Nicotinamida

Nicotinamida: Relevante papel na prevenção e no tratamento da carcinogênese humana, porque regula o NAD+ celular


27/12/2004

Dr. Jose de Felippe Junior



A nicotinamida é uma vitamina que deve ser adquirida pelos mamíferos , de fontes alimentares. O NAD+ , considerado marcador do status da nicotinamida, têm a sua concentração significantemente diminuída na carcinogênese humana, fato não observado na carcinogênese animal correspondente.

Pelo fato de o NAD ser importante na modulação do metabolismo dos polímeros de ADP-ribose , na expressão da proteina supressora de tumor : p53 , na inibição da síntese de RNA e DNA dos tecidos em proliferação, na metilação do RNA transportador e na participação da crucial fosforilação oxidativa , torna-se evidente o papel relevante da nicotinamida na prevenção e no tratamento da carcinogênese humana.

Salientamos ainda que os polímeros de ADP-ribose , estão envolvidos com respostas celulares que podem levar as células normais à recuperação , apoptose ou necrose e que os polímeros de ADP-ribose cíclico são potentes liberadores de cálcio, os quais podem mediar vias de sinalização celular para a apoptose ou necrose de células malignas.

Os níveis tissulares dos NAD ( NAD+ , NADH , NADP+ , NADPH ) , são regulados primariamente pela concentração de nicotinamida do sangue, que por sua vez é regulada pelo fígado, sob influência hormonal. Quando escrevemos simplesmente, NAD estamos nos referindo à somatória dos quatro piridino nucleotídeos também chamados de nicotinamida adenina dinucleotídeos.

Em resposta à nicotinamida administrada, há uma utilização preferencial de ATP (adenosina trifosfato ) e de PRPP ( 5-fosforilribose-1-pirofosfato ) celular para a síntese dos adenina dinucleotídeos. Esta biosíntese prioritária , cujo propósito é a conservação da nicotinamida intracelular, pode explicar o porquê da nicotinamida inibir a síntese de RNA e DNA nos tecidos em proliferação o que torna claro a razão de níveis elevados de nicotinamida serem tóxicos para animais em fase de crescimento, para células de mamíferos em cultura e para as células em ritmo acelerado de crescimento como o câncer. A nicotinamida não interfere no crescimento de crianças em fase de crescimento.

A regulação hepática da nicotinamida no sangue envolve a conversão do excesso de nicotinamida sérica em “NAD armazenada” ou em produtos inativos de excreção e quando o nível de nicotinamida está diminuído, envolve a conversão por hidrólise do “NAD armazenado” em nicotinamida sérica .

Contribui para o “NAD armazenado” e portanto para a nicotinamida sérica o triptofano e o ácido nicotínico. O fígado e talvez os rins são capazes de converter irreversivelmente o triptofano em NAD. Cada 60 mg de triptofano, consumido na forma de proteina, pode ser convertido em 1 mg de niacina, entretanto tal fato acontece apenas após algumas semanas de deficiência de nicotinamida. O ácido nicotínico é convertido no fígado em nicotinamida e depois irreversivelmente em NAD.

A principal via de excreção da nicotinamida é através da formação da 1-metil nicotinamida. Esta reação requer a presença de S-adenosil-metionina (SAMe ) e forma como sub produto a S-adenosil-homocisteina, que é um potente inibidor da enzima t-RNA metiltransferase (metiltransferase do RNA transportador) tanto em células normais como nas células malignas. A inibição desta enzima impede a metilação do t-RNA e portanto impede a sua função. A falência em sintetizar moléculas pelo t-RNA , acarreta a inibição da síntese proteica e a parada da proliferação celular maligna (Swiatek,1973).

Os quatro piridino nucleotídeos , NAD+, NADH, NADP+ e NADPH, estão relacionados uns aos outros, através de reações de oxido-redução, transhidrogenação e fosforilação. O NAD+ é a fonte de todos os outros piridino nucleotídeos.



Reparação do DNA

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Existem consideráveis evidências que indicam que o conteúdo de NAD nas células , influenciam a resposta celular às lesões genômicas, porque o NAD é diretamente consumido na síntese de polímeros de ADP-ribose e de ADP-ribose cíclico. Os estudos para determinar as concentrações ótimas de NAD para regenerar o DNA lesado em células epiteliais da mama, revelam que a lesão do DNA serve de estímulo para a biosíntese do NAD e que a restauração do DNA lesado é muito mais rápida , ocorrendo várias horas antes, na presença de altos níveis de NAD.

Análises de pele humana com queratose actínica ou carcinoma epidermoide, mostram que o conteúdo de NAD da pele está inversamente relacionado com o fenótipo maligno.

Jacobson em 1993, estudou a relação entre a deficiência de nicotinamida e o câncer da mulher. O interesse veio da descoberta de que a principal forma desta vitamina, NAD , é consumida como substrato nas reações de transferência de ADP-ribose. A poli-ADP-ribose polimerase, enzima ativada pela quebra do DNA, é a ADP-ribosiltransferase de maior interesse com respeito ao status da nicotinamida nas células, porque o aumento da sua atividade pode depletar o NAD. Estudos sobre as conseqüências da lesão do DNA em células humanas, suportam a hipótese que a nicotinamida funcione como fator de proteção que limita a carcinogênese.



Estudos em Cultura

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O intenso metabolismo do NAD nas células dos mamíferos em proliferação, está relacionado com a utilização do NAD para as reações de ribosilação e formação de poli-ADP-ribose.

O conteúdo de NAD+ plus NADH de células normais em crescimento exponencial, aumenta durante a proliferação, alcança um máximo logo antes da inibição-dependente da densidade celular e permanecem em níveis relativamente altos durante o estado de inibição-dependente da densidade celular.

Quando ocorre deficiência de nicotinamida as células normais em cultura permanecem viáveis e continuam a proliferar por mais quatro gerações.

Quando as células normais são obrigadas a se transformar pela ação do vírus SV40, os níveis absolutos de NAD+ plus NADH intracelular, diminuem de 2 a 3 vezes. Estas células transformadas não exibem inibição dependente da densidade celular e portanto são verdadeiros modelos de crescimento maligno.

Seja qual for a densidade celular, o conteúdo de NAD+ plus NADH de células não transformadas é maior do que nas células transformadas. Este fato é um claro sinal que a fosforilação oxidadtiva está prejudicada nas células transformadas, provocando a diminuição da produção de NAD+ e de ATP.



Toxicidade da Nicotinamida

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A toxicidade de altas concentrações de nicotinamida é bem documentada em estudos de animais intactos, tecidos em regeneração e células em cultura.

O crescimento de ratos jovens é seriamente retardado quando são alimentados diariamente com excesso de nicotinamida (5mmol/Kk) e os ratos adultos perdem massa muscular quando alimentados diariamente com 10 mmol/kg.

Revel e Mandel em 1962, verificaram que a nicotinamida suprime a síntese de RNA em rins que estão se hipertrofiando pela falta do rim contra lateral. O excesso de nicotinamida inibe a incorporação de fósforo radioativo no RNA nuclear. A prioridade metabólica de formar NAD+ em resposta à nicotinamida , depleta ATP e PRPP do rim em hipertrofia.

O mesmo mecanismo opera na supressão da síntese de DNA dependente de nicotinamida no fígado em regeneração. A presença de excesso de nicotinamida , diminui o número de mitoses de 1580 para 41 por 10 5 núcleos, demonstrando o efeito direto da nicotinamida sobre a inibição da proliferação celular.

Knip em 2000, fez uma revisão sobre as doses seguras de nicotinamida em seres humanos. Adverte que doses muito elevadas provocam hepatotoxicidade e aumento das enzimas hepáticas, entretanto tais efeitos são reversíveis. Mostrou também que doses elevadas pode inibir o crescimento de ratos , mas, não de crianças. Quando as preparações de nicotinamida são relativamente puras, ela é bem tolerada em doses de até 3 g ao dia , por longos anos.



Nicotinamida e Hipertemia

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A hipertermia aumenta a potência da quimioterapia e da radioterapia in vitro e in vivo.

Alguns estudos mostraram que a hipertermia altera o metabolismo dos polímeros de adenosina difosfato(ADP)ribose, necessários para a reparação do DNA lesado e que a atividade da enzima poli-ADP-ribose polimerase ( PARP ) é muito sensível aos níveis de NAD celular.

Robins em 1991, estudou os efeitos da hipertermia de 41,8 graus Celsius , sobre os níveis de NAD e ATP de linfocitos do sangue humano, in vitro e in vivo. Os estudos in vitro mostraram significante diminuição do NAD+ e dos níveis de ATP. A depleção do NAD não foi atribuída ao aumento do consumo enzimático do NAD+ ou à perda do nucleotídeo. Como a redução do NAD+ foi suficiente para diminuir a atividade da enzima PARP em 50%, o autor estendeu seu estudo para casos clínicos.

O conteúdo celular de NAD+ e ATP foram analisados em linfocitos previamente estocados de quatro pacientes, antes e depois da hipertermia global. O autor observou uma significante diminuição dos níveis de NAD+ , consistente com os achados in vitro.

Três pacientes foram estudados prospectivamente. O NAD+ foi dosado na amostra retirada imediatamente antes e após a hipertermia global . Os resultados foram semelhantes: queda dos níveis de NAD+.

A biosíntese de NAD+ e ATP, estão intimamente relacionadas. A resíntese do ATP consumido nas reações de transferência de radicais adenil, fosforil e pirofosforil, requerem substrato e fosforilação oxidativa a qual por sua vez é altamente dependente das reservas de NAD+ celular. Se a hipertermia afetar a biosíntese de ATP , o conteúdo de NAD+ diminuirá e vice-versa.

Os níveis de NAD+ intracelular se encontram nos níveis mínimos necessários para a síntese da enzima PARP. Qualquer diminuição de NAD+, limita a síntese desta enzima o que vai impedir a reparação do DNA lesado pela hipertermia. Já foi demonstrado que a diminuição da atividade da enzima PARP provoca aumento da morte celular.

Concluindo: a hipertermia sensibiliza as células malignas aos agentes anticâncer que lesam o DNA (alguns quimioterapicos e radioterapia ), bloqueando a resíntese do NAD que é consumido na síntese dos polimeros de ADP-ribose e portanto limitando a síntese destes polímeros e a reparação do DNA, o que facilitará a morte celular.



Nicotinamida e Radioterapia

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A hipoxia tumoral limita os resultados da radioterapia : radioresistência.

Overgaard em 1995, a partir de uma meta análise, concluiu que a redução da hipoxia confere vantagens à radioterapia , quando comparada com a radioterapia isolada.

É necessário reduzir as duas formas de hipoxia, a de difusão e a de perfusão. O uso do carbogênio ( 95% oxigênio e 5% gás carbônico ) , melhora a hipoxia por difusão, porque aumenta a liberação de O2 pela hemoglobina e porque maior quantidade de O2 é dissolvida no plasma. A nicotinamida em altas doses provoca vasodilatação arteriolar e melhora a hipoxia aumentando a perfusão tumoral.

Vários estudos mostram que a nicotinamida possui um efeito sensibilizante da radioterapia e da hipertermia. ( Horsman –1987 – 1988 – 1990 )

Dragovic em 1995, estudou as doses necessárias de nicotinamida para aumentar a sensibilidade tumoral à radioterapia e hipertermia. Concluiu que para provocar sensibilização em tumores humanos a dose segura e bem tolerada é de 6 g por via oral, em dose única, em jejum , administrada 60 minutos antes da radioterapia ou imediatamente antes da hipertermia. MacLaren em 1997, mostrou que a nicotinamida diminui a hipoxia de tumores humanos quando administrada imediatamente antes da radioterapia.



Proteina p53

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A nicotinamida e o resultante NAD celular modulam a expressão da proteina supressora de tumor p53 , em várias linhagens de células malignas de pulmão, de pele e de mama.

Donehower em 1992, mostrou que em ratos a perda de função da proteina p53 , contribui para a emergência de um fenótipo maligno.

Whitacre em 1995, concluiu que o NAD é o único substrato da poli-ADP-ribose-polimerase (PARP) e assim a síntese da poli-ADP-ribose (pADPR) se encontra deficiente nas células com restrição severa de NAD. As células deficientes em NAD e na enzima PARP exibem significante redução da expressão do importante gene supressor de tumor: p53.

Luo em 2001, mostrou que a nicotinamida inibe a desacetilação da p53 dependente da NAD, quando induzida pela Sir2alfa e também a nicotinamida aumenta a acetilação da p53 in vivo. A proteina p53 somente se encontra ativa na forma acetilada.



NAD+ e Metabolismo Tumoral

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A depleção de NAD+ intracelular, provoca conseqüências metabólicas específicas.

Comes em 1976, dosou o NAD e o NADH no sangue de 188 pacientes com câncer. O NAD estava significantemente diminuído nos pacientes com carcinoma de mama e de cervix e inalterado nos pacientes com câncer de pulmão e câncer metastático, quando comparado com pessoas normais. O NADH não mostrou diferenças conclusivas.

Chung em 1982, mostrou a associação entre a carcinogênese humana e a diminuição do NAD celular, assinalando as seguintes evidências: 1- as concentrações de NAD e ATP são baixas nas células com câncer; 2- os carcinogênicos q uímicos e a radiação podem provocar a queda do NAD em células pré cancerosas; 3- o NAD está envolvido na regulação da síntese do DNA; 4- a queda da concentração do NAD pode levar à expressão de oncogenes e ou virogenes, de acordo com a hipótese do protovírus .

Jacobson em 1993, verificou que as mulheres com câncer apresentam níveis menores de NAD no sangue, quando comparado com controles normais. Quando o aporte de nicotinamida da dieta diminui, a NAD prontamente declina no intracelular, enquanto que o NADP permanece relativamente constante.

Albeniz em 1997, estudou a ribosilação do ADP das proteinas do soro em vários grupos de doenças humanas e mostrou alterações da ribosilação apenas nas doenças neoplásicas : aumento maior do que 5 vezes na ribosilação do ADP no câncer. Amostras de sangue com altos níveis de ribosilaçào de ADP, revelam em geral o aumento da atividade da NAD glicohidrolase sérica e baixos níveis de NAD sérico.

Wrigh e Wei em 1996, mostraram o papel do NAD intracelular na ativação da protease 24-KD ( AP24 ) , que provoca a fragmentação internucleossomal do DNA e morte celular.

A depleção nutricional do NAD , a níveis indetectáveis, em duas linhagens de leucemia ( U937 e HL-60 ) as torna completamente resistentes à apoptose, quando expostas ao fator de necrose tumoral, luz ultravioleta e alguns quimioterápicos. Este fato foi atribuído ao bloqueio da ativação da protease apoptótica AP24. Os autores também observaram o mesmo efeito em outras linhagens de leucemia : KG1a, YAC-1 e BW1547, suportando o papel essencial dos sinais de transdução dependentes do NAD, na apoptose dessas células. Ressaltemos que este mecanismo não é universal, pois não opera nas leucemias tipo BJAB e tipo Jurkat, que experimentam apoptose independentemente dos níveis de NAD intracelular.

Quando os níveis de NAD+ caem na célula, o metabolismo energético torna-se dependente da enzima GAPDH ( gliceraldeido 3-fosfato dehidrogenase ) e de outras dehidrogenasess contendo piridino nucleotídeos .

A mitocondria intacta é relativamente impermeável aos piridino nucleotídeos, porém pode se tornar permeável em vários graus e perder NAD+. Nesta linha de raciocínio, Kielley-1952 , Wenner e Weinhouse -1953 e Hawtrey-1960 , mostraram que a mitocondria isolada de diversos tumores são deficientes na sua capacidade oxidativa , porém a respiração normal pode ser restaurada pela suplementação com NAD+ .

Esses trabalhos sugerem que as mitocondrias dos tumores não são integras e que prontamente podem perder ou ganhar o seu suprimento de NAD+. Desta forma, as mitocondrias de diversos tumores perdem NAD+ , porém o processo é reversível. Este fato é mais uma evidência que nos faz acreditar na possibilidade de recuperação da célula maligna: diferenciação celular. Uma vez diferenciada as células seguirão o seu normal caminho biológico : morte celular programada.

A perda de NAD+ mitocondrial na presença de NADglicohidrolases ativas, provocam o aumento da glicolise anaeróbia e o aumento da acidez intracelular , por aumento do lactato. A transformação do ácido lático em piruvato requer a presença de NAD+ como cofator essencial.

O aumento da glicolise anaeróbia, freqüentemente associada com os tumores em fase de franco crescimento, pode ser causada em parte pela combinação do defeito mitocondrial e em parte pelos efeitos depletores do NAD+ provocados pela ativação das NAD glicohidrolases ou das poli ADP-ribose polimerases.

O NAD+ é também cofator essencial da piruvato-dehidrogenase , isocitrato-dehidrogenase e alfacetoglutarato-dehidrogenase , enzimas do ciclo de Krebs, que fazem parte de fosforilação oxidativa.

Warburg em 1926 demonstrou que a glicólise anaeróbia sempre está presente nas células cancerosas e que embora a fosforilação oxidativa possa estar presente, ela não guarda relação com a proliferação do câncer.

Devemos ressaltar que a correlação entre o aumento da glicolise anaeróbia e a proliferação celular maligna tem sido freqüentemente citada e defendida na literatura, após o trabalho e intuição de Warburg ( Boxer-1961 , Aisenberg-1961 , Burk-1967 ) e que a diminuição do NAD+ intracelular observado nas células em proliferação maligna tem sido muito bem documentada ( Von Euler-1938 , Bernheim-1940 , Kensler-1940 , Taylor-1942 , Schlenk-1946 , Carruthers-1953 , Strength-1954 , Jedeikin-1955 , Jedeikin-1956 , Narurkar-1957 , Glock-1957 , Briggs-1960 , Wintzerith-1961 , Clark-1966 ).



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