УДК 613.2:663.952.76:551.521.17:612.017.1:616-006.04-084

ПОЛИФЕНОЛЫ ЗЕЛЕНОГО ЧАЯ: ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ РАЗВИТИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТ-ИНДУЦИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ИММУНОСУПРЕССИИ И КАНЦЕРОГЕНЕЗА

Н.В. Великая, кандидат мед. наук, В.Н. Залесский, кандидат мед. наук

Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, Киев
Институт кардиологии им. Н.Д. Стражеско АМН Украины, Киев.

SUMMARY. Abstract: Green tea is a worldwide popular beverage, which has characteristic aroma, famous taste features and healing abilities. The epicatechin derivates, which are commonly called "polyfenols", are active ingredients of green tea and have manifest antioxidant, anti-inflammatory and anti-carcinogenic properties. The role of green tea polyfenols in the prevention of ultraviolet (UV-B)-induced cyclobutone pyrimidine dimers (DNA photoproducts) in cell formina, and control of UV-D-induced photo-immune reactions in human and animal organisms analyzed. Abilities of green tea polyfenols as ointments and extracts in citoprotection of skin against UV-damaging are discussed.

Зеленый чай — популярный напиток, имеющий характерный аромат, известные вкусовые качества и целебные свойства. Мировая продукция чая составляет 80% черного и 20% зеленого [1]. Основные способы производства многих видов чая отличаются различной степенью формирования их ароматических свойств в процессе ферментации, который также контролируется по уровню содержания антиоксидантов — эпикатехиновых производных. Производные эпикатехина, получившие название "полифенолы", были обнаружены в зеленом чае, производство которого включает процедуры выпаривания/охлаждения, очистку сырья и полимеризацию полифенольных компонентов [2].

В ряде публикаций описаны противовоспалительные и антиоксидантные свойства полифенолов как in vitro, так и in vivo [3,4]. В проведенных эпидемиологических исследованиях показано, что потребление чая способствует предупреждению развития опухолевого процесса [4, 5].

Продемонстрировано супрессирующее влияние полифенолов зеленого чая (ПЗЧ) на образование и рост злокачественных новообразований, включая рак кожи [2, 3, 6, 7], легких [8—10], печени [11], пищевода [12] и желудка [9, 13].

В состав зеленого чая входят четыре группы эпикатехиновых производных: эпикатехин, эпигаллокатехин, эпигаллокатехин галлат, эпигаллокатехин-3-галлат (ЭГКГ), структура которых представлена на рис. 1.

Наиболее изучены эпикатехиновые производные в связи с исследованием их выраженной активности, предупреждающей инициацию опухолевого роста [2—5]. Показано, что ЭГКГ тормозит синтез ряда онко-зависимых белков, в том числе, TNF-alfa [17], урокиназы [18], NO синтетазы [14, 15], теломеразы [16]. Основные свойства полифенолов зеленого чая обусловлены их высокой антиоксидантной активностью [1]. Известна ведущая роль оксидантов в индукции многих синдромов и заболеваний различных органов и систем организма (цит. по [51]).

Учитывая, что большинство экспериментальных исследований выполнено в плане изучения цитопротекции кожи полифенолами зеленого чая, в данном сообщении основное внимание обращено на вопросы предупреждения полифенолами зеленого чая эффектов фотоповреждения ультрафиолетовым излучением, а также фоторепарации ДНК в клетке и нарушения фитоиммунологических реакций в организме животных и человека.

Влияние ультрафиолетового спектра солнечного излучения

Солнечная радиация ультрафиолетового участка (УФ-В-290-320 нт) спектра инициирует ежегодно более 1 миллиона новых случаев возникновения новообразований кожи (немеланомного генеза) в США, обусловленных УФ-канцерогенезом [20—21]. Индуцируя канцерогенез, ультрафиолетовая радиация параллельно инициирует и промотирует развитие опухолевого роста [20, 22] в процессе коканцерогенеза [23, 24, 25]. Показано, что индуцированная ультрафиолетом иммуносупрессия является фактором риска развития опухолей кожи у человека [26, 27, 48, 50]. Обнаружена системная супрессия ультрафиолетовым излучением контактной чувствительности, формирующаяся в результате снижения функций антиген-содержащих клеток. Так, малые дозы ультрафиолетовой радиации существенно редуцировали количество клеток Лангерганса в эпидермисе кожи человека, однако использование аппликаций гаптенов на поврежденном участке восстанавливало запасы этих клеток в коже на фоне отсутствия контактной гиперчувствительности [28].

Ранее было установлено, что индуцированное ультрафиолетовой радиацией повреждение ядерной ДНК формируется в виде пиримидиновых димеров циклобутанового типа (ПДЦТ), играющих исключительно важную роль в индукции рака кожи и развитии иммуносупрессии [31]. Показано, что образование ПДЦТ происходит, когда молекулы ДНК подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения [47, 49]. В результате накопления ПДЦТ возникают мутации критических генов, в частности, р 53 [25]. Однако клетки кожи теплокровных животных и человека обладают эффективным механизмом защиты генома с помощью репарации ДНК фотопродуктов, возникающих в результате влияния малых и средних доз ультрафиолетового излучения [25, 29, 30, 49, 50]. В то же время процесс формирования фотоповреждений молекул ДНК после слишком высоких доз УФ-радиации становится неконтролируемым системами репарации клетки и может инициировать апоптоз, ограничивая во времени распространение повреждений ДНК [23, 25, 30]. Это с достаточной очевидностью подтверждает, что индуцированная ультрафиолетом альтерация ДНК, обусловленная образованием ПДЦТ, приводит к формированию цитотоксических и мутагенных эффектов [31, 32], а также участвует в процессах УФ-индуцированной иммуносупрессии [33, 34] и канцерогенеза [35]. С учетом тесных связей между УФ-индуцированной иммуносупрессией и канцерогенезом [36, 45, 46] представляет значительный интерес детальный анализ механизмов инициации иммуносупрессии, индуцированной ультрафиолетовым излучением, и последующего развития рака кожи.

Роль эпикатехинов зеленого чая в процессах торможения иммуносупрессии и канцерогенеза

Известно, что облучение кожи ультрафиолетовым спектром солнечной радиации способствует формированию ПДЦТ в ДНК клеток эпидермиса кожных покровов человека [37]. Причем индукция ультрафиолетом ПДЦТ более выражена в эпидермисе по сравнению с дермой [23], что зависит от уровней проникновения УФ-лучей в различные слои кожи. В отдельных случаях облучение ультрафиолетом с экспозицией значительно меньшей минимальной эритемной дозы (МЭД) оказалось достаточным для повреждения клеток-мишеней [37]. Применение мазевых аппликаций полифенолов зеленого чая перед облучением кожи человека ультрафиолетовыми лучами способствовало дозозависимому торможению процесса образования ПДЦТ [38]. Интересно отметить, что превентивное лечение полифенолами зеленого чая также способствовало ингибированию УФ-индуцированной эритемы и отека кожи. Это оказалось важным свидетельством того, что с повышением дозы ультрафиолетового облучения отмечено пропорциональное усиление эритемной и ПДЦТ-реакции кожи человека. Немедленное образование ПДЦТ, происходящее в результате поглощения фотонов ультрафиолета молекулой ДНК с последующим появлением эритемы, показывает, что УФ-индукция ПДЦТ вызывает развитие эритемы [38].

В фармакокинетических исследованиях отмечено, что через 3—4 суток после экспозиции происходит снижение выраженности УФ-индуцированных кожных реакций. Это могло быть обусловлено формированием повреждений ДНК согласно апоптическому сценарию гибели клетки и репарацией части её поврежденных молекул [3].

В проведенных гистологических исследованиях со специальной окраской ядер отмечена редукция повреждений ДНК после ультрафиолетового облучения, причем менее выраженная по сравнению с группой, леченной полифенолами зеленого чая. Так, Kripke М.L. et al [34] показали критическую роль ПДЦТ в УФ-индуцированной иммуносупрессии и канцерогенезе. Торможение полифенолами зеленого чая образования ПДЦТ, индуцированного ультрафиолетовыми лучами, помогло объяснить возможный механизм предупреждения иммуносупрессии и предупредить возникновение ультрафиолет-индуцированного рака кожи (рис. 2). Оказалось [39], что катехины в водных экстрактах зеленого чая (green tea, srilanka, ceylon), выполняя роль скавенджеров Н₂О₂, также тормозили повреждение молекул ДНК, индуцированное ультрафиолетовым облучением и окислительным стрессом. zhao j.f. et al [40] показали возможности и эффективность перорального приема экстракта зеленого чая до, на протяжении и после курсового лечения (псорален+УФ-свет) с целью уменьшения кожных реакций (гиперплазии, гиперкератоза, эритемы и отека). Местные аппликации экстракта зеленого чая в составе мази "epiderm" способствовали ускорению процесса ремоделирования кожи и торможению образования аддуктов ДНК при проведении сочетанной терапии (8-метоксипсорален+УФ-свет) [40]. Подобный эффект был также достигнут при использовании солнечного концентратора и 5 % экстракта ПЗЧ [41].

Лечебное воздействие с использованием полифенолов зеленого чая блокировало и/или тормозило процесс проникновения квантов УФ-света в глубокие слои кожи. Этот факт был отмечен, когда использовали иммунохимический метод окраски образцов кожи, леченной ПЗЧ и не обнаружили аддуктов ДНК в клетках дермы, что контрастировало с результатами лечения без применения экстракта ПЗЧ [37, 38].

Механизм контроля проникновения УФ-света в кожные покровы окончательно не выяснен, однако установлено наличие в них выраженных пиков, характерных для полифенолов зеленого чая в ультрафиолетовой области (280—290 мм) их интегрального спектра поглощения.

Известно, что зависимая от ультрафиолетового облучения дисфункция иммунологического надзора в организме человека является важной составляющей процесса УФ-В-индуцированного опухолеобразования [34]. Ранее было показано, что многократное аппликационное воздействие ПЗЧ на кожу у мышей (линия, СЗН/HeN) в области дорзальной поверхности туловища перед облучением ультрафиолетом существенно предупреждало развитие локальной (25—90%) и системной (23—95%) супрессии контактной сверхчувствительности [42]. Полученные результаты зависели от дозы ПЗЧ. Из четырех эпикатехиновых производных только два (ПЗЧ и ЭГКГ) оказались наиболее эффективными в предупреждении развития УФ-В-индуцированной супрессии контактной сверхчувствительности. Применение ЭГКГ при использовании единичных экспозиций ультрафиолетовыми лучами (УФ-В) в низких дозах (72 мг/см²) полностью предупреждало развитие ультрафиолет-индуцированной иммуносупрессии и частично ингибировало индукцию фототолерантности [7].

Механизмы развития УФ-индуцированной иммуносупрессии активно изучаются. Так, одни исследователи обращали внимание на роль интерлейкинов IL-12 в индукции и инициации системной супрессии контактной сверхчувствительности. При этом было отмечено, что результатом иммуносупрессии, индуцированной ультрафиолетовым излучением, явилась инфильтративная активность макрофагов и нейтрофилов (СД 11В+клеток), а также снижение IL-10 и/или повышение продукции цитокинов в коже [28]. Интерес других ученых определялся особенностями механизма влияния аппликаций ЭГКГ (перед УФ-В воздействием) блокировать инфильтрацию СД 11В+клеток, а также снижать (IL-10) и повышать (IL-12) количество цитокинов в коже или в близлежащих региональных лимфатических узлах, предупреждая развитие иммуносупрессии и индукцию фототолерантности. Оказалось, что предшествующие лечению светом аппликации ЭГКГ предупреждали развитие УФ-В-индуцированной иммуносупрессии, что ассоциировалось с редукцией в облученной коже [7]. Hammerberg С. et al [43, 44] показали, что блокада лейкоцитарной инфильтрации антителами анти-СД11b или воздействием растворимым комплементом рецептора I типа блокировали индуцированную ультафиолетовым облучением иммуносупрессию у мышей линии СЗH/He N. Эти данные подтверждают роль ультрафиолет-индуцированной информации СД 11b+клеток в супрессии процесов межклеточного взаимодействия, обусловленных контактной сверхчувствительностью.

Заключение

На основании анализа литературы, свидетельствующего о выраженных антииммуносупрессивном, цитопротекторном и антиканцерогенном эффектах полифенолов зеленого чая, предупреждающих развитие УФ-индуцированного повреждения ДНК и дисфункцию системы иммунологического надзора, намечены патогенетически обоснованные подходы лечебного применения данных флавоноидов растительного происхождения с целью защиты кожных покровов от канцерогенных эффектов ультрафиолетовой составляющей солнечного излучения.

Включение полифенольных добавок зеленого чая в средства лечения и ухода за кожей в период инсоляции может позволить предупреждать супрессию иммунной системы и проканцерогенное повреждение молекул ДНК в клетках кожи. Однако этому должны предшествовать научные исследования по изучению накопления и распределения полифенольных соединений в клетках эпидермиса и дермы, а также анализ их оптимальной фоточувствительности.

Литература
1. Hara Y. (Ed.) Green Tea. Health benefits and Application. —New York.: Marcel Dekker, —2001. —216 p.
2. Hara Y. Fermentation of tea// In: Y. Hara (Ed.) Green Tea, Health Benefits and Applications. —New York.: Marcel Dekker, 2001. —Р. 16—21.
3. Katiyar C.A., Elmets. Green tea polyphenolic antioxidants and skin photoprotection // Int. J. Oncol. —2001. —Vol. 18. —P. 1307—1313.
4. Katiyar C.A., Ahmad N., Mukhtar H. Green tea and skin. // Arch. Dermatol. —2000. —Vol. 136. —Р. 989—994.
5. Yang C.S., Wang Z. Y., Tea and cancer // J. Natl Canсer Inst. —1993. —Vol. 85. —Р. 1038—1049.
6. Wang Z.Y., Huang M.T., Ferraro C.O. et al. Inhibitory еffect of green tea in the drinking water on tumorigenesis by UV light // Cancer Res. —1992. —Vol. 52. —P. 1162—1170.
7. Katiyar A., Challa S.K., Mc Cormick T.S. et al. Prevention of UVR-induced immunosuppression in mice by green tea polyphenol-epigallocatechin-3-gallate may be associated with alterated in IL-IO and IL-12 production. // Carcinogenesis. —1999. —Vol. 20. —P. 2117—2124.
8. Xu Y., Ho C.T., Amin S.G. et al. Inhibition of tobacco-specific nitrosamin-induced limg tumorigenesis in A/J mice by green tea and its major polyphenol as antioxidants // Cancer Res. —1992. —Vol. 52. —Р. 3875—3879.
9. Katiyar S.K., Agarwal R., Zaim M.T. et al. Prefection against N-nitrosodiethylamine and benzo (a) pyrene-induced forestomach and lung tumorigenesis in AJ mice by green tea. // Carcinogenesis. —1993. —Vol. 14. —P. 849—855.
10. Katiyar S.K., Agarwal R., Mukhtar H. Protective effects of green tea polyhenols administered by oral intubation against chemical carcinogen-induced forestomach and pulmonary neoplasia. // Cancer Lett. —1993. —Vol. 73. —Р. 167—172.
11. Nishida H., Omori M., Fukutomi Y., et al. Inhibitory effect of-epigallocatechin gallate on spontaneons hepatoma in C3H/He N Crj mice and human hepatoma-derived PLC/PRF 5 cells. // Jpn. J. Cancer Res. —1994. —Vol. 85. —P. 221—225.
12.Wang Z.Y., Wang L.D., Lee M.J. et al. Inhibition of N-nitrosomethylbenzylanune-induced esophageal tumorigenesis in rats by green and black tea. // Carcinogenesis. —1995. —Vol. 16. —P. 2143—2148.
13. Yamane T., Takahashi K., Kuwata K. et al. Inhibition of N-metlyl-N1-nitro-N- nitrosoguanidine-induced carcinogenesis by-epigallacatechin gallate in the rat glandular stomach. // Cancer Res. —1995. —Vol. 55. —P. 2081—2084.
14. Lin Y. L., Lin J. K. Epigallocatechin-3-gallat blocks the induction of nitric oxide sinthase by down-regulating lipopolysaccharide-induced activity of transcription factor nuclear factor-k B // Mol. Pharmacol. —1997. —Vol. 52. —P. 465—472.
15. Katiyar S.K., Mukhtar H. Green tea polyphenol treatment to mouse skin prevents VVB-induced infiltration of leukocytes, depletion of antigen presenting cells and oxidative stress. // J.Leukoc. Biol. —2001. —Vol. 69. —P. 719—726.
16. Naasani I., Seimiya H., Tsurio T. Telomerase inhibition, telomere shortening, and senescence of cancer cells by tea catechins // Biochem. Biophys. Res. Commun. —1998. —Vol. 249. —P. 391—396.
17. Okade S., Ochiai Y., Aida M. et al. Mechanistic aspects of green tea as a cancer preventive: effect of components on human stomach cancer cell lines // Jpn. J. Cancer Res. —1999. —Vol. 90. —P. 733—739.
18. Jankun J., Selman S.H., Swierer R. et al. Why drinking green tea could prevent cancer // Nature. —1997. —Vol. 387. —P. 561—562.
19. Залесский В.Н., Великая Н.В. Механизмы цитотоксических эффектов активных молекул кислорода и развитие апоптоза // Совр. пробл. токсикол. -2003. —№1. —С. 11—17.
20. Mukhtar H., Elmehs C.A. Photocarcinogenesis: mechanisms, models and human health implications // Photochem. Photobil. —1996. —Vol. 63. —P. 355—447.
21. Katiyar N.J., Korman N.J., Mukhtar H. etal. Protective effects of silymarin against photocarcinogenesis in a mouse skin model. // J. Natl. Cancer Inst. —1997. —Vol. 89. —P. 556—566.
22. Kripke M. L. Photoimmunology // Photochem. Photobiol. —1990. —Vol. 52. —P. 919—924. 23. Залесский В.Н., Тимченко А.С. Ультрафиолетовое излучение и апоптоз. // Журн. АМН Украины. —2002. —Том 8. —№2. —С. 259—269.
24. Donawho C.K., Kripke M.L. Evidence that the local effect of ultraviolet radiation on the growth of murine melanomas is immunologically mediated. // Cancer Res. —1991. —Vol. 51. —P. 417—4181.
25. Ziegler A., Jonason A.S., Leffell D.L. et al. Sunburn and p. 53 in the onset of skin cancer // Nature. —1994. —Vol. 372. —P. 773—776.
26. Parrish J. A. Photoimmunnology // Adv. Exp. Med. Biol. —1983. —Vol. 160. —P. 91—108.
27. Yoshikawa T., Ral V., Bruins S.W. et al. Susceptibility to effects of VVB radiation on induction of contact hypercensitivity as risk factor for skin cancer in humans // J. Invest. Dermatol. —1990. —Vol. 95. —P. 530—536.
28. Toews G.B., Bergstresser P.R., Streilein L.W. et al. Epidermal Langerhans cell density determines whether contact hypersensitivity or unresponsiveness follows skin painting with DNFB. // J. Immunol. —1980. —Vol. 124. —P. 445—453.
29. Mu D., Hsu D.S., Sancar A. Reaction mechanism of human DNA repair excision nuclease. // J. Biol. Chem. —1996. —Vol. 271. —P. 8285—8294.
30. Li G., Ho V. C. P 53-dependent DNA repair and apoptosis respond differently to high and low dose of UV radiation. // Br. J. Dermafol. —1998. —Vol. 139. —P. 3—10.
31. Mitchell D.L. The relative cytotoxicity of (6-4) photoproducts and cyclobutane dimmers in mammalian cells. // Photochem. Photobiol. —1988. —Vol. 48. —P. 51—57.
32. Brash D.E. UV mutagenic photoproducts in Escherichia coli and humans cells: a molecular genetics perspective on human skin cancer // Photochem. Photobiol. —1988. —Vol. 48. —P. 59—66.
33. Applegate L.A., Ley R.D., Kripke M.L. Identification of molecular targets for the suppression of contact hypersensitivity by ultraviolet radiation. // J. Exp. Med. —1999. —Vol. 170. —P. 1117—1131.
34. Kripke M.L., Cox P.A., Alas L.G. et al. Pyrimidine dimmers in DNA initiate systemic immunosupression in UV-irradiated mice. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. —1992. —Vol. 89. —P. 7516—7520.
35. Hart R. W., Setlow R. B., Woodhead A. D. Evidence that pyrimidine dimers in DNA can give rise to tumors. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. —1986. —Vol. 75. —P. 5574—5578.
36. Elmets C.A. Cutaneous photocarcinogenesis. In. H. Muklibar (Ed.). Pharmacology of the skin. —Boca Raton.: CRC Press. —1992. —P. 389—416.
37. Katiyar S. K., Matsni M. S., Mukhtar H. et al. Kinetics of UV light-induced cyclobutane pyrimidine dimers in human skin in vivo. // Photochem. Photobiol. —2000. —Vol. 72. —P. 788—793.
38. Katiyar S. K., Pres A., Mukhtar H. Green tea poliphenol treatment to human skin prevents formation of ultraviolet light B-incluced pyrimidine dimmers in DNA. // Clin. Cancer Res. —2000. —Vol. 6. —P. 3864—3869.
39. Wei H., Ca Q., Rahn R. et al. DNA structural integrity and base composition affect ultraviolet light-induced oxidative DNA damage. // Biochemistry. —1998. —Vol. 37. —P. 6485—6490.
40. Zhao J. F., Zhang Y. J., Jin X. H. et al. Green tea protects against psoralen plus ultraviolet A-induced photochemical damage to skin. // J. Invest. Dermatol. —1999. —Vol. 113. —P. 1070—1075.
41. Chatterijee M.L., Agarwal. R., Mukhtar H. Ultraviolet B radiation-induced DNA lesions in mouse opidermis: an assessment using a novel 32 p-postlabelling technique. // Biophys. Biochem. Res. Commun. —1996. —Vol. 229. —P. 590—595.
42. Katiyar S.K., Elmets C.A., Agarwal R. et al. Protection against ultraviolet-B radiation-induced local and systemic suppression of contact hypersensitivity and edema responses in C3H/NeH mice by green tea polyphenols. // Photochem. Photobiol. —1995. —Vol. 62. —P. 855—861.
43. Hammerberg C., Duraiswamy N., Cooper K. D. Reversal of immunosupression inducible through ultraviolet-exposed skin by in vivo anti-CD11b treatment. // J. Immunol. —1996. —Vol. 157. —P. 5254—5261.
44. Hammerberg C., Carroll M. C., Cooper K. D. Activated complement component 3 (C3) is reguired for ultraviolet induction of immunosuppression and antigen tolerance. // J. Exp. Med. —1998. —Vol. 178. —P. 1133—1138.
45. Kripke M. L. Immunologic mechanisms in UV radiation carcinogenesis. // Adv. Cancer Res. —1981. —Vol. 34. —P. 69—106.
46. Takashima A., Bergstresser P.R. Impact of UVB radiation on the epidermal cytokine network. // Photochem. Photobiol. —1996. —Vol. 63. —P. 397—400.
47. Bykow V. J., Jansen C. T., Hemminski K. High levels of pyrimidine dimmers are induced in human skin by solar-simulating UV radiation // Cancer Epid. Biomarkors Prev. —1998. —Vol. 7. —P. 199—202.
48. Boonstra A., Savelkoul H.F. The role of cytokines in ultraviolet-B-induced immunosupression. // Eur. Cytokine Network. —1997. —Vol. 8. —P. 117—123.
49. Stege H., Rosa A.A., Vink M., et al. Enzyme plus light therapy to repair DNA damage in ultraviolet-B-irradiation human skin // Proe. Natl. Aead. Sci. USA. —2000. —Vol. 97. —P. 1790—1795.
50. Stege H. Effect of xenogenic repair enrymes on photoimmunology and photocarcinogenesis. // J. Photochem. Photobiol. —2001. —Vol. 65. —P. 105—108.