Vitamin D and omega-3 fatty acids, the immune system, and prevention of neoplasms

Wstęp

Odkrycie ponad 40 lat temu receptora dla witaminy D (vitamin D receptor – VDR) w tkankach, które nie biorą udziału w utrzymaniu homeostazy wapniowo-fosforanowej, zapoczątkowało rozwój badań naukowych mających na celu wyjaśnienie znaczenia i mechanizmów nieklasycznych, plejotropowych działań witaminy D w organizmie człowieka [1].
Aktywna postać witaminy D (kalcytriol) wykazuje działanie zarówno genomowe, jak i niegenomowe. Jej receptor należy do rodziny receptorów dla steroidów, hormonów tarczycy i retinoidów i jest czynnikiem transkrypcyjnym modulowanym ligandem. W niektórych tkankach kalcytriol może się łączyć z VDR, który jest zlokalizowany w jądrze komórkowym. Zostaje wówczas utworzony heterodimer z receptorem kwasu 9-cis-retinowego (retinoid X receptor – RXR) o właściwościach czynnika transkrypcyjnego. Z kolei w innych tkankach VDR jest zlokalizowany w błonie komórkowej, różni się od receptora jądrowego i uruchamia wewnątrzkomórkowe szlaki metaboliczne, które modulują działania wynikające z ekspresji genomowej [1, 2]. Działanie witaminy D z całą pewnością nie ogranicza się jedynie do regulacji gospodarki wapniowo-fosforanowej, a jej wpływ na układ immunologiczny i nowotworzenie jest przedmiotem wielu badań i opracowań naukowych.

Witamina D a układ immunologiczny

Jednym z dyskutowanych mechanizmów plejotropowego działania witaminy D jest wpływ jej niedoboru na ryzyko wystąpienia chorób infekcyjnych, chorób zakaźnych, a także chorób o podłożu autoimmunologicznym. Wykazanie obecności receptorów VDR w makrofagach, komórkach dendrytycznych oraz limfocytach T i B przyczyniło się do podjęcia badań nad wpływem witaminy D na rozwój i przebieg procesów zapalnych oraz chorób autoimmunizacyjnych. Ostatnie prace wykazały, że komórki odpornościowe – monocyty, makrofagi, komórki dendrytyczne i limfocyty – wpływają na ekspresję receptora witaminy D i enzymu aktywującego witaminę D. Sugeruje to, że mogą mieć udział w wytwarzaniu aktywnej formy witaminy D i reakcji na jej stymulację. Stwierdzono, że kalcytriol wpływa na proliferację i różnicowane komórek układu immunologicznego, moduluje aktywność limfocytów, zmniejsza stężenie cytokin prozapalnych, takich jak interleukina 6 (interleukin 6 – IL-6) i czynnik martwicy nowotworów α (tumor necrosis factor α – TNF-α), zwiększa natomiast stężenie cytokin przeciwzapalnych (IL-4, IL-5, IL-10) oraz hamuje angiogenezę. Niedobór witaminy D może mieć zatem istotny wpływ na zaburzenia o podłożu zapalnym [3].
Wyniki licznych badań obserwacyjnych sugerują również istnienie związku między niskim stężeniem witaminy D w surowicy a zwiększonym ryzykiem rozwoju chorób o podłożu immunologicznym (m.in. astma oskrzelowa), autoimmunizacyjnym (m.in. toczeń rumieniowaty układowy, stwardnienie rozsiane, nieswoiste zapalenie jelit, cukrzyca typu 1, choroba Addisona, choroba Hashimoto, choroba Gravesa-Basedowa) oraz zaburzeń odporności i nawracających infekcji (m.in. grypa, gruźlica), chorób neurodegeneracyjnych (m.in. choroba Alzheimera) i zaburzeń psychicznych [1, 2, 4]. Murdaca i wsp. [5] przeanalizowali ponad 130 badań z lat 2009–2019 w celu określenia wpływu stężenia witaminy D na wybrane choroby autoimmunizacyjne. Analiza wykazała odwrotną korelację pomiędzy stężeniem witaminy D a rozwojem takich chorób autoimmunizacyjnych, jak toczeń rumieniowaty układowy, choroba Gravesa-Basedowa, cukrzyca typu 1, stwardnienie rozsiane, choroba Leśniowskiego-Crohna, wrzodziejące zapalenie jelita grubego, łuszczyca, reumatoidalne zapalenie stawów.
W ostatnich latach dane epidemiologiczne wykazały, że niedobór witaminy D wiąże się z zachorowalnością na różne choroby zakaźne. Berry i wsp. stwierdzili, że niskie stężenie 25(OH)D w surowicy koreluje dodatnio z zachorowalnością na infekcje górnych dróg oddechowych, w tym na grypę. Co ciekawe, z badania wynika, że wraz ze wzrostem stężenia 25(OH)D w surowicy o 10 nmol/l ryzyko infekcji zmniejsza się o 7% [6]. W innym badaniu z podwójnie ślepą próbą, które przeprowadzili Urashima i wsp., w grupie dzieci leczonych witaminą D3 w dawce 1200 IU/dobę odnotowano istotnie niższy odsetek zachorowań na grypę typu A (18,6%) w porównaniu z grupą placebo (10,8%) [7].
Kolejnej ciekawej obserwacji dokonano u chorych z zespołem ostrej ciężkiej niewydolności oddechowej wywoływanej przez koronawirusa SARS-CoV-2. Stwierdzono, że poziom witaminy D w surowicy jest odwrotnie proporcjonalny do ciężkości przebiegu COVID-19 [8]. Wydaje się, że głównym zagrożeniem w przebiegu COVID-19 jest uszkodzenie śródbłonka naczyniowego, które dodatkowo pogarsza stan chorych na nadciśnienie tętnicze, cukrzycę czy otyłość, a szczególnie zaostrza przebieg tych chorób u osób starszych. Na komórkach śródbłonka naczyń tętniczych i żylnych oraz komórkach mięśni gładkich znajduje się konwertaza angiotensyny 2 (angiotensin-converting enzyme 2 – ACE2). Możliwe, że wirus uszkadza naczynia przez zwiększenie agregacji płytek krwi i aktywację krzepnięcia, co może prowadzić do tworzenia zakrzepów. Koagulopatia jest ważnym zaburzeniem wikłającym zakażenie SARS-CoV-2. Wiele danych wskazuje na to, że niedobór witaminy D może prowadzić do zaburzeń czynności śródbłonka i patologicznych zmian w układzie naczyniowym [9, 10].
Witamina D dodatkowo nasila reakcję przeciwwirusową indukowaną przez interferon (IFN). Interferony typu I są naturalnymi mediatorami przeciwwirusowymi [9]. Odpowiednia suplementacja witaminą D w celu zapewnienia jej optymalnego stężenia może się zatem przyczynić do zapobiegania ciężkiej postaci COVID-19.
Podsumowując – istnieje wiele hipotez wskazujących, że niedobór witaminy D może wpływać na występowanie chorób autoimmunizacyjnych oraz odporność organizmu na zakażenia, również na ryzyko infekcji SARS-CoV-2 oraz przebieg COVID-19, ale dotychczas nie ma na to przekonujących dowodów. Nie ma również danych naukowych, które uzasadniałyby stosowanie witaminy D w celu zapobiegania zakażeniu SARS-CoV-2 lub leczenia COVID-19. Przyjmowanie dużych dawek witaminy D nie jest korzystniejsze w porównaniu ze stosowaniem dawek standardowych, a istnieją obawy, że może być szkodliwe. Obecnie najwłaściwsze wydaje się zapobieganie niedoborowi witaminy D, a w razie jego stwierdzenia – stosowanie właściwej dawki leczniczej [10].

Witamina D a nowotwory

Wzrastająca częstość występowania chorób nowotworowych oraz powszechnie obserwowany w populacji ogólnej niedobór witaminy D skłaniają do poszukiwania zależności między tymi stanami.
Sugeruje się związek między niedoborem witaminy D a zwiększonym ryzykiem rozwoju nowotworów (raka piersi, jajnika, okrężnicy, prostaty, trzustki, nerek, szpiczaka mnogiego) [2, 11]. Część wyników badań wskazuje, że poprawa zaopatrzenia organizmu w witaminę D może zmniejszyć ryzyko mikroprzerzutów, zmniejszyć inwazyjność choroby, a przez to poprawić rokowania. Z uwagi na fakt, że większość dotychczas przeprowadzonych badań ma charakter obserwacyjny, a więc u pacjentów z rozpoznaną chorobą stwierdzono niskie stężenie witaminy D, zwraca się uwagę na możliwość tzw. odwrotnej przyczynowości [10].
Potencjalny wpływ witaminy D na onkogenezę może wynikać z jej działania antyproliferacyjnego, pobudzania apoptozy komórek oraz innych mechanizmów.

Działanie antyproliferacyjne

Jednym z procesów, które warunkują przechodzenie komórek z fazy G1 do S cyklu komórkowego, jest fosforylacja białka Rb. Powoduje to uwolnienie czynników transkrypcyjnych, które aktywują geny odpowiedzialne za przebieg cyklu komórkowego. Fosforylacja Rb jest katalizowana przez cykliny G1 i zależne od nich kinazy (cyclin-dependent kinase – CDK), których aktywność jest hamowana przez białka p21 i p27. Witamina D, łącząc się ze swoim receptorem VDR, wiąże się z miejscem regulatorowym w promotorach genów p21 i p27, zwiększa ich ekspresję, a to prowadzi do zahamowania kinaz CDK, braku fosforylacji Rb, a w efekcie do zahamowania cyklu komórkowego w fazie G1 [12].
Wśród innych opisywanych mechanizmów regulacji cyklu komórkowego przez witaminę D należy wymienić hamowanie sygnałów mitogennych przekazywanych przez czynniki wzrostu, m.in. nabłonkowy czynnik wzrostu (epithelial growth factor – EGF), oraz pobudzenie szlaków transformującego czynnika wzrostu β (transforming growth factor β – TGFβ) i białek wiążących insulinopodobny czynnik wzrostu (insulin-like growth factor binding protein 3 – IGFBP3). Ponadto w badaniach nad rakiem prostaty stwierdzono, że kalcytriol może zarówno ograniczać syntezę prostaglandyny (PGE2) przez hamowanie cyklooksygenazy 2, jak i zwiększać jej inaktywację przez pobudzanie aktywności dehydrogenazy prostaglandynowej [12, 13].

Aktywacja apoptozy

Zdolność 1,25(OH)2D do stymulacji apoptozy opisywano w komórkach nowotworowych raka sutka, jelita grubego, prostaty, jednak nie udało się ustalić dokładnego mechanizmu tego działania. Wskazuje się, że w komórkach raka sutka i przewlekłej białaczki limfatycznej apoptoza zostaje pobudzona przez metabolity witaminy D, które hamują ekspresję protoonkogenu bcl-2 [12, 13].

Inne mechanizmy

Podkreśla się również, że w przypadku niektórych nowotworów hamowanie aktywności metaloproteinaz i proteaz serynowych, wzrost ekspresji kad­heryny E i spadek ekspresji integryn α6 i β4 mogą być odpowiedzialne za przeciwinwazyjne działanie kalcytriolu. W raku prostaty oceniano wpływ kalcytriolu na hamowanie angiogenezy. Jednym z czynników pobudzających angiogenezę jest IL-8. Stwierdzono, że w komórkach raka prostaty kalcytriol hamuje aktywację transkrypcji genu IL-8, prawdopodobnie poprzez interakcje z podjednostką p65 czynnika jądrowego κB (nuclear factor κB – NF-κB) [12, 13].

Kwasy tłuszczowe omega-3 a nowotwory

Wysokie spożycie tłuszczów zwierzęcych i niewłaściwie zbilansowana dieta są czynnikami ryzyka rozwoju niektórych nowotworów (rak piersi, jelita grubego, trzustki). Zwrócono uwagę, że wielonienasycone kwasy tłuszczowe, głównie kwasy tłuszczowe omega-3, mogą odgrywać protekcyjną rolę w rozwoju niektórych nowotworów poprzez działanie antyproliferacyjne, stymulujące apoptozę komórek.

Źródła kwasów tłuszczowych omega-3 i omega-6

Warto przypomnieć, że kwasy tłuszczowe są grupą zróżnicowaną pod względem długości łańcucha węglowego oraz ilości i położenia podwójnych wiązań. Kwasy tłuszczowe nasycone w ogóle nie posiadają podwójnych wiązań, a ich źródłem są tłuszcze zwierzęce. Kwasy tłuszczowe nienasycone mogą mieć jedno lub więcej wiązań podwójnych, a ich budowa jest zapisywana za pomocą następującego schematu: liczba atomów węgla w cząsteczce, następnie po dwukropku liczba podwójnych wiązań, a po symbolu „n” lub „ω” (omega) pozycja pierwszego wiązania nienasyconego, licząc od strony grupy metylowej. Kwas linolowy (linoleic acid – LA, C18:2n-6) i kwas α-linolenowy (α-linolenic acid – ALA, C18:3n-3) to tzw. niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe. Organizm człowieka nie potrafi syntetyzować wiązań nienasyconych w pozycjach n-3 i n-6, Dlatego muszą one zostać dostarczone z pożywieniem. Z dostarczonych prekursorów w organizmie syntetyzowane są ich pochodne.
Kwasy tłuszczowe omega-3 (zwane też kwasami tłuszczowymi n-3 lub ω-3) należą do wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, w których cząsteczce ostatnie podwójne wiązanie znajduje się przy trzecim atomie węgla, licząc od strony grypy metylowej. Do tej grupy, oprócz wspomnianego ALA (C18:3n-3) należą jego pochodne: kwas eikozapentaenowy (eicosapentaenoic acid – EPA, C20:5n-3) oraz kwas dokozaheksaenowy (docosahexaenoic acid – DHA, C22:6n-3) [14].
Kwasy tłuszczowe omega-6 to wielonienasycone kwasy tłuszczowe, w których cząsteczce ostatnie podwójne wiązanie znajduje się przy szóstym atomie węgla, licząc od strony grypy metylowej. Do tej grupy zalicza się wspomniany LA (C18:2n-6) oraz jego pochodne: kwas -linolenowy (-linolenic acid – GLA, C18:3n-6), kwas dihomo--linolenowy (dihomo--linolenic acid – DGLA, C20:3n-6), kwas arachidonowy (arachidonic acid – AA, C20:4n-6) oraz kwas dokozatetraenowy (docosatetraenoic acid, C22:4n-6).
Najlepszym źródłem kwasu linolenowego w diecie są oleje roślinne, m.in. rzepakowy, lniany, jak również orzechy włoskie. Należy podkreślić, że olej rzepakowy charakteryzuje się korzystnym stosunkiem kwasów tłuszczowych omega-6 do omega-3 (ok. 2 : 1). Z kolei największe ilości DHA znajdują się w rybach morskich, m.in. w śledziach, makrelach oraz tuńczykach. Aktualnie zaleca się spożycie ryb co najmniej 2 razy w tygodniu, co ma odpowiadać dostarczeniu DHA i EPA na poziomie 250 mg/dobę. Odrębne zalecenia obowiązują w przypadku niemowląt, kobiet karmiących i kobiet będących w ciąży [14].

Znaczenie kwasów tłuszczowych omega-3 i omega-6 w organizmie

Te długołańcuchowe wielonienasycone kwasy tłuszczowe są składnikami fosfolipidów błon komórkowych. Mogą one wpływać na metabolizm komórkowy, a także na regulację ekspresji genów. Kwas eikozapentaenowy stanowi prekursor syntezy eikozanoidów, np. leukotrienów szeregu 5 (LTB5), prostaglandyn (PGE3), tromboksanu (TXA3) i prostacyklin (PGI3). Biorą one udział w regulacji ciś­nienia tętniczego oraz procesach krzepnięcia krwi. Podkreśla się wielokierunkowe działanie kwasów tłuszczowych z rodziny omega-3 na organizm człowieka. Warunkują one prawidłowy rozwój w okresie prenatalnym, wpływają na dojrzewanie układu nerwowego i rozwój funkcji poznawczych, mowy, jak również narządu wzroku u dzieci, wykazują działanie kardioprotekcyjne oraz przeciwzapalne [14].

Możliwe mechanizmy protekcyjnego wpływu kwasów tłuszczowych omega-3 i omega-6 na procesy nowotworzenia

W poszukiwaniu mechanizmów odpowiedzialnych za potencjalnie protekcyjny wpływ kwasów tłuszczowych omega-3 na proces nowotworzenia wykazano, że DHA i w mniejszym stopniu również EPA mogą indukować apoptozę komórek nowotworowych. Wiąże się to m.in. z aktywacją kinazy proteinowej (protein kinase B – PKB), aktywacją białka p-53 oraz wzrostem poziomu kaspazy-3 i kaspazy-9. Kwas dokozaheksaenowy indukuje również ekspresję i jądrową translokację NFE2L2/Nrf2 (nuclear factor, erythroid 2-like 2) oraz wzrost ekspresji OSGIN1 (oxidative stress-induced growth inhibitor 1) w komórkach nowotworowych raka piersi MCF-7 i Hs578T [15, 16].
Kwas dokozaheksaenowy poza potencjalnym działaniem zmniejszającym ryzyko rozwoju niektórych nowotworów może również zwiększać korzyści wynikające ze stosowania leków przeciwnowotworowych [17, 18]. Kwasy tłuszczowe omega-3 redukują ryzyko raka piersi jako nowotworu związanego z otyłością [19] i działają ochronnie na układ krążenia podczas leczenia antracyklinami [20]. Dotychczas przeprowadzone badania kohortowe, badania na modelach zwierzęcych wskazują, że DHA może redukować liczbę komórek nowotworowych już na początku ich transformacji neoplastycznej dzięki hamowaniu ich proliferacji i pobudzaniu apoptozy [15, 21]. Mogłoby to tłumaczyć rzadsze występowania raka piersi w populacjach z wysokim spożyciem ryb bogatych w kwasy tłuszczowe omega-3 (Japonia, Skandynawia).
Interesujące badanie dotyczące wpływu witaminy D, kwasów tłuszczowych omega-3 oraz aktywności fizycznej na występowanie nowotworów przeprowadzili Bischoff-Ferrari i wsp. (badanie DO-HEALTH opublikowane w 2022 r.) [22]. W badaniu uczestniczyło 2157 pacjentów w wieku ≥ 70 lat z 7 krajów europejskich (głównie Szwajcarii, Niemiec, Austrii, Francji i Portugalii). Kryteriami włączenia do badania były: brak istotnych problemów zdrowotnych w okresie 5 lat poprzedzających badanie (w tym rozpoznanie nowotworu i jego leczenie), aktywność fizyczna pacjenta pozwalająca na dotarcie do ośrodka prowadzącego badanie oraz funkcje poznawcze ocenione w skali MMSE (mini-mental state examination) na poziomie przynajmniej 24 punktów. Uczestnicy badania zostali również poproszeni o ograniczenie suplementacji witaminy D do 800 IU/dobę oraz wykluczenie jakichkolwiek suplementów kwasów tłuszczowych omega-3. Pacjentów podzielono na 8 grup: 1) otrzymujący 2000 IU/dobę witaminy D i 1 g/dobę kwasów tłuszczowych omega-3 oraz wykonujący proste ćwiczenia fizyczne SHEP (simple home exercise program), 2) nieotrzymujący ani witaminy D, ani kwasów tłuszczowych omega-3, 3) otrzymujący witaminę D i stosujący SHEP, 4) otrzymujący jedynie witaminę D, 5) otrzymujący kwasy tłuszczowe omega-3 i stosujący SHEP, 6) otrzymujący jedynie kwasy tłuszczowe omega-3, 7) stosujący jedynie SHEP, 8) otrzymujący placebo [22].
Oceniano wpływ stosowanego leczenia na ryzyko rozwoju nowotworu przewodu pokarmowego, raka prostaty u mężczyzn i raka piersi u kobiet. Badanie było prowadzone w sposób prospektywny. Z każdym z pacjentów kontaktowano się co 3 miesiące przez okres 3 lat. Badacze wykazali, że w grupie stosującej jednocześnie witaminę D i kwasy tłuszczowe omega-3 oraz wykonującej proste ćwiczenia fizyczne w warunkach domowych ryzyko rozwoju nowotworu było istotnie statystycznie mniejsze. Na podstawie oceny wpływu każdego z analizowanych schematów leczenia na rozwój poszczególnych typów nowotworów autorzy sugerują, że kwasy tłuszczowe omega-3 same lub w połączeniu z aktywnością fizyczną mogą zmniejszać ryzyko raka prostaty u mężczyzn. Żaden z analizowanych schematów nie redukował natomiast ryzyka rozwoju nowotworu przewodu pokarmowego oraz raka piersi u kobiet [22].

Analiza badań dotyczących wpływu łącznego stosowania witaminy D i kwasów tłuszczowych omega-3 na procesy nowotworowe

W piśmiennictwie dotychczas mało jest badań wskazujących na korzystny efekt równoczesnego stosowania witaminy D i kwasów tłuszczowych omega-3, a liczebność badanych grup jest zwykle niewielka. W badaniu Haidari i wsp. [23] przeprowadzonym wśród 81 pacjentek z rozpoznanym rakiem jelita grubego po 8 tygodniach stosowania witaminy D (w dawce tygodniowej 50 000 IU) i kwasów tłuszczowych omega-3 (2 kapsułki dziennie po 330 mg) zaobserwowano istotny statystycznie spadek markerów stanu zapalnego (TNF-α i IL-1β). Zauważono również zmniejszenie stężenia markera CEA w porównaniu z wartościami wyjściowymi [23].
Badaniem porównywanym z DO-HEALTH, którego wyniki nie potwierdzają z kolei korzystnego wpływu witaminy D i kwasów tłuszczowych omega-3 na ryzyko wystąpienia nowotworów i incydentów kardiologicznych (zawału serca, udaru, innych kardiologicznych przyczyn śmierci), jest analiza opublikowana przez Manson i wsp. (US VitalStudy) [24, 25]. Badanie zostało przeprowadzone w grupie niemal 26 000 pacjentów, przy czym dawka stosowanej witaminy D i kwasów tłuszczowych omega-3 była podobna do analizowanej w badaniu DO-HEALTH, jednak stosunek EPA do DHA był inny (1,3 : 1 w US VitalStudy, 1 : 2 w DO-HEALTH), a pacjenci młodsi (mężczyźni 50 lat i więcej, kobiety 55 lat i więcej) [24, 25].

Podsumowanie

Przeprowadzono wiele badań oceniających zależność między stężeniem witaminy D a ryzykiem rozwoju chorób o podłożu autoimmunizacyjnym oraz poszczególnych nowotworów. Większość z nich to badania retrospektywne, które wykazują jedynie, że u pacjentów z konkretnym rozpoznaniem częściej obserwuje się niedobór witaminy D. Mimo że coraz lepiej poznawane są mechanizmy odpowiadające za plejotropowe działanie tej witaminy, nadal brakuje wystarczających dowodów na korzyści płynące ze stosowania cholekalcyferolu czy kwasów tłuszczowych omega-3 w profilaktyce i leczeniu chorób cywilizacyjnych. Należy jednak podkreślić, że powszechne stosowanie suplementacji witaminą D w populacji ogólnej zgodnie z przyjętymi rekomendacjami jest konieczne nie tylko z uwagi na jej klasyczne, kalcemiczne działanie, lecz także na potencjalne korzyści wynikające z jej działania plejotropowego, które nadal są przedmiotem licznych badań. W celu określenia roli witaminy D oraz kwasów tłuszczowych omega-3 w profilaktyce poszczególnych chorób konieczne jest przeprowadzenie kolejnych wieloośrodkowych badań z randomizacją o charakterze prospektywnym.

Piśmiennictwo