Αργινίνη: Πώς μπορεί να επηρεάζει την άμυνα του οργανισμού απέναντι στον καρκίνο και τους ιούς

Ένα κοινό αμινοξύ που υπάρχει σε καθημερινές τροφές ενδέχεται να παίζει σημαντικό ρόλο στην ικανότητα του ανοσοποιητικού συστήματος να αναγνωρίζει τον καρκίνο και να αντιμετωπίζει ιογενείς λοιμώξεις. Ερευνητές του Πανεπιστημίου Rockefeller διαπίστωσαν ότι όταν τα επίπεδα αργινίνης στον οργανισμό μειώνονται, ένα βασικό τμήμα της ανοσολογικής άμυνας μπορεί να μη λειτουργεί σωστά, με αποτέλεσμα επικίνδυνα κύτταρα και ιοί να διαφεύγουν της αναγνώρισης.

Η αργινίνη είναι αμινοξύ που παράγεται φυσικά από τον οργανισμό και προσλαμβάνεται επίσης μέσω τροφών πλούσιων σε πρωτεΐνη. Είναι απαραίτητη για την παραγωγή πρωτεϊνών που επιτελούν πολλές λειτουργίες στο σώμα. Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και χρόνια ότι τα ασυνήθιστα χαμηλά επίπεδα αργινίνης συνδέονται με διάφορες παθήσεις, μεταξύ των οποίων ο καρκίνος του παχέος εντέρου. Ωστόσο, δεν ήταν σαφές πώς ακριβώς η έλλειψή της επηρεάζει την άμυνα του οργανισμού.

Νέα έρευνα υποδεικνύει ότι η αποκατάσταση των επιπέδων αργινίνης θα μπορούσε να βοηθήσει το ανοσοποιητικό σύστημα να ανταποκρίνεται αποτελεσματικότερα σε σοβαρές απειλές. Σε πειράματα με ποντίκια, η αύξηση της αργινίνης στη διατροφή περιόρισε τον σχηματισμό όγκων στο παχύ έντερο και μείωσε τη βαρύτητα της γρίπης και της λοίμωξης από SARS-CoV-2. Αξιοσημείωτο είναι ότι η χορήγηση αργινίνης βελτίωσε την έκβαση και όταν τα ποντίκια είχαν ήδη προσβληθεί από γρίπη.

Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Cell, δημιουργούν το ενδεχόμενο ένα οικονομικό και ευρέως διαθέσιμο συμπλήρωμα να μπορεί μελλοντικά να αξιοποιηθεί ως μέρος θεραπειών για τον καρκίνο ή στρατηγικών αντιμετώπισης ιογενών λοιμώξεων. Χρειάζονται, όμως, περισσότερες μελέτες σε ανθρώπους για να διαπιστωθεί αν τα οφέλη που παρατηρήθηκαν στα ποντίκια ισχύουν και για τους ανθρώπους.

Πώς η έλλειψη αργινίνης μπορεί να βοηθά τον καρκίνο να διαφεύγει της άμυνας

Της έρευνας ηγήθηκε ο Sohail Tavazoie, διευθυντής του Elizabeth and Vincent Meyer Laboratory of Systems Cancer Biology στο Πανεπιστήμιο Rockefeller. Η ομάδα του μελετά εδώ και χρόνια πώς η αργινίνη επηρεάζει την ανάπτυξη και την εξέλιξη του καρκίνου.

Το 2023, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η στέρηση αργινίνης από καρκινικά κύτταρα του παχέος εντέρου οδηγούσε στη συσσώρευση περισσότερων γενετικών μεταλλάξεων. Οι αλλαγές αυτές μπορούν να συμβάλουν στην απρόβλεπτη συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων και δημιούργησαν ερωτήματα σχετικά με το πώς η έλλειψη αργινίνης επηρεάζει την ασθένεια.

Η νέα μελέτη αποκαλύπτει μια ακόμη πιθανώς σημαντική συνέπεια. Όταν η αργινίνη είναι περιορισμένη, τα κύτταρα δυσκολεύονται να παράγουν επαρκείς ποσότητες μιας βασικής πρωτεΐνης του ανοσοποιητικού συστήματος, της MHC-1. Η πρωτεΐνη αυτή λειτουργεί σαν σύστημα προειδοποίησης, βοηθώντας τα ανοσοκύτταρα να εντοπίζουν πιθανούς κινδύνους, όπως καρκινικές αλλοιώσεις ή ιογενείς λοιμώξεις.

Όταν δεν υπάρχει αρκετή MHC-1, τα ανώμαλα ή μολυσμένα κύτταρα μπορεί να γίνουν δυσκολότερα αναγνωρίσιμα από το ανοσοποιητικό σύστημα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν, ωστόσο, ότι μια μέτρια ποσότητα αργινίνης —ανάλογη με εκείνη που περιέχεται σε δύο δισκία συμπληρώματος χωρίς συνταγή— θα μπορούσε να συμβάλει στην αποκατάσταση της παραγωγής αυτής της σημαντικής πρωτεΐνης.

«Η εργασία μας αποκαλύπτει πώς η έλλειψη αργινίνης παρεμβαίνει στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος και υποδεικνύει ότι η αύξηση της πρόσληψής της θα μπορούσε να είναι ωφέλιμη», λέει η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, Qiushuang Wu, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο εργαστήριο. «Ίσως αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με άλλες θεραπείες για την αντιμετώπιση τόσο του καρκίνου όσο και των ιογενών λοιμώξεων».

«Η χορήγηση αργινίνης θα μπορούσε να δοκιμαστεί εύκολα σε ασθενείς που λαμβάνουν ανοσοθεραπείες ή σε πληθυσμούς υψηλού κινδύνου που εκτίθενται σε ιούς», εκτιμά ο Tavazoie. «Καθώς η αργινίνη είναι οικονομική και ευρέως διαθέσιμη, ελπίζουμε ότι οι θεραπευτικές και προληπτικές μελέτες θα μπορέσουν να ξεκινήσουν σύντομα».

Η σχέση της αργινίνης με την ανοσολογική άμυνα

Για να κατανοήσουν γιατί η αργινίνη έχει τόσο σημαντική επίδραση, οι ερευνητές εξέτασαν πώς τα κύτταρα χρησιμοποιούν τα αμινοξέα για την παραγωγή πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες σχηματίζονται από αμινοξέα βάσει γενετικών οδηγιών που είναι αποθηκευμένες στο DNA. Οι οδηγίες αυτές αντιγράφονται σε αγγελιαφόρο RNA, το οποίο μεταφέρει τις πληροφορίες στον κυτταρικό μηχανισμό που παράγει τις πρωτεΐνες.

Οι οδηγίες διαβάζονται σε ομάδες τριών γενετικών γραμμάτων, που ονομάζονται κωδικόνια. Κάθε κωδικόνιο καθορίζει ένα αμινοξύ ή δίνει άλλο σήμα απαραίτητο για την παραγωγή πρωτεϊνών. Η αργινίνη είναι ιδιαίτερη, καθώς έξι διαφορετικά κωδικόνια μπορούν να την καθορίζουν, αντανακλώντας τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να κωδικοποιείται η ενσωμάτωσή της στις πρωτεΐνες.

Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι οι αλλαγές στη διαθεσιμότητα των αμινοξέων μπορούν να επηρεάσουν τον κυτταρικό μεταβολισμό και τη σηματοδότηση —διαδικασίες που συμβάλλουν στη ρύθμιση της παραγωγής ενέργειας και της ανταπόκρισης των κυττάρων στο περιβάλλον τους. Ήταν λιγότερο σαφές αν η έλλειψη συγκεκριμένων αμινοξέων μπορεί να επηρεάσει άμεσα τις πρωτεΐνες που παράγουν τα κύτταρα.

Για να το διερευνήσει, η Wu εξέτασε τις επιδράσεις της διαθεσιμότητας αργινίνης σε διάφορα μοντέλα ασθενειών, μεταξύ των οποίων ο καρκίνος του παχέος εντέρου, η γρίπη και ο SARS-CoV-2. Και οι τρεις παθήσεις είχαν ήδη συνδεθεί με μη φυσιολογικά επίπεδα διαφόρων αμινοξέων. Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Stavros Niarchos Foundation (SNF) Institute for Global Infectious Disease Research του Πανεπιστημίου Rockefeller και το Weill Cancer East Hub.

«Ένα από τα πιο εντυπωσιακά μοτίβα που προέκυψαν ήταν ότι η αργινίνη ήταν το αμινοξύ με τη μεγαλύτερη μείωση σε όλες αυτές τις ασθένειες», λέει η Wu.

Γιατί τα χαμηλά επίπεδα αργινίνης μπορεί να διαταράσσουν το ανοσοποιητικό

Σε εργαστηριακά πειράματα με καλλιεργημένα κύτταρα, η Wu εξέτασε πώς η έλλειψη αργινίνης επηρέαζε την παραγωγή πρωτεϊνών. Εντόπισε 414 πρωτεΐνες των οποίων τα επίπεδα μειώνονταν ασυνήθιστα όταν η αργινίνη ήταν περιορισμένη. Πολλές συνδέονταν με βιολογικές λειτουργίες που ήταν ήδη γνωστό ότι εξαρτώνται από την αργινίνη. Οι ερευνητές, όμως, ανακάλυψαν και μια πιο απρόσμενη επίδραση, η οποία αφορούσε τρία γονίδια της οικογένειας HLA.

Τα γονίδια αυτά περιέχουν τις οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών που συνδέονται με το MHC-I (μείζον σύμπλεγμα ιστοσυμβατότητας τάξης Ι), βασικό στοιχείο της ικανότητας του ανοσοποιητικού να αναγνωρίζει απειλές.

Οι πρωτεΐνες MHC-I εμφανίζονται στην επιφάνεια των κυττάρων σε όλο το σώμα. Λειτουργούν περίπου σαν ταυτότητες: παρουσιάζουν στα ανοσοκύτταρα που ονομάζονται Τ κύτταρα μικρά τμήματα πρωτεϊνών από το εσωτερικό του κυττάρου. Αν αυτά αποκαλύπτουν ύποπτο υλικό, όπως πρωτεΐνες που παράγει ένας ιός ή ανώμαλες πρωτεΐνες που σχετίζονται με τον καρκίνο, τα Τ κύτταρα μπορούν να αναγνωρίσουν τον κίνδυνο και να συμβάλουν στον συντονισμό της ανοσολογικής απόκρισης.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν, ωστόσο, ότι η έλλειψη αργινίνης παρεμπόδιζε την παραγωγή αυτών των μοριακών σημάτων προειδοποίησης. Η εξήγηση σχετίζεται με τα ριβοσώματα, τις μικροσκοπικές κυτταρικές δομές που συναρμολογούν τις πρωτεΐνες ακολουθώντας τις γενετικές οδηγίες. Καθώς οι πρωτεΐνες που συμμετέχουν στην παραγωγή του MHC-I χρειάζονται αργινίνη σε πολλά σημεία, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η ανεπαρκής παροχή της θα μπορούσε να δυσκολεύει τη συναρμολόγησή τους.

Τα επόμενα πειράματα επιβεβαίωσαν την υπόθεση. Όταν δεν υπήρχε διαθέσιμη αργινίνη, τα ριβοσώματα σταματούσαν στην προσπάθειά τους να παράγουν πρωτεΐνες MHC-I. Χωρίς αρκετό από το απαραίτητο αμινοξύ, τα κύτταρα δεν μπορούσαν να ολοκληρώσουν αποτελεσματικά τη διαδικασία.

Έτσι, λιγότερες πρωτεΐνες MHC-I έφταναν στην επιφάνεια των κυττάρων, μειώνοντας τα σήματα που κανονικά θα ειδοποιούσαν τα Τ κύτταρα για πρωτεΐνες που σχετίζονται με τον καρκίνο ή με ιούς. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνταν η δυνατότητα σε επικίνδυνα κύτταρα να διαφεύγουν της ανοσολογικής αναγνώρισης.

«Τα ευρήματα είναι συναρπαστικά, γιατί αποκαλύπτουν ότι η πρόσληψη ενός συγκεκριμένου αμινοξέος μπορεί να ρυθμίζει άμεσα τη γονιδιακή έκφραση σε έναν οργανισμό, αυξάνοντας την παραγωγή μιας πρωτεΐνης πλούσιας σε αυτό το αμινοξύ», λέει ο Tavazoie. «Πιστεύουμε ότι αυτή η επιλεκτική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης κατά τη μετάφραση, μέσω διατροφικών παρεμβάσεων, πιθανότατα επεκτείνεται και σε πολλές άλλες πρωτεΐνες και αμινοξέα».

Περισσότερη αργινίνη συνδέθηκε με λιγότερους όγκους στο παχύ έντερο σε ποντίκια

Αφού εντόπισε τον μοριακό μηχανισμό, η Wu εξέτασε αν η αλλαγή της ποσότητας αργινίνης στη διατροφή των ζώων θα μπορούσε να επηρεάσει την εξέλιξη της νόσου. Τα ποντίκια που έτρωγαν τροφή με χαμηλή περιεκτικότητα σε αργινίνη εμφάνισαν περισσότερους όγκους στο παχύ έντερο. Αντίθετα, όσα κατανάλωναν μεγαλύτερες ποσότητες του αμινοξέος εμφάνισαν λιγότερους.

Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η διαθεσιμότητα αργινίνης μπορεί να επηρεάζει την ανάπτυξη του καρκίνου μέσω της επίδρασής της στο ανοσοποιητικό σύστημα και όχι απλώς αλλάζοντας τη συμπεριφορά των μεμονωμένων καρκινικών κυττάρων. Παράλληλα, γεννήθηκε το ερώτημα αν η αργινίνη θα μπορούσε να προσφέρει ανάλογα οφέλη όταν ο οργανισμός αντιμετωπίζει επικίνδυνους ιούς.

Η αργινίνη βελτίωσε την έκβαση λοιμώξεων από γρίπη και SARS-CoV-2 σε ποντίκια

Για να διερευνήσει αυτό το ενδεχόμενο, η Wu συνεργάστηκε με τον Heinz-Heinrich Hoffman, επίκουρο καθηγητή ερευνητή στο Laboratory of Virology and Infectious Disease του Charles Rice. Εξέτασαν τις επιδράσεις της διατροφικής αργινίνης σε μοντέλα ποντικών με γρίπη και SARS-CoV-2, τον ιό που προκαλεί τη νόσο COVID-19.

Τα αποτελέσματα ακολούθησαν το ίδιο γενικό μοτίβο με εκείνα των πειραμάτων για τον καρκίνο του παχέος εντέρου. Τα ποντίκια που κατανάλωναν περισσότερη αργινίνη εμφάνισαν ηπιότερα συμπτώματα από τις ιογενείς λοιμώξεις, γεγονός που υποδεικνύει ότι τα επαρκή επίπεδα του αμινοξέος βοηθούσαν την ανοσολογική άμυνα.

Οι ερευνητές έκαναν στη συνέχεια μια ακόμη πιο απρόσμενη διαπίστωση: η αργινίνη δεν φαινόταν να είναι ωφέλιμη μόνο όταν λαμβανόταν πριν από τη λοίμωξη. Η χορήγησή της στα ποντίκια αφού είχαν ήδη προσβληθεί από γρίπη βελτίωσε επίσης την έκβαση.

«Όχι μόνο τα ποντίκια που ακολουθούσαν διατροφή πλούσια σε αργινίνη είχαν ηπιότερα συμπτώματα από τις ιογενείς λοιμώξεις, αλλά και η χορήγηση αργινίνης μετά τη λοίμωξη από γρίπη βελτίωσε την έκβασή τους», σημειώνει η Wu. «Αυτό ήταν πολύ απρόσμενο. Από τα γενετικά μας μοντέλα γνωρίζαμε ότι η τροποποίηση των επιπέδων αργινίνης είχε ισχυρή επίδραση στη γονιδιακή έκφραση, αλλά δεν περιμέναμε ότι η διατροφική παρέμβαση θα είχε εξίσου σημαντική επίδραση».

Η παρατήρηση υποδεικνύει ότι η αλλαγή στη διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών μπορεί να επηρεάζει την ανοσολογική απόκριση ακόμη και αφού έχει εγκατασταθεί μια ιογενής λοίμωξη.

Θα μπορούσε ένα συμπλήρωμα αργινίνης να ενισχύσει τις θεραπείες;

Η ανακάλυψη μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση του γιατί ορισμένοι άνθρωποι γίνονται πιο ευάλωτοι στον καρκίνο και στις σοβαρές ιογενείς λοιμώξεις. Τα επίπεδα αργινίνης μειώνονται φυσιολογικά με την ηλικία, ενώ η ανεπαρκής διατροφή μπορεί να περιορίσει ακόμη περισσότερο την ποσότητα που είναι διαθέσιμη στα κύτταρα. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αυτές οι μεταβολές ενδέχεται να συμβάλλουν στην εξασθένηση της άμυνας που παρατηρείται σε ορισμένες ασθένειες και σε μεγαλύτερους σε ηλικία ανθρώπους.

«Τα ευρήματα της Qiushuang φωτίζουν το πώς η κακή διατροφή και η γήρανση —κατά την οποία τα επίπεδα αργινίνης μειώνονται φυσιολογικά— θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τις ιδανικές συνθήκες για την έναρξη του καρκίνου του παχέος εντέρου. Αντίστοιχα, η απώλεια αργινίνης που σχετίζεται με την ηλικία θα μπορούσε να συμβάλλει εν μέρει στην υψηλότερη θνησιμότητα από αναπνευστικούς ιούς», λέει ο Tavazoie. «Εξετάζουμε επίσης αν διατροφικές αλλαγές σε άλλα αμινοξέα έχουν ευεργετικές επιδράσεις σε διάφορες παθήσεις. Αναμφίβολα θα ακολουθήσουν και άλλες ανακαλύψεις».

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το ενδεχόμενο να χρησιμοποιηθεί η αργινίνη μαζί με υπάρχουσες ανοσοθεραπείες για τον καρκίνο. Οι θεραπείες αυτές βοηθούν το ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει και να επιτίθεται στα καρκινικά κύτταρα. Αν τα χαμηλά επίπεδα αργινίνης παρεμποδίζουν τα μοριακά σήματα που απαιτούνται για αυτή την αναγνώριση, η αποκατάσταση του θρεπτικού συστατικού ενδέχεται να βοηθήσει ορισμένες θεραπείες να λειτουργήσουν αποτελεσματικότερα. Οι ερευνητές θεωρούν επίσης ότι αξίζει να διερευνηθεί η χορήγηση αργινίνης σε ανθρώπους με αυξημένο κίνδυνο αναπνευστικών ιογενών λοιμώξεων.

Προς το παρόν, όλα αυτά παραμένουν υπό διερεύνηση. Τα ευρήματα δεν αποδεικνύουν ότι τα συμπληρώματα αργινίνης προλαμβάνουν ή θεραπεύουν τον καρκίνο, τη γρίπη ή την COVID-19 στους ανθρώπους.

Η έρευνα αναδεικνύει, ωστόσο, μια σημαντική σύνδεση ανάμεσα στη διατροφή και την ανοσία. Τα συγκεκριμένα αμινοξέα ενδέχεται να μην παρέχουν απλώς τα δομικά υλικά για την παραγωγή πρωτεϊνών, αλλά να συμβάλλουν και στον καθορισμό του πόσο αποτελεσματικά το ανοσοποιητικό σύστημα αναγνωρίζει και αντιμετωπίζει απειλές. Καθώς η αργινίνη είναι οικονομική και ευρέως διαθέσιμη, θα μπορούσε να αποτελέσει αφετηρία για μελλοντικές μελέτες σχετικά με την ενίσχυση της άμυνας απέναντι στον καρκίνο και τις λοιμώξεις. Η λήψη συμπληρώματος ή οποιαδήποτε σχετική θεραπευτική απόφαση πρέπει να συζητείται με τον γιατρό.