologicznej witaminy C wygeneruje bardziej jednoznaczne hipotezy naukowe i pozwoli klinicystom zaprojektować lepsze próby w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadząc do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyści pacjentom chorym na raka? Ostatnio omówiliśmy potencjalne mechanizmy działania witaminy C u pacjentów z rakiem rosnąca liczba ostatnich i rygorystycznych badań przedklinicznych zaczęła rozwiązywać trzecie wyzwanie, które może również prowadzić do pokonania pierwszej i drugiej bariery. Mechanistyczny wgląd w działanie farmakologicznej witaminy C wygeneruje bardziej jednoznaczne hipotezy naukowe i pozwoli klinicystom zaprojektować lepsze próby w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadząc do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyści pacjentom chorym na raka? Ostatnio omówiliśmy potencjalne mechanizmy działania witaminy C u pacjentów z rakiem rosnąca liczba ostatnich i rygorystycznych badań przedklinicznych zaczęła rozwiązywać trzecie wyzwanie, które może również prowadzić do pokonania pierwszej i drugiej bariery. Mechanistyczny wgląd w działanie farmakologicznej witaminy C wygeneruje bardziej jednoznaczne hipotezy naukowe i pozwoli klinicystom zaprojektować lepsze próby w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadząc do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyści pacjentom chorym na raka? Ostatnio omówiliśmy potencjalne mechanizmy działania witaminy C u pacjentów z rakiem Mechanistyczny wgląd w działanie farmakologicznej witaminy C wygeneruje bardziej jednoznaczne hipotezy naukowe i pozwoli klinicystom zaprojektować lepsze próby w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadząc do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyści pacjentom chorym na raka? Ostatnio omówiliśmy potencjalne mechanizmy działania witaminy C u pacjentów z rakiem Mechanistyczny wgląd w działanie farmakologicznej witaminy C wygeneruje bardziej jednoznaczne hipotezy naukowe i pozwoli klinicystom zaprojektować lepsze próby w celu zbadania tych hipotez, ostatecznie prowadząc do ostatecznej odpowiedzi na pytanie: czy farmakologiczne podawanie askorbinianu może przynieść korzyści pacjentom chorym na raka? Ostatnio omówiliśmy potencjalne mechanizmy działania witaminy C u pacjentów z rakiemNatura Recenzje Rak . W tym miejscu podkreślimy jeden z mechanizmów odkrytych przez naszą grupę, który dotyczy białka Ras. 

Terapia wysokodawkową witaminą C w przypadku nowotworów mutantów KRAS / BRAF

Ponad 80 lat temu biochemik Otto Warburg zauważył, że komórki rakowe zużywają więcej glukozy i wytwarzają więcej mleczanu nawet w obecności wystarczającej ilości tlenu w porównaniu z normalnymi komórkami. Zjawisko to, zwane glikolizą tlenową lub efektem Warburga, zostało wykorzystane do wizualizacji guzów w warunkach klinicznych, obrazując ich pobieranie radioznakowanego analogu glukozy [18F] fluoro-2-deoksyglukozy (FDG) za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) . Chociaż dokładny mechanizm, za pomocą którego przeprogramowanie glukozy przyczynia się do powstawania nowotworów, pozostaje niejasny, liczne badania genetyczne i farmakologiczne wykazały, że ta zmiana metaboliczna może być niezbędna do przeżycia i proliferacji raka. Zatem celowanie w glikolizę może zaoferować pacjentom chorym na raka bardziej selektywną strategię leczenia raka. 

Ponad połowa nowotworów jelita grubego (CRC) zawiera mutacje aktywujące w KRAS lub BRAF, jednak te nowotwory są najbardziej oporne na obecne 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 zwiększenie regulacji transportera glukozy, GLUT1, który umożliwia komórkom rakowym efektywne pobieranie glukozy. Dane te sugerują strategię walki z rakiem zmutowanym KRAS lub BRAF poprzez wykorzystanie selektywnej ekspresji GLUT1 i odpowiedzialności metabolicznej związanej ze zwiększoną zależnością od glikolizy. Rzeczywiście, poprzez celowanie w te unikalne cechy tych komórek rakowych, ostatnio pokazaliśmy, że wysoka dawka witaminy C może selektywnie zabijać komórki CRC zmutowane KRAS lub BRAF .

Co ciekawe, GLUT1 nie tylko transportuje glukozę, ale także transportuje kwas dehydroaskorbinowy (DHA), utlenioną formę witaminy C. Następnie zaobserwowaliśmy, że komórki CRC niosące mutacje KRAS lub BRAF wyjątkowo zwiększają wychwyt DHA przez GLUT1, gdy są leczone witaminą C. Wychwyt DHA w zmutowanych komórkach spowodował stres oksydacyjny, zwiększając poziom reaktywnych form tlenu (ROS) w komórkach, ponieważ wewnątrzkomórkowy DHA został szybko zredukowany z powrotem do witaminy C kosztem glutationu (GSH), głównego przeciwutleniacza w komórkach. Z kolei stwierdziliśmy, że podwyższona aktywowana ROS polimeraza poli (ADP-ryboza) (PARP), enzym naprawczy DNA, pochłania duże ilości komórkowego NAD + jako kofaktora. Zubożenie NAD + spowodowało inaktywację dehydrogenazy 3-fosforanu gliceraldehydu (GAPDH), ponieważ GAPDH wymaga NAD + jako kofaktora. Hamowanie GAPDH w wysoce glikolitycznych zmutowanych komórkach KRAS lub BRAF ostatecznie doprowadziło do kryzysu energetycznego i śmierci komórek, których nie zaobserwowano u ich odpowiedników typu dzikiego KRAS i BRAF. Na koniec wykazaliśmy, że leczenie dużą dawką witaminy C zmniejszyło zarówno liczbę, jak i rozmiar guzów u myszy zmutowanych KRAS lub BRAF w porównaniu z myszami bez tych mutacji, potwierdzając, że witamina C selektywnie atakuje guzy zmutowane KRAS lub BRAF w mysich modelach nowotworów okrężnicy . Krótko mówiąc, askorbinian działa jako „koń trojański” poprzez konwersję do DHA i podstępnie wchodzi do komórek rakowych za pośrednictwem GLUT1, aby promować wytwarzanie wewnątrzkomórkowego ROS, który ostatecznie zabija komórkę rakową. pokazaliśmy, że terapia wysokimi dawkami witaminy C zmniejszyła zarówno liczbę, jak i rozmiar guzów u myszy zmutowanych KRAS lub BRAF w porównaniu z myszami bez tych mutacji, potwierdzając, że witamina C selektywnie atakuje nowotwory zmutowane KRAS lub BRAF w mysich modelach nowotworów okrężnicy. Krótko mówiąc, askorbinian działa jako „koń trojański” poprzez konwersję do DHA i podstępnie wchodzi do komórek rakowych za pośrednictwem GLUT1, aby promować wytwarzanie wewnątrzkomórkowego ROS, który ostatecznie zabija komórkę rakową. pokazaliśmy, że terapia wysokimi dawkami witaminy C zmniejszyła zarówno liczbę, jak i rozmiar guzów u myszy zmutowanych KRAS lub BRAF w porównaniu z myszami bez tych mutacji, potwierdzając, że witamina C selektywnie atakuje nowotwory zmutowane KRAS lub BRAF w mysich modelach nowotworów okrężnicy. Krótko mówiąc, askorbinian działa jako „koń trojański” poprzez konwersję do DHA i podstępnie wchodzi do komórek rakowych za pośrednictwem GLUT1, aby promować wytwarzanie wewnątrzkomórkowego ROS, który ostatecznie zabija komórkę rakową.

Chociaż nasze badanie wykazało, że DHA jest środkiem farmaceutycznie czynnym, 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 minut vs kilka minut) . Ponadto zredukowany askorbinian można skutecznie utlenić do DHA w płynach pozakomórkowych nowotworów, w których zwykle występuje wysoki poziom ROS. Biorąc pod uwagę, że mutacje KRAS i BRAF nie ograniczają się tylko do raka jelita grubego, witamina C może być korzystna dla innych rodzajów nowotworów. Na przykład 90% raków trzustki i około 30% raków płuc ma mutacje KRAS. Te zmutowane guzy KRAS mają również wysoką ekspresję GLUT1 i są związane ze zmienionym metabolizmem glukozy podobnym do CRC. Dlatego wysoka dawka witaminy C może być korzystna dla innych rodzajów nowotworów niosących mutacje KRAS / BRAF.badanie kliniczne w celu zbadania wpływu dożylnej dużej dawki witaminy C w leczeniu KRAS zmutowanej nowotworów i Sun Jat-sen University Cancer Center w Chinach prowadzenia kontrolowane placebo randomizowane do III fazy badań klinicznych w raka jelita grubego u pacjentów w połączeniu z chemioterapią . 

Chociaż mutacje KRAS i BRAF są z pewnością dwoma najczęściej zmutowanymi onkogenami w ludzkim raku, nie są to jedyne mutacje, o których wiadomo, że wpływają na metabolizm glukozy i wrażliwość na leczenie askorbinianem. Na przykład, my i inni stwierdziliśmy, że komórki raka nerki (RCC) z utratą VHL (von Hippel-Lindau), supresor nowotworu, który destabilizuje HIF1A poprzez ubikwinację, są znacznie wrażliwe na leczenie askorbinianem w porównaniu z komórkami wydajnymi w VHL. Komórki zerowe RCC-VHL mają zwiększoną aktywność transkrypcyjną HIF1A, co nie tylko zwiększa ekspresję GLUT1, ale także dereguluje wiele innych enzymów glikolitycznych w celu wywołania przeprogramowania metabolicznego. Ponadto nowotwory o podwyższonym poziomie uszkodzenia DNA, takie jak te, które były leczone promieniowaniem lub te z mutacjami w genach BRCA, są bardziej zależni od naprawy DNA za pośrednictwem PARP. Farmakologiczna witamina C może selektywnie osłabiać takie nowotwory, pozbawiając je NAD + niezbędnego do aktywności PARP.

Uwagi końcowe

Witamina C jako terapia przeciwnowotworowa ma kontrowersyjną przeszłość. Intrygujące są małe badania kliniczne, które sugerują niektóre odpowiedzi, ale bez wyraźnego uzasadnienia, dlaczego nowotwory powinny reagować na witaminę C, ani też drogi do wyjaśnienia, którzy pacjenci są najbardziej podatni na odpowiedź. Obecnie rosnąca liczba badań przedklinicznych pokazuje, jak duże dawki witaminy C mogą przynieść korzyści chorym na raka. Co ważne, te badania przedkliniczne dostarczają jasnego uzasadnienia i potencjalnych biomarkerów, które mogą pomóc spersonalizować podejście terapeutyczne i zidentyfikować populacje pacjentów, które prawdopodobnie odpowiedzą na leczenie dużą dawką witaminy C. Ponieważ mechanizmy działania witaminy C stają się coraz lepiej zdefiniowane, możemy zaproponować kombinacje witaminy C w bardziej racjonalny, oparty na hipotezie sposób. Dodatkowo,