Jolkinolid B's mekanisme i behandlingen af tyktarmstumorer baseret på netværksfarmakologi og eksperimentel forskning
Kolorektal cancer (CRC) er den tredje mest almindelige maligne tumor i verden, hvilket er en alvorlig trussel mod menneskers sundhed. I 2015 nåede antallet af dødsfald som følge af tyktarmskræft op på 774.000. På grund af de enorme ændringer i folks livsstil og koststruktur stiger forekomsten og dødeligheden af tyktarmskræft år for år. Styrkelse af forskningen i forebyggelse og behandling af tyktarmskræft er et af de vigtige områder inden for kræftbekæmpelse i Kina. Det bliver stadig vigtigere at søge efter ledende forbindelser fra naturlige ressourcer, der kan ramme tyktarmstumorer og fremme apoptose af tumorceller. Den traditionelle kinesiske medicin "wolfberry" har en lang brugshistorie og bruges ofte til behandling af tyktarmskræft i folkemedicin. Denne medicin er inkluderet i 2020-udgaven af den kinesiske farmakopé og er den tørrede rod af Euphorbia fis cheriana Steud og Euphorbia ebracteolata Hayata-planter i Euphorbiaceae-familien. Den blev første gang optaget i "Shennong Materia Medica" og bruges hovedsageligt mod hoste, ophobninger, sår, musenekrose og forgiftning. Folk i det nordøstlige Kina bruger dens afkog til at behandle tyktarmskræft. Forskning har vist, at den traditionelle kinesiske medicin "wolfberry" kan forlænge overlevelsesraten for dyr med tyktarmskræft med 47%.

De aktive sekundære metabolitter i ulvegift er hovedsageligt terpenoider, som er rigelige i indhold. I den tidlige fase isolerede vores forsøgsgruppe strukturelt forskellige diterpener som ent abietan, rosan og diterpenoiddimerer fra de tørrede rødder af Euphorbia lanceolata, en lægeplantekilde til ulvebær. Blandt dem kan ent abietan-diterpen Jolkinolite B (struktur vist i figur 1) effektivt hæmme spredningen af tyktarmstumorcelle SW480 (IC50=9,5 μ mpl/L), hvilket giver et materielt grundlag for behandling af CRC, men virkningsmekanismen er endnu ikke klar. På baggrund af tidligere forskning planlægger vi at bruge netværksfarmakologiske metoder kombineret med in vitro-celleforsøg til at udforske virkningsmekanismen for det aktive stof Jolkinolid B i behandlingen af CRC, hvilket giver eksperimentel evidens for efterfølgende lægemiddeludvikling og kliniske anvendelser.

Netværksfarmakologi kan i høj grad afspejle de komplekse interaktioner mellem biomolekyler og kemiske komponenter. Ved at screene virkningsmålet gennem netværksfarmakologi kan det danne grundlag for en mere målrettet forskning i traditionel kinesisk medicin og klarlægge de optimale forbindelser og deres virkningsmekanismer i traditionel kinesisk medicin. Den traditionelle kinesiske medicin ulvebær er en plante af Euphorbiaceae-familien, der tilhører Euphorbiaceae-slægten. Den har den virkning, at den fordriver vand og slim, nedbryder ophobning og dræber insekter. Forskningsresultaterne viser, at diterpenoider er det aktive stof i den traditionelle kinesiske medicin wolfberry med forskellige biologiske aktiviteter såsom antitumor, antiinflammatorisk, antibakteriel og reversering af multiresistens. Den traditionelle kinesiske medicin wolfberry har en lang historie med brug og bruges ofte til behandling af tyktarmskræft i folkemedicin. Baseret på dette udføres farmakologisk mekanismeforudsigelse. Baseret på den tidligere forskning i de kemiske komponenter i den traditionelle kinesiske medicin wolfberry blev den fremragende forbindelse Jolkinolide B i wolfberry screenet gennem in vitro cytotoksisk aktivitetsscreening og in vivo biologiske eksperimenter. Et Jolkinolide B-målnetværk blev konstrueret for at undersøge forholdet mellem den fremragende forbindelse Jolkinolide B-mål i wolfberry, og funktionel annotation af målene blev udført på genniveau. Dette giver et forskningsgrundlag for Jolkinolid B's farmakologiske mekanismer med flere mål og flere veje.

Jolkinolid B-PPI-interaktionsnetværksanalysen viser, at de vigtigste mål er STAT3, MAPK8 og JUN, som er blevet bekræftet af relevant litteraturforskning; Disse mål transmitterer signaler fra receptorer på celleoverfladen til DNA i kernen og deltager i biologiske processer såsom celledød og cellecyklus samt regulering af patologiske processer såsom betændelse og stressrespons. MAPK1 og MAPK3 er medlemmer af MAPK. STAT3 er en transkriptionsfaktor, der kan aktiveres af MAPK og spiller en nøglerolle i mange cellulære processer som cellevækst og apoptose, og som deltager i forekomsten og udviklingen af tumorer. Derudover er STAT3 afgørende for differentieringen af TH17-hjælper-T-celler og er forbundet med autoimmune sygdomme, tilbagevendende infektioner og andre sygdomme.

GO's annotationsresultater indikerer, at de fleste af Jolkinolite B's mål er placeret i den cellulære matrix og transkriptionskomplekser og er involveret i forskellige stressresponser og biologiske processer i celler. Dette resultat tyder på, at Jolkinolite B kan være involveret i at regulere de fleste cellulære livsaktiviteter. Resultaterne af KEGG-berigelsesanalysen indikerer, at de farmakologiske virkninger af Jolkinolite B involverer interaktionen mellem flere veje, herunder IL-17-signalvejen, PD-1/PD-L1-signalvejen og HIF-1-signalvejen. De molekylære dockingresultater indikerer, at Jolkinolid B danner hydrogen- og hydrofobe interaktioner med kerneproteiner STAT3, MAPK8 og JUN med stabil struktur og potentiel forskningsværdi, hvilket demonstrerer Jolkinolid B's multimål- og multivejskarakteristika ved behandling af CRC.

De vigtigste virkningsmekanismer for antitumorlægemidler er at inducere tumorcelleapoptose, hæmme cellecyklussen og undertrykke migration. De eksperimentelle resultater på celleniveau viste, at Jolkinolite B signifikant hæmmede spredningen af HCT116-celler, fremmede celleapoptose og hæmmede cellemigration. Når Bax var stærkt udtrykt i celler, var cellerne følsomme over for dødssignaler og fremmede apoptose. Når Bcl-2 var stærkt udtrykt, kunne Bcl-2 danne heterodimerer med Bax og hæmme celleapoptose. Så forholdet mellem Bax/Bcl-2 i celler spiller en vigtig rolle i bestemmelsen af følsomheden af celleapoptose. Derfor viste Western blot-valideringseksperimenter på celleniveau, at Jolkinolite B signifikant opregulerede forholdet mellem Bax / Bcl-2, hvilket fremmer apoptose i HCT116-celler. Baseret på resultaterne af netværksfarmakologianalysen kan Jolkinolid B gribe ind i CRC gennem flere mål og veje, og dets antitumoraktivitet kan være relateret til dets indvirkning på udtrykket af apoptotiske gener Bax og Bcl-2.

Invasion og metastase af tumorer er en kompleks proces, der involverer intercellulære interaktioner og nedbrydning af ekstracellulær matrix. Nedbrydningen af ekstracellulær matrix afhænger af syntese og aktivering af enzymer, der nedbryder matrixkomponenter. Matrixmetalloproteinaser (MMP'er) er en klasse af zinkafhængige proteolytiske enzymer med strukturel homologi. Deres vigtigste fysiologiske funktion er at nedbryde ekstracellulære matrixkomponenter som kollagen, gelatine, elastin, fibronectin og proteoglycaner. Forskning har vist, at matrixmetalloproteinase-3 (MMP-3) og matrixmetalloproteinase-12 (MMP-12) spiller en afgørende rolle i nedbrydningen af ekstracellulær matrix medieret af tumorceller og er tæt forbundet med den potentielle invasion, metastase og prognose for forskellige maligne tumorer hos mennesker. Derfor viste Western blot-valideringseksperimenter på celleniveau, at Jolkinolide B signifikant nedregulerer ekspressionen af MMP-2 og MMP-12 for at hæmme tumorinvasion og metastase. Baseret på resultaterne af netværksfarmakologianalyse kan Jolkinolid B gribe ind i CRC gennem flere mål og veje, og dets hæmning af tumorinvasion og metastase kan være relateret til dets indvirkning på ekspressionen af MMP-2 og MMP-12.

Sammenfattende anvendte denne undersøgelse aktivitetsscreening, bioinformatik og molekylære dockingteknikker til at analysere mekanismen for Jolkinolid B i forebyggelse og behandling af kolorektal cancer (CRC) baseret på netværkskorrelationen mellem den aktive ingrediens Jolkinolid B i traditionel kinesisk medicin wolfberry og relaterede målproteiner, signalveje og biologiske funktioner. Resultaterne viste, at denne forbindelse behandler CRC med flere mål, veje og biologiske funktioner, hvilket giver retning for yderligere forskning i mekanismen for Jolkinolide B i forebyggelse og behandling af CRC. I lyset af dette vil dette projekt fortsætte med at udføre mekanismeforskning ved at kombinere molekylærbiologiske og patofysiologiske metoder i fremtiden.