O butirato e o irinotecano : a sinergia na terapêutica do cancro do cólon

Dissertação de mestrado em Biotecnologia Farmacêutica, apresentada à Faculdade de Farmácia da Universidade de CoimbraO cancro é uma das causas principais de morte nos países economicamente desenvolvidos e a segunda causa de morte nos países em desenvolvimento. O cancro colorretal é o terceiro cancro com maior incidência em homens e o segundo em mulheres em todo o mundo. Em Portugal, o cancro colorretal é responsável pela morte de 11 portugueses por dia e cerca de 3 mil por ano, com uma incidência anual 6 mil novos casos. A elevada toxicidade dos fármacos antineoplásicos convencionalmente usados para a terapia é muitas vezes razão limitante da dose ou até mesmo para a interrupção da quimioterapia havendo, assim, uma necessidade permanente de novas terapias para o combate do mesmo. O irinotecano é usado como segunda linha de tratamento e os seus potenciais benefícios (controlo de sintomas, manutenção e melhoria da qualidade de vida e o aumento da sobrevivência) têm de ser pesados com os potenciais riscos do tratamento relacionados com a mortalidade e a morbilidade, nomeadamente neutropenia, náuseas, vómitos, diarreia e astenia. Pelo menos 36% dos doentes tratados com irinotecano sofrem de efeitos adversos com toxicidades graves, potencialmente fatais. Uma dieta rica em fibras está relacionada com um baixo risco de desenvolvimento do cancro colorretal. A fermentação de fibras dietéticas pela microflora intestinal resulta na produção de butirato, o qual tem sido reportado como um agente quimiopreventivo. O butirato tem sido descrito como um inibidor das desacetilases de histonas, induzindo a paragem do ciclo celular, a apoptose e a diminuição da expressão de HIF-1α, sendo também capaz de modular a via de sinalização Wnt e inibir o processo angiogénico. A relevância deste trabalho é apoiada em estudos que reforçam o papel dos inibidores das desacetilases de histonas, como o butirato, na combinação com a quimioterapia existente, na qual o irinotecano se inclui, tendo como objetivo a procura de uma sinergia que traduza a melhoria da eficácia e diminuição da toxicidade do tratamento. Primeiramente, os resultados demonstraram que o butirato apresenta um efeito anti-proliferativo nas três linhas celulares a estudo, levando à diminuição da viabilidade celular, e da expressão de P53 e de β-catenina. Demonstrou também ser capaz de interferir com a atividade da glicoproteína-P e de induzir a apoptose, interferindo na razão BAX/BCL-2. A terapia combinada apresentou um potencial efeito citotóxico nas três linhas tumorais, que resultou num efeito sinérgico em algumas condições e permitiu a diminuição da XIV concentração de irinotecano necessária para reduzir a proliferação celular em 50% (IC50). Este potencial foi verificado em termos de viabilidade e de morte celular, do ciclo celular e da expressão de P53. Na segunda parte deste trabalho, os estudos em animais permitiram verificar o sucesso da combinação dos dois compostos em modelos heterotópicos, sem a penalização do bem-estar dos animais, reforçando o potencial terapêutico entre o irinotecano e o butirato. Nos estudos em modelos ortotópicos não foi possível afirmar o potencial terapêutico do butirato, no entanto, estes resultados constituíram resultados preliminares, que no futuro poderão permitir avaliar o efeito do butirato no desenvolvimento tumoral, no seu microambiente de origem. Assim, com este trabalho foi possível concluir que o butirato e o irinotecano atuam sinergicamente nas três linhas celulares tumorais apesar do seu diferente perfil genético e localização. O butirato é capaz de influenciar o mecanismo de quimiorresistência das células LS1034. Desta forma, o butirato em combinação com agentes quimioterapêuticos pode constituir uma solução para o tratamento do cancro colorretal. Tal entendimento pode orientar as decisões sobre quais os doentes com cancro colorretal podem beneficiar da terapia com butiratoCancer is a leading cause of death in economically developed countries and the second cause of death in developing countries. Colorectal cancer is the third cancer with higher incidence in men and the second in women worldwide. In Portugal, colorectal cancer is responsible for the death of 11 people per day and about 3 thousand per year, with an incidence of 6 thousand new cases each year. The high toxicity of antineoplastic drugs conventionally used for therapy is often dose limiting, or even the reason for discontinuation of chemotherapy, so there is an emerging need for new therapies to face it. Irinotecan is used as second-line treatment and its potential benefits (symptoms control, maintenance and improvement of patients life quality and increased survival) must be weighed with the potential risks of treatment related with mortality and morbidity, particularly neutropenia, nausea, vomit, diarrhea, asthenia. At least 36% of patients treated with irinotecan suffer from adverse effects with serious life-threatening toxicities. A diet rich in fiber is associated with a low risk of developing colorectal cancer. The dietary fiber fermentation by intestinal microflora results in the production of butyrate, which has been reported as a chemopreventive agent. Butyrate has been described as an inhibitor of histone deacetylases, inductor of cell cycle arrest, apoptosis, inhibitor of HIF-1α expression and, it is also capable of modulating the Wnt signaling pathway and inhibiting the angiogenic process. The relevance of this work is supported by studies that support the role of histone deacetylase inhibitors such as butyrate, in combination with current chemotherapy, in which irinotecan is included, with the objective to find a synergy that improve the efficacy and decrease treatment toxicity. First, the results demonstrated that butyrate has an anti-proliferative effect in all three cell lines under study, leading to a decrease on cell viability, expression of P53 and β-catenin, being able to modulate the P-glycoprotein activity and induce apoptosis by modulation of BAX/BCL-2 ratio. Combined therapy has a cytotoxic potential, resulting in a synergistic effect in certain conditions, and allows a reduction in irinotecan concentration needed to reduce cell proliferation in 50% (IC50). This potential was verified in terms of cell viability and death, cell cycle and P53 expression. In the second part of this work, animal studies helped to confirm the success of the combination of the two compounds in xenotransplant models without penalizing the welfare XVI of the animals, supporting the therapeutic potential of irinotecan and butyrate. The studies with orthotopic models were not possible to settle the therapeutic potential of butyrate. However, these results constituted preliminary results, and so, future studies will allow to evaluating the effect of butyrate on tumor development in its microenvironment of origin. Butyrate and irinotecan act synergistically in the three tumor cell lines despite the different genetic background and location. Butyrate is able to influence the mechanism of LS1034 chemoresistance. Butyrate in combination with chemotherapeutic agents can be a solution for the treatment of colorectal cancer. Such understanding can guide decisions about which patients with colorectal cancer may benefit from therapy with butyrat