Resumo
Os compostos bioativos naturais obtidos de microrganismos têm despertado especial interesse da indústria nos últimos anos. Esta atenção ocorre em um momento em que o esgotamento de recursos naturais é pronunciado, e a aquisição de novos insumos e produtos bioativos de origem vegetal representa um desafio para as próximas gerações. Neste sentido, a prospecção para a produção e uso em larga escala dos pigmentos bacterianos tem representado uma importante estratégia para o desenvolvimento de novos produtos. Uma grande variedade de propriedades foi atribuída a estas substâncias, entre elas, o potencial terapêutico contra doenças importantes, como o câncer. Existe um consenso de que os protocolos quimioterápicos disponíveis são conhecidos por afetarem negativamente a fertilidade de pacientes com câncer. Grande parte dos efeitos deletérios da quimioterapia está relacionado à citotoxicidade das drogas usadas para este fim, que além das células cancerosas, afetam as células normais. Nesse sentido, as propriedades naturais atribuídas aos pigmentos bacterianos associadas à baixa citotoxicidade e relevante seletividade, os qualificaram como potenciais drogas anticâncer. No entanto, pouco se tem de informação a respeito da toxicidade reprodutiva destes novos e promissores compostos. Dessa forma, a presente revisão tem o objetivo de abordar os principais pigmentos bacterianos, suas utilizações potenciais como drogas anticâncer, bem como os seus possíveis efeitos tóxicos, sobretudo, sobre a gônada feminina.
Palavras-chave: câncer; quimioterapia; fertilidade; compostos bioativos; bactéria
Abstract
Natural bioactive compounds obtained from microorganisms, have awakened particular interest in the industry nowadays. This attention comes when natural resources depletion is pronounced, and the acquisition of both new plant origin resources and bioactive products, represents a challenge for the next generations. In this sense, prospecting for large-scale production and use of bacterial pigments is a necessary strategy for the development of novel products. A wide variety of properties have been attributed to these substances and, among them, their therapeutic potential against important diseases, such as cancer. There is consensus that available chemotherapy protocols are known to detrimentally affect cancer patients fertility. Hence, considerable part of the deleterious effects of chemotherapy is related to the drugs cytotoxicity, which, in addition to cancer cells, also affect normal cells. Therefore, the intrinsic properties of bacterial pigments associated with low cytotoxicity and relevant cell selectivity, certified them as potential anticancer drugs. However, little information is available about reproductive toxicity of these new and promising compounds. Thus, the present review aims to address the main bacterial pigments, their potential uses as anticancer drugs and their possible toxic effects, especially on the female gonad.
Keywords: cancer; chemotherapy; fertility; bioactive compounds; bacteria
Introdução
O ovário mamífero, assim como quaisquer órgãos que compõem um organismo, está continuamente sujeito ao efeito de diversos fatores citotóxicos que podem vir a afetar e, consequentemente, modificar suas funções biológicas. Uma das principais consequências da exposição contínua dos ovários a agentes citotóxicos é a insuficiência ovariana prematura [IOP(1,2)]. A IOP pode ser a consequência direta e o principal efeito colateral dos quimioterápicos atualmente utilizados para o tratamento do câncer(3).
A lesão ovariana, com consequente infertilidade permanente, é um dos efeitos colaterais mais comuns que ocorre durante o tratamento quimioterápico em mulheres acometidas por certos tipos de câncer como, por exemplo, o linfoma de Hodgkin(4). Visando mitigar os efeitos danosos dos quimioterápicos sobre a fertilidade feminina, estudos têm investigado o efeito de diversas substâncias com potencial atividade anticâncer, incluindo compostos naturais bioativos com baixa citotoxicidade e ação quimioprotetora, tais como o resveratrol(5); licopeno(6-9); extrato de erva doce(10); melatonina(11,12), entre outros.
Os compostos naturais bioativos podem ser extraídos de fontes de origem vegetal e animal(13). No entanto, atualmente, os microrganismos representam as mais importantes e promissoras fontes destes compostos(14,15). Os compostos naturais bioativos apresentam uma variedade de propriedades terapêuticas, que podem ser exploradas como uma alternativa ao uso de quimioterápicos altamente citotóxicos ou como adjuvantes aos quimioterápicos. Os microrganismos (fungos e bactérias) são importantes fontes de compostos bioativos com atividade anticâncer(13-15), sendo exímios produtores de pigmentos [piocianina(16,17); prodigiosina(18,19); carotenóides(20,21)]. Os pigmentos produzidos por microrganismos, e mais especificamente por bactérias, podem colaborar para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas no tratamento do câncer e/ou na preservação da fertilidade feminina. Assim, este trabalho tem como objetivo abordar os principais pigmentos bacterianos, suas utilizações potenciais como drogas anticâncer bem como seus possíveis efeitos tóxicos sobre o aparelho reprodutor feminino.
Quimioterápicos e mecanismos de ação anticâncer
Quimioterápico é como são denominadas as drogas comumente usadas nos protocolos terapêuticos para o tratamento dos mais variados tipos de câncer. Os quimioterápicos são, geralmente, substâncias semissintéticas ou sintéticas de diversas origens, tais como plantas e microrganismos(22). Atualmente, existem quatro classes de agentes anticâncer derivados de plantas, a saber: alcalóides da vinca (vincristina, vimblastina e vindesina), epidopofilotoxinas (etoposídeo e tenoposídeo), taxanos (paclitaxel e docetaxel) e derivados da camptotecina [camptotecina e irinotecano(23)]. Outros quimioterápicos derivados de antraciclinas, oriundas de microrganismos, como a doxorrubicina (DOX), por exemplo, são altamente eficazes no tratamento de diversos tipos de tumores(24). Estas drogas, no entanto, apresentam alto grau de toxicidade para células não cancerosas, visto que os mecanismos de ação dos quimioterápicos não são seletivos e causam também a depleção de células normais, principalmente aquelas com alto grau de atividade proliferativa(25,26).
Especificamente com respeito ao trato reprodutivo, drogas como a DOX, causam danos induzidos por apoptose sobre a reserva de folículos primordiais, induzindo a quebra de cadeias de dupla fita do DNA e causando morte celular estromal, bem como danos microvasculares que induzem hipóxia tecidual, contribuindo para a perda precoce de folículos ovarianos(27). Já outros quimioterápicos, como a ciclofosfamida, são metabolizados no fígado e transformados em metabólitos alquilantes ativos(10). Estes metabólitos induzem a ativação de isoformas DNAPK - γH2AX- checkpoint quinase 2 (CHK2), p53/TAp63α, proteína quinase B (AKT) e forkhead box O3 (FOXO3a) no núcleo dos oócitos. Tais proteínas estão envolvidas no dano e reparo do DNA e nos processos de apoptose e autofagia celular(28). A tabela 1 apresenta os principais mecanismos e a gonadotoxicidade dos principais quimioterápicos.
Citotoxicidade dos quimioterápicos no sistema reprodutor feminino
Dentre as estruturas que compõem o sistema reprodutor feminino, os folículos ovarianos e seus respectivos oócitos são altamente sensíveis aos efeitos deletérios dos quimioterápicos, que por sua vez aceleram a atresia folicular e promovem o esgotamento da reserva ovariana(34). O efeito gonadotóxico dos quimioterápicos pode ocorrer em virtude de três fatores conhecidos: 1- devido a falhas nos mecanismos de dano e reparo do DNA. Estas falhas resultam na ativação da proteína Tap 73, um modulador p53 regulado positivamente na apoptose, que também ativa a proteína pró-apoptótica p63. Tap 73 e p53, por sua vez, recrutam e ativam as proteínas pró-apoptóticas Bax e Bak, induzindo a apoptose(33); 2- efeito “Burnout” - causa destruição dos folículos/esgotamento da reserva folicular por meio da redução da secreção do hormônio anti-mulleriano (AMH) que, em síntese, inibe a ativação e consequentemente o recrutamento dos folículos primordiais(34,35). Assim, a redução dos níveis de AMH na corrente sanguínea culmina por amplificar a ativação e depleção folicular (36); 3- promoção de danos vasculares à nível arterial ovariano. Estudos demonstraram que quimioterápicos como a DOX induzem danos vasculares(37). Este efeito é refletido por uma queda do fluxo arterial ovariano, que induz hipóxia e atrofia ovariana acompanhada de fibrose cortical, perda folicular e redução significativa da função ovariana e, por conseguinte, da função reprodutiva (38). A redução precoce da função ovariana em decorrência do uso de quimioterápicos para o tratamento do câncer pode caracterizar a insuficiência ovariana prematura em pacientes oncológicos.
IOP e uso de animais como modelos para o estudo de distúrbios reprodutivos
A IOP afeta aproximadamente 1% das mulheres com menos de 40 anos de idade, sendo a causa primária de distúrbios reprodutivos, tais como: anovulação e hipoestrogenismo, amenorreia primária ou secundária, infertilidade, deficiência de esteróides sexuais e elevação de gonadotrofinas(39). O surgimento da IOP geralmente é idiopático(40). No entanto, diversos mecanismos não fisiológicos podem estar associados ao seu desenvolvimento, o que pode incluir distúrbios genéticos, autossômicos, autoimune, metabólicos e doenças infecciosas(41). Adicionalmente, tratamentos anticâncer baseados em quimioterapia e radioterapia são as causas iatrogênicas mais conhecidas para o estabelecimento e desenvolvimento deste distúrbio(41).
A IOP trata-se de uma condição humana, que não é relatada em animais. No entanto, os animais domésticos e, especialmente os ruminantes, compartilham semelhanças importantes com a espécie humana no tocante aos aspectos reprodutivos, tais como: duração do ciclo ovulatório (mulher: 24-30 dias, vaca: 17-24 dias, ovelha: 13-19 dias), número de ovulações por ciclo (mulher: 1, vaca: 1, ovelha: 1-2), duração da fase luteal (mulher: 14-16 dias, vaca: 15-18 dias, ovelha: 12-14 dias), diâmetro do folículo ovulatório (mulher: 18-20 mm, vaca: 15-20 mm) e duração da gestação [mulher: ~ 9 meses, vaca: ~ 9 meses(42)]. Além disso, o sistema reprodutivo dos animais pode estar igualmente suscetível aos distúrbios que promovem direta ou indiretamente a disfunção reprodutiva. Dessa forma, devido às semelhanças que compartilham com a espécie humana em relação aos aspectos reprodutivos, alguns animais domésticos podem servir de modelos experimentais para os estudos da fertilidade e da toxicologia reprodutiva feminina (2,42,43).
Relevância dos pigmentos bacterianos
Devido à cito/gonadotoxicidade dos quimioterápicos existentes, diversos estudos têm investigado o uso de novas terapias baseados na descoberta de substâncias para a prevenção, tratamento e controle do câncer. Esses estudos buscam substâncias que possuam um maior índice de seletividade para células cancerosas ou que sejam utilizados como adjuvantes aos quimioterápicos, atenuando os efeitos tóxicos e auxiliando a preservação de tecidos saudáveis (15,44-46). Nesse sentido, as cepas bacterianas são capazes de produzir naturalmente uma infinidade de metabólitos. Dentre esses metabólitos, alguns são classificados como pigmentos, devido ao fato de apresentarem algum tipo de coloração no espectro visível de luz(47). Esses pigmentos geralmente apresentam uma gama de funções e propriedades que, de modo geral, atuam como fatores de virulência (determinando a patogenicidade de diferentes cepas bacterianas), conferindo resistência térmica e luminosa contra a radiação ultravioleta e promovendo o balanço redox [prevenindo contra o estresse oxidativo(48)].
Os pigmentos bacterianos têm despertado o interesse da indústria em diversas frentes: no ramo alimentício, como corantes e aditivos antioxidantes naturais(49); na produção de novas gerações de antibióticos e antifúngicos, em decorrência da múltipla resistência de microrganismos às substâncias rotineiramente prescritas pela comunidade médica (50); na área cosmética, para a geração de novas formulações fotoprotetoras e antioxidantes(51); na formulação de suplementos alimentares e na alimentação, aumentando a performance e o desenvolvimento animal(52-54); e no tratamento do câncer, graças à sua eficácia contra diversas linhagens de células cancerosas em animais e humanos, sendo considerados potenciais quimioterápicos naturais. A figura 1 ilustra as principais e potenciais aplicações dos pigmentos de origem bacteriana.
O uso de pigmentos bacterianos na biotecnologia e na farmacêutica é uma tendência mundial. Os pigmentos são compostos altamente bioativos e que exibem uma gama de propriedades de interesse social e econômico. Além disso, a produção e a obtenção de pigmentos bacterianos oferecem vários benefícios que justificam tal interesse, assim como a possibilidade de produção em larga escala, uma vez que a incubação de bactérias é relativamente simples e estimula o desenvolvimento de milhões e milhões de colônias (49). Adicionalmente, o domínio sobre a manipulação genética de microrganismos pode permitir seu contínuo aprimoramento, graças à transgenia e à edição genética. Neste sentido, quimioterápicos de origem vegetal, como os alcaloides vinca - vincristina e vimblastina - extraídos de Catharanthus roseus, e taxanos - paclitaxel - por exemplo, foram sintetizados de novo com sucesso por leveduras(55), e biossintetizados por uma variedade de bactérias(56), respectivamente. Ainda, graças a tecnologia de DNA recombinante, bactérias Escherichia coli não produtoras de violaceína modificadas com plasmídeos, que expressavam operons sintéticos vioABCDE - envolvidos na sintese do pigmento - produziram com sucesso o referido pigmento, que possui vasto potencial farmacológico(57).
Ademais, a produção de pigmentos derivados de bactérias com potencial farmacológico diverso, entre eles, anticâncer, tem impacto positivo para o meio ambiente, visto que o cultivo bacteriano extingue a necessidade do plantio de extensas áreas de monoculturas tradicionalmente utilizadas para a obtenção dos quimioterápicos de origem vegetal(55). Reduzindo, por conseguinte, o uso de fertilizantes e pesticidas para o controle de pragas, que são conhecidos por afetar negativamente a saúde humana e a fertilidade feminina(58). Por esses motivos, a produção e o uso de pigmentos bacterianos representam uma janela para avanços promissores nas próximas décadas. A seguir serão abordados os principais pigmentos bacterianos com potencial anticâncer conhecidos atualmente.
Carotenóides
Os carotenóides são uma grande variedade de biomoléculas naturais produzidas por plantas, algas, leveduras, fungos e bactérias. Eles possuem diversas colorações, variando desde vermelho, amarelo à laranja, e pertencem à subfamília isoprenóide(21). Os carotenóides são classificados em dois grupos principais: os hidrocarbonetos puros, carotenos, por exemplo, α-caroteno, β-caroteno e licopeno e os derivados oxigenados, xantofilas, por exemplo, luteína, zeaxantina, astaxantina(59). Em bactérias, os carotenóides são metabólitos secundários que desempenham papéis fundamentais na adaptabilidade celular, protegendo-as da radiação ultravioleta e do dano oxidativo, assim como atuando nos mecanismos de manutenção da fluidez da membrana celular(60). Diversos gêneros de bactérias foram relatados como produtores de pigmentos carotenóides, tais como o astaxantina, β-caroteno, zeaxantina, cantaxantina e licopeno(21).
Os carotenóides são amplamente conhecidos por sua capacidade antioxidante(52,61,62) e por serem precursores naturais da vitamina A (retinol), uma vitamina lipossolúvel envolvida na divisão e diferenciação celular, no desenvolvimento ósseo e na função reprodutiva(62,63). O efeito antioxidante dos carotenóides foi investigado em testes in vivo e in vitro envolvendo estruturas do sistema reprodutor feminino de diferentes espécies domésticas. Exemplificando, em um estudo in vivo, que avaliou o efeito da suplementação com β-caroteno na função ovariana, cabras suplementadas com 50 mg/dia de β-caroteno em associação à dieta durante 34 dias pré e 17 dias pós ovulação apresentaram aumento da atividade ovariana caracterizada pelo aumento do número total de folículos, da taxa de ovulação e do número total de corpos lúteos(52).
In vitro, a suplementação com licopeno no meio de cultivo de fragmentos ovarianos de galinhas idosas, reduziu o estresse oxidativo através da ativação de antioxidantes e da via Nrf / HO-1, aumentou a proliferação celular e reduziu as taxas de apoptose(7). Durante a maturação in vitro (MIV) de complexos cumulus-oócitos (CCO) bovinos, a suplementação com licopeno, outro carotenoide, reduziu as taxas de apoptose e os níveis de espécies reativas de oxigênio (EROS) oocitário, resultando em maiores taxas de clivagem, bem como aumento no número de células totais do trofectoderma e da massa celular interna de embriões produzidos após a fertilização in vitro(8).
A suplementação de licopeno durante a MIV de CCO bovinos também impactou na produção de blastocistos com taxas significativamente maiores e uma razão de células apoptóticas menor em comparação aos grupos de MIV tratados sem licopeno. Além disso, grupos tratados com licopeno apresentaram um total de 296 genes expressos diferencialmente, após análise transcriptômica, em que as vias associadas à função celular, metabolismo, reparo de DNA e anti- apoptose foram reguladas positivamente no grupo licopeno(9).
Além do licopeno, a adição de carotenóides como β-caroteno e cantaxantina foi avaliada durante a MIV de oócitos murinos e porcinos, respectivamente. Durante a MIV de murinos, o β-caroteno bloqueou a inibição da maturação oocitária induzida pelo Rosup, um reagente que estimula a produção de EROS. Desta forma, β-caroteno melhorou a ativação partenogenética de oócitos de camundongos expostos a EROS, reduziu o nível de apoptose e restaurou a expressão de actina e a distribuição de grânulos corticais nos oócitos expostos a Rosup(64). A adição de cantaxantina, por sua vez, aumentou as taxas de clivagem e formação de blastocistos de oócitos porcinos ativados partenogeneticamente, aumentou os níveis de glutationa, um antioxidante hidrossolúvel reconhecido como o tiol não proteico mais importante nos sistemas vivos, e reduziu drasticamente os níveis de EROS(65).
Muito dos efeitos positivos alcançados pelo uso de carotenóides em meios de cultivo celular ou na alimentação animal, na forma de suplemento, se deve ao potencial antioxidante destes compostos. É sabido que o câncer, assim como os quimioterápicos e os poluentes ambientais, foram relatados por promoverem aumento significativo dos níveis de EROS, atuando como fatores pró-oxidantes para o restante do corpo, afetando a homeostase e propiciando danos. Neste sentido, compostos como os carotenoides auxiliam a promover o equilíbrio redox(66,67).
Além de beneficiar os sistemas biológicos graças a seu potencial antioxidante, os carotenoides possuem atividade anticâncer direta. Em um estudo com modelo intraperitoneal, a metástase tumoral em murinos implantados com células de câncer de ovário foi atenuada pela administração oral de licopeno, que reduziu significativamente os níveis de fatores pró-tumorais, como o ki67(68). Em outro estudo, a administração oral de astaxantina promoveu a apoptose em câncer de cólon induzido por DMH em murino, modulando as expressões de fator nuclear-κB (NFκB), ciclooxigenase-2 (COX-2), metaloproteinase (MMP) 2 e 9, antígeno nuclear de proliferação celular (PCNA) e serina/treonina proteína quinase (ERK), fatores presentes na carcinogênese(69). In vitro, por sua vez, o licopeno induziu a apoptose de células de câncer de mama humano(70) e reduziu os níveis intracelular e mitocondrial de EROS, bem como induziu a apoptose de células de câncer pancreático (Panc-1) pela ativação de caspase e aumento de Bax(71).
Melanina
Melanina é um termo geral para um grupo de pigmentos heterogêneos, geralmente insolúveis em água, ácido aquoso e solventes orgânicos comuns que geralmente aparecem na coloração preta ou marrom escura, podendo também produzir cores avermelhadas ou amareladas(47). Esses pigmentos são produzidos por organismos de todos os domínios de seres vivos, desde bactérias até mamíferos(72). A biossíntese de melanina em bactérias ocorre pela polimerização oxidativa de compostos fenólicos, predominantemente, por duas vias, 1,8-dihidroxinaftaleno e 3,4-dihidroxifenilalanina, resultando em diferentes tipos de melanina: eumelanina, feomelanina, alomelanina, piomelanina e neuromelanina(73). As melaninas podem apresentar uma variedade de funções em bactérias ambientais e patogênicas, conferindo vantagens adaptativas e aumentando sua aptidão e sobrevivência em muitas condições de estresse(73). Dentre as variadas funções biológicas da melanina, destacam-se: a conferência de resistência ao estresse térmico ocasionado por radiação e ao estresse oxidativo ocasionado pelo desequilíbrio redox, e resistência a compostos tóxicos e metais pesados(48). Tais vantagens conferem a esta substância uma gama de aplicações em potencial, como composto natural antioxidante e anticâncer.
A melanina é um polímero com ação antioxidante pois interage prontamente com radicais livres e outras EROS, proporcionando a transferência simples de elétrons(46). Em um estudo in vitro, a melanina produzida por por Schizophyllum commune, um fungo, demonstrou um efeito dose dependente sobre a inibição da proliferação de linhagens celulares de carcinoma de laringe epidermóide humano (HEP-2) e alta atividade na eliminação de radicais livres de 2, 2-difenil-1-picrilhidrazil em uma concentração de 50 μg/mL(47). Já em outro estudo, a melanina produzida por bactérias Streptomyces glaucescen demonstrou potente atividade citotóxica in vitro contra a proliferação e sobrevivência de linhagem celular de câncer de pele (HFB4), demonstrando uma taxa de mortalidade de 81,3% das células cancerosas, quando expostas à concentração de 100 μg/mL durante 24 horas. Além disso, se mostrou altamente segura ao apresentar baixa citotoxicidade em células normais (fibroblasto pulmonar humano e células amnióticas humanas) em comparação com quimioterápicos usuais, como o 5-fluorouracil(46). Além do efeito anticâncer, a melanina extraída de S. glaucescen exibiu um efeito antioxidante comparável ao do ácido ascórbico. Nesta mesma linha, recentemente, pesquisadores extraíram melanina produzida por Bacillus licheniformis e testaram seu efeito in vitro em diversas linhagens de células cancerosas. Eles observaram uma promissora atividade anticâncer do pigmento contra linhagem celular de câncer de mama (MCF-7), linhagem celular de carcinoma hepatocelular humano (HepG2), e linhagem celular de carcinoma de cólon (HCT116). Adicionalmente, foi observada baixa citotoxicidade da melanina quando utilizada in vitro em baixas concentrações sobre células saudáveis como, por exemplo, em fibroblastos humanos [HFB4(74)].
Violaceína
A violaceína é um pigmento bacteriano de cor violeta, sintetizado a partir do triptofano por uma via que envolve a ação sequencial de cinco enzimas diferentes (codificadas pelos genes vio A, B, C, D e vio E). Ela é produzida pelas espécies Chromobacterium violaceum e Janthinobacterium lividum(75), que são bactérias gram-negativas encontradas em ambientes terrestres e aquáticos, como às margens do Rio Negro, no Brasil(44). Estudos in vitro indicaram que a violaceína apresenta uma gama de efeitos terapêuticos, como: antibiótico(76), antiprotozoário(75) e antiviral(77). Além disso, o pigmento foi relatado como um indutor de apoptose em diversas linhagens de células cancerosas, indicando o seu uso como um potencial agente anticâncer. A citotoxicidade da violaceína para células do Tumor de Ascite de Ehrlich, por exemplo, é mediada por uma rápida (8-12 h) produção de EROS e uma diminuição nos níveis de glutationa intracelular, provavelmente devido ao estresse oxidativo(44). Já em linhagem celular de leucemia humana (HL-60) a citotoxicidade da violaceína demonstrou ser precedida por ativação de caspases, transcrição de genes alvo do fator nuclear kappa-B (NF-kappaB) e ativação da proteína quinase ativada por mitógeno [MAP(78)]. Em linhagens de células de câncer de cólon humano (Caco-2), a violaceína medeia a produção de EROS, seguida pela ativação da caspase-3, liberação de citocromo C, e liberação de cálcio para o citosol, conduzindo a morte das células Caco-2 pela via de apoptose(79). Outro estudo constatou que o pigmento produzido pela espécie Janthinobacterium lividum foi capaz de inibir, in vitro e in vivo, o crescimento de linhagens celulares de carcinoma de cabeça e de pescoço. Nesse estudo, a violaceína inibiu o crescimento celular e induziu a autofagia e a apoptose, sendo constatado o seu efeito sobre a inibição de vias de proliferação celular (ERK1 e ERK2), bem como pelo aumento da razão Bax/Bcl-2 ligada à apoptose, à indução da degradação de p53, ao acúmulo de NF-kappaB e à produção de EROS(80). Em estudo realizado in vivo em camundongos BALB/c, a injeção intratumoral de 0,75 mg/kg de violaceína dissolvida em DMSO e diluída em PBS, assim como a injeção de 1 mg/kg durante 35 dias foram seguras e não alteraram os níveis hematimétricos dos animais(44).
Além de induzir a apoptose em células cancerosas, a violaceína promoveu alterações morfológicas em linhagens de células de tumor cerebral (U87) causando, com isso, impacto em sua capacidade migratória, interferindo no processo metastático deste tipo de câncer(81). Finalmente, um estudo in vitro constatou que a violaceína atua sinergicamente com o quimioterápico 5-fluorouracil, aumentando a citotoxicidade e a indução de apoptose, assim como interferindo a transdução de sinal mediada por Akt em linhagens celulares de câncer colorretal humano(45).
Prodigininas
Dentre a classe de pigmentos bacterianos descobertos e amplamente estudados ao longo dos anos, as prodigininas podem ser consideradas as mais notáveis, curiosas e importantes desta categoria. O nome “prodiginina”, associado a “prodígio, milagre”, tem origem de sua suposta ligação com relatos que remontam do ano 322 a.C, quando soldados da macedônia noticiaram o aparecimento de supostas gotas de sangue no interior dos pães usados para a alimentação, evento tido como profético pelos videntes do imperador Alexandre Magno. O conhecimento e estudo destes pigmentos procurou justificar eventos miraculosos ocorridos há mais de 700 anos, tal como o Milagre de Bolsena, origem da Festa de Corpus Christi, quando supostas gotas de sangue foram observadas na hóstia durante a celebração de uma missa presidida por um padre que lutava contra a falta de fé(82).
Além dos rumores envolvendo essa classe de pigmentos, que são formados por colônias de bactérias que se assemelham a gotículas de sangue, a classe das prodigininas compreende um grupo de pigmentos vermelhos, alcaloides, estruturalmente caracterizados como tripirróis heterocíclicos, ou seja, contém três anéis pirrólicos interligados [A, B e C(49)]. Este grupo de pigmentos inclui a prodigiosina, a metacicloprodigiosina, a undecilprodigiosina, a nonilprodigiosina, a cicloprodigiosina, a ciclononilprodigiosina e a butilcicloheptilprodiginina(83,84). Convenientemente, devido à similaridade das isoformas dessas substâncias, vem se tornando um consenso a utilização do termo “prodiginina”, para caracterizar a classe desses alcaloides, e “prodigiosina”, para se referir aos nomes particulares dos pigmentos vermelho ou magenta(85). As prodigininas são metabólitos secundários que foram extraídos e caracterizados pela primeira vez da bactéria gram-negativa Serratia marcescens(84). Além de S. marcescens, o pigmento também foi isolado de diversas espécies gram-positivas e gram-negativas(83,86). Entre as espécies produtoras do pigmento, a S. marcescens se destaca por ser de fácil cultivo, proporcionando a produção em massa do referido bioativo(87).
As prodigiosinas apresentam coloração sensível ao pH, são fotossensíveis, insolúveis em água, moderadamente solúveis em álcool e éter e solúveis em clorofórmio, metanol, acetonitrila e DMSO(88-90). Embora o mecanismo pelo qual esses compostos agem seja complexo e, provavelmente multifatorial, uma ampla variedade de estudos demonstrou importantes propriedades associadas ao pigmento. As prodigiosinas exibiram variadas atividades, a saber: 1- antiviral, inibindo especificamente ao menos as vias de sinalização de NF-kappaB e Akt, que promove a morte celular acelerada em células infectadas com Herpes simplex vírus(91); 2- atividade antimicrobiana, com atividade inibitória de 30% para Candida albicans, Escherichia coli e Staphylococcus aureus(92); 3- atividade anti-inflamatória, identificada como um potencial inibidor da proteína COX-2(93) e 4- atividade antioxidante, com potencial de eliminação de radicais DPPH de ~78 % e de radicais ABTS de ~71% na concentração de 500 μg/mL(87).
Além das propriedades citadas acima, a prodigiosina exibiu relevante e potente ação anticâncer contra várias linhagens de células cancerosas por meio de mecanismos distintos. Em linhagem celular de leucemia (K562), ela inibiu a proliferação, aumentou o índice de EROS, induziu apoptose, provavelmente pela indução do aumento de proteínas pró-apoptóticas, caspase-3-clivada, 8 e 9, e inibiu a autofagia. Identificou-se ainda que a cascata ERK ativada desempenha papel primário na apoptose induzida por prodigiosina em células K562(89). Já em linhagens celulares de câncer hematopoiético (células Jurkat- linfócitos T derivado de leucemia de linfócitos T, NOS- linhagem celular modelo derivada de mieloma murino, HL-60, células RAMOS- derivada de linfoma de Burkitt), a prodigiosina afetou as taxas de proliferação celular e apoptose, que foi caracterizada pela diminuição dose-dependente sobre o número de células viáveis, e aumento de células apoptóticas em todas as linhagens celulares de câncer estudadas(94).
Outra linhagem celular de câncer estudada foi de carcinoma pulmonar mucoepidermóide humano (NCHI-292), linhagem HEP-2, MCF-7 e HL-60, em que o pigmento isolado de Serratia marcescens produziu efeitos citotóxicos significativos em todas as linhagens celulares, com uma concentração inibitória (IC50) de 3.6, 3.4, 5.1 e 1.7 µg/mL, respectivamente(95). Na linhagem celular de câncer cervical (HeLa), a prodigiosina inibiu a proliferação e induziu apoptose, graças a regulação positiva de Bax e caspase-3, com uma IC50 de 2.1, 1.2 e 0.5 μg/mL após 24, 48 e 72 h de exposição(96). Adicionalmente, a associação de prodigiosina com diferentes substâncias também foi bem-sucedida, por exemplo, em associação com Zelavespib (PU-H71), um inibidor experimental de chaperona Hsp90, a prodigiosina isolada ou em combinação, regulou positivamente a expressão de Bax sem afetar a de Bcl-2. A combinação também aumentou a expressão de caspase-3, 8 e 9, induzindo a apoptose e inibindo a adesão de linhagens celulares de adenocarcinoma mamário [MDA-MB-231(15)]. Efeitos semelhantes foram obtidos com a associação de prodigiosina e cisplatina, em que prodigiosina aumentou a sensibilidade de linhagens de carcinoma urotelial resistentes a cisplatina(97). Curiosamente, apesar de ser eficaz contra uma grande variedade de células cancerosas, a prodigiosina possui pouca, ou nenhuma citotoxicidade contra células normais(15,19,94).
Piocianina
A piocianina é um metabólito secundário redox ativo e um importante fator de virulência de bactérias gram-negativas Pseudomonas spp(98). Trata-se de um pigmento azulado que compõe uma família de compostos tricíclicos, fenazinas, podendo existir na forma oxidada ou reduzida, sendo a última instável e altamente reativa com o oxigênio molecular(17). Diferente de outros pigmentos com ação antioxidante, a piocianina parece induzir o estresse oxidativo em sistemas celulares e, por este motivo, pode induzir a citotoxicidade em células cancerosas por meio da geração de EROS e dano oxidativo celular progressivo(99).
Existe um consenso de que níveis balanceados de EROS estão envolvidos com os processos de formação, manutenção e progressão tumoral(100). O desbalanço de EROS, caracterizando um estresse oxidativo induzido pelos quimioterápicos está associado à depleção tumoral(66), pois o estresse oxidativo induz a peroxidação lipídica, gerando numerosos aldeídos eletrofílicos que podem atacar diversos alvos celulares(101). Dessa forma, o aumento desbalanceado das EROS associado ao acúmulo de danos no DNA, senescência e morte celular induzida por agentes como a piocianina, pode ser uma estratégia para a depleção de tumores em crescimento(102). Por outro lado, o efeito pró ou antioxidante da piocianina pode estar mais relacionado a sua concentração e biodisponibilidade, visto que, em um estudo a atividade in vitro de eliminação de radicais livres da piocianina foi superior à do ácido ascórbico. Neste mesmo estudo, a substância isolada de Pseudomonas aeruginosa, não afetou significativamente a viabilidade de fibroblastos humanos, mesmo em altas concentrações (100 µg/mL) indicando, por exemplo, segurança de seu uso, inclusive para a fabricação de alimentos, já que possui atividade antibiofilme contra patógenos alimentares como Salmonella enteriditis e Vibrio diabolicus(103).
A baixa citotoxicidade da piocianina em células normais, associada à sua ação anticâncer, a coloca no Hall dos pigmentos bacterianos atuando como compostos naturais anticâncer. Os efeitos citotóxicos dose-dependente in vitro da piocianina foram relatados pela primeira vez em células de hepatoma humano [HepG2(104)] e contra a linhagem celular Panc-1(99). De modo semelhante a outros pigmentos bacterianos, a piocianina induz a apoptose celular, provavelmente devido ao aumento de EROS, danos ao DNA, ativação da caspase-3 e aceleração da senescência e apoptose(104,105). Um breve resumo com os principais pigmentos abordados nesta revisão, incluindo a piocianina, o potencial farmacológico diverso, bem como o potencial anticâncer em linhagens distintas de células cancerosas é apresentado na tabela 2.
Perspectivas futuras e limitações
Esta revisão evidencia a relevância para o estudo e aplicações práticas do uso de pigmentos bacterianos. Os microrganismos, e mais especificamente as bactérias, são fontes infindáveis destes e de outros compostos bioativos pouco conhecidos e de vasto potencial farmacológico. Dessa forma, esses pigmentos podem colaborar para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas no tratamento do câncer, como alternativa ao uso de quimioterápicos altamente citotóxicos ou como adjuvantes aos quimioterápicos. Além disso, o domínio da manipulação de microrganismos associado aos avanços na engenharia genética, possibilitam avanços consideráveis na atualidade, bem como para as próximas décadas.
Assim, a identificação, o isolamento e o estudo destes e de outros pigmentos bacterianos e metabólitos bioativos constituem importantes alternativas para a geração de novas drogas anticâncer que apresentem menores efeitos colaterais, ou seja, maior seletividade contra células cancerosas e menor citotoxicidade para as células normais. Dentre os efeitos colaterais dos protocolos quimioterápicos utilizados atualmente para o tratamento do câncer podemos destacar os distúrbios reprodutivos, como a insuficiência ovariana prematura. No entanto, apesar dos avanços em estudos para o uso potencial de pigmentos bacterianos como drogas anticâncer, pouco se testou o efeito destes pigmentos sobre o aparelho reprodutor feminino, gônadas, gametas e embriões. Neste sentido, o uso de modelos animais para o estudo da toxicidade reprodutiva destas substâncias representa uma valiosa alternativa, visto que as biotecnologias disponíveis possibilitam a obtenção de grande parte do material biológico necessário, seguindo os princípios éticos de pesquisa. Com isso, estudos com cultivo in vitro de folículos ovarianos, maturação in vitro de gametas e produção in vitro de embriões podem ser usados como ferramentas para o estudo dos efeitos destes compostos sobre a reprodução em fêmeas.
Potencial farmacológico diverso e potencial anticâncer das principais categorias de pigmentos bacterianos
Conclusão
A prospecção para a produção em larga escala de compostos bioativos naturais extraídos de microrganismos, assim como os pigmentos bacterianos, constitui uma das grandes alternativas para a obtenção de substâncias com alto potencial de aplicação industrial e farmacêutica. Neste sentido, dado a escassez de estudos in vitro e in vivo avaliando os efeitos destas substâncias no aparelho reprodutor feminino, novas investigações a respeito do impacto destes promissores pigmentos sobre o desenvolvimento de folículos ovarianos, gametas e embriões, são de relevante importância.
Agradecimentos
Ao professor Jonatan M. Del S. Velarde, pela apreciação e revisão dos elementos textuais deste artigo, em sua versão em inglês.
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Datas de Publicação
-
Publicação nesta coleção
24 Out 2022 -
Data do Fascículo
2022
Histórico
-
Recebido
30 Maio 2022 -
Aceito
22 Ago 2022 -
Publicado
21 Set 2022