Vitamina D, metabolismo intermediário e progressão tumoral do câncer de próstata.

por INSTITUTO HI-NUTRITION / 24 Janeiro 2018 / Notícias do Mercado

Resumo

Dados epidemiológicos demonstraram uma associação inversa entre os níveis séricos de vitamina D3, a incidência de câncer e a mortalidade relacionada. No entanto, os efeitos da vitamina D na biologia do câncer de próstata e sua utilidade para a prevenção da progressão deste tipo de câncer não são tão bem definidos. Os dados disponíveis geralmente são conflitantes: alguns relatórios sugerem que a vitamina D3 induz a apoptose em linhas celulares do câncer de próstata dependentes de andrógeno, enquanto outros sugerem que a vitamina D3 induz apenas a prisão do ciclo celular. Estudos moleculares recentes identificaram uma extensa interferência (crosstalk) sinérgica entre a vitamina D e o RNAm mediados por andrógenos e pela expressão de miRNA, adicionando uma camada de regulação pós-transcrição para a ativação conhecida de genes regulados pelo receptor de vitamina D (VDR) e receptor de andrógeno (AR). O efeito Warburg, a via metabólica ineficiente que converte glicose em lactato para a geração de energia rápida, é um fenômeno comum a muitos tipos diferentes de câncer. Este processo auxilia na proliferação celular e promove a progressão do câncer através da alteração do metabolismo da glicose, glutamina e dos lipídeos. O câncer de próstata é uma exceção notável a este processo geral, uma vez que o interruptor metabólico que ocorre no início da malignidade é o inverso do efeito Warburg. Este "efeito anti-Warburg" é devido à biologia única das células normais da próstata que abrigam um ciclo de TCA truncado que é necessário para produzir e secretar citrato. Em células cancerosas prostáticas, a atividade do ciclo TCA é restaurada e a oxidação do citrato é usada para produzir energia para a proliferação dessas células. A 1,25 (OH)2D3 e andrógeno em conjunto modulam o Ciclo de TCA via regulação transcricional de transportadores de zinco, sugerindo que a 1,25 (OH)2D3 e os andrógenos mantêm o metabolismo da próstata normal bloqueando a oxidação do citrato. Estes dados demonstram a importância dos andrógenos no efeito antiproliferativo da vitamina D no câncer de próstata e destacam a importância de compreender a interferência entre estas duas vias de sinalização.

 

Biologia do Câncer de Próstata 

O câncer de próstata (CP) é a neoplasia maligna não cutânea mais comumente diagnosticada em homens na América do Norte. Esta doença geralmente é considerada um câncer dependente de androgênio, uma vez que a próstata normal é claramente dependente deste tipo de hormônio devido a sua estrutura e função. Paradoxalmente, a incidência dependente da idade e a mortalidade associada do CP entre 50 e 60 anos de idade aumentam após os níveis séricos de testosterona começarem a diminuir significativamente, particularmente após a idade de 65 anos. Os adenocarcinomas da próstata são tumores de crescimento lento caracterizados por baixo índice mitótico e uma longa história natural. A progressão da próstata normal para a neoplasia intra-epitelial prostática (PIN) e, eventualmente, para o adenocarcinoma localizado ocorre ao longo de várias décadas. Estudos de autópsia mostraram que o adenocarcinoma prostático e o PIN pré-maligno são evidentes nos meados dos 30 anos. O desenvolvimento do CP avançado localmente invasivo e doença metastática é um processo relativamente tardio para o qual existem tratamentos limitados, e a terapia de ablação hormonal utilizada neste estágio tardio aplica um estresse seletivo que, provavelmente, é responsável pelo desenvolvimento do CP resistente à castração (CRPC).

 

Vitamina D e a Próstata

Muitos estudos epidemiológicos sugerem que níveis séricos de vitamina D elevados, geralmente medidos como 25 (OH)-vitamina D3 no soro (25 (OH) D3) podem ser importantes na prevenção de vários tipos de câncer, incluindo câncer de mama, ovário e de cólon. O risco do desenvolvimento e morte desses cânceres parece estar inversamente correlacionado com a exposição ao sol e/ou o status de vitamina D, sugerindo que essa vitamina possui propriedades quimiopreventivas. Alguns estudos também sugeriram que a vitamina D desempenha um papel na prevenção do CP, mas esses dados são menos conclusivos do que em outros tipos de câncer e várias meta-análises recentes encontraram associações fracas ou ausentes entre os níveis de 25 (OH) D3 e a incidência de tumor da próstata ou sua progressão. Entretanto, um estudo recente com homens diagnosticados com CP mostrou que 72% dos homens com a doença recorrente e 68% com a doença clinicamente localizada eram insuficientes ou deficientes nos níveis séricos de 25 (OH) D3, inferiores a 20 ng/mL (níveis desejáveis > 40 ng/mL). Esses dados sugerem que a maioria dos homens com CP tem níveis baixos de andrógeno circulante e níveis baixos de 25 (OH) D3 no momento do diagnóstico. Com base em muitos estudos in vitro, estudos pré-clínicos e clínicos, sugeriu-se que a vitamina D pode ser utilizada como agente quimiopreventivo ou como agente terapêutico para o CP. Apesar da extensa pesquisa, a importância da vitamina D como agente quimiopreventivo para o CP ainda é uma questão controversa considerável, e os resultados da intervenção terapêutica usando a 1,25-dihidroxivitamina D3 (1,25 (OH) 2D3), metabolito ativo da vitamina D3 ou seus análogos menos calcémicos, geralmente foram decepcionantes. Em pacientes com CP de baixo risco que se matricularam em vigilância ativa, a alta dose de suplemento de vitamina D3 diminuíram o escore de Gleason ou o número de núcleos positivos em mais de 50% dos pacientes, enquanto que a suplementação adjuvante de 1,25 (OH) 2D3 forneceu resultados mistos em CRPC ou doenças recorrentes.


Vários relatórios sugerem que a ação da vitamina D em células de CP é dependente de andrógenos. Em ratos Sprague-Dawley, a administração de 1,25 (OH) 2D3 diminuiu o tamanho da próstata em machos intactos, mas não em grupos castrados. Estudos longitudinais demonstraram uma correlação positiva entre os níveis de 25 (OH) D3 e a produção de andrógeno, que foi ainda validada in vitro. No entanto, a vitamina D também induz a expressão de CYP3A4 e CYP3A5, enzimas que metabolizam e inativam a testosterona e androstanodiol em células da próstata, sugerindo que a sinalização de vitamina D pode desempenhar um papel na limitação dos níveis de andrógeno na próstata. Estudos prévios in vitro mostraram que a 1,25 (OH) 2D3 também induz aumentos moderados nos níveis transcricionais do receptor de andrógeno (AR), antígeno prostático específico (PSA) e protease transmembranar-serina 2 (TMPRSS2), porém este achado não se traduz em configuração clínica onde a 1,25 (OH) 2D3 diminui a velocidade do PSA. Com base nestes achados, os níveis séricos de vitamina D parecem ter um impacto significativo na sinalização mediada por andrógenos e a interferência (Crosstalk) entre os andrógenos e vitamina D provavelmente desempenha um papel importante na biologia do CP. Embora haja muitos estudos que examinaram os efeitos dos andrógenos ou 1,25 (OH) 2D3 individualmente na expressão de genes em células do CP, há poucos estudos que exploraram o Crosstalk entre essas duas vias de sinalização e suas conseqüências biológicas.

 

Sobreposição Genômica da Sinalização do VDR e AR

O Crosstalk entre a expressão gênica mediada por VDR e AR demonstrou-se pela primeira vez em células LNCaP. A indução de FACL3 (ligase 3 CoA de ácido graxo de cadeia longa) é dependente de ambos os níveis de vitamina D e andrógenos, e o tratamento com bicalutamida inibe a expressão dessa enzima induzida por 2D3 (OH) 2D3. Este efeito coordenado sobre a expressão gênica foi recentemente validado por um estudo abrangente de microarray usando o mesmo modelo in vitro. A 1,25 (OH) 2D3 e andrógeno compartilham muitos alvos em comum e modulam coordenadamente esses níveis de transcrição na mesma direção. Mais importante ainda, a combinação desses dois hormônios regula genes adicionais, incluindo mRNAs e miRNAs que não foram previamente identificados. O significado desta camada adicional de controle transcricional é melhor ilustrado pela análise bioinformática que demonstra o efeito coordenado da 1,25 (OH) 2D3 e andrógeno em processos celulares, incluindo homeostase celular, proliferação, diferenciação e metabolismo, os quais têm impacto significativo na tumorigênese da próstata. A maioria desses processos são regulados de forma mais significativa por 1,25 (OH) 2D3 e andrógeno juntos do que cada um sozinho, demonstrando a interação entre essas duas vias de sinalização. Vários genes identificados a partir da expressão de análises por microarray são alvos VDR e AR validados, contém VDRE funcional (dentro de upstream de 10kb e downstream de 5 kb do gene estrutural) e sítios ARE, e alguns genes apresentam indução aditiva após a estimulação com testosterona e 1,25 (OH) 2D3. Tanto o andrógeno como a 1,25 (OH) 2D3 induzem os níveis de RNAm do PSA enquanto a adição de testosterona atenua a indução dependente de vitamina D inicial da Cyp24A1, principal enzima envolvida no catabolismo da 1,25 (OH) 2D3. Isto sugere que a meia-vida da 1,25 (OH) 2D3 é prolongada na presença de andrógenos exógenos.


Mais de 50% dos genes responsivos encontrados a partir de dados de microarray não possuem elementos de resposta funcional em seus promotores quando comparados com telas existentes em genoma para VDREs e bases de dados responsivas a andrógenos, levantando questões relacionadas à regulação desses genes, particularmente genes que são expressos somente se ambos os hormônios estão presentes.

O efeito anti-neoplásico da vitamina D tem sido associado à sua regulação dos níveis de miRNA. Isso inclui a repressão da expressão de miR-181ab e a indução dos níveis de miR-100, miR-125b e miR-22 pela 1,25 (OH) 2D3. A expressão desregulada de miR106b, que é necessária para a regulação feed-forward loop da expressão de p21 induzida por 2,25 (OH) 2D3 em células RWPE-1 não-malignas, também tem sido implicada na biologia do câncer de próstata. As análises de microarray que investigam a expressão diferencial de RNAmi em células LNCaP após tratamento com 1,25 (OH) 2D3 e testosterona, sozinhos ou em combinação, sugerem que o VDR desempenha um papel crítico na regulação de miRNA e destacam as interações importantes entre  a expressão de RNAmi mediada por VDR e AR. Estes incluem a indução aditiva de miR-22, miR29ab, miR-134, miR-371-5p, miR-663 e miR-1207-5p e a compensação (down-regulation) sinérgica do grupo (cluster) oncogênico miR-17/92 por testosterona e 1,25 (OH) 2D3. Ambos o miR-22 e os membros da família do miR-29 são candidatos supressores de tumor e sua indução é consistente com o efeito antiproliferativo da vitamina D no CP. Em comparação, a expressão elevada de miR-371-5p e miR-663 foi correlacionada com a progressão do câncer e a expressão de miR-663 se associa positivamente com o escore de Gleason, utilizado para definir os estágios do CP. Em contraste, o cluster miR-17/92 é conhecido por desempenhar um papel oncogênico e sua expressão tem sido associada ao CP mais avançado. Além disso, esse cluster é um alvo bem validado para o c-Myc (gene regulador), que em si é um alvo direto do VDR, e um relatório recente propôs um papel regulador para o cluster miR-17/92 nos níveis de PPARα, ligando o miR-17/92 ao metabolismo energético em células de CP. Esta análise simultânea da expressão de RNAm e RNAmi mediada por VDR e AR revela uma rede de transcrição extensa e complexa que interconecta c-Myc, PPARα e outra sinalização mediada por fator de transcrição, que só é ativada quando tanto o andrógeno como a vitamina D estão presentes. Uma análise abrangente recente de 24 receptores nucleares e 14 fatores de transcrição (TFs) na linha celular de câncer de mama MCF-7 demonstrou um achado semelhante e identificou sítios genômicos enriquecidos com receptores nucleares e sítios de ligação de TFs, o que gera extensas redes reguladoras que podem modular a expressão do gene alvo. Tais interações funcionais entre receptores nucleares e TFs, incluindo a interação antagonista entre RARs e AR e PPARδ, e a interação agonista entre VDR e AR fornecem informações valiosas que podem ser utilizadas para melhorar a prevenção e a terapia do câncer. As interações funcionais entre AR e VDR, bem como outros receptores nucleares e TFs também podem ser importantes para o manejo da doença, especialmente agora que a intervenção nutricional se tornou mais bem aceita como uma abordagem efetiva para prevenir a progressão do câncer. Esses dados experimentais sugerem que 1,25 (OH) 2D3 e andrógenos, bem como outros hormônios e fatores de crescimento desencadeiam pelo menos três mecanismos para modular a expressão gênica global. Estes incluem a transativação de genes mediada por AR e VDR; degradação de mRNA mediada por miRNA e repressão de tradução; e sinalização de transmissão avançada mediada pelo fator de transcrição. Esses mecanismos não parecem ser mutuamente exclusivos e atuam em conjunto para regular muitos processos celulares mediados por vitamina D e andrógenos que têm implicações significativas na carcinogênese da próstata.

 

Metabolismo Intermediário: O efeito Warburg 

Uma série de estudos sugeriram que a vitamina D tem um papel novo na regulação do metabolismo energético. A inativação (knockout) do VDR (VDRKO) e Cyp27b1 (Cyp27b1KO) de camundongos fez com que eles exibissem gastos de energia elevados com perda subseqüente de gordura corporal ao longo do tempo. Em adipócitos humanos, a 1,25 (OH) 2D3 inibe a expressão da proteína desacopladora 1 (termogenina) e altera a homeostase de Ca2+, sugerindo um papel regulador da vitamina D na termogênese e fornecendo uma justificativa para o fenótipo esguio observado nos camundongos que possuem VDRKO e Cyp27b1KO. Da mesma forma, tanto a 25 (OH) D3 como 1,25 (OH) 2D3 promovem a lipogênese em pré-adipócitos humanos, adipócitos e células progenitoras mesenquimais adiposas derivadas, que está associada ao aumento da expressão dos marcadores de diferenciação C/EBPα e PPARγ.


No entanto, esse efeito pode ser específico para o tipo e linhagem celular, uma vez que a 1,25 (OH) 2D3 inibe a acumulação lipídica em pré-adipócitos de ratos 3T3-L1 e evita a síndrome do fígado gorduroso induzida por uma dieta rica em raças em gordura em ratos machos Sprague-Dawley.

 

Em células de câncer de mama do tipo T47D, a 1,25 (OH) 2D3 induziu a síntese lipídica, o que tem sido associado com seu efeito na diferenciação celular e crescimento celular reduzido. Este efeito lipogênico da 1,25 (OH) 2D3 foi recapitulado em células LNCaP e é aumentado na presença de andrógeno, destacando o efeito coordenado da sinalização dos AR e VDR. O aumento da expressão de PPARα e da sua assinatura genética lipogênica associada, incluindo a elevação da expressão de ácido graxo sintase (FASN), explica a vitamina D e a produção de lipídeos induzidos por andrógenos. No entanto, isso ocorre sem alterações significativas nos níveis de proteína de ligação a elemento regulador de esterol nuclear 1 (SREBP-1). A ativação nuclear da SREBP-1 implicou na lipogênese de novo em cânceres mais agressivos, incluindo CP. Uma análise paralela abrangente recente de vários estudos genômicos que usaram linhas celulares de CP descobriu um papel regulador crítico do AR na rede metabólica de energia, com a síntese lipídica sendo predominantemente um processo regulado por AR.  Esses dados sugerem que a sinalização alterada de AR e seus efeitos nos alvos downstream da proteína kinase kinase 2 beta dependente de cálcio/calmodulina (CAMKK2), que regula a atividade de uma proteína kinase ativada por AMP (AMPK), promove uma interrupção metabólica, que fornece energia para o crescimento e progressão do CP. Esses dados sugerem um papel divergente da produção lipídica nos tumores da próstata: a regulação subjugada (up-regulation) dependente de SREBP-1 na produção de ácidos graxos para a síntese de membrana e de fosfolipídeos e moléculas de sinalização que são essenciais para a progressão do tumor; ou a elevação independente de SREBP-1 na acumulação lipídica neutra e inativa, que restringe o gasto energético e limita o crescimento tumoral.

 

Além da modulação do metabolismo lipídico pela vitamina D e andrógenos, a análise de qPCR sugeriu um papel regulador desses dois hormônios no ciclo TCA em células de CP. Na maioria das células normais, o ciclo TCA é utilizado para gerar energia para as funções celulares normais. Este processo é relativamente lento e a produção de ATP não atende à demanda das células cancerígenas altamente proliferativas. Como resultado, as células cancerosas geralmente desengatam a fosforilação oxidativa mitocondrial da glicólise para a produção rápida de ATP empregando o processo de fermentação, um processo referido como o efeito Warburg. As células de CP são uma exceção notável, em que a mudança metabólica que ocorre é mais apropriadamente considerada como um efeito "anti-Warburg". A glândula prostática normalmente secreta altos níveis de citrato no líquido seminal, uma função que é suportada por uma atividade truncada do ciclo TCA. A próstata tem os níveis mais elevados de zinco intracelular do que qualquer outro tecido do corpo. Este alto nível de zinco inativa a atividade da m-aconitase 2, enzima que converte citrato em isocitrato nas mitocôndrias. Nas células de CP, os transportadores de zinco são regulados negativamente (Down-regulated), o que leva a menores níveis de zinco intracelular. Isso restaura a função da m-aconitase 2 e a conversão de citrato em isocitrato para a produção de ATP via ciclo TCA. Isto é suportado por dados clínicos e in vitro, demonstrando uma dependência mínima das células de CP pela glicólise para proliferação, especialmente durante as fases iniciais da progressão tumoral. Isso exclui o uso de 2-deoxi-2-fluoro-D-glicose (FDG-PET) marcado com flúor18 para detecção e diagnóstico de CP. Em comparação, o andrógeno estimula o uso de glicose para facilitar a acumulação de citrato em células epiteliais normais da próstata e este efeito é mantido em células de CP responsivas a andrógeno, embora nessas células, o citrato elevado é canalizado para a produção de lipídios.

 

Em células LNCaP, a 1,25 (OH) 2D3 e andrógeno em conjunto, regulam negativamente o transportador mitocondrial de pirofosfato de tiamina (TPP) (SLC25A19) e regulam positivamente dois transportadores de zinco (SLC39A1 e SLC39A11). A baixa expressão de SLC39A1 em glândulas adenocarcinomatosas e focos de PIN foi documentada e ligada a níveis empobrecidos de zinco. Em comparação, o SLC39A11 é menos caracterizado, mas estudos mostraram que ele é abundantemente expresso em testículos murinos e sistema digestivo e está associado à importação de zinco. Isso sugere que a vitamina D e o andrógeno cooperam para repor os níveis de zinco, inibindo a atividade da m-aconitase em células de CP. Em comparação, a regulação negativa do transportador de TPP, SLC25A19, afeta os níveis de TPP da coenzima mitocondrial, levando à menor atividade da piruvato desidrogenase (PDH) e da alfa-cetoglutarato desidrogenase (OGDH). Em comparação, estudos in vivo mostraram que a administração de testosterona regula positivamente a expressão e as atividades da PDH e aspartato aminotransferase mitocondrial para aumentar os pools de substrato para a síntese de citrato, acetil-CoA e oxaloacetato. Isso sugere que a vitamina D e a suplementação de andrógenos facilitam a reversão do mecanismo metabólico que ocorre durante a carcinogênese da próstata, prevenindo a oxidação do citrato, restaurando parcialmente a função prostática normal e desviando o citrato no citoplasma para secreção e síntese lipídica. Isto é apoiado pela observação de que as células LNCaP mantêm a sensibilidade à produção e à acumulação de citrato induzidas por andrógenos. Isso sugere que a vitamina D facilita e mantém esse fenótipo diferenciado, tornando as células de CP menos agressivas. Isso também sugere que manter ou restaurar os níveis adequados de andrógeno, acompanhado de suplementação de vitamina D, atrasará significativamente a progressão do CP em homens mais velhos.

 

Destacando ainda mais o impacto da vitamina D e dos andrógenos na reposição do metabolismo das células cancerosas, a 1,25 (OH) 2D3 e androgênio também reduzem os níveis de c-Myc, cujas muitas funções incluem reprogramação metabólica para impulsionar a progressão do tumor, incluindo a indução de glicólise e glutaminólise. Embora haja boas evidências sugerindo uma correlação positiva entre os níveis séricos de glutamato e um CP mais agressivo, a dependência do CP na glutaminólise para geração e progressão de energia ainda não é bem estudada. No entanto, é razoável sugerir que, em resposta à vitamina D e à estimulação de andrógenos, as células de CP revertem ou bloqueiam a mudança metabólica que ocorre no início da doença e bloqueia ainda mais a reprogramação metabólica mediada por c-Myc, que pode ocorrer independentemente da mudança metabólica inicial.

Conclusão

Estudos recentes mostraram uma relação complexa entre a sinalização mediada por vitamina D3 e andrógenos na próstata normal e no câncer de próstata por meio de seu efeito coordenado na transcrição do mRNA e do miRNA, proliferação celular e metabolismo do câncer. Esses dados sugerem que o efeito da vitamina D3 na expressão global de genes é dependente da atividade do andrógeno e o efeito combinado deles na transcrição do miRNA e outros TFs. Fenotipicamente, esses dois hormônios mantêm o metabolismo prostático normal, evitando a diferenciação das células do câncer de próstata em um fenótipo mais agressivo.


Esses dados recém-emergentes forneceram uma explicação para as discrepâncias observadas nos estudos epidemiológicos e experimentais de vitamina D3 no câncer de próstata, uma vez que não levaram em consideração as interações sinérgicas entre as duas vias. Esses dados também sugerem que a manutenção dos níveis adequados de vitamina D3 e andrógenos retardará ou suspenderá a progressão do câncer de próstata, especialmente para pacientes diagnosticados com a doença no estágio inicial e confinada localmente. Estudos clínicos caso-controle são necessários para avaliar completamente o risco e o benefício da combinação desses dois hormônios em pacientes com câncer de próstata.

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