Domates dünyada en çok tüketilen sebzelerden biridir. Diğer kırmızı sebze ve meyvelerin likopen içeriklerinin yüksekliğine bağlı olarak sağlık üzerine faydalı etkileri hakkında kuvvetli kanıtlar bulunmaktadır. İşlenmemiş domatese göre domates sosu ve salçası (33–68 mg/100 g) likopenin konsantre kaynaklarıdır
1. Likopenin diğer yenilebilir kaynakları arasında kuşburnu, karpuz, papaya, pembe greyfurt ve guava bulunmaktadır. Likopen içeren domates ve domates ürünlerinin artan tüketimi ile kanser dahil çeşitli kronik hastalıklar arasında negatif korelasyon bulunmaktadır. Günümüzde diyet önerileri günlük olarak çeşitli renk ve tipte sebze ve meyve tüketimini desteklemektedir
2. Besinlerdeki bu fitokimyasalların zenobiyotik ve karsinojen metabolizmasında önemli enzimlerin regülasyonu, proliferasyonu ve apoptoziste hücresel sinyalleme, nükleer reseptör modülasyonu ve indirekt olarak hücre proliferasyonu azaltıcı ve DNA hasarını koruyucu antioksidan etkileri gibi çeşitli etkileri bulunmaktadır. Ayrıca likopenin nitrik oksid (NO), interlökinler, tümör nekroz faktörü-alfa (TNF-α), siklooksijenaz ve nükleer faktör-kappa B (NF-κB) gibi çeşitli proinflamatuar moleküllerin inhibisyonuna bağlı olarak antiinflamatuar etkilerinin olduğu bulunmuştur
3-5.
Likopenin oksidatif stresin biyomarkırlarını düşürme yeteneğine bağlı olarak6 koroner kalp hastalığı, osteoporoz, tip 2 diyabet gibi kronik hastalık riskini düşürdüğü7 ileri sürülmektedir.
Çok sayıda retrospektif ve prospektif epidemiyolojik çalışma likopen içeren domates ürünlerinin tüketiminin antikanserojenik etkilerinin bulunduğunu ileri sürmektedir. Hücre kültürü kullanılarak yapılan in vitro deneylerde likopenin anti-kanser etkilerinin olduğu desteklenmektedir. Likopenin anti-kanser aktiviteleri arasında oksidatif stresi önleme, apoptozisi indükleme, metastazı inhibe etme, kanser hücre siklusunu bozma, hücrelerarası iletişimi geliştirme, oksidatif strese karşı korunmayı antioksidan yanıt elementi upregüle etmek suretiyle kuvvetlendirme bulunmaktadır. Likopenin bazı metabolitlerinin de anti-kanserojenik etkileri bulunmaktadır8.
2. LİKOPENİN KİMYASAL, YAPISAL VE BİYOLOJİK ÖZELLİKLERİ
Likopen ismi, domatesin Latince ismi olan Solanum lycopersicum'dan türetilmiştir. Likopen (ψ,ψ-karoten) çeşitli bitki, alg ve diğer fotosentetik organizmalarda bulunan asiklik bir non-provitamin A karotendir ve beta karoten dahil çeşitli karotenoid biyosentezinde önemli bir aracıdır. Sarı, turuncu ve kırmızı pigmentasyon ve fotoproteksiyondan sorumludur9. Provitamin A aktivitesinin bulunmaması likopenin biyokimyasını α-karoten, Β-karoten ve kriptoksantin gibi diğer karotenoidlerden ayırır10.
Likopen ilk 1910'da izole edilmiş ve 1931'de molekül yapısı belirlenmiştir. Moleküler ağırlığı 536 olan 40 karbon ve 56 hidrojen atomundan ve izopren ünitesinden oluşan simetrik bir tetraterpendir. Likopen 11 konjuge ve 2 non-konjuge çift bağ içerir. Likopen görülebilir ışığın an yüksek dalga boyunu (maksimum 444, 470 ve 502 nm) absorbe ederek karakteristik kırmızı rengini alır11. Bu molekül uzun ve düz yapıdadır ve içerdiği 11 konjuge bağ antioksidan özelliğinden sorumludur. Bu π elektron sisteminde her çift bağ elektronların yükseltgenmesi için enerji gereksinimini azalttığı için konjuge polien zincirler serbest radikallere karşı kararsız ve elektrofilik ataktan sorumludur12. Bu reaktivite likopenin biyolojik sistemlerdeki antioksidan aktivitesinin temelini oluşturmakta ve kemopreventif ajan olarak efikasitesine katkıda bulunmaktadır.
Doğal kaynaklardaki likopen ağırlıklı olarak trans-formda bulunmaktadır. Işık veya ısıya maruziyet veya kimyasal reaksiyonlar izomerizasyon sonucu çeşitli mono- veya sis- izomer üretimine neden olmaktadır. Likopenin hem trans hem de mono-sis izomerleri (5-, 9-, 13- ve 15-sis) işlenmiş domates ürünlerinde ve insan serumunda bulunmaktadır13. Çeşitli izomerler moleküler enerjilerine göre farklı stabilitededirler14.
Yağda çözünen karotenler grubuna dahil olan likopen hekzan, benzen, kloroform ve metilenklorid gibi organik çözücüler tarafından da çözünebilmekte15 ancak metanol, etanol ve suda çözünememektedirler16. Bitki matriksinde veya katı halde iken göreceli olarak stabil olan likopen matriksten ekstraksiyon sonrasında ve non-polar organik çözücüde stabil değildir17. Bu nedenle in vivo ve in vitro deneylerde likopen içeren preparatların stabilite durumlarının göz önünde bulundurulmaları gerekmektedir.
İnsan serum ve dokularında çeşitli sis-izomerler total likopenin %50'sini oluşturmaktadır. Besin kaynaklarında ise tüm trans likopen, total likopenin %79-91'ini oluşturmaktadır18. Muhtemelen sis izomerlerin safra asidi misellerinde daha iyi çözünmesi ve daha az çökmesi nedeniyle absorpsiyonları daha iyi olmaktadır19. Akciğer, deri, karaciğer, serviks, siliyer cisim ve retinal pigment epitelyumu gibi çeşitli insan dokularında likopen bulunmaktadır20,21. Ağırlıklı olarak adrenal gland, karaciğer ve testis gibi yağlı doku ve organlarda konsantre olurlar22. İnsan serum ve prostatında da bulunurlar23.
Biyoyararlanımını artırmak için domates gibi likopenden zengin besinler pişirme gibi işlemlerden geçirildiğinde besin matriksindeki makromoleküllere sıkıca bağlı olan likopen protein komplekslerinden serbestlenirler24. Oldukça lipofilik olması nedeniyle yağla birlikte tüketilen likopenin biyoyararlanımı artar25. Besinlerle alınan likopen ince barsaktaki lipid miselleri içine geçer ve barsaktaki besinsel lipidler (triasilgliserol, kolesterol ve yağ asidleri) hidrofobik likopenin çözünmesine ve pasif transport ile intestinal mukoza hücrelerine geçmesine yardımcı olur. Şilomikronlara geçen likopen intestinal mukozadan sistemik dolaşıma lenfatik sistem aracılığı ile geçer. Likopenin karaciğer metabolizması tam olarak anlaşılmamıştır ancak likopenin plazmada çok düşük dansiteli (VLD) ve düşük dansiteli (LD) lipoprotein fraksiyonlarına dağıldığı gösterilmiştir26.
3.LİKOPENİN ANTİKANSEROJEN ETKİ MEKANİZMALARI VE MOLEKÜLER HEDEFLERİ
Karotenoidler hormon sentezi, fotosentez ve fotomorfogenez esnasında ışığı absorbe edip enerjiyi klorofile transfer ederek, bitki ve algleri fotooksidatif hasara karşı korur. Ayrıca reaktif oksijen süpürücü olarak antioksidan özelliklerini gösterirler27. İnsanlarda başlıca provitamin A'nın besinsel kaynağı olarak görev görürler. Likopenin provitamin A aktivitesi olmadığından insandaki fizyolojik fonksiyonu bilinmemektedir. Bununla birlikte likopenin bazı potansiyel hücresel hedefleri ayırt edilmiştir.
3.1. Antioksidan Aktivite
Reaktif oksijen türleri (ROS) superoksid (O2−.) ve hidroksil (OH.), peroksil (RO2.) ve alkoksil (RO.) radikallerini içeren kısa ömürlü oksijen kaynaklı küçük moleküllerdir. Singlet oksijen (1O2), ozon (O3), hipoklorik asid (HOCl) ve hidrojen peroksid (H2O2) gibi non-radikal türler okside edici ajanlar gibi rol oynar ve kolaylıkla radikallere dönüşürler28. ROS oluşumu genellikle mitokondriyal solunum esnasında tekli elektron transferi ile oksijenden süperoksid üretimi ile başlayan olaylar dizisi sonucu meydana gelir ve hidroksil radikallerinin majör kaynağıdır. Süperoksid hızla spontan olarak özellikle düşük pH'da veya süperoksid dismutaz tarafından katalize edilme sonucu olarak hidrojen perokside dönüştürülür. Hidrojen peroksid nükleer membranı aşar, metal iyonları ile Fenton reaksiyonuna girer ve hidroksil radikalleri oluşur29. Demir ve bakırın hidroksil radikali oluşumunu teşvik ediyor olabileceği öngörülmektedir30.
Fotooksidasyon sonucu, enzimatik olarak veya biyomembranlarda lipid peroksidasyon proçesi esnadında oluşan singlet oksijen diğer bir reaktif oksijen türüdür. ROS tarafından meydana getirilen oksidatif stres lipid, protein, karbonhidrat ve DNA gibi makromoleküllere hasar verebilir. Meydana gelen hasar ise yaşlanma ve kronik hastalıkların oluşumuna yol açabilir.
Likopen singlet oksijeni ve serbest radikalleri uzun çift bağ sistemi aracılığı ile yakalayabilir19. Likopen, antioksidan olarak singlet oksijen yakalayıcı, süpürücü gibi çeşitli mekanizmalarla görev yaparak hücreleri oksidatif strese karşı koruyabilir. İndirgenmeden önce bir molekül likopen binlerce singlet oksijen molekülü bağlayabilir31. Singlet oksijen yakalamadaki etkinliği başlıca içerdiği konjuge çift bağ sayısına bağlıdır32.
Likopenin serbest radikallerle reaksiyonunun diğer bir mekanizmasında karbon merkezli karotenoid radikaller meydana gelir ve uzun polien zincir ile stabilize edilirler. Elektron dansitesi reaksiyonun meydana geldiği polien zincirin uçlarında daha yoğundur33. Hücre kültüründe likopen uygulanmış prostat kanser hücrelerinde likopenin %81'inin çekirdekte lokalize olduğu (%55 nükleer membranda ve % 26 nükleer matrikste) tesbit edilmiştir34. DNA üzerinde likopenin protektif etkileri bu lokalizasyon ile uyumludur35,36.
Likopenin plasmid DNA ve hamster akciğer fibroblastlarında katekol östrojenlerin redoks siklusu tarafından indüklenen oksidatif DNA hasarını azalttığı35, hamster akciğer fibroblastlarında peroksinitrit uygulamasına bağlı nitrasyon proteinleri ve DNA kırılmalarını inhibe ettiği36 ve H2O2 uygulanmış Hepatoma Hep3B hücre kültüründe doza bağımlı olarak DNA hasarını azalttığı gösterilmiştir37.
3.2. Antioksidan Yanıt Elementi
Oksidatif stress ile mücadele etmek için, hücreler reaktif elektrofillerin konsantrasyonunu düşüren ve karsinojenleri detoksifiye eden faz 1 ve faz 2 enzimlerini indüklerler. Faz 2 enzimlerinin ekspresyonu antioksidan yanıt elementi ve transkripsiyon faktorü nükleer faktör E2 p45 ilgili faktör (Nrf2) tarafından regüle edilir38. Dokulardaki faz 2 enzimleri γ-glutamilsistein sentetaz (GCS), nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NAD(P)H), kinon oksiredüktaz (NQO1), glutatyon S-transferazlar (GSTs), glutatyon redüktaz (GSR), heme oksijenaz-1 (HO-1) seviyeleri ile kimyasal karsinojenez duyarlılığı arasında güçlü bir negatif korelasyon söz konusudur39. Faz 2 enzimlerinin indüksiyonuna promoter bölgedeki sis-regülatör DNA dizilimi aracılık eder, bu dizilim antioksidan yanıt elementi olarak bilinir40. Majör antioksidan yanıt elementi aktive edici transkripsiyon faktörü Nrf2 antioksidan ve detoksifiye edici genlerin ekspresyonunu tetikler. Bazal durumlarda Nrf2 inhibitör faktör Keap1 (Nrf2'nin negatif regülatörü) ile bağlı halde sitoplazmadadır41. Uyarıldığında Nrf2, Keap1'den ayrılır ve hücre çekirdeğine geçer42. Nrf2'nin nükleer birikimi ikincil olarak faz 2 enzimlerinin ekspresyonuna yol açar38. Sonuç olarak, likopenin faydalı etkilerinin bir kısmı metabolitlerinin faz 2 detoksifikasyon enzimlerinin ekspresyonlarını indüklemesine bağlıdır40.
3.3. Apoptoz
Apoptoz sağlığı korumak amacıyla hasarlı ve anormal hücrelerin etrafındaki hücre ve dokulara zarar vermeden eliminasyonuna olanak veren programlı olaylar dizisidir43. Hasarlı hücreler apoptoza uğrayamadığı zaman bu hücrelerde bölünme kontrol dışına çıkarak ölümsüz hale gelirler ve bu hücreler kanser hücreleri haline dönüşebilirler.
Reaktif oksijen türleri hücresel ve ekstraselüler olaylar vasıtasıyla meydana gelir. ROS bazı homeostatik fonksiyonları oluşturur ve fazla miktarda oluştuklarında karsinogenezde rol oynarlar. Proteinler, lipidler ve nükleik asitler ROS tarafından kullanılan oksidasyon materyalleridir. Okside proteinlerin artmış intraselüler seviyeleri yaşlanma ve Alzheimer, romatoid artrid, aterosklerozis, Parkinson gibi yaşlanmaya bağlı oluşan hastalıkların gelişimine katkıda bulunmaktadır44. ROS bakterilere karşı defans mekanizmasının bir parçasıdır, ancak bu olayın spesifik olması gerekmektedir çünkü ROS kuvvetli inflamatuvar durumlarda dokuları parçalayabilir45. Normal şartlar altında antioksidanlar (indirgenmiş glutatyon, katalaz ve süperoksid dismutaz) genellikle hücreyi hasara karşı korurlar. İlginç olarak mitokondri ROS'un hem kaynağı hem de hedefi olan bir yapıdır. Aşırı intraselüler ROS üretimi mitokondriyal membran potansiyelinin bozulmasına ve sitokrom c'nin sitozole salınımına, kaspaz kaskadının aktivasyonuna ve sonuçta apoptoz ile programlı hücre ölümüne yol açar46.
Çeşitli dokulardan alınan ve kanser hücreleri kullanılarak yapılan çok sayıda in vitro çalışma likopenin apoptozu indüklediği ve kemoterapötik ajan olarak kullanılma potansiyeli olduğunu göstermiştir. Androjene duyarlı prostat kanseri LNCaP hücrelerine likopen uygulaması sonucu mitokondriyal transmembran potansiyelinin, mitokondriyal sitokrom c salınımının azalmış ve anneksin V bağlanmasının artmış olması apoptozu indüklediğini göstermektedir47. Likopenin LNCaP hücrelerinde48, Burkitt lenfoma ve insan kolon karsinoma hücrelerinde49 apoptotik etkilere neden olduğu gösterilmiştir.
Likopenin insan prostat kanseri hücreleri olan DU145 tümör zenograftları büyüme oranına likopenin etkileri BALB/c farelerinde incelenmiş ve 100-300 mg/kg likopen uygulanan farelerde tümör büyümesinin kontrol grubuna göre %55.6 ve 75.8 oranında azaldığı gösterilmiştir. Likopen uygulaması bu hücrelerde G0/G1 fazını bozduğu ve doza bağımlı olarak apoptoza götürdüğü gösterilmiştir50.
E vitamini, selenyum ve likopen kombinasyonu içeren diyetle beslenmenin bu maddeleri ayrı ayrı almaya göre prostat kanseri ve karaciğer metastazını belirgin derecede düşürdüğü gözlenmiştir51.
Ku antijeninin DNA bağımlı serin/treonin protein kinaz (DNA-PK) kompleksinin bir komponenti olduğu gösterilmiştir52. DNA-PK, DNA zincir kırılmalarının tamirinde rol alır53. Ku proteininin (Ku70 ve Ku 80) çeşitli hücre tiplerinde small interfering RNA (siRNA) ve antisens oligonükleotidlerle down-regülasyonunun DNA'ya hasar veren ajanlara karşı ve oksidatif streste hücre apoptozunu ve radyoterapiye duyarlılığı artırdığı gösterilmiştir54. Pankreatik asiner hücrelerde oksidatif stresin indüklediği apoptozun düşük Ku70 ve Ku80 alt ünite düzeylerine eşlik ettiği55 ve oksidatif stres ile indükte hücre ölümünde likopenin koruyucu etkisinin Ku70 ve Ku-DNA bağlanma aktivitelerinin hücresel ve nükleer seviyede sürdürülmesinin sonucu olduğu ileri sürülmüştür56. Likopenin kanser tedavisinde kullanılan radyoterapide etkili bir radyoprotektör olarak geliştirilebileceği öne sürülmektedir57.
3.4. Hücre Siklusunu Durdurucu Etkileri
Kanser, hücrelerin hücre siklusunu regüle ve proliferasyon oranlarını kontrol etme yeteneklerini kaybettikleri bir hastalıktır. Hücrelerin gelişiminde G1 fazı hücre siklusunda sınırlayıcı basamaktır58. Likopenin G0/G1 ve S fazlarını bloke ettiğini ifade eden çok sayıda rapor bulunmaktadır. Prostat kanseri hücreleri (Pca), LNCaP ve PC-3 hücrelerine likopen uygulamasının mitotik arrest ile sonuçlandığı ve hücrelerin G0/G1 fazında akümüle oldukları gösterilmiştir. G1/S geçişindeki bloğa siklin D1, siklin E ve sikline bağlı kinaz 4 (CDK-4) ve retinoblastoma fosforilasyonun baskılanması aracılık etmektedir. Yanıtlar düşük insülin benzeri büyüme faktörü 1 reseptör (IGF1R) ekspresyonu, artmış insülin benzeri büyüme faktörü bağlayıcı protein 2 (IGFBP-2) ekspresyonu ve düşük serin/treonin protein kinaz (AKT) aktivasyonu ile koreledir48.
Likopenin insan meme adenokarsinoma hücrelerinde (MCF-7) ve insan endometriyal epitelyal hücrelerinde (ECC-1) hücre siklusunda G0/G1 fazını siklin D1 seviyelerini düşürerek inhibe ettiği gösterilmiştir59. Fare hepatositleri ile yapılan bir diğer çalışmada ise likopenin G0/G1 fazını tümör protein 53 (p53) ve retinoblastoma proteini inhibe ederek bozduğu ileri sürülmüştür60.
Likopenin degradasyon ürünü apo-10'-likopenoik asidin A549 insan akciğer kanser hücrelerinde siklin E seviyelerini düşürmesi ve p21 ve p27 hücre siklusu regülatör proteinlerini artırması sonucu G1/S fazını durduğu gösterilmiştir61.
Ayrıca likopenin, sıçan prostat kanser AT3 hücreleri62, insan meme kanseri MCF hücreleri63, primer insan prostat epitel hücreleri64, insan eritrolösemi K562 hücreleri, Raji hücreleri ve insan kolon kanser HuCC hücreleri49 üzerinde de antiproliferatif etkileri bulunmaktadır.
3.5. Likopenin Sinyal Yolakları Üzerine Etkileri
Platelet kaynaklı büyüme faktörünün (PDGF-BB) tümör hücrelerinin otokrin büyümesini dermal fibroblast kemotaksisi ve tümör anjiyogenezi için mitojen etki oluşturarak uyardığı gösterilmiştir65. PDGF-BB melanomun büyüme, invazyon ve metastazını artırır. Sonuç olarak melanoma gelişimi bu faktörün inhibisyonu ile bozulabilir. Likopenin PDGF-BB ile indükte insan Hs68 deri fibroblast migrasyonunu inhibe ettiği ve PDGF-BB ile indükte sinyali azalttığı ve PDGF-BB ile indükte fosforilasyonu baskıladığı gösterilmiştir66.
3.6. Antimetastatik Etkileri
Likopen MMP-2 ve MMP-9 matriks metalloproteinazlarının jelatinolitik aktivitelerini düşürmesi yanında hayli invazif insan hepatoma (SK-Hep1) hücrelerinin adezyon, invazyon ve migrasyonunu yüksek konsantrasyonlarda inhibe eder67. Yine yüksek konsantrasyonlarda MMP-9 ekspresyonu baskılanmış ve metastaz supresör gen nm23-H1 indükte edilmiştir68. Bu çalışmaların sonuçları yüksek doz likopenin hepatokarsinoma hücrelerinde metastaz ve invazyonu inhibe edebileceğini göstermektedir.
4. SONUÇ
Likopen veya domates tüketimine bağlı epidemiyolojik çalışmaların sonuçları bu ürünlerin çeşitli kanser türleri riskini azaltabileceğini göstermiştir. Likopenin bu faydalı etkilerinden birçok mekanizma sorumludur ancak henüz kesin mekanizmalar tam olarak belirlenememiştir. Singlet oksijen ve serbest radikal tutucu antioksidan aktivitesi likopenin muhtemel etki mekanizmalarından biridir ve bu aktivite hem in vivo hem de in vitro olarak gözlenmiştir. Diğer etki mekanizmaları bazı in vitro deneylerde gösterilmiştir ancak bu çalışmalar likopenin hücre kültürü medyasındaki çözünürlük derecelerinden etkilenmektedir. Ayrıca çeşitli çözelti ve emulsifikasyon metodları kullanılarak yapılan in vitro sistemlerde antioksidan yanıt elementi tarafından kontrol edilen ve kanser hücrelerinde apoptozu indükleyen genlerin ekspresyonlarının up regülasyonu ya da hücre siklusunu bozarak kanser hücresi proliferasyon, invazyon ve metastazını inhibe etmek gibi çeşitli etki mekanizmaları öne sürülmüştür. Likopenin metabolitleri ve diğer indirgenme ürünlerinin de anti-kanser veya kemopreventif aktiviteleri identifiye edilmiştir. Faz 1 ve faz 2 çalışmalar tarafından bu molekülün güvenirliğinin gösterilmesi nedeniyle likopenin klinik kullanımını destekleyecek ve bu sonuçları teyit edecek iyi dizayn edilmiş uzun süreli klinik çalışmalar gerekmektedir.