Carcinogenic and anticarcinogenic factors in food : symposium

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIX I Hauptschlussfolgerungen und Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . 1 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Krebs und Ernährung: Ein multifaktorieller Zusammenhang . 2 3 Carcinogene Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 Anticarcinogene Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 Erkenntnislücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 Empfehlungen zum Forschungsbedarf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 II Main Conclusions and Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 Cancer and Food: A Multifactorial Relationship . . . . . . . . . . . 10 3 Carcinogenic Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4 Anticarcinogenic Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5 Gaps in our Knowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6 Recommendations for Further Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 III Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 A General Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1 Foods, Phytochemicals, and Metabolism: Anticarcinogens and Carcinogens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 John D. Potter and Julie A. Ross 1.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Vegetables, fruit, and cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.1 Adult cancers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.2 Infant leukemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3.3 Implications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4 Obesity and cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.1 Breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Contents Carcinogenic and Anticarcinogenic Factors in Food. Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) V Copyright
2000 WILEY-VCH Verlag GmbH,Weinheim ISBN: 3-527-27144-9 1.4.2 Colon cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.3 Implications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2 Evidence from Migrant Studies for Dietary Effects on Cancer Incidence and Mortality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Margaret McCredie 2.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3 Characteristics of migrant studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4 Examples from incidence and mortality rates of cancer at selected sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.4.1 Colorectal cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.4.2 Stomach cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.4.3 Liver cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.4.4 Breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4.5 Prostate cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.5 The effect of migration on diet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.6 Are dietary factors implicated? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.7 Genetic susceptibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3 Caloric Intake as a Modulator of Carcinogenicity and Anticarcinogenicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Ronald W. Hart, T. Bucci, J. Seng, A. Turturro, J. E. A. Leakey, R. Feuers, P. Duffy, J. James, B. Lyn-Cook, J. Pipkin and S. Y. Li 3.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.3 Relationship of body weight to cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4 Homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.4.1 Physiological effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.4.2 Drug metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.4.2.1 Direct effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.4.2.2 Age-related effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.4.2.3 Circadian effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.4.3 Intermediary metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.4.4 Genetic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.5 Evolutionary perspecitve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4 The Role of Nutritional Factors: Colon Cancer . . . . . . . . . . . . 43 Robert W. Owen 4.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.3 Fat and bile acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.4 Calcium and bile acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 VI Contents 4.5 Fibre and bile acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.6 Phytic acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.7 Nonsteroidal anti-inflammatory drugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.8 Reactive oxygen species (ROS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5 Controversies Surrounding Diet and Breast Cancer . . . . . . . . . 75 Lenore Arab and Michelle Mendez 5.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2 Dietary fat, energy intakes and breast cancer . . . . . . . . . . . . . . 76 5.3 Individual fatty acids and breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.4 EURAMIC study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.5 Monounsaturated fats and breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.6 Polyunsaturated fatty acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.7 Trans-fatty acids and breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.8 Antioxidants and breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.9 Cruciferous vegetables and breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.10 Xeno-estrogens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.10.1 Phyto-estrogens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.10.2 Organochlorine pesticides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.11 Alcohol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.12 Summary and conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 6 Molecular Epidemiology: Identification of Susceptible Subgroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Christine B. Ambrosone 6.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.3 Identification of susceptible subgroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6.4 Identification of etiologic agents in carcinogenesis . . . . . . . . . . 96 6.5 Caveat emptor! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 B Carcinogenic Factors: Exogenous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 7 Relative Contributions of Chemical Carcinogens in the Diet vs Overnutrition – The Role of Individual Dose and Susceptibility 101 Werner K. Lutz and Josef Schlatter 7.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 7.2 Chemical carcinogens in the diet vs overnutrition . . . . . . . . . . . 102 7.3 Individual dietary habits resulting in high dose levels . . . . . . . . 103 7.4 Synergistic effects of exposure to other carcinogens . . . . . . . . . 104 7.5 Anticarcinogenicity of dietary factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 7.6 J-shaped dose response for tumor induction: Caffeic acid . . . . . 105 7.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 VII Contents 8 Alcohol and Cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Helmut K. Seitz and Nils Homann 8.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 8.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 8.3 Epidemiology and experimental carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . 109 8.3.1 Upper alimentary tract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 8.3.2 Liver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 8.3.3 Large intestine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 8.3.4 Breast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 8.3.5 Other organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 8.4 General mechanisms by which alcohol modulates carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 8.4.1 Sources of carcinogen intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 8.4.2 Ethanol metabolism and its link to carcinogenesis . . . . . . . . . . . 118 8.4.2.1 Generation of acetaldehyde via ADH and by gastrointestinal bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8.4.2.2 Induction of cytochrome P450 2E1 and production of free radicals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 8.4.3 Enhanced CYP 2E1-mediated procarcinogen activation . . . . . . 120 8.4.4 Effect of alcohol on DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.4.5 The effect of ethanol on cell regeneration and its link to carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.4.6 Alcohol-associated nutritional deficiencies and carcinogenesis . 125 8.5 Specific pathogenesis of alcohol-associated organ cancer . . . . . 127 8.5.1 Upper alimentary tract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8.5.2 Liver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 8.5.3 Large intestine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 8.5.4 Breast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 9 Heterocyclic Aromatic Amines: Genotoxicity and DNA Adduct Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Wolfgang Pfau 9.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 9.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 9.3 Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 9.4 Adducts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 9.5 Mutagenicity of adducts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 9.6 Genotoxic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 9.7 Carcinogenic activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 9.8 Mixture effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 9.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 10 Heterocyclic Aromatic Amines: Genetic Susceptibility . . . . . . 168 Montserrat García-Closas and Rashmi Sinha 10.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 10.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 VIII Contents 10.3 Heterocyclic aromatic amines and cancer in human populations 170 10.3.1 Exposure assessment of HCAs in epidemiologic studies . . . . . . 170 10.3.2 Cancer risk and HCA intake in human populations . . . . . . . . . . 172 10.3.2.1 Studies of meat intake and risk of cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.4 Genetic susceptibility to heterocyclic aromatic amines . . . . . . . 173 10.4.1 Polymorphisms for heterocyclic amine metabolism in humans . 173 10.4.2 Epidemiologic studies on metabolic polymorphisms, meat/HCA intake and cancer risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 10.4.2.1 Colorectal adenomas and cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 10.4.2.2 Bladder cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 10.4.2.3 Breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 10.5 Limitations and future directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 11 A Review of Recent Advances in the Genotoxicity of Carcinogenic Mycotoxins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Guy Dirheimer 11.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 11.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 11.3 Aflatoxins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 11.4 Sterigmatocystin (STC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 11.5 Ochratoxin A (OTA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 11.6 Citrinin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 11.7 Zearalenone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 11.8 Patulin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 11.9 Trichothecenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 11.10 Fumonisins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 11.11 Fusarin C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 11.12 Griseofulvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 11.13 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 12 The Role of Nitrosation: Exogenous vs Endogenous Exposure to N-Nitroso Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 David E. G. Shuker 12.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 12.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 12.3 Exogenous exposures to NOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 12.4 Endogenous synthesis of NOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 12.5 Alkyl-DNA adducts as indicators of NOC exposure . . . . . . . . . . 209 12.6 Nitrosation of glycine and other amino acids as a source of endogenous DNA damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 12.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 13 Meat, Other Dietary Factors and Intestinal Ammonia and N-Nitro Compound Formation in Relation to Colorectal Cancer 216 Sheila A. Bingham 13.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 IX Contents 13.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 13.3 Epidemiology of diet and colorectal cancer . . . . . . . . . . . . . . . . 218 13.4 Starch, non starch polysaccharides and fermentation . . . . . . . . 219 13.5 Meat and nitrogen metabolism in the colon . . . . . . . . . . . . . . . . 221 13.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 C Carcinogenic Factors: Endogenous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 14 DNA Damage by Nitrogen and Oxygen Free Radicals and its Modulation by Dietary Constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Steven R. Tannenbaum 14.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 14.2 Chemistry of nitric oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 14.3 Nitric oxide-induced DNA damage via the N2O3 pathway . . . . 229 14.4 DNA damage from peroxynitrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 14.5 NO-induced mutagenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 15 Oxidative DNA Damage and its Cellular Consequences . . . . . 234 Bernd Epe, D. Ballmaier, O. Will, S. Hollenbach, H.-C. Mahler, M. I. Homburg and J. P. Radicella 15.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 15.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 15.3 Steady-state levels of oxidative DNA modifications in mammalian cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 15.4 Factors that influence the steady-state levels of oxidative DNA damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 15.5 Mutagenicity associated with oxidative DNA damage . . . . . . . . 239 15.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 16 Fermentation Profiles in the Gut and Functional Effects of Food Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 Wolfgang Scheppach 16.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 16.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 16.3 Colonic SCFA concentrations and carcinogenesis . . . . . . . . . . . 246 16.4 SCFAs and proliferation of normal colonocytes . . . . . . . . . . . . . 247 16.5 Butyrate and colonic “hyperproliferation” . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 16.6 Butyrate and adenoma cell lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 16.7 Butyrate, propionate, and proliferation of colon cancer cell lines 249 16.8 Butyrate and markers of differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 16.9 Effect of butyrate on histones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 16.10 Effects of butyrate on gene expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 16.11 Butyrate and tumor invasiveness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 16.12 Butyrate as a treatment for metastatic cancer in experimental animals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 16.13 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 X Contents D Anticarcinogenic Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 17 Involvement of Free Radicals in Carcinogenesis and Modulation by Antioxidants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Anthony T. Diplock
17.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 17.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 17.3 Free radical generation and DNA as target for attack . . . . . . . . 257 17.4 Lipid peroxidation and carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 17.5 Modulation by dietary antioxidants of free radical attack: epidemiological studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 17.6 Enhancement of antioxidant intake and safety . . . . . . . . . . . . . . 264 18 Anticarcinogenic Factors in Plant Foods and Novel Techniques to Elucidate Their Potential Chemopreventive Activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Beatrix L. Pool-Zobel 18.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 18.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 18.3 Mechanisms of carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 18.4 The concept of chemoprevention/dietary prevention . . . . . . . . . 272 18.5 Phytoprotectants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 18.6 Mechanisms of protective activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 18.6.1 Antigenotoxic activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 18.6.2 Antioxidative activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 18.6.3 Induction of chemopreventive enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 18.6.4 Antiproliferative activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 18.6.5 Induction of apoptosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 18.6.6 Modulation of biomarkers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 18.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 19 Carotenoids and Anthocyans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 Gerhard Rechkemmer 19.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 19.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 19.3 Carotenoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 19.3.1 Evidence for anticarcinogenic activity of carotenoids . . . . . . . . . 298 19.3.1.1
-Carotene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 19.3.1.1.1 ATBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 19.3.1.1.2 CARET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 19.3.1.1.3 Conclusions from ATBC and CARET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 19.3.1.2 Lycopene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 19.3.1.3 Other carotenoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 19.4 Anthocyanins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 19.4.1 Experimental evidence for anticarcinogenic activity of anthocyanins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 XI Contents 20 Anticarcinogenesis by Isothiocyanates, Indole-3-carbinol, and Allium Thiols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 Stephen S. Hecht 20.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 20.2 Isothiocyanates and glucosinolates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 20.2.1 Occurrence and formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 20.2.2 Inhibition of carcinogenesis by isothiocyanates, glucosinolates, and cruciferous vegetables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 20.2.3 Mechanisms of chemoprevention by isothiocyanates . . . . . . . . . 313 20.3 Indole-3-carbinol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 20.3.1 Occurrence and formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 20.3.2 Effects of indole-3-carbinol on carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . 316 20.3.3 Mechanisms of chemoprevention by indole-3-carbinol . . . . . . . 317 20.4 Thiols of Allium plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 20.4.1 Occurrence and formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 20.4.2 Effects of Allium thiols on carcinogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 20.4.3 Mechanisms of chemoprevention by Allium thiols . . . . . . . . . . . 322 20.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 21 Tea and Cancer: What Do We Know and What Do We Need to Know? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Chung S. Yang, Guang-yu Yang, Sungbin Kim, Mao-Jung Lee, Jie Liao and Jee Chung 21.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 21.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 21.3 Studies with animal models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 21.3.1 Inhibition of lung tumorigenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 21.3.2 Inhibition of skin tumorigenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 21.3.3 Studies on colon and breast cancers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 21.4 Epidemiological studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 21.5 Possible active components and their bioavailability . . . . . . . . . 339 21.5.1 Possible active components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 21.5.2 Absorption and tissue distribution in animals . . . . . . . . . . . . . . . 340 21.5.3 Blood and saliva levels in humans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 21.6 Possible mechanisms for the inhibitory actions of tea on tumorigenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 21.7 Concluding remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 22 Lignans and Isoflavones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Lilian U. Thompson 22.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 22.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 22.3 Anticancer effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 22.3.1 Epidemiological studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 22.3.2 In vitro studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 22.3.3 Animal studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 XII Contents 22.3.3.1 Soybean and isoflavones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 22.3.3.1.1 Breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 22.3.3.1.2 Other cancers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 22.3.3.2 Flaxseed and lignans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 22.3.3.2.1 Breast cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 22.3.3.2.2 Other cancers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 22.3.4 Clinical studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 22.4 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 22.5 Conclusion and future research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 23 Chemoprevention of Colon Carcinogenesis by Non-Nutritive Compounds in Foods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 Takuji Tanaka 23.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 23.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 23.3 Screening of possible chemopreventive agents against rat colon tumorigenesis ability using a 5-week short-term bioassay of ACF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 23.4 Evaluation of chemopreventive ability of selected compounds using a long-term rat colon carcinogenesis model . . . . . . . . . . . 373 23.5 Chemoprevention of rat colon carcinogenesis by DIO and HPD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 23.6 Chemoprevention of rat colon carcinogenesis by ACA . . . . . . . 376 23.7 Chemoprevention of rat colon carcinogenesis by AUR . . . . . . . 380 23.8 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 24 Chemoprevention of Intestinal Neoplasia . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 Henk J. van Kranen and C. F. van Kreijl 24.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 24.2 Manuscript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 E Biomarkers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 25 Exocyclic DNA Adducts as Biomarkers for Oxidative Stress, Dietary Risk Factors and Cancer Chemopreventive Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Helmut Bartsch and J. Nair 25.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 25.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 25.3 Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 25.3.1 Increased exocyclic adduct formation as a consequence of LPO 399 25.3.1.1 Etheno adducts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 25.3.1.2 Malondialdehyde-dG and propano-dG adducts . . . . . . . . . . . . . 400 25.3.1.3 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 XIII Contents 26 Biological Markers in Chemoprevention Research . . . . . . . . . 404 LaVerne A. Mooney and Frederica P. Perera 26.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 26.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 26.3 Validation studies . . . . . . . . . . . .