Det er velkendt, at mennesker, som spiser mange grøntsager, herunder gulerødder og beslægtede grøntsager som for eksempel persillerod, selleri, og pastinak har en nedsat risiko for at få kræft.
Fælles for disse grøntsager er, at de indeholder polyacetylenerne falcarinol og falcarindiol, som planterne bruger til at beskytte sig mod angreb fra svampe og andre mikroorganismer.
Adskillige videnskabelige forsøg i petriskåle i laboratoriet har vist, at falcarinol og falcarindiol hæmmer væksten af kræftceller og er i stand til at slå dem ihjel (se f.eks. her og her).
Desuden viser andre forsøg i petriskåle, at falcarinol og falcarindiol forstærker hinandens evne til at slå kræftceller ihjel – det vil sige, de er mere giftige over for kræftceller, når de optræder sammen end enkeltvis.
Denne viden har vi benyttet til at undersøge deres effekt i levende væsener, mere specifikt i rotter.
Bekræfter tidligere forsøg
Vi har i tidligere studier vist (se her og her), at falcarinol og falcarindiol kan forebygge og hæmme udviklingen af forstadier til tarmkræft hos rotter, hvilket vi også har beskrevet her på Forskerzonen i artiklen 'Gulerødder forebygger og hæmmer udviklingen af tarmkræft hos rotter'.
I et nyt rottestudie bekræfter vi vores tidligere resultater samtidig med, at vi viser, at mængden af falcarinol og falcarindiol har stor betydning for deres kræfthæmmende effekt.
Kort fortalt er effekten større desto mere falcarinol og falcarindiol, vi gav rotterne – indtil en vis grænse.
Samtidig har vi undersøgt, hvorfor de virker mod kræft – og svaret synes at være deres evne til at hæmme inflammation (betændelse) i tarmen. Det vender vi tilbage til.
120 rotter fik påført tarmkræft
I vores nye rottestudie udgivet i tidsskriftet Nutrients har vi undersøgt den kræfthæmmende effekt af falcarinol og falcarindiol isoleret fra gulerødder i forskellige koncentrationer.
Vi undersøgte 120 rotter, som vi alle gav tarmkræft eller forstadier til tarmkræft med et karcinogen (kræftfremkaldende stof), hvorefter de blev inddelt i seks lige store grupper.
En af de seks grupper blev fodret med en standard rottediæt (kontrolgruppen), mens de andre grupper fik en standardrottediæt tilsat falcarinol og falcarindiol i forskellige mængder.
Koncentrationerne svarer til et menneskes daglige indtag af imellem 20-400 gram gulerødder, når man tager højde for rotternes lavere vægt og hurtigere stofskifte – lige bortset fra den højeste koncentration, som svarer til, at et menneske skal indtage ca. 2 kg gulerødder om dagen, hvilket næppe er realistisk.
Nye rotteforsøg fastslår den kræfthæmmende virkning
Resultaterne viser, at antallet af små og store forstadier til tarmkræft falder med stigende koncentration af falcarinol og falcarindiol.
Store forstadier er tumorer, der i denne undersøgelse hovedsagelig består af godartede tumorer, der har stor sandsynlighed for at udvikle sig til kræft og enkelte er egentlige kræftknuder.
Jo større dosis, desto større effekt. Studiet viser også, at selv ved forholdsvis lave koncentrationer af falcarinol og falcarindiol kan vi se en reduktion i både store og små forstadier til tarmkræft sammenlignet med kontrolrotterne, der kun fik standard rottediæt.
Den største effekt ses ved den højeste koncentration (cirka 2 kg gulerødder per dag for mennesker), men forskellen er minimal i forhold til den næsthøjeste koncentration (cirka 400 gram gulerødder per dag for mennesker). Den optimale effekt ligger derfor et sted midt imellem, men 400 gram – ca. 6 gulerødder – er ikke et dårligt udgangspunkt.
Vi ser nemlig en markant større effekt ved den næsthøjeste koncentration, end ved de lavere koncentrationer.
Resultaterne af studiet er vigtige i forhold til kommende studier af gulerødders forebyggende effekt på tarmkræft i mennesker.
Færre og mindre tumorer hos rotterne
Ovenfor så vi, at falcarinol og falcarindiol kan reducere forstadier til tarmkræft og således har en forebyggende effekt. Men de har faktisk også en effekt, når tumorerne har udviklet sig fra forstadier til egentlig kræft.
Antallet af store tumorer reduceres kraftigt ved de højeste koncentrationer, og størrelsen af dem er klart mindre end hos kontrolgruppen.
Vores resultater bekræfter resultaterne fra vores forsøg udført i 2005 og i 2017. Samlet set viser de, at falcarinol og falcarindiol har en forebyggende effekt på forstadier til tarmkræft, hæmmer væksten af tumorer, når kræften er indtruffet, samt at effekten af for eksempel gulerødders virkning på kræft primært skyldes falcarinol og falcarindiol.
Samtidig forklarer de også, hvorfor det er sundt at spise beslægtede grøntsager indeholdende disse stoffer (se boksen 'Resultater fra vores nye rotteforsøg' under artiklen for flere detaljer).
På baggrund af de nye resultater skal vi undersøge, om de samme mekanismer gør sig gældende i mennesker – og vi er optimistiske.
Konkret skal vi se, om gulerodsprodukter indeholdende falcarinol og falcarindiol har en forebyggende effekt på tarmkræft hos patienter, der udvikler forstadier til kræft i tarmen i form af polypper (godartede tumorer).
Inflammation central i udviklingen af kræft
Vi kan se, at falcarinol og falcarindiol virker mod kræft. Men vi vil også gerne vide, hvorfor det er tilfældet. Og det har vores studie også et bud på.
Udvikling af kræft er en lang og kompliceret proces, hvor inflammation spiller en central rolle i det tidlige stadie, hvor forstadierne til kræft udvikles.
Ved inflammation bliver niveauet af enzymet COX-2 kraftigt forøget i kroppen.
COX-2 er et enzym, som fremmer inflammation og cellernes deling, dannelsen af nye blodkar samt hæmmer cellernes programmerede død. Alt dette er godt når inflammationen skal bekæmpe en sygdom eller reparere en vævsskade.
Men når disse mekanismer indtræder hos vævscellerne, kan det medføre, at cellerne udvikler sig til kræftforstadier så som tarmkræft (vil du vide mere om sammenhængen mellem inflammation og tarmkræft, kan du med fordel (gen)besøge vores tidligere artikel på Forskerzonen).
Enzymet COX-2: En hel central indikator for kræft
At COX-2 spiller en væsentlig rolle i forbindelse med udvikling af tarmkræft understøttes af det faktum, at man har fundet, at COX-2 niveauet er kraftigt forhøjet i over 85 procent af kræftknuder (karcinomer) fra tarmen.
Desuden har man fundet, at COX-2 niveauet ligeledes er kraftigt forhøjet i ca. 50 procent af forstadier til tarmkræft som for eksempel polypper (godartede tumorer).
Derfor anses COX-2 som en af de helt centrale biomarkører for inflammation og tarmkræft. Det bekræftes af, at stoffer, som hæmmer COX, kan forebygge udviklingen af kræft i tarmen.
Det gælder for eksempel aspirin, som dog ikke kun hæmmer COX-2, men også COX-1 enzymet, og derfor kan en række bivirkninger som mavesår og blødninger fra tarmen optræde ved denne behandling.
Udfordringen i forbindelse med forebyggelse af tarmkræft ligger derfor i at finde stoffer, der selektivt kan hæmme COX-2 uden at give væsentlige bivirkninger.
Derfor virker falcarinol og falcarindiol så godt mod tarmkræft
Det er her, det begynder at blive interessant omkring effekten af falcarinol og falcarindiol på inflammation og udviklingen af kræft, idet vores nye studie viser, at disse stoffer tilsammen hæmmer COX-2, men ikke COX-1.
Desuden viser vores undersøgelse også at falcarinol og falcarindiol hæmmer nogle af de små signalproteiner (cytokiner), der stimulerer produktionen af COX-2 under inflammation.
At falcarinol og falcarindiol selektivt hæmmer COX-2 er ydermere interessant, fordi disse stoffer ikke umiddelbart giver kraftige bivirkninger hos mennesker.
Man har for eksempel ikke observeret bivirkninger hos mennesker, der spiser mange gulerødder og beslægtede grøntsager indeholdende falcarinol og falcarindiol.
Desuden har undersøgelser i mus også vist, at selv i meget høje koncentrationer giver disse stoffer ikke anledning til synlige bivirkninger.
Vores nye rottestudie bekræfter ikke alene resultaterne fra tidligere undersøgelser – at falcarinol og falcarindiol har en effekt mod tarmkræft og forstadier til tarmkræft, men giver samtidig også en forklaring på hvorfor: De har anti-inflammatorisk effekt og hæmmer selektivt COX-2.
Næste skridt bliver derfor som nævnt at dokumentere, at den kræfthæmmende effekt, vi observerer i rotteforsøgene, kan overføres til mennesker i egentlige kliniske forsøg hos mennesker med høj risiko for udvikling af tarmkræft.
Fra rottestudier til studier på mennesker
Hvis man skal studere forebyggelse af tarmkræft i mennesker, skal man enten gennemføre studier over mange år eller finde en patientgruppe, som har høj risiko of at udvikle tarmkræft eller forstadier til tarmkræft.
Desuden er mennesker sværere at studere end forsøgsdyr, idet de er mere forskellige, spiser forskelligt, osv. Derfor kræver forsøgene mange flere individer for at kunne undersøge en problemstilling videnskabeligt.
At bevise den forebyggende effekt af falcarinol og falcarindiol i studier på mennesker er altså ikke ligetil.
Vi ved, at gulerødder og beslægtede grøntsager har en forebyggende effekt på kræft i mennesker, men videnskaben ved blot ikke helt hvorfor endnu.
Vores nye resultater overbeviser os om, at den forebyggende effekt skyldes indholdet af falcarinol og falcarindiol. Vores studie giver os også en klar formodning om hvorfor: De hæmmer selektivt COX-2, der som nævnt er en central biomarkør for såvel inflammation som tarmkræft.
Nu skal vi 'bare' vise, at det samme gør sig gældende i mennesker. Vores fremtidige studier har derfor to hovedformål:
- At vise den forebyggende effekt af falcarinol og falcarindiol på tarmkræft i mennesker
- At vise, at disse stoffer også har en selektiv COX-2 hæmmende effekt i mennesker.
\ Kilder
- Morten Kobaek-Larsens profil (SDU)
- Lars Porskjær Christensens profil (AAU)
- Gunnar Baatrups profil (SDU)
- 'Gulerødder forebygger og hæmmer udviklingen at tarmkræft hos rotter', Videnskab.dk (2018)
- 'Dietary Polyacetylenic Oxylipins Falcarinol and Falcarindiol Prevent Inflammation and Colorectal Neoplastic Transformation: A Mechanistic and Dose-Response Study in A Rat Model'. Nutrients, 2019. DOI: 10.3390/nu11092223
- 'Dietary polyacetylenes, falcarinol and falcarindiol, isolated from carrots prevents the formation of neoplastic lesions in the colon of azoxymethane-induced rats', Food & Function, 2017. DOI: 10.1039/c7fo00110j
- 'Effects of Feeding with Carrots or (−)-Falcarinol on Development of Azoxyrnethane-Induced Preneoplastic Lesions in the Rat Colon'. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2005. DOI: 10.1021/jf048519s
\ Resultater fra vores nye rotteforsøg
I vores undersøgelse af den kræfthæmmende effekt af falcarinol og falcarindiol på rotter, opdelte vi som nævnt rotterne i 6 grupper med 20 rotter i hver.
En gruppe (kontrolgruppen) blev fodret med standard rottefoder Altromin, mens de andre grupper blev fodret med Altromin, der var tilsat henholdsvis:
- 0.16 µg falcarinol + 0.16 µg falcarindiol,
- 0.48 µg falcarinol + 0.48 µg falcariniol,
- 1.4 µg falcarinol + 1.4 µg falcarindiol,
- 7 µg falcarinol + 7 µg falcarindiol samt
- 35 µg falcarinol + 35 µg falcarindiol per gram foder.
Derudover indgik der 24 rotter i forsøget, der ikke fik fremkaldt tarmkræft af os. De 24 rotter blev fordelt i de seks grupper som sikkerhed for, at rotterne af sig selv ikke udviklede kræft.
Efter 14 dages fodring med speciel diæt, blev 20 af rotterne i de seks grupper udsat for det kræftfremkaldende stof (karcinogen) azoxymethan (AOM) én gang hver uge i fire uger. AOM blev givet til rotterne via injektion.
Rotterne fortsatte på speciel diæt til 18 uger efter den første AOM-injektion. Herefter blev alle rotterne aflivet og deres tarme blev undersøgt for mikroskopiske forstadier til kræft samt tumorer.
Udviklingen af tarmkræft foregår i forskellige trin. Første trin er, at normale celler udvikler sig til mikroskopiske forstadier til kræft. Disse forstadier ses som en mikroskopisk fortykkelse af krypterne i tarmen, der i fagsproget kaldes ACF (Aberrant Crypt Foci).
En klynge på flere end syv sammenhængende, fortykkede krypter kaldes en stor ACF, mens en lille ACF har syv eller færre fortykkede krypter.
Næste trin i udviklingen af kræft er, at en del af de mikroskopiske forstadier udvikler sig til godartede tumorer – også kaldet polypper – i tarmen. Det sidste trin i udviklingen af tarmkræft sker ved, at en del af de godartede tumorer udvikler sig til kræft.
Jo længere fremme i udviklingsprocessen cellerne er, jo større er risikoen for at udvikle kræft.
I billede A ses eksempler på små krypter og i billede B eksempler på store krypter, hvor hvide pile viser, hvor krypterne er på billederne. Billede C viser tumorer på tarmen fra en rotte i kontrolgruppen, der har fået en almindelig rottediæt.
Billede D viser typiske tumorer fundet i rotter fra de grupper, der var på en diæt med et højt indhold af falcarinol og falcarindiol. Hvide pile viser, hvor tumorerne er på billederne.
Det er tydeligt, at tumorerne er væsentligt mindre på billede D – altså hos rotten, der har fået den kræfthæmmende diæt.
Vi optalte alle små og store ACF samt makroskopiske tumorer (> 1 mm) i rotterne fra alle 6 grupper.
Resultaterne viste, at effekten blev stærkere ved højere dosis af falcarinol og falcarindiol på både store og små ACF’er (forstadier til kræft).
Statistiske udregninger på disse resultater viste, at denne dosis-respons effekt med meget stor sandsynlighed ikke var tilfældig.
Det samme var tilfældet for tumorer, hvor antallet blev reduceret med henholdsvis 38 og 43 procent for de rotter, der havde fået tilsat henholdsvis 1.4 µg falcarinol + 1.4 µg falcarindiol (svarende til ca. 80 gram gulerødder for mennesker per dag) og 7 µg falcarinol + 7 µg falcarindiol (svarende til ca. 400 gram gulerødder for mennesker per dag) per gram foder i deres diæt.
Desuden observerede vi, at i grupperne af rotter, der var på en diæt med 1.4 µg falcarinol + 1.4 µg falcarindiol per gram foder eller derover, var tumorerne væsentlig mindre sammenlignet med kontrolgruppen som nævnt ovenfor og vist på billederne C og D.
Dette viser ligeledes, at stofferne også er i stand til at hæmme væksten af dannede tumorer, og at diæten med falcarinol og falcarindiol er effektiv til at forhindre kræft i at udvikle sig fra forstadiet (ACF-klynger) til tumorer.
\ Derfor forebygger falcarinol og falcarindiol tarmkræft
Vi undersøgte væv fra tumorer ved genekspression af centrale proteiner involveret i inflammation og kræft, herunder COX-2 for at finde svaret på, hvorfor falcarinol og falcarindiol forebygger og hæmmer udviklingen af tarmkræft.
Genekspression fortæller noget om hastigheden, hvormed et gen (DNA) omsættes til et protein, dvs. hvor meget et gen bliver udtrykt, eller hvor aktivt et gen er.
Vi undersøgte genekspressionen i væv fra tumorer fra de rotter, der var på en diæt med 7 µg falcarinol + 7 µg falcarindiol per gram foder og sammenlignede med tilsvarende tumorer fra kontrolgruppen.
Hvis et gen involveret i inflammation bliver mindre udtrykt (nedreguleret) i tumorer fra rotter på en falcarinol- og falcarindiol-diæt sammenlignet med rotter i kontrolgruppen, er det et udtryk for en anti-inflammatorisk effekt.
Og da inflammation spiller en vigtig rolle i udviklingen af kræft, er det dermed med til at hæmme denne udvikling.
At COX-2 nedreguleres i rotter på falcarinol- og falcarindiol-diæt sammenlignet med kontrolgruppen fremgår tydeligt af vores analyser (rent teknisk er det sket via en teknik, der kaldes immunohistokemi).
Billede A viser normalt tarmvæv fra en rotte. Celler med COX-2-enzymet ses med rødbrun farve, mens cellerne uden COX-2-enzymet er gennemsigtige eller hvide.
På billede B ser man tumorvævet fra rotter, som har fået almindeligt rottefoder (kontrolgruppen), men som altså også har fået påført kræft ved injektion af det kræftfremkaldende stof AOM. Her er COX-2-enzymet markant tydeligere.
På billede C er COX-2-enzymet tydeligvis hæmmet. Der er tale om tumorvæv fra rotter, som ligesom kontrolgruppen har fået påført kræft ved injektion af AOM.
Forskellen er bare, at de har fået blandet falcarinol og falcarindiol i foderet, og det har hæmmet udviklingen at COX-2 og kræften markant.
Samtidig – og nok så relevant – kunne vi se, at falcarinol og falcarindiol kun nedregulerer COX-2 og ikke har nogen effekt på COX-1. Herved undgår vi de bivirkninger, som andre COX-hæmmere (f.eks. aspirin) lider af.
Resultaterne fra biopsierne af tumorvævet viser, at den anti-inflammatoriske effekt af falcarinol og falcarindiol, herunder deres evne til at hæmme COX-2, sandsynligvis er den primære årsag til, at disse stoffer forebygger og hæmmer udviklingen af forstadier til kræft i tyk- og endetarm hos rotter.
