Glutathion: jeho význam, využití suplementace v klinické praxi

Glutathion: jeho význam, využití suplementace v klinické praxi

Oxidativní stres přispívá ke vzniku řady onemocnění, včetně onkologických. Tento stres mohou vyvolávat i některé léky, např. chemoterapeutika. Své místo v prevenci a terapii řady chorob má proto podávání antioxidantů. Nejvýznamnějším antioxidantem v lidském organismu je glutathion. Přinášíme článek o významu jeho suplementace.

Havním zdrojem informací pro tento článek jsou přehledné práce Contalda1 a Langa et al.2

Oxidativní stres jako etiologický faktor

Při vzniku řady onemocnění hraje významnou roli oxidativní stres. Narušení rovnováhy mezi buněčnými prooxidanty a antioxidanty, především mezi reaktivními formami kyslíku (ROS) a antioxidativně působícími látkami, vede k poruše redoxní signalizace, rozvoji zánětlivého procesu a poškození tkání. K nejvýznamnějším ROS patří např. superoxid, peroxid vodíku, hydroxylový radikál, peroxyl. Ke vzniku ROS přispívají zánětlivé procesy (ROS jsou tedy nejen vyvolavateli, ale i produkty zánětu), znečištěné životní prostředí, radiace, kouření. ROS reagují s různými buněčnými komponentami, např. membránovými lipidy a tím zahajují proces lipoperoxidace, přispívají k vzniku aterosklerózy. ROS reagují také s proteiny, jejichž strukturu patologicky mění, a s nukleovými kyselinami, čímž přispívají k bodovým mutacím genů a rozvoji nádorového bujení. Reaktivní formy kyslíku tak působí strukturální poškození buněk a vedou ke vzniku různých onemocnění.

Glutathion: nejdůležitější antioxidant


Nejdůležitějším antioxidantem (“master antioxidant”) v lidském organismu je glutathion. Chemicky se jedná o tripeptid (gama-l-glutamyl-l-cysteinil-glycin). Má dvě formy: redukovanou (GSH) a oxdidovanou (glutathionbisulfid, GSSG). Za fyziologických okolností jsou tyto dvě formy přítomny v buňce v poměru 10:1 (GSH:GSSG). Je syntetizován v buňce postupnou adicí cysteinu ke glutamátu a následně glycinu (do reakcí jsou zapojeny enzymy glutamátcysteinligáza, gama-glutamyltranspeptidáza a glutathionsynthetáza). Glutathion je zapojen do řady biologických procesů a vyznačuje se významnou rolí v detoxikačních reakcích, při ochraně buněk proti škodlivým účinkům xenobiotik nebo environmentálních a intracelulárních oxidantů, např. ROS, a při ochraně před radiačním poškozením. Thiolová skupina(-SH) cysteinu obsaženého v glutathionu je zapojena do redukčních a konjugačních reakcí, což je jedna z nejdůležitějších funkcí glutathionu. GSH přispívá k odstraňování peroxidů a xenobiotik pomocí katalytického působení GSH-S transferáz (GST) a GSH peroxidáz (GPx). Glutathion je zapojen do regulace buněčného cyklu. Hladina GSH v cytosolu se pohybuje v rozmezí 1-10 milimolů/litr, plasmatická hladina v řádu mikromolů/litr. Nejvyšší koncentrace glutathionu je v játrech, ledvinách a plicích. Kromě toho, že působí antioxidačně má glutahion i významné protizánětlivý účinek. Např. u kuřáků probíhá (zpočátku) subklinický zánětlivý proces v dýchacích cestách s invazí neutrofilů, které uvolňují ROS; ty reagují s glutathionem (GSH), který je odstraňuje. Obdobné procesy mohou probíhat v kterémkoli orgánu. V mitochondriích je obsaženo 10-15 % buněčného GSH. Ten je syntetizván výhradně v cytosolu. Prostupnost vnitřní membrány mitochondrií ovlivňuje transport GSH a je narušována například etylalkoholem. Tento pochod je podkladem patogenezy poškození jater dlouhodobým vlivem alkoholu. GSH je dále významným intracelulárním redukčním činidlem, které pomáhá udržet enzymy v aktivní formě tím, že udržuje jejich SH skupiny v redukovaném stavu. Glutathion dále přispívá k udržení acidobazické rovnováhy, k ochraně organismu před překyselením, při jeho nedostatku vzniká metabolická acidóza. Další funkcí glutathionu je jeho role v transportu některých aminokyselin přes membrány v ledvinách a játrech. Glutathion se účastní tvorby žluče, zasahuje ještě do řady dalších buněčných procesů, například syntézy velmi důležitých proteinů, ovlivňuje nitrobuněčnou signalizaci metabolických drah, aktivuje některé transkripční faktory. Glutathion hraje také významnou roli v buněčném cyklu včetně buněčné diferenciace, proliferace a apoptózy. Významnou roli hraje glutathion v regulaci počtu a funkčnosti erytrocytů a leukocytů. Tím ovlivňuje stav imunitního systému. Glutathion navíc působí v nervovém systému jako neurotransmiter.

Glutathion a detoxikace


GSH se zapojuje do dvojího typu detoxikace. První typ je přímá detoxikace kyslíkových radikálů: předává jim svůj vodík a tím je neutralizuje, což je neenzymatická reakce; redukované molekuly jsou snadno odstranitelné. Vzniká přitom molekula GSSG s bisulfidickým můstkem, která je za pomoci glutathionreduktázy redukována zpět na 2 molekuly GSH. Kromě toho se GSH zapojuje do enzymatické detoxikace – za účasti selen-dependentní glutathionperoxidázy (GPx) redukuje peroxid vodíku na vodu za vzniku oxidované formy glutathionu (GSSG), která je pak redukována zpět na GSH. V této souvislosti je třeba připomenout, že závažné stavy jako je syndrom systémové zánětlivé rekace (SIRS) a syndrom multiorgánového selhání (MODS) jsou spojeny s poklesem hladiny selenu a aktivity GPx-3.

Deplece glutathionu a význam suplementace


Předklinické a klinické studie prokázaly ochranné působení glutathionu v řadě patologických situací, které způsobují buněčné poškození, jako je např. intoxikace ethylalkoholem, paracetamolem, salicyláty, fenobarbitalem, tricyklickými antidepresivy, organofosfátovými insekticidy apod. Bylo též prokázáno, že řada chemoterapeutických léčiv snižuje tkáňové a intracelulární hladiny endogenního GSH i v normálních buňkách a zhoršuje tak oxidativní stres. Významně snížená plasmatická hladina GSH byla zjištěna v jedné ze studií2 u více než třetiny hospitalizovaných pacientů s různými chronickými chorobami, včetně onkologických, kardiovaskulárních, gastrointestinálních a dalších. U tohoto typu pacientů je vhodná suplementace glutathionu. Další typ pacientů u kterých je vhodná suplementace GSH jsou osoby s alkoholickou steatózou jater, která je spojena s poklesem hladiny GSH v játrech až o 60 %, což činí hepatocyty citlivé k působení TNF-alfa a dalších prozánětlivých cytokinů. Suplementace GSH těmto pacientů výrazně zlepšila jaterní funkci. I u virových infekcí byla prokázána snížená hladina glutathionu. Jde například o virovou hepatitidu, infekce HS viry, viry chřipky a parainfluenzy, rhinoviry a HIV. Virus hepatitidy indukuje produkci ROS v mitochondiích hepatocytů, s následným vzestupem GSSG a poklesem GSH.

Suplementace glutathionu jako součást prevence oxidativního stresu

Glutathion jako „master antioxidant“ má zásadní roli při udržování dalších antioxidantů v aktivní formě. Platí to například pro vitamin C (askorbát). Při snížených hladinách vitaminu C, který doprovází nejen karenční stavy, ale i řadu onemocnění, v jejichž etiologii hraje roli oxidativní stres a z něj se odvíjející zánětlivý proces), je třeba, aby ve zvýšené míře byla recyklována oxidovaná, neaktivní forma askorbátu na formu aktivní. Při této recyklační reakci má zásadní roli právě glutathion. Dostatečná suplementace glutathionu i vitaminu C je v takových případech žádoucí. Pokud jde o formu suplementace, má askorbát s glutathionem společnou vlastnost v tom, že jejich vstřebávání ze střeva je omezené a podléhá těsné regulaci, takže docílení plazmatických koncentrací k dosažení potřebného klinického účinku je možné pouze parenterální aplikací. Perorální aplikace vysokých dávek (GSH i vitaminu C) nevede k potřebnému zvýšení plasmatických hladin. Optimální je v takových případech intravenózní podání jak glutathionu, tak askorbátu.

Glutathion v onkologii

Mechanismus účinku

V onkologii je hlavním účelem podávání glutathionu snížení toxicity protinádorové terapie, především cisplatiny a jejích analog. Jde hlavně o zabránění neurotoxicitě a nefrotoxicitě. Klinická účinnost těchto chemoterapeutik závisí na produkci vysoce reaktivních sloučenin, které vytvářejí kovalentní vazby s cílovými molekulami, např. guaninem v nukleových kyselinách nádorových buněk. Příčinou neurotoxicity cisplatiny a jejích analog je především ukládáním platiny v periferním nervovém systému, a to především v gangliích zadních nervových kořenů. To naznačuje možnost použití látek typu glutathionu, které jsou schopné zabránit počátečnímu ukládání platiny v gangliích zadních nervových kořenů.V neuronech může navíc cisplatina inhibovat acetylcholiesterázu, případně dalším způsobem poškozovat funkci neuronů. Glutathion se může v nenádorových buňkách (např. právě v neuronech) stát alternativním terčem pro reaktivní meziprodukty cisplatiny, a produkovat s nimi netoxické látky a tím snižovat toxicitu chemoterapie.3 Cytoprotektivní působení suplementace glutathionu na normální tkáně se vysvětluje selektivitou průniku glutathionu do buněk – proniká totiž preferenčně do nenádorových buněk. Tato selektivita se vysvětluje takto: u nádorových buněk se sníženou aktivitou gama-glutamyltransferázy (gama-glutamyltranspeptidázy) dochází k blokádě přenosu komponent glutathionu dovnitř buňky, neboť pro přenos je potřeba dostatečná aktivita tohoto enzymu.4 Naproti tomu u normálních buněk díky zachovalé aktivitě tohoto enzymu není průnik do buňky narušený, aktivita gama-glutamyltransferázy se po exogenním podání glutathionu u normálních buněk ještě zvyšuje a tím je umožněn značný průnik do intracelulárního prostředí. Vlivem chemoterapie a radioterapie dochází k poklesu pH v buňkách a následné inhibici oxoprolinázy, enzymu potřebného pro regeneraci nitrobuněčného GSH. U nádorových buněk, které jsou ovlivněny chemoterapií a ozařováním, je regenerace GSH zpomalena následkem inhibice tohoto pH-senzitivního enzymu. To způsobuje depleci intracelulárního GSH, odstranění ochrany DNA, což umožňuje destruktivní zásah platinových preparátů a následnou apoptózu nádorové buňky. V normálních buňkách exogenní podání glutathionu vyvolává up-regulaci enzymů gama-glutamyltransferázy a glutaminázy, což zvyšuje vstup glutathionu, resp. jeho komponent do buněk a umožňuje (přestože je blokována oxoprolináza) nitrobuněčnou regeneraciGSH alternativní cestou. V nádorových buňkách k up-regulaci těchto enzymů nedochází, a proto je, jak bylo již uvedeno, blokována regenerace nitrobuněčného GSH. V normálních buňkách (včetně imunitních) proto po podání externího glutathionu stoupá intracelulární koncentrace GSH, což zajišťuje jejich fyziologickou funkci, a v buňkách, které by mohly být poškozeny toxicitou chemoterapie (např. u cisplatiny jde o ohrožení neuronů a renálních buněk), podaný glutathion brání toxickému vlivu protinádorové léčby. Pro onkologické pacienty je také důležité, že suplementace glutathionu přispívá také k zajištění normální funkce imunitních buněk, čímž stoupá aktivita protinádorové imunity.5

Klinické studie


Byla publikována řada studií, které se zabývaly užitím suplementace glutathionu. Příkladem může být aplikace v onkologii. Je známo, že cisplatina a její analogy se vyznačují toxicitou vůči nervovému systému. Vychytávají se preferenčně v dorsálních kořenových gangliích, kde působí na dávce závislé neuropatické změny senzorických vláken (po minimální kumulativní dávce 300 mg/m2 u cisplatiny a 600 mg/m2 u oxaliplatiny). Dalším nežádoucím účinkem cisplatiny je nefrotoxicita. Ochranný účinek glutathionu při léčbě cisplatinou a jejími deriváty potvrdila řada klinických studií, v kterých bylo pozorováno, že infuzní podání glutathionu před podáním protinádorových léčiv pacientům s karcinomem ovarií, žaludku a kolorektálními nádory vede k efektivní ochraně před nefro- a neurotoxicitou způsobenou cisplatinou a oxaliplatinou, což umožňuje, je-li to potřebné, dosažení vyšších dávek protinádorového léčiva. V randomizované, dvojitě zaslepené studii z roku 1997 byl glutathion podáván pacientkám s karcinomem ovaria, léčeným cisplatinou.6 Byl sledován vliv glutathionu na výskyt nefrotoxicity, která patří k nežádoucím účinkům cisplatiny. Výsledky ukázaly, že suplementace glutathionu těmto pacientkám zvýšila (oproti skupině, u kterých nebyl glutathion podáván) významně podíl těch, které dokončily (tj. tolerovaly) 6 cyklů chemoterapie (58% vs 39%). Glutathion snižoval toxicitu cisplatiny. Ve skupině, v níž byl suplementován glutathion, se projevoval trend ke zvýšení procenta pacientů, u kterých došlo k parciální nebo úplné léčebné odpovědi (74 % vs 62 %), což je dokladem , že glutathion neinterferuje s protinádorovou účinností cisplatiny a významně zlepšuje kvalitu života pacientů. Glutathion významně také snížil počet pacientek, u kterých se projevila cisplatinou způsobená nefrotoxicita (ve skupině glutathionu 15 %, v kontrolní skupině více než dvojásobek). V jiné randomizované, dvojitě zaslepené, placebem kontrolované studii7 byl zkoumán vliv podávání glutathionu na snížení neurotoxicity (která patří k dalším nežádoucím účinkům cisplatiny) u pacientů s okročilým karcinomem žaludku, léčených cisplatinou. Studie prokázala významný neuroprotektivní účinek glutathionu. Přidání glutathionu k základní léčbě cisplatinou snížilo incidenci neuropatie stupně II-IV takto: po 9 týdnech léčby ve skupině glutathionu byl výskyt neuropatie 0 % oproti 16 % v skupině placeba (p=0.0001), v 15. týdnu 4,2 % ve skupině glutathionu a 72.2 % ve skupině placeba (p = 0.0001). Přitom byl i při podávání glutathionu protinádorový účinek cisplatiny zachován, doknce se projevil trend ke zlepšení účinnosti léčby (celková odpověď na léčbu se projevila ve skupině glutathionu u 76 % pacientů, zatímco ve skupině placeba u 52 %.) V další randomizované, dvojitě zaslepené, placebem kontrolované studii8 se autoři zabývalineuroprotektivním účinkem glutathionu u pacientů s pokročilým karcinomem žaludku, léčených oxalipatinou. Podávání glutathionu snížilo výskyt neuropatie stupně II-IV u těchto pacientů po 8 cyklech léčby o 83,6 % a po 12 cyklech o 70%. Navíc neuropatie, pokud se u pacientů přes léčbu glutathionem vyskytla, byla u nich mírnější intenzity.

Závěr


Glutathion je bezpečná látka, jejíž suplementace má své místo u řady patologických stavů, v jejichž vzniku hraje roli oxidativní stres. Velmi významná je suplementace glutathionu pro snížení toxicity a zlepšení tolerance léčby u pacientů léčených chemoterapií (cisplatinou a jejími deriváty). Glutathion umožňuje absolvování většího počtu cyklů chemoterapie, svým ochranným působením na zdravé buňky snižuje výskyt výskyt nežádoucích účinků léčby. Tím suplementace glutathionu zvyšuje kvalitu života pacientů.

Literatura

1. Contaldo F. Use of glutathione in clinical practice. PRM Congress (Abstracts), Prague, 2013.
2. Lang CA, Mills BJ, Mastropaolo W, Liu MC. Blood glutathione decreases in chronic diseases.J Lab Clin Med 2000;135:402-5.
3. Jansen BA, Brouwer J, Reedijk J. Glutathione induces cellular resistance against cationic dinuclear platinum anticancer drugs. J Inorg Biochem 2002;89:197-202.
4. Tedeschi M, Bohm S, Di Re F, et al. Glutathione and detoxification. Cancer Treat Rev 1990;17:203-8.
5. Klimberg VS, McClellan JL, Organ CH Jr. Honorary lectureship. Glutamine, cancer, and its therapy. Am J Surg 1996;172:418-24.
6. Smyth JF, Bowman A, Perren T, et al. Glutathione reduces the toxicity and improves quality of life of women diagnosed with ovarian cancer treated with cisplatin: results of a double-blind, randomised trial. Annals of Oncology1997;8:569-573.
7. Cascinu C, Cordella L, Del Ferro E, et al. Neuroprotective effect of reduced glutathione on cisplatin-based chemotherapy in advanced gastric cancer: a randomized double-blind placebo-controlled trial.J Clin Oncol 1995;13:26-32.
8. Cascinu C, Catalano V, Cordella L, et al. Neuroprotective effect of reduced glutathione on oxaliplatin-based chemotherapy in advanced colorectal cancer: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. J Clin Oncol 2002;20:3478-3483.


MUDr. Pavel Kostiuk, CSc.
Edukafarm, Praha

17.12.2014


Související články