Flavonoidi: un mito o una realtà per la terapia del cancro?

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Astratto: I nutraceutici sono molecole biologicamente attive presenti negli alimenti; possono avere effetti benefici sulla salute, ma non sono disponibili in quantità sufficienti per svolgere questa funzione. I metaboliti vegetali, come i polifenoli, sono ampiamente diffusi nel regno vegetale, dove svolgono ruoli fondamentali nello sviluppo delle piante e nelle interazioni con l'ambiente. Tra questi, i flavonoidi sono di particolare interesse in quanto hanno effetti significativi sulla salute umana. Studi in vitro e/o in vivo hanno descritto i flavonoidi come nutrienti essenziali per prevenire diverse malattie. Mostrano bioattività ampie e promettenti per combattere il cancro,infiammazione, infezioni batteriche, nonché per ridurre la gravità delle malattie neurodegenerative e cardiovascolari o del diabete. Pertanto, non sorprende che l'interesse per i flavonoidi sia notevolmente aumentato negli ultimi anni. Più di 23000 pubblicazioni scientifiche sui flavonoidi hanno descritto la potenziale attività antitumorale di queste molecole naturali nell'ultimo decennio. Studi, in vitro e in vivo, mostrano che i flavonoidi presentano proprietà antitumorali e molti studi epidemiologici confermano che l'assunzione di flavonoidi con la dieta porta a un ridotto rischio di cancro. Questa recensione fornisce uno sguardo sui meccanismi d'azione dei flavonoidi sulle cellule tumorali.

Parole chiave: flavonoidi; cancro; lo stress ossidativo; infiammazione; apoptosi/autofagia; metastasi; angiogenesi

1. Introduzione

Ilcancroil tasso di mortalità è diminuito nel corso degli anni a causa della ricerca e della prevenzione, ma il suo tasso di incidenza è aumentato. Diversi studi hanno evidenziato il ruolo di una dieta a base vegetale nella prevenzione delle malattie legate all'insorgenza di tumori [1]. I benefici di una dieta a base vegetale potrebbero derivare dalla presenza di vari componenti bioattivi - come composti fenolici, carotenoidi e in particolare flavonoidi - nelle verdure. Questi ultimi sono considerati indispensabili e presenti in varie applicazioni nutraceutiche, cosmetiche, farmaceutiche, medicinali e cosmetiche. Grazie a queste applicazioni, la ricerca sui flavonoidi è aumentata notevolmente negli ultimi anni.

Flavonoidi sono un sottogruppo di metaboliti secondari appartenenti ad una vasta collezione di composti fenolici sintetizzati dalle piante. Sono ampiamente distribuiti tra gli organismi fotosintetici e abbondano negli alimenti e nelle bevande di origine vegetale (Tabella 1), dove le composizioni qualitative e quantitative possono variare considerevolmente. La struttura chimica è composta da uno scheletro con 15 atomi di carbonio, contenente due anelli benzenici (A e B) legati all'anello piranico eterociclico (C)[2]. I flavonoidi possono essere suddivisi in diversi sottogruppi: flavoni, flavonoli, flavanoni, flavanonoli, flavanoli o catechine, antociani e calconi [3]. Questa distinzione deriva dalla struttura di base del flavonoide (Figura 1), dall'anello flavonico, che rappresenta la parte principale del flavonoide, e dal grado di insaturazione e ossidazione dell'anello carbonioso. Inoltre, nelle piante, l'aglicone è la struttura flavonoide di base; tuttavia, possono essere presenti eteri metilici e esteri acetilici del gruppo alcolico, nonché glicosidi formati attraverso il legame con un carboidrato, come L-ramnosio, D-glucosio, glucosio-ramnosio, galattosio o arabinosio [4].

Ben oltre 10,{1}} molecole appartengono al grande gruppo dei flavonoidi [12,13]. Questo numero aumenta considerevolmente se si considerano non solo i prodotti derivati ​​dai flavonoidi e formatisi durante la lavorazione e conservazione degli alimenti ma anche i metaboliti e coniugati prodotti nell'organismo a seguito della loro assunzione. Pertanto, le concentrazioni di flavonoidi e la complessità strutturale e le caratteristiche fisico-chimiche variano notevolmente a seconda della fonte e della matrice [14].

È molto difficile stimare l'assunzione alimentare di flavonoidi a causa della loro variabilità quantitativa e qualitativa in frutta e verdura, che possono ostacolare l'instaurazione di relazioni epidemiologiche per quanto riguarda il loro impatto sulla salute umana e sulle malattie, I numerosi studi sull'assorbimento e la biodisponibilità presentano in letteratura sono state riviste da diversi autori [15-17]. Diversi fattori possono influenzare la biodisponibilità dei flavonoidi, come i pesi molecolari, la glicosilazione e l'esterificazione, causando un grado di incertezza sui livelli reali della loro biodisponibilità e assorbimento nel corpo umano [17].

Una descrizione dettagliata della conversione metabolica dei flavonoidi in seguito all'assunzione con la dieta è fornita da Crozier e colleghi [16] e Landete [18]. In breve, la conversione metabolica dei flavonoidi può avvenire nell'intestino tenue con rilascio di agliconi a seguito dell'attività delle idrolasi. Questo passaggio è seguito dalla conversione nel fegato, dove vengono prodotte le forme coniugate, cioè O-glucuronidi, esteri solfati e O-metil esteri dei flavonoidi. Il corpo può trattare questi metaboliti come xenobiotici; quindi, rimuovendoli dal flusso sanguigno [16,18]. I glucuronidi e i derivati ​​solfati possono essere escreti più facilmente attraverso l'urina e la bile [18]. Di conseguenza, l'analisi del plasma potrebbe non fornire informazioni preziose sui profili di questi metaboliti, mentre l'escrezione urinaria presenta una grande variabilità individuale a seconda delle classi di flavonoidi e della possibilità di assorbimento dei metaboliti da parte dei tessuti corporei. Inoltre, i composti, non assorbiti dall'intestino, procederanno ulteriormente al colon, dove saranno strutturalmente modificati dalla microflora del colon. I cataboliti derivati ​​possono essere assorbiti nel flusso sanguigno e infine escreti nelle urine. Inoltre, i flavonoidi possono modulare la composizione del microbiota intestinale aumentando la popolazione di batteri benefici, ad esempio Bifidobacterium e Lactobacillus, e inibendo la crescita di diversi patogeni[19]. Tale capacità dei flavonoidi fornisce un importante meccanismo antipolitico.

1.1. Pathzoay biosintetico dei flavonoidi nelle piante

Il metabolismo diflavonoidicoinvolge geni già presenti nelle prime piante terrestri, epatiche e muschi [20]. La via biochimica è stata caratterizzata attraverso lo studio di mutanti con alterata sintesi di flavonoidi presenti in varie specie vegetali [21]. I precursori chiave per la sintesi dei flavonoidi sono la fenilalanina e il malonil-CoA prodotti dalla via shikimate e dal ciclo TCA (ciclo dell'acido tricarbossilico). Attraverso la via shikimate, gli amminoacidi aromatici vengono prodotti in piante, batteri e funghi. Questa via è costituita da sette reazioni enzimatiche, a partire dalla reazione tra fosfoenolpiruvato ed eritrosio-4-fosfato, fino alla sintesi del corismato, il prodotto finale della via, catalizzato dalla corismato sintasi. La corismato mutasi riorganizza il corismato in prefenato; quest'ultimo è il substrato utilizzato per sintetizzare la fenilalanina [22]. Nelle piante, la fenilalanina è il precursore del 4-cumaroil-CoA, che segue l'attività della fenilalanina ammoniaca-liasi (PAL) e del 4-cumarato-CoA ligasi. Per avviare la sintesi dei flavonoidi, il 4-cumaroil-CoA reagisce con il malonil-CoA [23](Figura 2). Questi enzimi si localizzano sul lato citosolico del reticolo endoplasmatico (ER), come suggerito da esperimenti di localizzazione immunitaria, e recuperati nella frazione solubile degli estratti cellulari. Inoltre, gli enzimi sono associati tra loro da interazioni proteina-proteina sulla superficie del reticolo endoplasmatico (ER); formando così un complesso [21,24,25]. I dati sulla co-localizzazione di alcuni enzimi al tonoplasto e al nucleo hanno suggerito un comportamento dinamico del complesso biosintetico. Ciò favorirebbe sia la canalizzazione che lo spostamento dei prodotti finali per soddisfare i bisogni fisiologici della cellula [24]. I composti sono mirati ai vacuoli come organelli di stoccaggio (cioè antociani, flavonoli e glicosidi flavonici) o alle pareti cellulari [21. Tuttavia, è essenziale sottolineare che in determinate condizioni fisiologiche, le cellule vegetali sono in grado di rimobilizzare i flavonoidi dai depositi di vacuoli, quindi il trasporto attraverso il tonoplasto non è unidirezionale [25]. Oltre ai vacuoli e alle pareti cellulari, i flavonoidi si trovano nel citosol, ER, cloroplasti (cioè, quercetina e kaempferolo glicosidi), nucleo (cioè, isoflavonoidi coumestrolo e 4',{26}}diidrossiflavone in Medicago truncatula) e piccole vescicole, così come lo spazio apoplastico (es. flavone, flavonolo agliconi e isoflavoni)[25]. Un efficiente sistema di trasporto dei flavonoidi all'interno delle cellule sembra essere la base della loro ampia distribuzione in diversi compartimenti cellulari. Due sistemi principali sembrano essere coinvolti nel trasporto dei flavonoidi, uno basato su vescicole di membrana e l'altro su un trasportatore di membrana, che non sembra escludersi a vicenda [25].

1.2.Ruolo dei flavonoidi nelle piante

La conservazione dei geni coinvolti nel metabolismo dei flavonoidi durante l'evoluzione delle piante terrestri è una chiara indicazione del loro ruolo fondamentale nella fisiologia della pianta [15]. I flavonoidi sono responsabili del colore e dell'aroma dei fiori, sono coinvolti nelle strategie riproduttive, proteggono le cellule dai dannosi raggi UV (essenziali per la vita delle piante terrestri) e svolgono un ruolo nella resistenza alle malattie, nonché nell'associazione simbiotica (es. come molecole segnale nella simbiosi pianta-microrganismo). Essendo coinvolti nelle risposte allo stress, proteggono la pianta da condizioni ambientali difficili [26-28]. La diffusa diffusione dei flavonoidi suggerisce che la loro attività antiossidante è una caratteristica robusta per la sopravvivenza e la forma fisica delle piante terrestri. Infatti, la loro sintesi è potenziata dopo l'esposizione della pianta a forti stress, poiché la loro potente attività antiossidante può contrastare gli effetti deleteri delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) [29,30].

1.3. Flavonoidi e biotecnologie

I flavonoidi sono stati associati a molti tratti agronomici favorevoli e benefici per la salute per l'uomo, quindi la loro ingegneria metabolica è un obiettivo importante per la biotecnologia vegetale [25]. Le quantità di flavonoidi nelle piante variano a seconda della specie, delle condizioni di crescita e dello stadio di sviluppo. Infatti, anche se le piante medicinali e aromatiche sono abbastanza efficienti nella produzione di queste molecole, le piante coltivate in campo non possono sempre rappresentare una buona fonte di questi metaboliti. Ciò è dovuto alle difficoltà nella coltivazione delle piante, alle variazioni stagionali della produttività, alla produzione specifica di tessuti/organo e ai problemi legati alla depurazione. Per questi motivi la produzione industriale di polifenoli sarebbe difficile da sostenere se le piante coltivate in campo fossero l'unica fonte di materia prima. D'altra parte, le strutture altamente complesse e la stereospecificità dei flavonoidi spesso rendono la sintesi chimica non economicamente fattibile [31]. Le tecniche in vitro possono rappresentare uno strumento per migliorare la biosintesi dei flavonoidi e la disponibilità durante tutto l'anno per superare questi problemi. Diverse colture vegetali in vitro (ad esempio callo, colture in sospensione cellulare, colture di organi e radici pelose) e tecniche di trasformazione sono state utilizzate per studiare e migliorare la sintesi di queste importanti molecole [31-35]. Sono stati presi in considerazione diversi approcci, come la selezione di linee ad alto rendimento, l'alimentazione dei precursori e l'uso di elicitori [36]. Quest'ultimo prevede l'aggiunta ai mezzi di coltura di molecole di sintesi sia biologica che chimica, in grado di stimolare l'accumulo di metaboliti secondari nella pianta come risposta di difesa alle condizioni di stress [28], innescate e attivate da elicitori[{{8} },36]. Risultati positivi sono stati ottenuti in diverse specie [37], e, in questa prospettiva, l'uso di elicitori può essere considerato per futuri sviluppi su scala industriale.

Inoltre, le migliori conoscenze sul ruolo dei miRNA nella regolazione della via biosintetica dei flavonoidi consentiranno miglioramenti nel metabolismo di queste molecole. La modulazione dei livelli di miRNA potrebbe essere un potente strumento sia per ottenere una migliore resa che per la sintesi delle combinazioni desiderate di metaboliti [38].

2. Attività di prevenzione del cancro dei flavonoidi

L'ampio spettro di azioni biologiche svolte dai flavonoidi dipende in gran parte dalla loro caratteristica di essere potenti antinfiammatori e antiossidanti che contrastano i radicali liberi, legati in modo importante a molte malattie degenerative croniche (Figura 3). In condizioni patologiche, l'aumento dei radicali liberi danneggia diversi tipi di molecole, come acidi nucleici, proteine ​​e lipidi, e provoca invecchiamento e morte cellulare, ma anche nella promozione della cancerogenesi [39].

2.1. Flavonoidi e infiammazione cronica

Cancroè considerata una malattia correlata alla cronicainfiammazione[41]. In varie malattie infiammatorie, l'esito porta alla cancerogenesi. Nelle vie biliari, il colangiocarcinoma produce un infiltrato infiammatorio cronico, dovuto all'infezione da Clonorchis Sinensis [42]. L'Helicobacter pylori rappresenta una delle principali cause di adenocarcinoma e linfoma del tessuto linfoide associato alla mucosa gastrica [43]. L'infezione cronica da virus dell'epatite B e C può portare al carcinoma epatocellulare, la terza causa di morte per cancro [44]. Infine, l'infezione da papillomavirus è una delle principali cause di cancro del pene e anogenitale negli esseri umani. Inoltre, il rischio di sviluppare un cancro alla vescica può aumentare la seguente schistosomiasi, così come il rischio di contrarre il sarcoma di Kaposi a seguito di un'infezione da herpesvirus umano di tipo 8. Ulteriori forme di infiammazione cronica, oltre a quelle generate da infezioni microbiche, possono contribuire alla cancerogenesi. L'aumento del rischio di cancro al pancreas, all'esofago e alla cistifellea è stato descritto come conseguenza di malattie infiammatorie come la metaplasia di Barrett, l'esofagite e la pancreatite cronica [45, A46]. Possibili associazioni sono state trovate anche tra ulcera di Marjolin e cancro della pelle [47], amianto e mesotelioma [48], fumo di sigaretta e cancro ai bronchi [48], asma cronico e cancro ai polmoni [49], lichen planus ulceroso e carcinoma a cellule squamose [ 50], infiammazione/fimosi del prepuzio e cancro del pene [51 e tra infiammazione pelvica/ovarica e cancro ovarico [52]. Il cancro alla prostata è stato associato a prostatite cronica causata da un'infezione batterica persistente o da meccanismi non infettivi [53]. Pertanto, l'associazione tra infiammazione cronica e sviluppo del cancro sembra supportata da un numero crescente di prove.

A questo proposito, i flavonoidi hanno dimostrato la duplice capacità di ridurre l'infiammazione e la proliferazione delle cellule tumorali. La taxifolina, un flavanonolo presente nelle conifere, ha effetti antinfiammatori o antiproliferativi. In topi albini svizzeri sfidati con benzopirene, un mutageno che è spesso presente nel fumo di sigaretta e negli scarichi delle auto. ha esercitato l'infiammazione soppressa stimolando la via di segnalazione Nrf2 (fattore nucleare eritroide 2-fattore 2 correlato), che svolge un ruolo centrale nel fornire resistenza allo stress ossidativo e all'infiammazione inibendo NF-kB [54,55]. La crisina è un flavonoide aglicone con funzioni antinfiammatorie. La somministrazione di crisina nei topi sfidati con LPS (lipopolisaccaride) ha ridotto lo sviluppo di lesioni polmonari sopprimendo l'enzima che richiede l'inositolo / proteina di interazione della tioredossina / proteina 3 del recettore simile al dominio dell'oligomerizzazione che lega il nucleotide [56]. Nei ratti, ha prevenuto le complicanze miocardiche dello stress ossidativo innescato dall'ipercolesterolemia attraverso l'attivazione dell'ossido nitrico sintasi endoteliale e dei geni bersaglio Nrf2 come SOD (superossido dismutasi) e catalasi [57]. Inoltre, la crisina ha inibito significativamente la proliferazione e indotto l'apoptosi sulle cellule di cancro cervicale umano [58] e sulle cellule di cancro del colon-retto [59] modulando vari geni apoptotici e geni del percorso AKT/MAPK. Questi risultati evidenziano due distinti meccanismi attraverso i quali i flavonoidi determinano gli effetti sull'infiammazione e sulla proliferazione cellulare: da un lato, attivano la via Nrf2 per inibire NF-kB e innescare l'effetto antinfiammatorio; dall'altro agiscono sulla proliferazione cellulare modulando i geni coinvolti nell'apoptosi e la via AKT/MAPK (protein chinasi B/mitogen-activated protein chinasi).

2.2. Flavonoidi e stress ossidativo

L'ambiente intracellulare nelle cellule tumorali presenta un livello di ROS elevato rispetto alla cellula normale, principalmente perossido di idrogeno, a causa di un sistema antiossidante non più efficiente. Nelle cellule normali, un adeguato rapporto di glutatione (GSH/GSSG) converte il perossido di idrogeno in acqua. Quando il rapporto del glutatione diminuisce, il perossido di idrogeno viene convertito in radicale idrossile (OH'), che è un radicale molto reattivo che porta a danni al DNA e mutazioni nei geni oncosoppressori, un evento critico iniziale che innesca la cancerogenesi [60]. Almeno tre fasi caratterizzano lo sviluppo del cancro: inizio, promozione e progressione.Lo stress ossidativoè coinvolto in tutte le fasi di questo processo (Figura 4). Durante la fase di inizio, i ROS possono danneggiare il DNA introducendo mutazioni geniche e alterazioni strutturali nel DNA. Nella fase di promozione, i ROS hanno un ruolo fondamentale nell'aumentare la proliferazione cellulare o nel ridurre l'apoptosi cellulare come conseguenza della modifica dell'espressione genica, della comunicazione tra cellule e delle vie di segnalazione intracellulare [61]. Infine, lo stress ossidativo contribuisce alla progressione del processo tumorale attraverso un'ulteriore mutagenesi nella popolazione cellulare iniziata [62]. L'obiettivo terapeutico di molti farmaci antitumorali è quello di aumentare il già alto livello di ROS presente nelle cellule tumorali per innescare la cascata dell'apoptosi [63]. Anche i flavonoidi, sebbene riconosciuti per la loro attività antiossidante, possono avere attività pro-ossidante e, quindi, innescare l'apoptosi nelle cellule tumorali.

La naringenina è un flavanone più abbondante in pompelmo, mandarino, arancia, scorza di limone cruda e scorza di lime cruda. Ha fermato il ciclo cellulare e ha indotto l'apoptosi in diverse cellule tumorali umane [64,65], e ha anche soppresso l'invasività e il potenziale metastatico delle cellule del cancro gastrico e delle cellule del carcinoma epatocellulare [66,67]. La naringenina ha avuto un effetto pro-ossidante in quanto ha ridotto le attività della glutatione reduttasi, della glutatione S-transferasi e della gliossalasi nelle cellule tumorali, che a sua volta ha ridotto i meccanismi di detossificazione del perossido di idrogeno consentendo l'accumulo e l'aumento della perossidazione lipidica con conseguente danno della membrana cellulare [68]. È interessante notare che uno studio clinico di fase 1 recentemente concluso ha evidenziato la sicurezza e la farmacocinetica della naringenina [69]. La naringenina, 4 ore dopo la somministrazione di una singola dose di estratto di Citrus sinensis (arancia dolce), era rilevabile nel plasma ad una concentrazione di 43 μuM.

2.3. Flavonoidi e apoptosi/autofagia

La ricerca di terapie antitumorali è attualmente focalizzata sull'induzione dell'apoptosi delle cellule tumorali [70]. Sfortunatamente, le cellule tumorali sono in grado di evitare l'attivazione della cascata apoptotica, difendendosi dalla morte cellulare. Inoltre, lo sviluppo del tumore è favorito dall'induzione della farmacoresistenza [71]. La modulazione di Bcl-2 e di altre proteine, consente ai flavonoidi, come la colata, isolati dalla specie Vitex agnus-castus, ampiamente utilizzata nella medicina tradizionale cinese come agente antinfiammatorio, di innescare l'apoptosi modulando Bcl{{ 5}} e altri pro-sopravvivenza. Questa molecola innesca la via intrinseca dell'apoptosi sottoregolando Bcl-2, Bcl-xL, survivin e sovraregolando Bax, come evidenziato in numerose linee tumorali di cancro della cistifellea, cancro esofageo, cancro del colon, leucemia e glioblastoma [72] . Allo stesso modo, la vitexina è un composto flavonoide di derivazione naturale estratto dall'erba cinese Crataegus pinnatifida che ha dimostrato di ridurre il rapporto Bcl-2/Bax, il rilascio di citocromo c dai mitocondri e nel cancro del polmone umano non a piccole cellule A549 cellule, scissione della caspasi-3 [73].

Nel inibizione della proliferazione di una linea di cancro ovarico metastatico umano (PA-1) esercitato dalla quercetina [74] uno dei flavonoidi più abbondanti nelle cipolle e nei broccoli.

L'autofagia è un processo catabolico indotto dallo stress altamente conservato che regola positivamente il processo di morte cellulare. Diversi farmaci antitumorali hanno innescato l'autofagia e, pertanto, la sua induzione rappresenta una potenziale strategia per la terapia del cancro J751. L'estratto acquoso di Pimento è ricco di diversi tipi di flavonoidi. Nelle cellule di cancro al seno, ha attivato l'autofagia, in vitro e in vivo, e ha indotto la morte cellulare sopprimendo il bersaglio Akt/mammifero della via della rapamicina (mTOR) [76]. Allo stesso modo, nelle cellule tumorali epatiche umane SK-HEP-1, il kaempferolo ha indotto l'autofagia attraverso la segnalazione di Akt e la proteina chinasi attivata da adenosina monofosfato (AMPK) e attraverso la downregulation di CDK1/ciclina B ha portato all'arresto G2/M [77 ]. Inoltre, l'induzione dell'autofagia da parte della genisteina in molteplici tipi di cancro, come il cancro al seno, alla prostata e all'utero, sembra essere alla base del suo effetto antitumorale [78].

2.4. Flavonoidi che prendono di mira le cellule staminali del cancro

Le cellule staminali del cancro (CSC) sono una piccola sottopopolazione di cellule in un tumore che si autorinnovano e sono in grado di avviare e sostenere la crescita del tumore. Inoltre, le CSC nel cancro svolgono un ruolo critico nell'insorgenza, mantenimento, progressione, resistenza ai farmaci e recidiva o metastasi [79]. Prove crescenti suggeriscono che i fitochimici dietetici, compresi i flavonoidi, sono agenti promettenti per contrastare le CSC [80]. Ad esempio, è stato dimostrato che la naringenina inibisce le cellule staminali del cancro al seno attraverso l'aumento di p53 e del recettore degli estrogeni in modo simile a quanto riscontrato per l'esperidina [81].

L'apigenina è un flavone comune che si trova principalmente nella camomilla, nel sedano e nel prezzemolo. L'attività antitumorale dell'apigenina è stata osservata nel glioblastoma (il tumore cerebrale primario e aggressivo più comune). Infatti, Kim e colleghi [82] hanno dimostrato che l'apigenina (e la quercetina) è in grado di interferire con la capacità di auto-rinnovamento e l'invasività delle cellule staminali del glioblastoma attraverso la downregulation della via di segnalazione c-Met. L'apigenina aumenta l'attività antineoplastica del cisplatino nelle popolazioni di cellule staminali del cancro alla prostata CD44 più [83] e sopprime le proprietà simili alle cellule staminali e il potenziale tumorigenico delle cellule di cancro al seno triplo negativo [84]. L'inibizione della capacità di auto-rinnovamento e il ripristino della radiosensibilità sono stati dimostrati nelle cellule staminali del cancro orale per la luteolina [85], un flavone presente in un'ampia varietà di fonti alimentari tra cui sedano, carote, peperoni, olio d'oliva, rosmarino, e origano. Il flavonolo quercetina è una molecola di interesse medico, poiché possiede un potenziale antitumorale [86]. In effetti, la quercetina prende di mira diversi tipi di CSC, comprese le cellule staminali del pancreas [87], della mammella [88] e dello stomaco [89].

2.5. Proprietà anti-angiogeniche e anti-metastatiche dei flavonoidi

I flavonoidi svolgono un ruolo interessante come inibitori dell'angiogenesi. L'angiogenesi consiste nello sviluppo di nuovi vasi sanguigni, processo fondamentale per la crescita dei tessuti, la guarigione delle ferite e lo sviluppo embrionale, ma rappresenta un aspetto negativo in presenza di un tumore poiché più vasi sanguigni trasportano più nutrienti alle cellule tumorali consentendo loro di vivere e proliferare meglio. È un processo strettamente controllato da un'ampia gamma di induttori, come il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) e le molecole di adesione, nonché da vari inibitori tra cui angiostatina e trombospondina, e stimolato da molti fattori che contribuiscono all'infiammazione e al cancro, indicando quindi che l'angiogenesi, l'infiammazione e il cancro sono processi strettamente correlati [90]. Negli ultimi anni, lo sviluppo di inibitori dell'angiogenesi è stato un punto caldo della ricerca antitumorale poiché questo processo incontrollato è un passaggio fondamentale nella crescita, invasione e metastasi del cancro. A seguito di questo sforzo, la FDA ha approvato l'uso di numerosi farmaci anti-angiogenesi per il trattamento del cancro [91]. Sono in fase di sperimentazione nuove molecole in grado di inibire l'angiogenesi tumorale. La wogonin, un flavone O-metilato, un composto chimico flavonoide sintetizzato da Scutellaria baicalensis, inibisce l'angiogenesi indotta da LPS sia in vitro che in vivo [92]. La genisteina inibisce l'angiogenesi modulando l'espressione di VEGF, metalloproteasi (MMP) e recettore del fattore di crescita epidermico (EGFR) [93]. Nelle cellule endoteliali della vena ombelicale umana, stimolate dal VEGF(HUVEC), il kaempferolo inibisce l'angiogenesi agendo sul recettore 2 del VEGF. Questo processo si realizza anche grazie alla down-regulation di P13kt/Akt insieme al mitogeno attivato protein chinasi (MEK) e le vie ERK [94].

La luteolina (8-C- -D-glucopiranoside), un flavonoide alimentare glicosilico, riduce l'invasione del tumore in MCF trattato con 12-O-tetradecanoilforbolo{5}}acetato (TPA){{ 7}} cellule di cancro al seno, che bloccano l'espressione di MMP-9 metalloproteinasi e interleuchina-8(IL-8)[95]. Nelle cellule del cancro gastrico, la quercetina ha mostrato effetti antimetastatici attraverso la rottura della funzione dell'attivatore del plasminogeno dell'urochinasi (uPA)/recettore uPA (uPAR), modulando NF-kB, PKC-6, ERK1/2 e AMPK [96]. Recentemente, Yao et al. riportato che nelle cellule di melanoma umano A375, la luteolina inibisce la proliferazione, la migrazione e l'invasione inducendo l'apoptosi dose-dipendente. Nello stesso modello cellulare, è stata osservata anche l'inibizione della fosforilazione di Akt e PI3K. Gli stessi autori hanno raccolto prove sperimentali che la luteolina consente la sovraespressione degli inibitori tissutali delle metalloproteinasi (TIMP)-1 e TIMP-2 e riduce l'espressione di MMP-2 e MMP{{23} }]. Ulteriori risultati sperimentali hanno evidenziato che la luteolina ha ridotto significativamente la crescita tumorale delle cellule A375 in un modello di xenotrapianto di topo, confermando che l'attività antitumorale è derivata dalla down-regulation dell'espressione di MMP-2 e MMP-9 attraverso il PI3K/Akt percorso [97].

2.6. Flavonoidi e differenziazione delle cellule tumorali

La terapia differenziativa mira a indurre la differenziazione delle cellule tumorali; riducendo così la loro proliferazione [68]. La terapia differenziativa rispetto alla chemioterapia convenzionale ha il vantaggio di essere meno tossica e, quindi, di causare minori effetti collaterali al paziente [98]. Quercetina e pelargonidina inducono la differenziazione su cellule murine di melanoma B16-F10 altamente metastatiche mediante un meccanismo che coinvolge la transglutaminasi di tipo 2 [99]. L'acido all-trans retinoico (ATRA) ha un ampio uso clinico nella terapia di differenziazione nei pazienti con leucemia promielocitica acuta (APL). Tuttavia, un trattamento prolungato provoca resistenza ai farmaci e richiede un dosaggio sempre più elevato [100]. L'emergere di fenomeni di farmacoresistenza richiede lo sviluppo di nuovi agenti con una maggiore attività di induzione della differenziazione. I flavonoidi hanno caratteristiche interessanti in questo senso. Infatti, sono in grado di indurre la differenziazione cellulare delle cellule APL. Tuttavia, la struttura del flavone potrebbe essere cruciale per l'induzione della differenziazione cellulare. Infatti, nelle cellule APL, la quercetina induce la loro differenziazione in monociti e l'apigenina e la luteolina inducono la loro differenziazione in granulociti. Al contrario, galangina, kaempferolo e naringenina non hanno indotto alcuna differenziazione nelle cellule APL [100].

Recentemente Moradzadeh et al. [101] hanno riportato che l'epigallocatechina gallato (EGCG), un polifenolo del tè verde, nella differenziazione dei granulociti delle cellule APL HL-60 e NB4, possiede un effetto simile all'ATRA. In entrambe queste linee cellulari, l'EGCG ha ridotto l'espressione dell'istone deacetilasi 1. Inoltre, nelle cellule NB4, l'EGCG ha anche ridotto l'espressione di un marcatore clinico rilevante PML-RARo. La differenziazione cellulare è stata indotta dalla wogonin, nella linea cellulare K562, un modello cellulare primario di leucemia mieloide cronica (LMC). Lo stesso risultato è stato osservato nella LMC primaria derivata dal paziente che era sensibile e resistente a imatinib. In queste cellule sono stati osservati anche sovraregolazione del fattore di trascrizione GATA-1 e un aumento del legame tra GATA-1 e il coattivatore trascrizionale FOG-1 [102]. Diverse osservazioni forniscono prove a sostegno della potenziale applicazione dei flavonoidi nel trattamento di pazienti con diversi tipi di cancro. Nelle cellule tumorali isolate da vari tumori solidi, come il melanoma maligno, il cancro al seno, il glioma e l'epatoma, è stata dimostrata la differenziazione indotta dal trattamento con flavonoidi [103]. In particolare, nelle cellule staminali del carcinoma mammario è stata osservata la differenziazione cellulare indotta dalla genisteina [78,93] e da un flavonoide isolato dalla liquirizia (Glycyrrhiza sp.), l'isoliquiritigenina [104].

Nel trattamento delle cellule APL NB4, con diidromiricetina (DMY), un diidroflavonolo estratto da Ampelopsis sp., è stato osservato che questa sinergizzava con ATRA, per promuovere la differenziazione cellulare [105]. La fosforilazione indotta da ATRA di p38 MAPKs attiva STAT1 e STAT1 svolge un ruolo chiave nella differenziazione terminale delle cellule mieloidi attraverso la regolazione delle proteine ​​​​del ciclo cellulare e specifici fattori di trascrizione mieloide. La differenziazione potenziata da DMY, se combinata con ATRA, dipendeva dalla maggiore attivazione della via di segnalazione p38MAPK/STAT1. È interessante notare che la sola DMY non è stata in grado di attivare la differenziazione e ha ridotto la fosforilazione di p38 MAPK con una conseguente riduzione dell'attività di STAT1[105]. Questo comportamento inaspettatamente diverso, nell'attivazione della via, suggerisce che non è possibile prevedere l'effetto biologico derivato dalla combinazione di un flavonoide generico con un farmaco convenzionale semplicemente sulla base della conoscenza del loro meccanismo d'azione studiato nei singoli trattamenti, in quanto potrebbe non essere la stessa cosa. Pertanto, tutti i flavonoidi potrebbero essere possibili potenziatori della differenziazione in combinazione con i farmaci convenzionali.

2.7. Flavonoidi per migliorare la sensibilità alla chemioterapia

Trattamenti combinati con più molecole possono migliorare l'efficacia clinica complessiva degli attuali farmaci antitumorali [68,106]. A causa della resistenza multifarmaco e della recidiva del tumore, lo sviluppo di nuove strategie per migliorare la sensibilità alla chemioterapia e ridurre al minimo gli effetti collaterali negativi è ancora urgente. A questo proposito, i flavonoidi sono stati considerati candidati promettenti in virtù della loro attività antitumorale (Figura 5). Yuan et al.[107] ha fornito prove dell'efficacia antiproliferativa della combinazione di arsenite e delfinidina (quest'ultima è uno dei composti antocianici) sulle cellule umane NB4 e HL-60 APL. La delfinidina ha sensibilizzato le cellule leucemiche resistenti all'arsenite all'apoptosi modulando la quantità di glutatione e riducendo l'attività di NF-kB. Hanno anche dimostrato che il trattamento combinato era selettivo in quanto aumentava la citotossicità dell'arsenite contro le cellule tumorali ma non sulle cellule mononucleate del sangue periferico umano [107].

Inoltre, il trattamento combinato con flavonoidi ha esercitato effetti benefici in vari tipi cellulari stabilizzati da tumori solidi. È stato dimostrato che la quercetina sensibilizza le cellule U87 e U251 del glioblastoma umano alla temozolomide, un agente chemioterapico alchilante orale, in vitro attraverso l'inibizione della proteina da shock termico 27 ​​[108]. I flavonoidi sono in grado di entrare nel cervello [109]. Il potenziale antitumorale di una combinazione di isoflavone biochanin A

e temozolomide contro le cellule di glioblastoma U87 e T98G è stato associato a una maggiore espressione di p-p53, all'inibizione della vitalità cellulare e all'espressione delle proteine ​​​​di sopravvivenza cellulare EGFR, p-Akt, p-ERK, MMP1 di tipo membrana e c-myc[ 110]. Il trattamento combinato nelle cellule tumorali ha indotto l'arresto del ciclo cellulare nella fase G1 e un cambiamento sostanziale nel metabolismo energetico da anaerobico ad aerobico [95]. Nelle cellule tumorali del colon, il casting ha potenziato l'apoptosi indotta dal ligando che induce l'apoptosi (TRAIL) correlato al TNF attraverso la sovraregolazione del recettore di morte 5 e la sottoregolazione delle proteine ​​​​di sopravvivenza, come survivin, Bdl-xL, Bcl-2, FLICE cellulare -come la proteina inibitoria (cFLIP) e l'inibitore legato all'X della proteina dell'apoptosi (XIAP)[95]. Nelle cellule LoVo dell'adenocarcinoma colorettale umano, Palko-Labuzet al. ha recentemente dimostrato che il flavonoide baicaleina potenzia l'effetto anti-proliferativo e pro-apoptotico delle statine, rendendo il trattamento con doxorubicina efficace in una linea cellulare altrimenti resistente [111]. Inoltre, la catechina EGCG del tè verde sopprime la crescita tumorale e aumenta l'efficacia terapeutica dei farmaci in vari tipi di cancro, come quella del 5-fluorouracile (5-FU) sulle cellule tumorali del colon inibendo la proteina regolata dal glucosio 78 (GRP78)/NF-kB/miR-155-5p/MDR1 percorso [112].

È stato suggerito che il polifenolo EGCG nel tè abbia il potenziale per essere un adiuvante terapeutico contro il cancro al seno metastatico umano [113]. Uno studio clinico ha mostrato che le pazienti con carcinoma mammario sottoposte a radioterapia e somministrazione orale di EGCG mostravano una ridotta attivazione di MMP-9/MMP-2 accompagnata da bassi livelli sierici di VEGF e fattore di crescita degli epatociti (HGF)[113]. In una linea cellulare di carcinoma mammario umano MDA-MB-231, la luteolina aumenta l'azione della doxorubicina e del paclitaxel sopprimendo la segnalazione mediata da Nrf2- e bloccando STAT3 [95,114]. Un'attività simile è stata osservata per la glabridina flavonoide nelle linee cellulari di cancro al seno, resistenti a MDA-MB-231/MDR1 (con sovraespressione di P-GP) e nelle cellule MCF-7/ADR (con sovraespressione di P -GP e MRP2). L'effetto sensibilizzante della glabridina può essere dovuto alla sua capacità di aumentare l'accumulo di doxorubicina nelle cellule MDA-MB-231/MDR1 sopprimendo l'espressione di P-GP e inibendo in modo competitivo la pompa di efflusso di P-GP, migliorando così l'attività apoptotica della doxorubicina [115]. Kudur et al. hanno dimostrato che la quercetina e la curcumina somministrate insieme hanno un effetto antitumorale sinergico sulle cellule del carcinoma mammario triplo negativo (TNBC), inclusa la linea MDA-MB-231, migliorando l'espressione della proteina di suscettibilità al cancro al seno di tipo 1 [116].

Recentemente, Moon e colleghi hanno riferito che il trattamento con nobiletina ha aumentato l'accumulo di adriamicina intracellulare (ADR) nella linea cellulare umana NSCLC A549/ADR promuovendo l'efficacia del trattamento attraverso un meccanismo accompagnato da una downregulation dell'espressione di Akt, MYC derivato dal neuroblastoma (MYCN ), GSK-3 , MRP1 e -catenina [117]. Inoltre, nelle cellule NSCLC resistenti ai mutanti dell'EGFR, l'apigenina accoppiata con l'inibitore della tirosin-chinasi dell'EGFR gefitinib ha inibito importanti fattori oncogenici come c-Myc, fattore 1 alfa inducibile dall'ipossia (HIF-1a) ed EGFR, e anche ridotto l'uso del glucosio sopprimendo l'espressione del suo trasportatore, suggerendo il possibile uso della combinazione delle due molecole nella pratica clinica [118]. L'attivazione della via dell'apoptosi intrinseca mediante l'arresto di fase G1 e l'espressione della fosfatasi ha aumentato la citotossicità del paclitaxel nelle cellule tumorali della prostata trattate con un flavonoide polifenolico di origine agrumata, la naringenina. Anche uno dei principali regolatori negativi della via di segnalazione PI3K/Akt, l'omologo della tensina cancellato sul cromosoma 10 (PTEN), è coinvolto in questo meccanismo, insieme alla down-regulation di NF-kB, Snail, Twist e c-Myc Espressione di mRNA e soppressione della migrazione cellulare [119]. Questi risultati sull'uso combinato delle due molecole in vitro evidenziano il loro potenziale terapeutico nel cancro alla prostata, sebbene sia ovviamente necessaria anche una valutazione dettagliata del meccanismo alla base dell'azione combinata in vivo.

3. Conclusioni

I flavonoidi hanno mostrato proprietà particolarmente efficaci nel contrastare la crescita tumorale e nel rendere le cellule tumorali resistenti alle terapie convenzionali. Con la presente raccolta di informazioni dalla letteratura attuale, si è cercato di evidenziare il potenziale dei flavonoidi nella terapia del cancro, sia usati da soli che in combinazione con agenti chemioterapici. Sebbene sia stata evidenziata la potenziale efficacia dei flavonoidi nel contrastare la crescita tumorale, la ricerca di meccanismi d'azione richiederà ancora molto tempo.

Contributi dell'autore: CF e SB hanno avuto l'idea di scrivere questa recensione. CF, MRIB, GF, GP, CT, CM e SB hanno contribuito alla ricerca e alla scrittura della letteratura. CF, SB, CM e CT hanno rivisto il documento. C ha curato il documento. Tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.

Finanziamento: Questa ricerca non ha ricevuto finanziamenti esterni.

Ringraziamenti: MR e GPare destinatari del dottorato di ricerca. Programma in Biologia ed Ecologia Evoluzionistica, Dipartimento di Biologia, Università di Roma Tor Vergata, Via Della Ricerca Scientifica, 00133 Roma, Italia).CT è stato sostenuto dalla Fondazione Umberto Veronesi, che ne è grata.

Conflitto di interessi: Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse.

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