Undersøgelse af den hæmmende effekt af lotusbladsalkaloid på Akt/mTOR/4EBP1-glykolysevejen og dens antiproliferative effekt på cholangiocarcinomceller
Kolangiokarcinom (CCA) opdeles i ekstrahepatisk kolangiokarcinom (ekstrahepatisk kolangiokarcinom) og intrahepatisk kolangiokarcinom (ICC) baseret på anatomisk placering. Selvom ICC kun udgør 10% til 20% af primær leverkræft, er det meget lumsk i de tidlige stadier med en høj postoperativ tilbagefaldsrate og dårlig prognose. I de seneste årtier er forekomsten og dødeligheden af ICC i Asien og endda i hele verden steget støt. Det første kemoterapiprogram til avanceret ICC er tilbøjeligt til lægemiddelresistens og bivirkninger efter langvarig brug, så det er nødvendigt at udforske sikre og effektive terapeutiske lægemidler.
Screening af naturlige medicinske aktive ingredienser med antitumoreffekt fra planter og dyr har altid været et hotspot for forskningen både nationalt og internationalt. Nuciferin (NUF) stammer fra de tørrede blade af Nelumbo nucifera Gaertn, en plante i Nymphaeaceae-familien. Det har en vis antitumorcelleaktivitet, men dets virkning på ICC-celler er sjældent rapporteret. Dette studie undersøgte lotusbladsalkaloiders virkning på HuCCT1-cellers spredning og glykolyseproces og udforskede foreløbigt dets virkningsmekanisme, hvilket giver et teoretisk grundlag for udvikling af sikre og effektive ICC-lægeprodukter.

Moderne farmakologisk forskning viser, at den aktive komponent i lotusbladets alkaloid, der udvindes af lotusbladet, har en vis væksthæmmende effekt på mange tumorceller, såsom leverkræft, lungekræft og brystkræft, og kan forbedre dens følsomhed over for kemoterapimedicin. Denne undersøgelse viste, at en vis koncentration af lotusbladsalkaloid kan hæmme spredningen af HuCCT1-celler in vitro betydeligt og er positivt korreleret med reduktion af glukoseforbrug og laktatproduktion. Kulhydrater er vigtige energikilder i cellers livsaktiviteter, og Warburg-effekten indikerer, at selv under normale iltforhold leverer kræftceller fortrinsvis energi gennem glykolyse i stedet for aerobe metaboliske veje. Høje niveauer af glykolyse kan give hurtig energi til vækst af kræftceller, og dets produkter som pyrodruesyre og mælkesyre giver også råmaterialer til syntese af kræftcellestoffer og fremmer kræftcellemetastase og invasion. Derfor spekuleres der i, at hæmningen af HuCCT1-celleproliferation med lotusbladalkaloider er relateret til deres hæmning af cellulær glykolysemetabolisme.
Netværksfarmakologisk analyse fandt en høj korrelation mellem matrine og HIF-1 α samt mål som TNF, INS, EGFR osv. HIF-1 α er involveret i flere processer såsom glukosemetabolisme, celleproliferation, invasion og metastase samt inflammatorisk respons i tumorceller. Det kan aktivere aktiviteten af glukosetransportør (GLUT) og forskellige glykolytiske enzymer som HK2, PKM2 og pyruvatdehydrogenasekinase 1 (PDK1) og deltage direkte i glykolyseprocessen, hvilket i høj grad fremmer tumorprogression. Hexokinase (HK) og pyruvatkinase (PK) er to vigtige kinaser i glykolysen, som regulerer henholdsvis de indledende og de afsluttende faser af processen. Denne undersøgelse viste, at mRNA-niveauerne og proteinudtrykket af HIF-1 α og de vigtige glykolytiske enzymer HK2 og PKM2 i celler gradvist faldt med stigningen i koncentrationen af lotusbladalkaloider. Derfor spekuleres der i, at lotusbladsalkaloid kan påvirke glykolyseprocessen i HuCCT1-celler ved at reducere aktiviteten af HIF-1 α.
HIF-1 er en type transkriptionsfaktor, som celler reagerer på i iltfattige eller hypoksiske miljøer, og som består af to underenheder: HIF-1 α og HIF-1 β. Prolinresten i HIF-1 α er modtagelig for hydroxylering under normoxiske forhold og binder til sit afstemningsmolekyle (von Hippel Lindau, pVHL), som derefter nedbrydes ved ubiquitinering. I et iltfattigt miljø falder aktiviteten af prolylhydroxylase-domæneholdige proteiner (PHD), hvilket fører til en betydelig ophobning af HIF-1 α, som derefter migrerer til kernen for at danne en dimer med HIF-1 β. Dimeren binder sig derefter til det hypoksiske responselement (HRE) for at fremme transkriptionen af HIF-1-målgener. Derudover kan HIF-1 α aktiveres på en iltuafhængig måde, for eksempel kan PI3K/Akt/mTOR-signalkaskaden opregulere transkriptionen og translationen af HIF-1 α ved at forstyrre integriteten af eukaryot translationsinitieringsfaktor 4E (eIF4E) bindende protein 1 (4EBP1). Nogle forskere kalder aktiveringsmekanismen for dette iltuafhængige HIF-1 α-signal for "pseudohypoxi". I denne undersøgelse afslørede KEGG-analysen, at matrin virker på de potentielle veje til ICC med en betydelig stigning i PI3K/Akt-signalvejen. Immunoblotting afslørede, at matrin kan reducere fosforyleringsniveauerne af mTOR- og 4EBP1-proteiner i HuCCT1-celler, og det samlede p-AktTrr308-protein viste en faldende tendens, hvilket tyder på, at nedreguleringen af HIF-1 α-transkriptions- og translationsniveauer med matrin kan være relateret til hæmning af Akt/mTOR/4EBP1-signalvejen.

Flere undersøgelser har vist, at ud over at inducere apoptose af tumorceller in vitro, hæmme invasion og metastase og blokere dem til forskellige cyklusser, kan lotusbladalkaloider også forsinke væksten af ektopiske transplanterede tumorer i nøgne mus og udøve betydelige antitumoreffekter. Hovedmekanismen er relateret til regulering af cellecyklus og apoptose-relateret proteinudtryk af lotusbladalkaloider, direkte målretning af specifikke gener, hæmning af signalveje såsom PI3K Akt, Wnt / β - catenin, SOX2 Akt, STAT3 og TLR4 / NF - κ B. Denne undersøgelse viste foreløbigt, at lotusbladalkaloider hæmmer spredningen af intrahepatiske kolangiokarcinomceller, muligvis ved at undertrykke den cellulære glykolyseproces, der reguleres af Akt/mTOR/4EBP1-signalvejen. Det iboende logiske forhold mellem de to vil blive udforsket i det næste trin i forskningen for at belyse anti ICC-mekanismen for lotusbladalkaloider og give et teoretisk grundlag for den dybe udvikling af lotusbladressourcer og kliniske anvendelser.