THE IMMUNE LAB

เบต้ากลูแคนกับมะเร็งกลไกการทำงานกับมะเร็ง

เบต้ากลูแคนกับมะเร็ง : กลไกการทำงาน ระบบภูมิคุ้มกันตรวจจับและตอบสนองต่อเบต้ากลูแคนอย่างไร

เมื่อพูดถึงเบต้ากลูแคนกับมะเร็ง กลไกที่ได้รับการศึกษามากที่สุดไม่ใช่การที่เบต้ากลูแคนเข้าไปทำลายเซลล์มะเร็งเหมือนยาเคมีบำบัด แต่เป็นการศึกษาว่าเบต้ากลูแคนช่วยปรับการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันอย่างไร โดยเฉพาะเม็ดเลือดขาวที่มีหน้าที่ตรวจจับ ส่งสัญญาณ และจัดการเซลล์ผิดปกติภายในร่างกาย [1,12,16]

กลไกนี้เกี่ยวข้องกับเม็ดเลือดขาวหลายชนิด ได้แก่ macrophage, dendritic cell, neutrophil, natural killer cell หรือ NK cell และ cytotoxic T cell โดยเซลล์เหล่านี้ไม่ได้ทำงานแยกจากกัน แต่มีการส่งสัญญาณและประสานการทำงานเป็นลำดับ

กลไกของเบต้ากลูแคนได้รับการศึกษาทั้งในระดับเซลล์ สัตว์ทดลอง และมนุษย์ รวมถึงงานวิจัยที่ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรม NK cell ในคนหลังได้รับเบต้ากลูแคนบางชนิด [11,13–15] อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับชนิดของเบต้ากลูแคน ปริมาณ วิธีใช้ และลักษณะเฉพาะของแต่ละบุคคล จึงไม่สามารถนำผลจากเบต้ากลูแคนชนิดหนึ่งไปสรุปแทนทุกชนิดได้

1.เบต้ากลูแคนไม่ได้มีเพียงชนิดเดียว

คำว่า “เบต้ากลูแคน” เป็นชื่อเรียกรวมของสารกลุ่มพอลิแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคสหลายโมเลกุลเชื่อมต่อกัน แต่เบต้ากลูแคนจากแต่ละแหล่งไม่ได้มีโครงสร้างและคุณสมบัติเหมือนกันทั้งหมด

เบต้ากลูแคนจากข้าวโอ๊ตและข้าวบาร์เลย์มักมีพันธะหลักแบบ β-(1,3) และ β-(1,4) ขณะที่เบต้ากลูแคนจากยีสต์และเชื้อราหลายชนิดมักมีโครงสร้างหลักแบบ β-(1,3) และมีแขนงแบบ β-(1,6)

ความแตกต่างที่มีผลต่อการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน ได้แก่

  • รูปแบบการเชื่อมต่อของโมเลกุลกลูโคส
  • ความยาวของสายโมเลกุล
  • จำนวนและตำแหน่งของแขนง
  • ขนาดโมเลกุล
  • ความสามารถในการละลายน้ำ
  • การอยู่ในรูปสารละลายหรืออนุภาค

งานวิจัยพบว่าโครงสร้างหลัก ความยาวของสายโมเลกุล และการแตกแขนง มีผลต่อความสามารถในการจับกับตัวรับ Dectin-1 [3] นอกจากนี้ แม้ Dectin-1 จะจับเบต้ากลูแคนได้หลายรูปแบบ แต่เบต้ากลูแคนแบบอนุภาคสามารถทำให้ตัวรับรวมกลุ่มและส่งสัญญาณภายในเซลล์ได้ชัดเจนกว่าเบต้ากลูแคนแบบละลายน้ำในระบบทดลองบางรูปแบบ [4]

ดังนั้น ผลจากงานวิจัยของเบต้ากลูแคนชนิดหนึ่งจึงไม่ควรถูกนำไปสรุปรวมว่าเป็นคุณสมบัติของเบต้ากลูแคนทุกชนิด

2. ระบบภูมิคุ้มกันตรวจจับเบต้ากลูแคนอย่างไร

เม็ดเลือดขาวมีตัวรับอยู่บนผิวเซลล์ ทำหน้าที่คล้าย “จุดรับสัญญาณ” เมื่อพบเบต้ากลูแคนที่มีโครงสร้างตรงกับตัวรับ เซลล์จะเริ่มส่งสัญญาณเข้าไปภายในและปรับรูปแบบการทำงาน

ตัวรับที่ได้รับการศึกษามากที่สุดในเรื่องเบต้ากลูแคน ได้แก่ Dectin-1 และ Complement Receptor 3 หรือ CR3

Dectin-1

Dectin-1 เป็นตัวรับสำคัญที่ใช้ตรวจจับเบต้ากลูแคน พบได้มากบนเซลล์กลุ่ม monocyte, macrophage และ neutrophil รวมถึงพบได้บน dendritic cell บางกลุ่ม [1,2]

เมื่อ Dectin-1 ตรวจจับเบต้ากลูแคนที่มีโครงสร้างเหมาะสม อาจทำให้เซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงหลายด้าน เช่น

  • เพิ่มการกลืนกินอนุภาค หรือ phagocytosis
  • ปรับการสร้าง cytokines และสารสื่อสารของระบบภูมิคุ้มกัน
  • กระตุ้นการสร้างสารที่ใช้จัดการสิ่งแปลกปลอม
  • ส่งสัญญาณไปยังเม็ดเลือดขาวชนิดอื่น
  • เชื่อมการทำงานระหว่างภูมิคุ้มกันด่านหน้าและภูมิคุ้มกันแบบจำเพาะ

งานของ Brown และ Gordon เป็นหนึ่งในงานสำคัญที่ระบุว่า Dectin-1 เป็นตัวรับของเบต้ากลูแคน [1] ขณะที่งานของ Taylor และคณะพบว่า Dectin-1 แสดงออกเด่นบนเซลล์ในกลุ่ม monocyte, macrophage และ neutrophil [2]

 

Complement Receptor 3 หรือ CR3

CR3 มีชื่ออีกอย่างว่า CD11b/CD18 พบได้บน neutrophil, monocyte, macrophage และเซลล์ภูมิคุ้มกันบางกลุ่ม CR3 สามารถจับกับเบต้ากลูแคนบางรูปแบบ และยังจับกับชิ้นส่วนของระบบ complement ที่เรียกว่า iC3b ได้ด้วย [5–7]

กลไกนี้ได้รับความสนใจในการศึกษาการใช้เบต้ากลูแคนร่วมกับ monoclonal antibody โดยแอนติบอดีจะจับกับโปรตีนบนเซลล์เป้าหมาย และอาจกระตุ้นระบบ complement ให้เกิด iC3b ไปเคลือบบนเซลล์นั้น ขณะเดียวกัน เบต้ากลูแคนอาจช่วยเตรียม CR3 บนเม็ดเลือดขาวให้อยู่ในสภาวะพร้อมตอบสนองต่อเซลล์ที่ถูกทำเครื่องหมายไว้ [5–7]

กลไกนี้จึงไม่ได้เกิดจากเบต้ากลูแคนเพียงตัวเดียว แต่เป็นการทำงานร่วมกันของแอนติบอดี ระบบ complement และเม็ดเลือด

3. หลังจากตรวจจับเบต้ากลูแคนแล้ว เม็ดเลือดขาวแต่ละชนิดทำอะไร

หลังจากเบต้ากลูแคนถูกตรวจจับผ่านตัวรับ เช่น Dectin-1 และ CR3 เม็ดเลือดขาวหลายกลุ่มอาจปรับการทำงานและส่งสัญญาณเชื่อมโยงกัน โดยแต่ละกลุ่มมีหน้าที่แตกต่างกัน

 

Macrophage

Macrophage เป็นเม็ดเลือดขาวในกลุ่ม ภูมิคุ้มกันด่านหน้า หรือ Innate Immunity ทำหน้าที่ตรวจจับ กลืนกิน และย่อยสิ่งแปลกปลอม รวมถึงสร้างสารสื่อสารไปยังเซลล์ภูมิคุ้มกันชนิดอื่น งานทดลองพบว่าเบต้ากลูแคนบางชนิดอาจช่วยปรับการทำงานของ macrophage รวมถึง macrophage ที่อยู่รอบก้อนมะเร็ง และช่วยส่งสัญญาณสนับสนุนการทำงานของ NK Cell ได้ [10]

อ่านเพิ่มเติม: เบต้ากลูแคนกับ Macrophage

Dendritic Cell

Dendritic Cell เป็นเม็ดเลือดขาวในกลุ่ม ภูมิคุ้มกันด่านหน้า และเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่นำเสนอแอนติเจน หรือ Antigen-Presenting Cell โดยเก็บข้อมูลจากเซลล์ผิดปกติแล้วส่งต่อให้ T Cell งานวิจัยพบว่าเบต้ากลูแคนบางรูปแบบอาจช่วยให้ Dendritic Cell มีความพร้อมในการนำเสนอแอนติเจนและกระตุ้น Cytotoxic T Cell มากขึ้น [8,9]

อ่านเพิ่มเติม: เบต้ากลูแคนกับ Dendritic Cell

Neutrophil

Neutrophil เป็นเม็ดเลือดขาวในกลุ่ม Granulocyte ของระบบภูมิคุ้มกันด่านหน้า และเป็นเม็ดเลือดขาวที่พบมากที่สุดในกระแสเลือด Neutrophil มีตัวรับ CR3 ซึ่งอาจทำงานร่วมกับระบบ Complement เพื่อเข้าจัดการเซลล์เป้าหมายที่มี iC3b ทำเครื่องหมายไว้ โดยเฉพาะในงานศึกษาที่ใช้เบต้ากลูแคนร่วมกับ Monoclonal Antibody [5–7]

อ่านเพิ่มเติม: เบต้ากลูแคนกับ Neutrophil, CR3 และระบบ Complement

Natural Killer Cell

Natural Killer Cell หรือ NK Cell เป็นเม็ดเลือดขาวในกลุ่ม Lymphocyte ของระบบภูมิคุ้มกันด่านหน้า มีหน้าที่ตรวจจับและจัดการเซลล์ที่แสดงสัญญาณผิดปกติ เบต้ากลูแคนอาจสนับสนุนการทำงานของ NK Cell ได้ทั้งโดยตรงและผ่านสัญญาณจาก macrophage โดยมีการศึกษาทั้งในระดับเซลล์ สัตว์ทดลอง และมนุษย์ [10,11,13–15]

อ่านเพิ่มเติม: เบต้ากลูแคนกับ Natural Killer Cell

Cytotoxic T Cell

Cytotoxic T Cell เป็นเม็ดเลือดขาวในกลุ่ม Lymphocyte ของระบบภูมิคุ้มกันแบบจำเพาะ หรือ Adaptive Immunity ไม่ได้เป็นเซลล์หลักที่ตรวจจับเบต้ากลูแคนโดยตรง แต่สามารถรับข้อมูลแอนติเจนจาก Dendritic Cell และเข้าจัดการเซลล์เป้าหมายที่มีแอนติเจนตรงกัน [8,9]

อ่านเพิ่มเติม: เบต้ากลูแคนกับ Dendritic Cell และ T Cell

 โดยสรุป เบต้ากลูแคนไม่ได้ทำงานผ่านเม็ดเลือดขาวเพียงชนิดเดียว แต่ถูกศึกษาในฐานะสารที่อาจช่วยเชื่อมการทำงานของ macrophage, dendritic cell, neutrophil, NK Cell และ cytotoxic T cell ตั้งแต่การตรวจจับและส่งสัญญาณ ไปจนถึงการตอบสนองต่อเซลล์ผิดปกติภายในร่างกายให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

เอกสารอ้างอิง

  1. Brown GD, Gordon S. Immune recognition: A new receptor for beta-glucans. Nature. 2001;413(6851):36–37. PMID: 11544516. DOI: 10.1038/35092620.
  2. Taylor PR, Brown GD, Reid DM, et al. The beta-glucan receptor, Dectin-1, is predominantly expressed on the surface of cells of the monocyte/macrophage and neutrophil lineages. Journal of Immunology. 2002;169(7):3876–3882. PMID: 12244185. DOI: 10.4049/jimmunol.169.7.3876.
  3. Adams EL, Rice PJ, Graves B, et al. Differential high-affinity interaction of Dectin-1 with natural or synthetic glucans is dependent upon primary structure and is influenced by polymer chain length and side-chain branching. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 2008;325(1):115–123. PMID: 18171906. DOI: 10.1124/jpet.107.133124.
  4. Goodridge HS, Reyes CN, Becker CA, et al. Activation of the innate immune receptor Dectin-1 upon formation of a phagocytic synapse. Nature. 2011;472(7344):471–475. PMID: 21525931. DOI: 10.1038/nature10071.
  5. Hong F, Yan J, Baran JT, et al. Mechanism by which orally administered beta-1,3-glucans enhance the tumoricidal activity of antitumor monoclonal antibodies in murine tumor models. Journal of Immunology. 2004;173(2):797–806. PMID: 15240666. DOI: 10.4049/jimmunol.173.2.797.
  6. Allendorf DJ, Yan J, Ross GD, et al. C5a-mediated leukotriene B4-amplified neutrophil chemotaxis is essential in tumor immunotherapy facilitated by anti-tumor monoclonal antibody and beta-glucan. Journal of Immunology. 2005;174(11):7050–7056. PMID: 15905548. DOI: 10.4049/jimmunol.174.11.7050.
  7. Li B, Allendorf DJ, Hansen R, et al. Yeast beta-glucan amplifies phagocyte killing of iC3b-opsonized tumor cells via complement receptor 3–Syk–phosphatidylinositol 3-kinase pathway. Journal of Immunology. 2006;177(3):1661–1669. PMID: 16849475. DOI: 10.4049/jimmunol.177.3.1661.
  8. Ding J, Feng T, Ning Y, et al. Beta-glucan enhances cytotoxic T lymphocyte responses by activation of human monocyte-derived dendritic cells via the PI3K/AKT pathway. Human Immunology. 2015;76(2–3):146–154. PMID: 25636576. DOI: 10.1016/j.humimm.2015.01.009.
  9. Ning Y, Xu D, Zhang X, et al. Beta-glucan restores tumor-educated dendritic cell maturation to enhance antitumor immune responses. International Journal of Cancer. 2016;138(11):2713–2723. PMID: 26773960. DOI: 10.1002/ijc.30002.
  10. Zhu Z, He L, Bai Y, et al. Yeast beta-glucan modulates macrophages and improves antitumor NK-cell responses in cancer. Clinical and Experimental Immunology. 2023;214(1):50–60. PMID: 37455659. DOI: 10.1093/cei/uxad080.
  11. Boulifa A, Raftery MJ, Franzén AS, et al. Role of beta-(1→3)(1→6)-D-glucan derived from yeast on natural killer cells and breast cancer cell lines in 2D and 3D cultures. BMC Cancer. 2024;24:339. PMID: 38486205. DOI: 10.1186/s12885-024-11979-3.
  12. Vannucci L, Krizan J, Sima P, et al. Immunostimulatory properties and antitumor activities of glucans. International Journal of Oncology. 2013;43(2):357–364. PMID: 23739801. DOI: 10.3892/ijo.2013.1974.
  13. Lee YJ, Paik DJ, Kwon DY, Yang HJ, Park Y. Agrobacterium sp.-derived β-1,3-glucan enhances natural killer cell activity in healthy adults: A randomized, double-blind, placebo-controlled, parallel-group study. Nutrition Research and Practice. 2017;11(1):43–50. PMID: 28194264. DOI: 10.4162/nrp.2017.11.1.43.
  14. Chen SN, Nan FH, Liu MW, et al. Evaluation of immune modulation by β-1,3;1,6-D-glucan derived from Ganoderma lucidum in healthy adult volunteers: A randomized controlled trial. Foods. 2023;12(3):659. PMID: 36766186. DOI: 10.3390/foods12030659.
  15. Amino M, Noguchi R, Yata J, et al. Studies on the effect of lentinan on the human immune system. II. In vivo effect on NK activity, MLR-induced killer activity and PHA-induced blastic response of lymphocytes in cancer patients. Gan To Kagaku Ryoho. 1983;10(9):2000–2006. PMID: 6225393.
  16. Vetvicka V, Vannucci L, Sima P, Richter J. Beta glucan: Supplement or drug? From laboratory to clinical trials. Molecules. 2019;24(7):1251. PMID: 30935016. DOI: 10.3390/molecules24071251.

 

 

 

 

 

error: IMMUNE LAB