РІВЕНЬ ВІДНОВЛЕНОГО ГЛУТАТІОНУ ПРИ КОЛОРЕКТАЛЬНОМУ РАКУ ЗА ВПЛИВУ 5-ФТОРУРАЦИЛУ І МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДНЮ

О. О. Покотило; М. М. Корда

doi:10.11603/mcch.2410-681X.2024.i3.14913

Автор(и)

О. О. Покотило ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І. Я. ГОРБАЧЕВСЬКОГО МІНІСТЕРСТВА ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ
М. М. Корда ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І. Я. ГОРБАЧЕВСЬКОГО МІНІСТЕРСТВА ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ

DOI:

https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2024.i3.14913

Ключові слова:

колоректальний рак, молекулярний водень, воднева вода, відновлений глутатіон

Анотація

Вступ. Відновлений глутатіон відіграє дуже важливу роль у підтримці клітинного гомеостазу й окиснювально-відновного балансу, будучи важливим елементом внутрішньоклітинного захисту від активних форм кисню. Зменшення його вмісту нижче критичного порога вважають маркером окиснювального стресу, який лежить в основі патофізіології різноманітних дегенеративних захворювань, включаючи канцерогенез. При цьому є неоднозначні результати щодо взаємодії ксенобіотиків хіміотерапії з відновленим глутатіоном. Наявність окиснювального стресу при колоректальному раку потребує ефективної антиоксидантної терапії, а доведено, що молекулярний водень ефективно проявляє антиоксидантну дію.

Мета дослідження – оцінити вплив води, насиченої молекулярним воднем, і 5-фторурацилу на вміст відновленого глутатіону в сироватці крові білих щурів з колоректальним раком.

Методи дослідження. Досліди проведено на 70 білих щурах-самцях лінії Вістар. Тваринам моделювали колоректальний рак (КРР) шляхом підшкірного введення 1,2-диметилгідразину в дозі 7,2 мг/кг маси тіла 1 раз на тиждень упродовж 30 тижнів. 5-Фторурацил вводили внутрішньочеревно 4 дні по 12 мг/кг і ще 4 дні через день по 6 мг/кг. Тварини споживали воду, насичену молекулярним воднем у концентрації 0,6 ppm, ad libitum. Евтаназію щурів проводили під тіопенталовим наркозом. Для дослідження використовували сироватку крові, в якій колориметричним методом визначали вміст відновленого глутатіону. Статистичну обробку даних виконували за допомогою пакета програмного забезпечення SPSS22.

Результати й обговорення. Вміст відновленого глутатіону в сироватці крові щурів, які споживали водопровідну воду 30 тижнів упродовж моделювання КРР і насичену молекулярним воднем лише протягом 30 днів після моделювання КРР, був на 10 % більшим, ніж у тварин з КРР, які не споживали водневої води. У сироватці крові щурів з КРР, яким вводили 5-фторурацил, вміст відновленого глутатіону в кінці експерименту становив 0,85 ммоль/г протеїну, що на 32 % менше, ніж у тварин 1-ї (контрольної) групи, і на 22 %, ніж у щурів, які споживали водневу воду 30 днів після моделювання КРР. У сироватці крові щурів з КРР, яким вводили 5-фторурацил та які споживали воду, збагачену молекулярним воднем, 30 днів після моделювання КРР, він становив 1,02 ммоль/г протеїну, що на 10 % більше (р≤0,05), ніж у тварин з КРР, і на 17 %, ніж у щурів, яким вводили 5-фторурацил та які не споживали води, насиченої молекулярним воднем.

Висновки. Моделювання у щурів колоректального раку та застосування 5-фторурацилу призводять до зменшення вмісту відновленого глутатіону в сироватці їх крові, а споживання при цьому води, насиченої молекулярним воднем, сприяє достовірному збільшенню в них рівня цього антиоксиданта.

Посилання

Xi, Y., & Xu, P. (2021). Global colorectal cancer burden in 2020 and projections to 2040. Translational oncology, 14(10), 101174.

Sung, H., Ferlay, J., Siegel, R.L., Laversanne, M., Soerjomataram, I., Jemal, A., & Bray, F. (2021). Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: a cancer journal for clinicians, 71(3), 209-249.

Yuan, Y., Xiao, W.W., Xie, W.H., Cai, P.Q., Wang, Q.X., Chang, H., ... & Gao, Y.H. (2021). Neoadjuvant chemoradiotherapy for patients with unresectable radically locally advanced colon cancer: a potential improvement to overall survival and decrease to multivisceral resection. BMC cancer, 21, 1-13.

Bujanda, L., Sarasqueta, C., Hijona, E., Hijona, L., Cosme, A., Gil, I., ... & Gastrointestinal Oncology Group of the Spanish Gastroenterological Association. (2010). Colorectal cancer prognosis twenty years later. World Journal of Gastroenterology: WJG, 16(7), 862.

Marini, H.R., Facchini, B.A., di Francia, R., Freni, J., Puzzolo, D., Montella, L., ... & Minutoli, L. (2023). Glutathione: Lights and shadows in cancer patients. Biomedicines, 11(8), 2226.

Valko, M., Leibfritz, D., Moncol, J., Cronin, M.T., Mazur, M., & Telser, J. (2007). Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. The international journal of biochemistry & cell biology, 39(1), 44-84.

Zaric, B.L., Macvanin, M.T., & Isenovic, E.R. (2023). Free radicals: relationship to human diseases and potential therapeutic applications. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 154, 106346.

Checconi, P., Limongi, D., Baldelli, S., Ciriolo, M.R., Nencioni, L., & Palamara, A. T. (2019). Role of glutathionylation in infection and inflammation. Nutrients, 11(8), 1952.].

Hussain, S.P., Hofseth, L.J., & Harris, C.C. (2003). Radical causes of cancer. Nature Reviews Cancer, 3(4), 276-285.

Cabello, C.M., Bair 3rd, W.B., & Wondrak, G.T. (2007). Experimental therapeutics: targeting the redox Achilles heel of cancer. Current opinion in investigational drugs (London, England: 2000), 8(12), 1022-1037.

Lecane, P.S., Karaman, M.W., Sirisawad, M., Naumovski, L., Miller, R.A., Hacia, J.G., & Magda, D. (2005). Motexafin gadolinium and zinc induce oxidative stress responses and apoptosis in B-cell lymphoma lines. Cancer research, 65(24), 11676-11688.

Wang, J., & Yi, J. (2008). Cancer cell killing via ROS: to increase or decrease, that is the question. Cancer biology & therapy, 7(12), 1875-1884.

Estrela, J.M., Ortega, A., & Obrador, E. (2006). Glutathione in cancer biology and therapy. Critical reviews in clinical laboratory sciences, 43(2), 143-181.

Halliwell, B., & Gutteridge, J.M. (2015). Free radicals in biology and medicine. Oxford university press, USA.

Dalle-Donne, I., Rossi, R., Colombo, R., Giustarini, D., & Milzani, A. (2006). Biomarkers of oxidative damage in human disease. Clinical chemistry, 52(4), 601-623.

Ballatori, N., Krance, S.M., Notenboom, S., Shi, S., Tieu, K., & Hammond, C. L. (2009). Glutathione dysregulation and the etiology and progression of human diseases. Biol. Chem., 390, 191-214.

Singh, S., Khan, A. R., & Gupta, A.K. (2012). Role of glutathione in cancer pathophysiology and therapeutic interventions. J Exp Ther Oncol, 9(4), 303-316.

Afzal, S., Jensen, S.A., Vainer, B., Vogel, U., Matsen, J.P., Sørensen, J.B., ... & Poulsen, H.E. (2009). MTHFR polymorphisms and 5-FU-based adjuvant chemotherapy in colorectal cancer. Annals of oncology, 20(10), 1660-1666.

Longley, D.B., Harkin, D.P., & Johnston, P.G. (2003). 5-fluorouracil: mechanisms of action and clinical strategies. Nature reviews cancer, 3(5), 330-338.

Ohta, S. (2012). Molecular hydrogen is a novel antioxidant to efficiently reduce oxidative stress with potential for the improvement of mitochondrial diseases. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 1820(5), 586-594.

Pokotylo, O.O., Pokotylo, O.S., & Korda, M.M. (2023). Effects of biological action of molecular hydrogen. Medical and Clinical Chemistry, (2), 102-121. [in Ukrainian]

Hirano, S.I., Aoki, Y., Li, X.K., Ichimaru, N., Takahara, S., & Takefuji, Y. (2021). Protective effects of hydrogen gas inhalation on radiation-induced bone marrow damage in cancer patients: a retrospective observational study. Medical Gas Research, 11(3), 104-109.

Runtuwene, J., Amitani, H., Amitani, M., Asakawa, A., Cheng, K.C., & Inui, A. (2015). Hydrogen-water enhances 5-fluorouracil-induced inhibition of colon cancer. PeerJ, 3, e859.

Perše, M., & Cerar, A. (2011). Morphological and molecular alterations in 1, 2 dimethylhydrazine and azoxymethane induced colon carcinogenesis in rats. BioMed Research International, 2011(1), 473964.

Kensara, O.A., El-Shemi, A.G., Mohamed, A.M., Refaat, B., Idris, S., & Ahmad, J. (2016). Thymoquinone subdues tumor growth and potentiates the chemopreventive effect of 5-fluorouracil on the early stages of colorectal carcinogenesis in rats. Drug design, development and therapy, 2239-2253.

de l’Europe, C. (1986). European Convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes/Convention européenne sur la protection des animaux vertébrés utilisés à des fins expérimentales ou à d'autres fins scientifiques: [Strasbourg, 18. III. 1986]. Conseil de l'Europe Section des publications.

Vlizlo, V.V., Fedoruk, R.S. Ratych, I.B. (2012). Laboratory research methods in biology, animal husbandry and veterinary medicine. Handbook. Lviv: Spolom. [in Ukrainian].

Okeh, U.M. (2009). Statistical problems in medical research. East African Journal of Public Health, 6(1), 1-7.

De-Souza, A.S.C., & Costa-Casagrande, T.A. (2018). Animal models for colorectal cancer. ABCD. Arquivos Brasileiros de Cirurgia Digestiva (São Paulo), 31(02), e1369.

Pokotylo, O.O., Pokotylo, O.S., & Korda, M.M. (2024). The effect of molecular hydrogen on oxidative modification of proteins in colorectal cancer in the experiment. Medical and Clinical Chemistry, (1), 11-17 [in Ukrainian].

Lv, H., Zhen, C., Liu, J., Yang, P., Hu, L., & Shang, P. (2019). Unraveling the potential role of glutathione in multiple forms of cell death in cancer therapy. Oxidative medicine and cellular longevity, 2019(1), 3150145.

Johnsen, H.M., Hiorth, M., & Klaveness, J. (2023). Molecular Hydrogen Therapy – A Review on Clinical Studies and Outcomes. Molecules, 28(23), 7785.

Sun, Q., Han, W., & Nakao, A. (2015). Biological safety of hydrogen. in Hydrogen Molecular Biology and Medicine. Springer: Dordrecht, The Netherlands. 35-48.

Basak, D., Uddin, M. N., & Hancock, J. (2020). The role of oxidative stress and its counteractive utility in colorectal cancer (CRC). Cancers, 12(11), 3336.

Boakye, D., Jansen, L., Schoettker, B., Jansen, E.H., Schneider, M., Halama, N., ... & Brenner, H. (2020). Blood markers of oxidative stress are strongly associated with poorer prognosis in colorectal cancer patients. International journal of cancer, 147(9), 2373-2386.

Slezák, J., Kura, B., Frimmel, K., Zálešák, M., Ravingerová, T., Viczenczová, C., ... & Tribulová, N. (2016). Preventive and therapeutic application of molecular hydrogen in situations with excessive production of free radicals. Physiol. Res, 65 (Suppl 1), S11-S28.

Koçer, M., & Nazıroğlu, M. (2013). Effects of 5-fluorouracil on oxidative stress and calcium levels in the blood of patients with newly diagnosed colorectal cancer. Biological trace element research, 155, 327-332.

Niu, B., Liao, K., Zhou, Y., Wen, T., Quan, G., Pan, X., & Wu, C. (2021). Application of glutathione depletion in cancer therapy: Enhanced ROS-based therapy, ferroptosis, and chemotherapy. Biomaterials, 277, 121110.

Zou, M., Hu, X., Xu, B., Tong, T., Jing, Y., Xi, L., ... & Liao, F. (2019). Glutathione S transferase isozyme alpha 1 is predominantly involved in the cisplatin resistance of common types of solid cancer. Oncology reports, 41(2), 989-998.

Cooper, A.J.L., & Hanigan, M.H. (2018). Metabolism of glutathione S-conjugates: multiple pathways. Comprehensive toxicology, 363.

Van Bladeren, P.J. (2000). Glutathione conjugation as a bioactivation reaction. Chemico-biological interactions, 129(1-2), 61-76.