Study of potential anti-carcinogenic and antioxidant effects of plant extracts

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

One of the main etiological factors in the development of some malignant tumours is the presence of chronic inflammatory processes. A number of biomedical studies have confirmed the anticarcinogenic effect of anti-inflammatory drugs with respect to colon cancers. In addition, some biologically active substances present in medicinal plants have been found to exhibit both anti-carcinogenic and antioxidant activity. In this paper, we investigate potential anticarcinogenic effects of extracts obtained from plant raw materials, including lingonberry (Vaccinium vttis-idaea), raspberry (Rubus idaeus), black chokeberry (Aronia melanocarpa), grape seeds (Vitis L.), grape pomace (Vitis L.), Krasnodar green tea (Camellia sinensis), ginseng (Panax L.), fireweed (Chamaenerion angustifolium) and coffee (Coffea arabica). The effect of these extracts on the growth and viability of colon HCT-116 cancer cells was assessed in vitro using the method of MTT assay. In addition, the effect of non-toxic doses of the extracts under study on the basal and induced levels of pro-inflammatory gene expression - cyclooxygenase (COX2), inducible NO synthase (iNOS) and interleukin 8 (IL8) - was assessed by quantitative PCR. The working concentrations of the extracts under study for HCT-116 cells were determined. It is demonstrated that all investigated extracts are capable of suppressing the expression of COX-2, iNOS and IL-8. Black chokeberry and fireweed extracts exhibit the most pronounced total inhibitory effect on the expression of these inflammatory genes. Future research should investigate effects of black chokeberry and fireweed extracts on the induced expression of COX-2, iNOS and IL-8 and their anti-carcinogenic activity in vivo. The antioxidant activity determined using DPPH and FRAP was the highest for black chokeberry, raspberry and fireweed. A relationship between the anticar-cinogenic and antioxidant effects of the extracts under study was revealed.

About the authors

N. B. Eremeeva

Samara State Technical University

Email: eremeeva.nb.samgtu@gmail.com

N. V. Makarova

Samara State Technical University

Email: makarovanv1969@yandex.ru

D. F. Ignatova

Samara State Technical University

Email: dinara-bakieva@mail.ru

V. V. Bakharev

Samara State Technical University

Email: fpp@samgtu.ru

References

  1. Jupp P.W. A complex systems approach to cancer prevention // Medical Hypotheses. 2018. Vol. 112. P. 18-23. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2018.01.006
  2. Bail J., Meneses K., Demark-Wahnefried W. Nutritional status and diet in cancer prevention // Seminars in Oncology Nursing. 2016. Vol. 32. Issue 3. P. 206-214. https://doi.org/10.1016/j.soncn.2016.05.004
  3. Жестовская Е.С., Антохин А.М., Таранчен-ко В.Ф., Василевский С.В., Аксенов А.В., Аксенова Ю.Б.,. Исследование компонентного состава лекарственного растительного сырья методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием // Химия растительного сырья. 2018. N 3. С. 149-157 https://doi.org/10.14258/jcprm.2018033433
  4. Greenlee H. Natural products for cancer prevention // Seminars in Oncology Nursing. 2012. Vol. 28. Issue 1. P. 29-44. https://doi.org/10.1016/j.soncn.2011.11.004
  5. Sae-leaw T., Benjakul S. Prevention of melanosis in crustaceans by plant polyphenols: A review // Trends in Food Science & Technology. 2019. Vol. 85. P. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.12.003
  6. Curti V., di Lorenzo A., Dacrema M., Xiao J., Nabavi S.M., Daglia M. In vitro polyphenol effects on apoptosis: an update of literature data // Seminars in Cancer Biology. 2017. Vol. 46. P. 119-131. https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2017.08.005
  7. Gali-Muhtasib H., Hmadi R., Kareh M., Tohme R., Darwiche N. Cell death mechanisms of plant-derived anticancer drugs: beyond apoptosis // Apoptosis. 2015. Vol. 20. Issue 12. P. 1531-1562. https://doi.org/10.1007/s10495-015-1169-2
  8. Dayem A.A., Choi H.Y., Yang G.-M., Kim K., Saha S.K., Cho S.-G. The anticancer effect of polyphenols against breast cancer and cancer stem cells: molecular mechanisms // Nutrients. 2016. Vol. 8. Issue 9. P. 581. https://doi.org/10.3390/nu8090581
  9. Lewandowska H., Kalinowska M., Lewandowski W., Stepkowski T.M., Brzoska K. The role of natural polyphenols in cell signaling and cytoprotec-tion against cancer development // The Journal of Nutritional Biochemistry. 2016. Vol. 32. P. 1-19. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2015.11.006
  10. Li W., Guo Y., Zhang C., Wu R., Yang A.Y., Gaspar J., et al. Dietary phytochemicals and cancer chemoprevention: a perspective on oxidative stress, inflammation, and epigenetics // Chemical Research in Toxicology. 2016. Vol. 29. Issue 12. P. 2071-2095. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.6b00413
  11. Wu J.C., Lai C.S., Lee P.S., Ho C.T., Liou W.S., Wang Y.J., et al. Anti-cancer efficacy of dietary polyphenols is mediated through epigenetic modifications // Current Opinion in Food Science. 2016. Vol. 8. P. 1-7. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2016.01.009
  12. Di Leo N., Battaglini M., Berger L., Giannac-cini M., Dente L., Hampel S., et al. A catechin nanoformulation inhibits WM266 melanoma cell proliferation, migration and associated neoangiogenesis // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 2017. Vol. 114. P. 1-10. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2016.12.024
  13. Morbidelli L. Polyphenol-based nutraceuticals for the control of angiogenesis: analysis of the critical issues for human use // Pharmacological Research. 2016. Vol. 111. P. 384-393. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2016.07.011
  14. Amani H., Ajami M., Nasseri Maleki S., Pazoki-Toroudi H., Daglia M., Tsetegho Sokeng A.J., et al. Targeting signal transducers and activators of transcription (STAT) in human cancer by dietary polyphenolic antioxidants // Biochimie. 2017. Vol. 142. P. 6379. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2017.08.007
  15. Omidian K., Rafiei H., Bandy B. Polyphenol inhibition of benzopyrene-induced oxidative stress and neoplastic transformation in an in vitro model of carcinogenesis // Food and Chemical Toxicology. 2017. Vol. 106 (Pt. A). P. 165-174. https://doi.org/10.1016/j.fct.2017.05.037
  16. Mahendran G., Ponnuchamy K. Coumaringold nanoparticle Coumarin-gold nanoparticle bioconjugates: preparation, antioxidant, and cytotoxic effects against MCF-7 breast cancer cells // Applied Nanoscience. 2018. Vol. 8. P. 447-453. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0816-7
  17. Campestrini L.H., Melo P.S., Peres L.E.P., Calhelha R.C., Ferreira I.C.F.R., Alencar S.M. A new variety of purple tomato as a rich source of bioactive carotenoids and its potential health benefits // Heliyon. 2019. Vol. 5. Issue 11. P. e02831. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02831
  18. Oliveira-Alves Sh.C., Pereira R.S., Pereira A.B., Ferreira A., Mecha E., Bento da Silva A., et. al. Identification of functional compounds in baru (Dip-teryx alata Vog.) nuts: Nutritional value, volatile and phenolic composition, antioxidant activity and antiproliferative effect // Food Research International. 2020. Vol. 131. P 109026. https://doi.org/org/10.1016/j.foodres.2020.109026
  19. Zhamanbayeva G.T., Aralbayeva A.N., Mur-zakhmetova M.K., Tuleukhanov S.T., Danilenko M. Cooperative antiproliferative and differentiationenhancing activity of medicinal plant extracts in acute myeloid leukemia cells // Biomedicine & Pharmacotherapy. 2016. Vol. 82. P 80-89. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2016.04.062
  20. Lage N.N., Layosa M.A.A., Arbizu S., Chew B.P., Pedrosa M.L., Mertens-Talcott S., et. al. Dark sweet cherry (Prunus avium) phenolics enriched in anthocyanins exhibit enhanced activity against the most aggressive breast cancer subtypes without toxicity to normal breast cells // Journal of Functional Foods. 2020. Vol. 64. P 103710. https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.103710
  21. Joanitti G.A., Azevedo R.B., Freitas S.M. Apoptosis and lysosome membrane permeabiliza-tion induction on breast cancer cells by an anticar-cinogenic Bowman-Birk protease inhibitor from Vigna unguiculata seeds // Cancer Letters. 2010. Vol. 293. Issue 1. P 73-81. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2009.12.017
  22. Jeong J.-H., Jung H., Lee S.-R., Lee H.-J., Hwang K.T., Kim T.-Y. Anti-oxidant, anti-proliferative and anti-inflammatory activities of the extracts from black raspberry fruits and wine // Food Chemistry. 2010. Vol. 123. Issue 2. P 338-344. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.04.040
  23. Luo С., Zhang H. The role of proinflammato-ry pathways in the pathogenesis of colitis-associated colorectal cancer // Mediators of Inflammation. 2017. Vol. 2017. Article ID 5126048. https://doi.org/10.1155/2017/5126048
  24. Agrawal U., Kumari N., Vasudeva P., Mohanty N.K., Saxena S. Overexpression of COX2 indicates poor survival in urothelial bladder cancer // Annals of Diagnostic Pathology. 2018. Vol 34. P. 50-55. https://doi.org/10.1016/j.anndiagpath.2018.01.008
  25. Li W., Lin S., Li W., Wang W., Li X., Xu D. IL-8 interacts with metadherin promoting proliferation and migration in gastric cancer // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2016. Vol. 478. Issue 3. P 1330-1337. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.08.123
  26. Issy A.C., Nascimento G.C., Dias de Abreu G.H., Tristao F.S., Del-Bel E., Duarte T., et al. Differential behavioral and glial responses induced by dopaminergic mechanisms in the iNOS knockout mice // Behavioural Brain Research. 2018. Vol. 350. P 44-53. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2018.05.002
  27. Wu H.X., Cheng X., Jing X.-Q., Ji X.-P., Chen X.-Z., Zhang Y.-Q., et. al. LIFR promotes tumor angiogenesis by up-regulating IL-8 levels in colorectal cancer // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 2018. Vol. 1864. Issue 9. Part B. P 2769-2784. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2018.05.004
  28. Chang C.-Y., Chen J.-Y., Chen S.-H., Cheng T.-J., Lin M.-T., Hu M.-L. Therapeutic treatment with ascorbate rescues mice from heat stroke-induced death by attenuating systemic inflammatory response and hypothalamic neuronal damage // Free Radical Biology and Medicine. 2016. Vol. 93. P 84-93. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2015.12.017
  29. Alfaro C., Sanmamed M.F., Rodnguez-Ruiz M.E., Teijeira A., Onate C., Gonzalez A., et al. Interleukin-8 in cancer pathogenesis, treatment and follow-up // Cancer Treatment Reviews. 2017. Vol. 60. P 24-31. https://doi.org/10.1016/j.ctrv.2017.08.004
  30. Shahat A.A., Hidayathulla S., Khan A.A., Alanazi A.M., Meanazel O.A., Alqahtani A.S., et. al. Phytochemical profiling, antioxidant and anticancer activities of Gastrocotyle hispida growing in Saudi Arabia // Acta Tropica. 2019. Vol. 191. P 243-247. https://doi.org/10.1016/j.actatropica.2019.01.013
  31. Omoni A.O., Aluko R.E. The anti-carcinogenic and anti-atherogenic effects of lycopene: a review // Trends in Food Science & Technology. 2005. Vol. 16. Issue 8. P 344-350. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2005.02.002
  32. Md Roduan M.R., Hamid R.A., Cheah YK., Mohtarrudin N. Cytotoxicity, antitumor-promoting an-dantioxidant activities of Annona muricata in vitro // Journal of Herbal Medicine. 2019. Vol. 15. P 100219. https://doi.org/10.1016/j.hermed.2018.04.004
  33. Vannini F., Kashfi K., Nath N. The dual role of iNOS in cancer // Redox Biology. 2015. Vol. 6. P. 334343. https://doi.org/10.1016Zj.redox.2015.08.009
  34. Schroy P.C., Brown-Shimer S., Kim K., Johnson K.A., Murnane M.J., Yang S., et al. Detection of p21ras mutations in colorectal adenomas and carcinomas by enzyme-linked immunosorbent assay // Cancer. 1995. Vol. 76. Issue 2. P 201-209. https://doi.org/10.1002/1097-0142(19950715)76:23.0.co;2-t
  35. Kubista M., Andrade J.M., Bengtsson M., Forootan A., Jona'k J., Lind K., et al. The real-time polymerase chain reaction // Molecular Aspects of Medicine. 2006. Vol. 27. P 95-125. https://doi.org/10.1016/j.mam.2005.12.007

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».