Einfluss von Karotten- und Tomatensaft-Konsum auf Coloncarcinogenese-relevante Faecesmarker beim Menschen

Schnäbele, Kerstin

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Schnäbele, Kerstin

Einfluss von Karotten- und Tomatensaft-Konsum auf Coloncarcinogenese-relevante Faecesmarker beim Menschen

Influence of carrot and tomato juice consumption on faecal markers relevant to colon carcinogenesis in humans

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-1526
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2006/152/

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SWD-Schlagwörter:

Karottensaft , Tomatensaft , Carotinoide , Lycopin , Provitamin A , Carcinogenese

Freie Schlagwörter (Deutsch):

Beta-Carotin , Faecesmarker , Faeceswasser, Coloncarcinogenese

Freie Schlagwörter (Englisch):

carotenoids , faecal water , faecal markers , colon carcinogenesis

Institut:

Institut für Biologische Chemie und Ernährungswissenschaft

Fakultät:

Fakultät Naturwissenschaften

DDC-Sachgruppe:

Biowissenschaften, Biologie

Dokumentart:

Dissertation

Hauptberichter:

Briviba, Karlis Priv. Doz. Dr. med.

Sprache:

Deutsch

Tag der mündlichen Prüfung:

11.05.2006

Erstellungsjahr:

2006

Publikationsdatum:

17.07.2006

Lizenz:

Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim ohne Print-on-Demand

Kurzfassung auf Deutsch:

Colorectaler Krebs stellt weltweit eine der häufigsten Tumorerkrankungen dar. Die meisten colorectalen Tumoren sind sporadisch und entwickeln sich somatisch in Epithelzellen aufgrund genetischer Veränderungen. Ernährungsfaktoren können die Tumorentwicklung maßgeblich beeinflussen. Ein hoher Obst- und Gemüseverzehr wird häufig mit einem erniedrigten colorectalen Krebsrisiko in Verbindung gebracht. Krebsprotektive Wirkungen von Obst und Gemüse werden auf darin enthaltene Substanzen mit potenziell anticarcinogenen Eigenschaften wie Ballaststoffe, Vitamine und sekundäre Pflanzenstoffe, z.B. Carotinoide, zurückgeführt. In dieser Arbeit sollte anhand einer Humaninterventionsstudie mit Karotten- und Tomatensaft-Konsum untersucht werden, ob eine carotinoidreiche Ernährung, insbesondere reich an beta Carotin und Lycopin, Coloncarcinogenese-relevante Prozesse im Lumen des Gastrointestinaltraktes modifizieren kann. Dazu sollten verschiedene Faecesmarker etabliert und eingesetzt werden. In der randomisierten Interventionsstudie im Crossover-Design konsumierten 22 gesunde, männliche Probanden bei ansonsten carotinoidarmer Ernährung täglich 330ml Karotten- oder Tomatensaft über einen Zeitraum von zwei Wochen. Beiden Saft-Interventionen gingen 14-tägige Depletionsphasen mit carotinoidarmer Ernährung voraus. Am Ende jeder Studienphase wurde von zwölf Probanden 48h-Stuhl gesammelt, aus dem verschiedene Präparationen wie unfiltriertes bzw. steril-filtriertes Faeceswasser (FW) und Faeces-Lipidextrakte für den Einsatz im Zellkultursystem gewonnen wurden. Bei Untersuchungen zur Wirkung dieser Präparationen auf Colonadenocarcinomzellen (HT-29) und zur Bestimmung der Aktivität bakterieller Enzyme in FW kamen spektralphotometrische und durchflusscytometrische Methoden zum Einsatz. HPLC-Analysen dienten zur Bestimmung der Konzentrationen verschiedener Gallensäuren in FW und der Carotinoid- sowie Malondialdehyd (MDA)-Gehalte in Faeces-Proben. Die FW-Konzentrationen der wichtigsten kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) wurden gaschromatographisch erfasst. Der Verzehr von Karotten- bzw. Tomatensaft führte zu einem deutlichen Anstieg der Faeces-Gehalte an Beta- und Alpha-Carotin bzw. Lycopin sowie der Carotinoid-Konzentrationen in unfiltriertem FW. In der sich anschließenden Depletionsphase gingen die Carotinoid-Faeces- bzw. FW-Gehalte wieder auf ihre Ausgangswerte zurück. Eine Veränderung des Faeces-MDA-Gehaltes durch die Saft-Interventionen konnte nicht beobachtet werden. FW zeigte eine deutliche dosisabhängige cytotoxische Wirkung auf HT 29 Zellen, die jedoch durch Karotten- und Tomatensaft-Konsum nicht merklich verändert wurde. Darüber hinaus konnte die proliferationshemmende Wirkung von FW, die Konzentration der erfassten Gallensäuren (GS) und das FW-GS-Profil durch Karotten- und Tomatensaft-Konsum nicht beeinflusst werden. Auch die bakterielle Beta-Glucosidase bzw. -Glucuronidase-Aktivität änderte sich nicht durch die Saft-Interventionen. Während Tomatensaft-Konsum den FW-pH nicht signifikant beeinflusste, wurde dieser durch Karottensaft-Konsum erniedrigt. Obwohl die FW-Acetat- und -Butyrat-Konzentration zur Erniedrigung des FW-pH-Wertes beitrugen, waren die SCFA vermutlich nicht für die beobachtete pH-Wert-Änderung nach Karottensaft-Konsum verantwortlich. FW-SCFA-Konzentrationen bzw. das SCFA-Verhältnis wurden nicht signifikant verändert. Weder die FW-GS- und
-SCFA-Konzentrationen noch die Aktivität der untersuchten bakteriellen Enzyme nahmen Einfluss auf die cytotoxische Wirkung von FW. Mit zunehmendem Anteil der primären Gallensäuren Chol- und Chenodesoxycholsäure nahm dessen cytotoxische Wirkung, ungeachtet der verschiedenen Studienphasen, jedoch ab. Laut multipler Regressionsanalyse wichtige Einflussfaktoren für die wachstumshemmende FW-Wirkung sind wahrscheinlich v.a. der Faeces-MDA-Gehalt und die bakterielle Beta-Glucosidase-Aktivität. Ob die aufgeführten Parameter direkten Einfluss auf die cytotoxische bzw. antiproliferative FW-Wirkung nehmen oder indirekte Marker für z.B. die Aktivität der individuellen Mikroflora darstellen, sollte nachfolgend untersucht werden. Karotten- und Tomatensaft-Konsum erhöhten deutlich die cytotoxische Wirkung von Faeces-Lipidextrakten in HT-29 Zellen, vermutlich bedingt durch Apoptoseinduktion. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass bei jungen, gesunden Probanden bei ausgewogener Energie- und Makronährstoffzufuhr eine zweiwöchige Intervention mit carotinoidreichen Säften nur geringe Änderungen in Coloncarcinogenese-relevanten luminalen Prozessen hervorruft. Fehlende Wirkungen auf die toxischen und antiproliferativen Eigenschaften von FW, Lipidperoxidation in Faeces, FW-GS- und SCFA-Konzentrationen und die Aktivität einiger bakterieller Enzyme weisen darauf hin, dass entsprechende physiologische Prozesse unter den beschriebenen Ausgangsbedingungen durch eine carotinoidreiche Ernährung nicht beeinflusst werden und andere anticarcinogene Mechanismen von größerer Bedeutung sind.

Kurzfassung auf Englisch:

Colorectal cancer is one of the most common tumor diseases in the world. Most of the colorectal tumors are sporadic and develop somatically in epithelial cells.
Nutritional factors can markedly affect tumor development. A high intake of fruits and vegetables is often associated with a reduced risk of colorectal cancer. Protective effects of fruits and vegetables are attributed to ingredients, such as fibers, vitamins, and secondary plant products (e.g. carotenoids), which have potential anticarcinogenic properties. The aim of this study was to investigate, by means of a human intervention trial with carrot and tomato juice consumption, whether a diet rich in carotenoids, especially high in beta-carotene and lycopene, can modify processes relevant to colon carcinogenesis in the gastrointestinal lumen. Therefore, several faecal markers had to be established and used in this study. In the randomized crossover trial, 22 healthy male subjects on a low-carotenoid diet consumed 330ml of carrot or tomato juice daily for a period of two weeks. The two juice intervention periods were preceded by two-week depletion phases. At the end of each study period the stool of twelve volunteers was collected over a 48-hour period. This stool was used to produce some preparations such as non-filtered and sterile-filtered faecal water, as well as faecal lipid extracts, in order to use them in cell culture systems. Spectral photometric and flow cytometric methods were used to determine the effects of the above-mentioned preparations on colon adenocarcinoma cells (HT-29), as well as to determine the activities of the bacterial enzymes beta- glucosidase and beta-glucuronidase in faecal water. HPLC methods were used to measure the concentrations of several bile acids in faecal water, as well as to determine the concentrations of carote-noids and malondialdehyde (MDA) in faecal samples. The concentrations of the major short chain fatty acids (SCFA) were measured via gas chromatography. Consumption of carrot juice led to a marked increase of beta-carotene and alpha-carotene in faeces and in non-filtered faecal water, as did lycopene after consumption of tomato juice. In the succeeding depletion phases, the contents of those carotenoids in faeces and faecal water returned to their initial values. Changes in faecal MDA concentrations by carrot and tomato juice interventions could not be observed. Faecal water showed high, dose-dependent cytotoxic effects on HT-29 cells. Those effects were, however, not markedly changed by carrot and tomato juice consumption. Neither bile acid concentrations nor the bile acid profile in faecal water changed after carrot and tomato juice consumption. Bacterial activities of beta-glucosidase and beta-glucuronidase also did not change. While tomato juice consumption did not significantly affect the pH value of faecal water, this value was, however, decreased by carrot juice consumption. Although faecal water concentrations of acetate and butyrate contributed to the decrease in faecal water pH values, SCFA were probably not responsible for the observed pH changes after carrot juice consumption. SCFA concentrations in faecal water and SCFA proportions did not change significantly. Neither bile and SCFA concentrations, nor the activities of tested bacterial enzymes, had any influence on the cytotoxic effects of sterile-filtered faecal water. These cytotoxic effects, however, decreased with increasing proportions of the primary bile acids cholic and chenodesoxycholic acid, independent of the study phases. As determined by multiple regression analysis, the most probable leading factors for the growth inhibitory effects of faecal water are the faecal MDA content and bacterial beta-glucosidase activity. Further studies should investigate whether the parameters mentioned directly influence cytotoxic and antiproliferative effects of faecal water or if those parameters are indirect markers for the activity of individual microflora. Carrot and tomato juice consumption strongly increased the cytotoxic effects of faecal lipid extracts in HT-29 cells, likely caused by the induction of apoptosis. Which mechanisms account for these effects and the consequences of these effects in the in vivo situation should be investigated in further studies. This work shows that two-week interventions with carotenoid-rich juices lead only to minor changes in luminal processes relevant to colon carcinogenesis in young healthy volunteers on an energy- and macronutrient-balanced diet. Lacking effects on 1) the toxic and antiproliferative properties of faecal water, 2) lipid peroxidation in faeces, 3) the bile and SCFA concentrations in faecal water, and 4) bacterial enzyme activities indicate that related physiological effects can not be influenced by a diet rich in carotenoids under the just described conditions. Other anticarcinogenic mechanisms seem to be of greater importance.