Acetylhabasid fremkalder apoptose i HCT116-celler med tyktarmskræft gennem Wnt-signalvejen
Tyktarmskræft er den fjerde mest dødelige kræftform i verden og en almindelig ondartet svulst i fordøjelsessystemet. Genetik, fedme, manglende motion og rygning er risikofaktorer for at udvikle tyktarmskræft. På nuværende tidspunkt er det hovedsageligt kirurgisk behandling, der anvendes i klinisk praksis ved tyktarmskræft. På grund af vanskelighederne med at opdage tyktarmskræft i de tidlige stadier er den bedste kirurgiske mulighed gået tabt, når diagnosen er stillet. På dette tidspunkt har patienterne ofte brug for strålebehandling og kemoterapi for at forbedre deres prognose. Traditionel kemoterapi har dog flere bivirkninger, mens naturlige lægemidler har færre bivirkninger og er mere overkommelige.

Ajuga ciliata Bunge er en flerårig urteagtig plante i familien Lamiaceae, der hovedsageligt er udbredt i Hebei, Shandong, Shaanxi, Gansu, Sichuan og andre regioner i Kina. Hele planten Gynostemma pentaphyllum kan bruges som medicin og bruges i vid udstrækning i kinesisk folkemedicin til behandling af sygdomme som lungevarmehemoptyse, traumatisk skade, tonsillitis, pharyngitis osv. Indholdet af 8-O-acetylharpagid (8-OA) i Gynostemma pentaphyllum er det højeste. Ifølge tidligere undersøgelser af You et al. har acetylrhamnosid stærke antiinflammatoriske virkninger og kan lindre tidligt inflammatorisk ekssudat i kapillærer. Da inflammatoriske mediatorer i sig selv kan spille en regulerende rolle i tumorprogression, kan acetylrhamnosid udøve anti-tumoreffekter gennem den inflammatoriske vej. Konoshima et al. fandt desuden, at acetylrhamnosid har en signifikant hæmmende effekt på nitrogenoxidinduceret hudkræft hos mus og kan hæmme spredningen af leverkræftceller induceret af N-nitrosodiethylamin og phenobarbital, hvilket indikerer, at acetylrhamnosid kan være et potentielt antitumorlægemiddel.

Formålet med denne undersøgelse er at udforske acetylhababins rolle i antitumoreffekter ved at undersøge en række biologiske adfærdsændringer, efter at acetylhababin har virket på HCT116-celler med tyktarmskræft.

 

Tarmkræft tegner sig for ca. 10% af de kræftrelaterede dødsfald på verdensplan hvert år. På nuværende tidspunkt er kirurgi den vigtigste behandling af tyktarmskræft, suppleret med kemoterapi og strålebehandling. For patienter med fremskreden kemoterapi er effekten af kemoterapi lav, og bivirkningerne er betydelige, med en overlevelsesperiode på kun ca. 18 måneder. I de senere år er søgen efter antitumormedicin i naturlige planter blevet et vigtigt forskningsområde, da nogle traditionelle kemoterapimidler, herunder paclitaxel og vincristin, stammer fra naturlige planter.

Antiproliferation er et vigtigt indgangspunkt for udvikling af lægemidler mod kræft. CCK8-metoden viste, at den hæmmende virkning af acetylrhamnosid på HCT116-celler er koncentrationstidsafhængig med IC50-værdier på 0,91, 0,39 og 0,39 mmol/L på tre tidspunkter, hvilket indikerer, at acetylrhamnosid hovedsageligt udøver sin virkning inden for de første 48 timer. Derudover blev det demonstreret gennem pladekloningseksperimenter, at acetylrhamnosid kan reducere HCT116-cellers kolonidannende evne betydeligt.

Tumorcellers spredning og overlevelsesevne er meget stærkere end normale celler, og de fleste kræftmidler kan hæmme tumorcelleproliferation ved at inducere cellecyklusstop og apoptose. Under celledødsprocessen er der ofte fænomener som øgede niveauer af reaktive oxygenarter, aktivering af cysteinprotease og kromatinkondensering. Blandt disse inducerer tabet af mitokondrielt transmembranpotentiale frigivelsen af cytokrom c fra mitokondrier til cytoplasma, hvilket er et vigtigt skridt i at fremkalde apoptose. Bax og Bcl2 er afgørende for frigivelsen af cytokrom c og aktiveringen af downstream caspase-proteiner. Vi fandt gennem flowcytometrianalyse, at acetylrhamnosid dosisafhængigt kan påvirke cellecyklussen i tyktarmskræft HCT116-celler, hvilket forårsager cellecyklusstop i G1-fasen og øger celleapoptosehastigheden betydeligt.

Forskning har bekræftet, at Wnt-signalvejen er stærkt korreleret med udviklingen af tyktarmskræft. Blandt dem er β - catenin et nøglemolekyle i den klassiske Wnt-vej, og E-cadherin/β - catenin-komplekset hjælper med at stabilisere intercellulær adhæsion og derved reducere celleinvasion og metastase. I tumorceller kan β - catenin aktivere gentranskription relateret til kræftcelleproliferation, cyklus, apoptose, migration, invasion og lægemiddelresistens, hvilket fører til ondartet spredning af tumorer. Desuden har β-catenin vist sig at være et lovende mål for kræftforebyggelse og -behandling. Mange naturprodukter kan fungere som hæmmere af β-catenin-signalering, primært gennem fosforylering, ubiquitinering og hæmning af dets nukleare translokation. Naturprodukthæmmere har vist gode forebyggende og terapeutiske effekter i forskellige tumormodeller in vitro og in vivo. β-catenin kan fremme ekspressionen af downstream-molekylet Myc i kernen. Myc tilhører onkogenfamilien og koder for essentielle nukleare transkriptionsfaktorer i kernen, hovedsageligt involveret i regulering af cellevækst, proliferation, differentiering, cyklus, metabolisme, apoptose osv. Hos pattedyr omfatter Myc-familien af proteiner tre kategorier: c-Myc, n-Myc og l-Myc. c-Myc er forbundet med genomisk ustabilitet og tumorigenese. I hvilende celler er ekspressionsniveauet for c-Myc lavt, og når cellen går ind i cellecyklussen, øges ekspressionen af c-Myc hurtigt flere gange. Derudover blev der fundet signifikant opregulering af c-Myc-protein i ca. 70% af tyktarmskræft, hvilket indikerer en positiv sammenhæng mellem c-Myc og maligniteten af tyktarmskræft.

I dette eksperiment blev high-throughput transkriptomsekventering brugt til at identificere 4129 forskelligt udtrykte gener i HCT116-celler induceret af acetylrhamnosid, herunder 1921 opregulerede gener og 2208 nedregulerede gener. De forskelligt udtrykte gener var hovedsageligt relateret til cellevækst, cellecyklus, celleinvasion, celleimmunitet, oxidativ stress, cellemetabolisme, molekylær transport og celledødsveje. Efter at have analyseret de forskelligt udtrykte gener i kombination med KEGG-databasen blev det konstateret, at acetylrhamnosid signifikant påvirkede Wnt-signalvejen i HCT116-celler. Den signifikante nedregulering af β-catenin og c-Myc blev bekræftet gennem genekspression og proteindetektion af acetylrhamnosid og kontrolgruppen. Kombinationen af acetylrhamnosid og Wnt-hæmmeren XAV939 hæmmede yderligere væksten af HCT116-tyktarmscancerceller, hvilket indikerer, at Wnt/β-catenin-vejen også medierer HCT116's lægemiddelresistens. Hæmning af Wnt/β - catenin-stien kan øge acetylrhamnosids antitumoraktivitet betydeligt.

Denne undersøgelse viste, at acetylrhamnosid effektivt kan hæmme spredningsaktiviteten af tyktarmskræftcellelinjen HCT116. Genomisk testning afslørede signifikante forskelle i cellernes Wnt/β - catenin-signalvej, hvilket tyder på, at acetylrhamnosid kan hæmme normal cellevækst ved at regulere Wnt/β - catenin-signalvejen, hvilket yderligere inducerer celleapoptose og cyklusstop og derved hæmmer tumorcellevækst. Denne spekulation kræver dog yderligere beviser, og dens specifikke virkningsmekanisme kræver yderligere dybdegående forskning.