»Seks om dagen« er et af nutidens mantraer, der fortæller, at det er sundt at spise frugt og grønt. Der er mange aspekter i dette emne, bl.a. hvilke sygdomme kan påvirkes, hvilke grøntsager virker forebyggende, hvilke behandler, og hvad er egentlig de aktive stoffer og deres virkemekanisme.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6/7, 2007 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af cand.scient. Hanne Mørkeberg, Institut for Natur, Systemer og Modeller, Roskilde Universitets Center
Indoler dannes ved forberedelse af bl.a. kål i forbindelse med madlavning, og indtagelse af kålen spiller en central rolle i forebyggelsen af en række kræftformer. Virkningsmekanismen er endnu ikke helt fastlagt, men forskning viser, at indoler regulerer cytochrom P-450-enzymsystemet og reducerer celle-proliferationen i forskellige celletyper. Cytochrom P-450-enzymsystemet hjælper til med at omdanne indtaget af toksiner til harmløse forbindelser. Inden for biologisk forskning har fokus været rettet mod 3-(hydroxymethyl)-indol, men der findes også andre indoler i kålgrøntsager. For at kunne undersøge disse indoler skal de først syntetiseres.
IARC (International Agency of Research on Cancer) konkluderede i 2004, at der er mangler informationer om korsblomstrede grøntsagers, herunder isothiocyanaters og indolers kræftforebyggende egenskaber [1]. Familien af korsblomstrede grøntsager tæller broccoli, rosenkål, hvidkål, rødkål, blomkål og en række andre kål, som alle er almindelige grøntsager her i Danmark. De interessante forbindelser i korsblomstrede grøntsager er indoler og isothiocyanater og dannes ud fra gruppen af forbindelser kaldet glucosinolater. Indolerne fra korsblomstrede grøntsager er 3-(hydroxymethyl)-indol (I3C) og 3-(hydroxymethyl)-1-methoxyindol (NI3C) (figur 1).
Dannelse af indoler
I3C og NI3C findes ikke i den levende plante, men de dannes, når planteceller beskadiges, som når grøntsager forberedes i forbindelse med madlavning. I3C og NI3C findes normalt som glucosinolater. Når plantecellerne beskadiges frigives enzymet myrosinase, og glucosinolaterne nedbrydes (faktaboks 1). Hermed dannes I3C og NI3C (figur 1). I den levende plante er indolerne en del af plantens naturlige forsvarsværk, da de virker som naturlige pesticider mod skadedyr.
Forskning
De første kræftforebyggende studier med indoler på forsøgsdyr blev udført med I3C i 1978. Disse forsøg [2] viste, at I3C hæmmede udviklingen af mavekræft og brystkræft i mus. En lang række af dyreforsøg har senere givet de samme resultater for en række andre kræftformer [1]. Denne effekt kan skyldes en ændret omdannelse af kræftfremkaldende stoffer via cytochrom P-450-enzymerne. Indtagelse af både I3C og NI3C øger mængderne af cytochrom P450-1A1 [3]. Siden 1998 har det været kendt, at I3C hæmmer proliferationen af tyktarms-, bryst- og prostatakræftceller [4,5,6], og i 2005 blev det første gang vist, at NI3C reducerer tyktarmskræftcellers vækst [6]. Effekten af NI3C er indtil nu kun blevet undersøgt i tyktarmskræftceller, men den væksthæmmende effekt viste sig at være 10 gange kraftigere end for I3C.
Som det fremgår, er I3C´s biologiske effekter blevet undersøgt i stort omfang, mens NI3C er undersøgt i mindre grad, idet NI3C ikke kan købes kommercielt, men skal syntetiseres. Syntesen af NI3C, der har givet højest udbytte i laboratoriet, blev gennemført i tre trin. Først syntetiseredes 1-methoxyindol ud fra enten 2-nitrotoluen eller indolin. Andet trin var omdannelsen af 1-methoxyindol til 1-methoxyindol-3-carbaldehyd, og endeligt blev forbindelsen reduceret til 3-(hydroxymethyl)-1-methoxyindol (figur 2).
Tidlige undersøgelser har vist, at I3C kun er biologisk aktivt, når det kommer i forbindelse med det sure miljø i mavesækken, hvor pH-værdien ca. er 2. Det har vist sig, at I3C omdannes til en række dimere og trimere forbindelser i mavesækken [[7,8,9], og en tilsvarende omdannelse forventes at finde sted for NI3C.
Forskning med NI3C
Vore undersøgelser har vist, at NI3C i et modelsystem for maven omdannes til en række dimere og trimere produkter, som identificeres, vha. LC-MS og LC-MS2. Disse undersøgelser er endnu ikke afsluttet. Disse di- og trimere forbindelser bør derfor være i fokus i fremtidig forskning. Således har det vist sig for en dimer af I3C (DIM), at denne forbindelse standser cellecyklus i bryst- og prostatacancerceller, og effekten af DIM er kraftigere end I3C [4,5,10].
Da den biologiske effekt af NI3C er relativt ukendt, har vi undersøgt fordelingen af NI3C i rotter. Det er interessant at se fordelingen in vivo, for her kan man få indblik i, hvor forbindelsen eventuelt vil have en virkning, når vi indtager den. Efter at rotterne har modtaget en tritiummærket NI3C, er fordelingen af forbindelsen blevet fulgt over tid. Denne undersøgelse viste, at NI3C hovedsageligt genfindes i leveren, maveindhold, nyrer, indhold i tarm og i blæren. Dette viser, at der sker en optagelse af NI3C, selvom det ikke kan afgøres, hvilke omdannelsesprodukter det er, der optages. Dette vil være spændende at få klarlagt. Optagelsesforsøgene med NI3C blev foretaget i samarbejde med Novo Nordisk i Måløv, hvor også den tritiummærkede NI3C blev fremstillet.
I Laboratoriet for Molekylære Mekanismer for Kost Komponenter (Roskilde Universitetscenter) er det netop lykkedes at syntetisere 3-(hydroxymethyl)-4-methoxyindol, som er en tredje indol, der dannes i kålgrøntsager. Denne indol forventes også at hæmme væksten af forskellige typer kræftceller, og hvilke det drejer sig om skal undersøges nærmere.
Referencer
1. IARC. IARC Handbooks of Cancer Prevention. Cruciferous Vegetables, Isothiocyanates and Indoles. Lyon: IARC Press, 2004.
2. Wattenberg, L. W. and W. D. Loub. »Inhibition of polycyclic aromatic hydrocarbon-induced neoplasia by naturally occurring indoles«. Cancer Research 38 (1978): 1410-13.
3. Stephensen, P. U., Bonnesen, C., Schaldach, C., Andersen, O., Bjeldanes, L. F., and Vang, O. N-methoxyindole-3-carbinol is a more efficient inducer of cytochrome P-450 1A1 in cultured cells than indole-3-carbinol. Nutrition and Cancer 36[1], 112-21. 2000.
4. Garikapaty, V. P. S., Ashok, B. T., Tadi, K., Mittelman, A., and Tiwari, R. K. Synthetic dimmer of indole-3-carbinol: Second generation diet derived anti-cancer agent in hormone sensitive prostate cancer. The Prostate 66, 453-62. 2005.
5. Garikapaty, V. P. S., Ashok, B. T., Tadi, K., Mittelman, A., and Tiwari, R. K. 3,3′-diindolylmethane down regulates pro-survival pathway in hormone independent prostate cancer. Biochemical and biophysical research communications 340, 718-25. 2006.
6. Neave, A. S., Sarup, S. M., Seidelin, M., Duus, F., and Vang, O. Characterization of the N-methoxyindole-3-carbinol (NI3C)-induced cell cycle arrest in human colon cancer cell lines. Toxicological sciences 83[1], 126-35. 2005.
7. Grose, K. R. and Bjeldanes, L. F. Oligomerization og indole-3-carbinol in aqueous acid. Chemical Research in Toxicology 5, 188-93. 1992.
8. Anderton M. J., Manson, M. M., Verscoyle, R. D., Gescher, A., Lamb, J. H., Farmer, P. B., Steward, W. P., and Williams, M. L. Pharmacokinetics and tissue disposition of indole-3-carbinol and its acid condensation products after oral administration to mice. Clinical cancer research 10, 5233-41. 2004.
9. Stresser, D. M., Williams, D. E., Griffin, D. A., and Bailey, G. S. Mechanisms of tumor modulation by indole-3-carbinol. Disposition and excretion in male Fischer 344 rats. Drug metabolism and disposition 23[9], 965-75. 1995.
10. Hong, C., Kim, H-A., Firestone, G. L., and Bjeldanes L.F. 3,3’diindolylmethane (DIM) induces a G1 cell cycle arrest in human breast cancer cells that is accompanied by Sp1-mediated activation of p21WAF1/CIP1 expression. Carcinogenesis 23[8], 1297-305. 2002.
11. Vang, O., Frandsen, H., Hansen, K. T., Sorensen, J. N., Sorensen, H., and Andersen, O. Biochemical effects of dietary intakes of different broccoli samples. I. Differential modulation of cytochrome P-450 activities in rat liver, kidney, and colon. Metabolism 50[10], 1123-29. 2001.
Faktaboks 1
Alle glucosinolater har et grundskelet, der indeholder en thioglucose-gruppe, en sulfoneret oxim og en sidekæde. Sidekæden kan være alkyl, alkenyl, alkylthioalkylhydroxyalkyl eller indolylmethyl.
Enzymet myrosinase (b-thioglucoside glucohydrolase) klipper glucose-gruppen af glucosinolaterne ved tilstedeværelse af vand. Det resterende molekyle bliver herefter omdannet til en thiocyanat, isothiocyanat eller nitril. Det er ud fra thiocyanater og isothiocyanater, der bliver dannet en carbonium-ion, som herefter omdannes til indoler.
Faktaboks 2
Laboratoriet for Molekylære Mekanismer for Kost Komponenter er en del af Institut for Natur, Systemer og Modeller på Roskilde Universitetscenters forskning inden for Eukaryot Cellebiologi (www.ruc.dk/nsm).
Laboratoriet fokuserer på at forstå de molekylære og cellulære mekanismer for en række fødevarekomponenters potentielle sundhedsfremmende effekt. Effekten af indoler og resveratrol (fra rødvin) er i fokus.
Faktaboks 3
Grøntsager fra Brassica-familien bidrager mest til vores indtag af glucosinolater. Der er fundet seks forskellige indolyl-glucosinolater, hvor indolylmethyl (GB) og 1-methoxy-3-indolylmethyl (neoGB) er dem, der forekommer oftest.
Faktaboks 4
Mængden af indolylglucosinolater i broccoli varierer meget afhængig af sort og dyrkningsforhold [11].
Glucobrassicin (I3C) 3,3-10,6 mmol/g tørstof
Neoblucobrassicin (NI3C) 3,3-21,7 mmol/g tørstof
4-hydroxyglucobrassicin op til 0,09 mmol/g tørstof
4-methoxyglucobrassicin 0,13-0,
Figur 1. Dannelse af 3-(hydroxymethyl)-indol (I3C) og 3-(hydroxymethyl)-1-methoxyindol (NI3C) ud fra f.eks. broccoli.
Figur 2. Syntese af 3-(hydroxymethyl)-1-methoxyindol (NI3C).
