19 липня, 2025

Роль кальцію D-глюкарату в регуляції обміну естрогенів та гормонозалежних станів молочної залози: інтегративний огляд

Естрогени регулюють важливі процеси в репродуктивній, скелетній, серцево-судинній та центральній нервовій системах, які впливають на загальний стан здоров’я жінок. Метаболізм естрогенів відіграє критичну роль не лише в підтримці гормонального гомеостазу, а й у розвитку гормонозалежних онкологічних захворювань, зокрема раку молочної залози (РМЗ). Розуміння механізмів, що регулюють рівень естрогенів в організмі, має важливе значення для розробки ефективних терапевтичних підходів.

Ключові слова: естрогени, метаболізм естрогенів, D-глюкарова кислота, глюкуронізація, β-глюкуронідаза, гормонозалежні онкологічні захворювання, рак молочної залози, кальцію D-глюкарат.

РМЗ є другою провідною причиною смерті від онкологічних захворювань серед жінок у всьому світі та одним із найпоширеніших діагнозів [1]. Базові, епідеміологічні та клінічні дослідження надають вагомі докази ролі естрогенів у генезі РМЗ, але точний механістичний вплив на формування пухлини до кінця не зрозумілий [2]. Хоча переконливі біологічні та клінічні докази підтверджують ключову роль ефекту, опосередкованого естрогенними рецепторами типу a (ERa), рецептор-незалежні шляхи, що включають метаболіти естрогенів, також можуть сприяти виникненню РМЗ [2].

Результати кількох клінічних та експериментальних спостережень свідчать про механістичний зв’язок між виробленням естрадіолу в жінок та розвитком РМЗ [3]. Переконливим спостереженням є те, що цей вид раку зустрічається у жіночій популяції у 100 разів частіше, ніж у чоловічій, при цьому середній рівень естрадіолу у жінок на порядок вищий, ніж у чоловіків [2].

Естрогени підвищують швидкість проліферації клітин, стимулюючи транскрипцію, опосередковану ЕR, і тим самим збільшують кількість помилок, що виникають у процесі реплікації ДНК. Крім того, естрадіол може метаболізуватися до похідних хінону, які можуть взаємодіяти з ДНК, а потім видаляти з неї основи через процес, який називається депуринізацією. Розвиток пухлини молочної залози насамперед ініціюється метаболізмом естрогенів до 4-CE-, а потім – до CE‑3,4‑хінонів. Схильна до помилок репарація ДНК у подальшому призводить до точкових мутацій [4].

Крім того, метаболіти естрадіолу можуть діяти разом із механізмами, опосередкованими ЕR, для індукції РМЗ [4].

Таким чином, для зменшення ризиків онкогенезу в тканинах молочної залози важливим є питання регулювання рівня естрогенів та ефективний вплив на процеси їх метаболізму і виведення.

Регуляція обміну естрогенів

Шляхи метаболізму естрогенів

Існує чотири основні ендогенні естрогени: естрон (E1), естрадіол (E2), естріол (E3) та естетрол (E4), який виробляється переважно під час вагітності [5].

Метаболізм естрогенів відбувається як у печінці, так і в інших тканинах-мішенях, зокрема у молочних залозах. У печінці перетворення естрогенів має дві стадії [1]. Перша стадія – це переважно реакція гідроксилювання клітинними ферментами P450 [1]. Друга – включає реакції метилювання, конденсації альдегіду та сульфатування, у яких материнські естрогени та їхні метаболіти можуть бути додатково модифіковані шляхом зв’язування із сульфатними або глюкуроновими кислотними частинами, а потім виведені із сечею або жовчю [1]. У результаті такої кон’югації утворюються водорозчинні глюкуроніди, які легше виводяться з організму. E1, E2 та E3 зазнають екстенсивного метаболізму переважно через реакції I фази (гідроксилювання, окислення, відновлення) та II фази (переважно кон’югація), тоді як E4 зазнає лише реакцій II фази [5].

Ферментом, відповідальним за глюкуронізацію, є UDP-глюкуронозилтрансфераза, яка зустрічається в багатьох формах в ендоплазматичному ретикулумі та ядерних мембранах. Його присутність у ядерних мембранах утворює бар’єр, що захищає генетичний матеріал від проникнення різних хімічних сполук у ядро клітини, що може призводити до його пошкодження. Елімінація або інактивація потенційно небезпечних хімічних сполук, що піддаються глюкуронізації, залежить не лише від швидкості кон’югації із глюкуроновою кислотою, а й від швидкості декон’югації, яка відбувається за участю β-глюкуронідази (βG) [6].

Вплив β-глюкуронідази на детоксикаційні процеси

В організмі людини існує дві форми βG: ендогенна та бактеріальна. Перша походить із тканин людини, тоді як друга – із бактерій (Escherichia coli, Peptostreptococcus, Bacteroides, Clostridia тощо), які колонізують кишечник. Підвищена бактеріальна активність β-глюкуронідів викликає посилену декон’югацію глюкуронідів, кон’югованих із токсинами, стероїдними гормонами, ліками або канцерогенами, що виділяються із жовчю. Гідроліз глюкуронідів може також відбуватися в інших тканинах, де присутня βG, включаючи печінку, нирки, селезінку, кишковий епітелій, а також в ендокринних і репродуктивних органах [7-9].

Природним інгібітором βG в організмі ссавців є похідне з D-глюкуронової кислоти [41]. В експериментах [7] було виявлено, що βG, окрім участі в детоксикації організму, відіграє важливу роль як фактор, який контролює специфічний регуляторний механізм, що забезпечує необхідну концентрацію відповідних гормонів та інших біологічно активних сполук у різних тканинах та рідинах організму, і це також стосується сполук, що надходять в організм ззовні, включаючи ліки. Надлишок цих речовин, як і багато токсинів, виводиться з організму у вигляді глюкуронідів, найчастіше із сечею. Порушення вищезазначеного механізму в результаті підвищеної активності βG призводить до надмірного гідролізу глюкуронідів та отруєння організму, якщо не задіяно додатковий механізм, який пригнічує активність цього ферменту [6].

Серед захворювань, які характеризуються високою активністю βG, виділяють цукровий діабет, ревматоїдний артрит, токсикоз вагітності, патологію серця та, перш за все, неопластичні захворювання. Результати дослідження також показали, що неопластична тканина характеризується особливо високою активністю βG [7]. Вважається, що порушення процесу глюкуронізації є характерною зміною в організмі, у якому виявлено наявність неопластичних пухлин [11, 12].

Роль мікробіоти кишечника в підтриманні рівня β-глюкуронідази

Численні дослідження останніх десятиліть продемонстрували, як мікробіом впливає на різні органоспецифічні види раку, змінюючи енергетичний баланс організму, збільшуючи ожиріння, синтезуючи генотоксини та малі сигнальні молекули, а також стимулюючи й регулюючи імунну відповідь та метаболізм неперетравлюваних компонентів їжі, ксенобіотиків і фармацевтичних препаратів. У контексті РМЗ виявлено, що однією з найважливіших ролей людського мікробіому є регуляція метаболізму стероїдних гормонів, оскільки ендогенні естрогени є найсильнішим фактором ризику розвитку цього виду раку, особливо у жінок у постменопаузі.

Мікробіом кишечника кодує ферменти, здатні декон’югувати кон’юговані метаболіти естрогенів, що підлягають екскреції, виштовхуючи їх назад в ентерогепатичний кровообіг у біологічно активній формі. Крім того, ці бактерії також розщеплюють інакше не перетравлювані харчові поліфеноли, щоб синтезувати естрогеноподібні сполуки або імітатори естрогенів, які демонструють різну естрогенну активність.

Сукупність бактеріальних генів у шлунково-кишковому тракті (ШКТ), здатних метаболізувати естрогени, було названо Plottel та Blaser [13] естроболомом. Вважається, що активний естроболом модулює ендогенний метаболізм естрогенів через ентерогепатичну циркуляцію завдяки активності ферментів бактеріальних βG та β-глюкозидази, впливаючи таким чином на рівень естрогенів у крові (рис. 1) [14].

Примітка. Естрогени (E1, E2, E3), циркулюють у кровотоку у вільній або зв’язаній із білком формі, проявляючи різноманітні біологічні ефекти. Печінковий метаболізм материнських естрогенів E2 та E1 незворотно гідроксилює положення C2, C4 або C16 стероїдного кільця, утворюючи метаболіти естрогенів з різною гормональною активністю, біодоступністю та періодом напіввиведення. Потім естрогени та їхні метаболіти кон’югуються в печінці шляхом глюкуронізації та сульфатування, що дозволяє виведення їх із жовчю. Хоча більшість кон’югованих естрогенів виводяться із сечею або калом, значна їх частина реабсорбується у кровотік. Кишкові бактерії, що мають β-глюкуронідазну активність, можуть декон’югувати кон’юговані естрогени, які реабсорбуються в кровотік. Крім того, мікробіом кишечника синтезує естрогеноподібні сполуки або імітатори естрогенів із харчових джерел.

Рис. 1. Схематичне зображення модуляції естрогенів та їх метаболітів у кровообігу естроболомом

Більшість кишкових бактерій проявляють βG-ензимну активність, що дозволяє їм декон’югувати кон’юговані естрогени, що, у свою чергу, призводить до їх реабсорбції в кровотік [14-16]. У ШКТ людини найважливішими генами, що кодують βG, є гени GUS.

Кореляція рівня β-глюкуронідази з ризиком канцерогенезу

Було доведено, що в жінок у постменопаузі зниження співвідношення метаболітів естрогенів до материнських сполук та зменшення різноманітності фекальної мікробіоти пов’язані з підвищеним ризиком РМЗ [17].

Нижча різноманітність кишкової мікробіоти може бути пов’язана з більшою відносною кількістю видів, які продукують βG кишкової мікробіоти (gmGUS), що призводить до збільшення кількості або активності βG, яка прискорює розщеплення кон’югатів глюкуронід-естрогенів. У результаті естрогени знову переходять у вільну форму та реабсорбуються в кров через ентерогепатичну циркуляцію, що призводить до збільшення концентрації некон’югованих естрогенів в організмі [18].

Нові докази підтверджують гіпотезу про зв’язок активності βG із розвитком онкологічних захворювань [18]. Раніше було помічено, що різниця між рівнями ферменту βG у плазмі крові жінок із гінекологічним раком та без такого була дуже значною, а серійні спостереження показали, що зростання титру βG, а також її ферментативної активності асоціювалося з погіршенням клінічного стану [18].

Терапевтичний потенціал кальцію D-глюкарату

Кальцію D-глюкарат як регулятор активності β-глюкуронідази

D-глюкарова кислота – це природна нетоксична сполука, що виробляється в невеликих кількостях ссавцями, включаючи людину. Глюкарова кислота також міститься в багатьох фруктах і овочах, а найвищі її концентрації виявлені в апельсинах, яблуках, грейпфрутах і хрестоцвітих овочах. У ссавців D-глюкарова кислота та D-глюкаро‑1,4‑лактон (1,4-GL) є кінцевими продуктами шляху D-глюкуронової кислоти та потужними інгібіторами βG.

Після перорального прийому кальцію глюкарату (CaG) та калію гідроглюкарату (PHG) у кислому середовищі шлунка вони метаболізуються, утворюючи D-глюкарову кислоту. Остання далі метаболізується у ШКТ на три сполуки, що підтримуються в рівновазі й складаються приблизно з 40% D-глюкарової кислоти, 30% 1,4-GL та 30% D-глюкаро‑6,3‑лактону [29]. У різних частинах ШКТ пропорції цих сполук змінюються залежно від рівня pH. Після всмоктування ці сполуки потрапляють у кров і транспортуються до різних органів. Вони виводяться з організму із жовчю/калом і сечею. Хоча 1,4-GL, імовірно, є найбільш фармакологічно активним із трьох вищезазначених ферментів, він комерційно недоступний. Крім того, застосування кальцію D-глюкарату (CDG) призводить до тривалішого пригнічення βG, ніж D-глюкаро‑1,4‑лактону (5 год проти 1 год) (рис. 2) [19].

Рис. 2. Кишковий метаболізм глюкарової кислоти [19]

Дослідження показали, що низький рівень D-глюкарової кислоти корелює з вищим рівнем βG, що, у свою чергу, пов’язано з підвищеним ризиком різних видів раку [20]. Дослідження показують, що похідні D-глюкарової кислоти, такі як CDG, допомагають підтримувати захист організму від токсинів та надлишку стероїдних гормонів, що робить CDG потенційним агентом, який сприяє детоксикації та захищає організм від гормонозалежних видів раку. Підвищена активність βG пов’язана з підвищеним ризиком розвитку різних видів раку, зокрема гормонозалежних, таких як РМЗ та рак простати. Таким чином, інгібування цього ферменту збільшує безпечне виведення кон’югованих токсичних сполук та знижує їхню активність.

Вплив на біосинтез холестерину та стероїдогенез

Результати команди Valashek показали, що похідні глюкарової кислоти (CaG, PHG) функціонують як природні регулятори біосинтезу холестерину та стероїдогенезу [21]. Це свідчить про можливість регуляції реплікації ДНК та проліферації як нормальних, так і неопластичних клітин через зміни біосинтезу холестерину та його використання як субстрату для утворення жовчних кислот і стероїдних гормонів, а також розподілу останніх у різних тканинах. Ці процеси можуть бути відповідальними за зміни рівня естрадіолу й інших стероїдних гормонів та їх виведення у формі глюкуронідів [22, 23]. При цьому слід наголосити, що ентерогепатична циркуляція та виведення жовчних кислот та інших продуктів метаболізму холестерину залишаються під впливом кишкової бактеріальної флори [24].

Механізми протипухлинної дії сполук глюкарової кислоти

Канцерогенез є складним, багатоетапним процесом. Рак розвивається через послідовні фази, тобто ініціацію, промоцію та прогресування. Зазвичай фази неоплазії відбуваються через великі інтервали, у результаті накопичення множинних генетичних дефектів [25, 26].

У літературі описано результати численних експериментів із використанням так званих коротко- та довгострокових тваринних моделей канцерогенезу. Дані вказують на можливість контролю його різних стадій за допомогою 1,4-GL та його попередників: DAGDL, CaG і PHG. Механізм протипухлинної дії цих сполук головним чином пов’язаний із модифікацією гормонального середовища організму та проліферативним статусом органів-мішеней, з їхньою здатністю нейтралізувати канцерогени і промотори раку, зменшувати онкогенні мутації й запалення та індукувати апоптоз ракових клітин [27].

Основні ефекти 1,4-GL та його попередників включають:

пригнічення зв’язування канцерогенів із ДНК, включаючи 7,12‑диметилбензо[a]антрацен (DMBA), бензо[a]пірен (B[a]P) та N-метил-N-нітрозосечовину (MNU) у молочних залозах та інших органах щурів;
зменшення онкогенних мутацій в онкогенах, таких як K-ras та Ha-ras;
обмеження синтезу канцерогенного білка p65 канцерогенами, що зазнають глюкуронізації;
пригнічення синтезу ДНК та проліферації клітин молочної залози, товстої кишки й сечового міхура щурів;
інгібування in vitro переднеопластичних змін у молочних залозах мишей, індукованих DMBA [44];
обмеження розвитку пухлин молочної залози щурів, індукованих DMBA і MNU у фазі ініціації та/або промоції/прогресування;
обмеження росту клітин РМЗ людини лінії MCF‑7 in vitro;
пригнічення росту розвинених пухлин молочної залози щурів, індукованих DMBA [6, 27].

Експериментальні результати свідчать про те, що 1,4-GL та його попередники – інгібітори βG in vivo демонструють подібну ефективність у пригніченні канцерогенезу у фазах ініціації та промоції/прогресування [28]. Блокатори цього ферменту можуть бути менш ефективними у пригніченні розвитку вже занедбаних стадій злоякісних пухлин, за винятком деяких гормонозалежних видів [29, 30]. Інгібітори цього важливого ферменту можуть змінювати гормональний баланс господаря шляхом зниження рівня стероїдних гормонів, як продемонстровано у випадку естрадіолу, прогестерону, тестостерону або деяких білкових гормонів, наприклад пролактину, які хоча б частково контролюються стероїдними гормонами [30-32].

Виходячи з результатів попередніх досліджень, можна очікувати, що 1,4-GL та його попередник CaG впливають на зниження рівня рецепторів естрогенів і прогестерону в хімічно індукованих пухлинах молочної залози гризунів [29, 30, 32], а також рецепторів андрогенів у трансплантованих пухлинах передміхурової залози [31].

Механізм, за допомогою якого похідні D-глюкарової кислоти (GА) пригнічують неопластичний процес, є складним, погано вивченим і, ймовірно, потребує подальших досліджень, включаючи пухлини людини. Результати експериментів на культурі клітин РМЗ (лінія MCF‑7) у присутності GА та її похідних показали, що 1,4-GL – ефективний блокатор активності βG [33] – виявився основним інгібітором їх росту.

Слід наголосити на спостереженнях, які вказують на те, що в сечі жінок із високим ризиком РМЗ у періовуляторному періоді спостерігаються низькі концентрації глюкуронідів естрону та естрадіолу, тоді як у групі жінок, які не мають такого ризику, не було відзначено жодних відмінностей у рівнях цих кон’югатів у сироватці крові. Аномалії в утворенні глюкуронідів із різними сполуками можуть бути використані для виявлення осіб із підвищеним ризиком раку.

Нещодавно опубліковані звіти з використанням моделей хімічно індукованого канцерогенезу легень [34] та шкіри мишей [35] уперше вказали на потенціал CaG індукувати апоптоз. У присутності цього глюкарату в досліджуваних ракових клітинах були відзначені типові апоптотичні зміни, що проявлялися підвищеною активністю цистеїнових протеаз (каспази 3, 8 та 9), Ca2⁺/Mg²⁺-залежної ендонуклеази та зниженням експресії антиапоптотичного білка Bcl‑2 та продукту мутованого гена p53. Крім того, було продемонстровано підвищений протеоліз полі(АДФ)-рибозополімерази, що зазвичай підтверджує активність каспази 3. Слід зазначити, що в мишей із хімічно індукованим раком, які залишалися на CaG-дієті, спостерігалося значне зниження активності циклооксигенази 2, що вказує на те, що ця сполука, крім своєї проапоптотичної здатності, також має протизапальну дію [27].

Кальцію D-глюкарат: перспективи боротьби з раком молочної залози

Оскільки багато видів РМЗ є естрогенозалежними, здатність CDG впливати на рівень естрогенів та інших гормонів сприяла проведенню клінічних випробувань у кількох великих онкологічних центрах у США [19]. Зокрема, завдяки обнадійливим результатам випробувань на тваринах та наявності опублікованих досліджень впливу CDG на РМЗ у людей Національний інститут раку США розпочав дослідження І фази у пацієнтів із високим ризиком РМЗ в онкологічному центрі Слоуна – Кеттерінга (Нью-Йорк). Це дослідження вивчає використання CDG як альтернативи тамоксифену. Попередні результати є досить обнадійливими, і завдяки доброму профілю безпеки CDG може бути більш ефективним варіантом, ніж тамоксифен, який має численні побічні ефекти.

Клінічне застосування та інтеграція в гормональну терапію

Порівняльний аналіз показав, що підвищення рівня βG у сироватці крові пацієнтів із раком залежить від типу захворювання та стадії його розвитку. Вищий рівень βG у спинномозковій рідині пов’язаний із виникненням раку центральної нервової системи [27].

Огляди численних робіт і результати багаторічних досліджень демонструють, що D-глюкарова кислота та її похідні мають багатофакторну активність. Зокрема, ці сполуки чинять протипухлинну дію, серед іншого, шляхом модифікації гормонального середовища організму та проліферативного статусу органів-мішеней, нейтралізації сполук із канцерогенним потенціалом, зменшення онкогенних мутацій і запалення, а також індукції апоптозу. Їхня активність, особливо 1,4-GL – основного інгібітора βG, також стосується антиоксидантного захисту білків, ліпідів, генетичного матеріалу, що може бути використано для профілактики не лише раку, а й, наприклад, серцево-судинних захворювань і запальних патологій.

Отже, CDG можна розглядати як частину комплексного та холістичного підходу до підтримки гормонального балансу. Перспективним є його клінічне застосування з огляду на здатність підтримувати виведення надлишку естрогенів, однак необхідні подальші дослідження для більш повного розуміння механізмів дії CDG.

Список літератури – у редакції.

Підготувала Олена Речмедіна

Тематичний номер «Акушерство. Гінекологія. Репродуктологія» № 3 (64) 2025 р.

Номер: Тематичний номер «Акушерство. Гінекологія. Репродуктологія» № 3 (64) 2025 р.