Udforskning af sophocarpins virkningsmekanisme i behandlingen af prostatakræft baseret på in vitro-celleeksperimenter og netværksfarmakologi
Prostatakræft (PCa) er en af de mest almindelige ondartede tumorer i urinvejene hos midaldrende og ældre mænd på verdensplan. I 2020 var der 10,06 millioner nye kræfttilfælde hos mænd og 5,53 millioner dødsfald på verdensplan, herunder 1,41 millioner nye PCa-tilfælde og 380000 dødsfald, med et forhold mellem dødelighed og forekomst på 27%. I Kina var der 120000 nye PCa-sager og 50000 dødsfald med en PCa-dødelighed i forhold til incidens på 41,7%. Ifølge forskningsdata fra American Cancer Society i 2023 ligger forekomsten af PCa på førstepladsen blandt mandlige maligne tumorer og tegner sig for ca. 29%. På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste behandlingsmuligheder for PCa i klinisk praksis androgen deprivationsterapi, radikal prostatektomi, strålebehandling, kemoterapi og molekylær målrettet terapi. Disse behandlingsmetoder har dog mange bivirkninger og er tilbøjelige til lægemiddelresistens, hvilket resulterer i dårlig prognose og tilbagefald eller progression hos nogle patienter. Derfor er det af stor betydning at søge efter sikre og effektive nye lægemidler til behandling af PCa.
Sophoridin (SRI) er et tetracyklisk quinolinalkaloid, der hovedsageligt er isoleret fra Sophora alopecuroides L. Forskning har vist, at SRI har mange farmakologiske virkninger, herunder antiinflammatoriske, antivirale og antitumorvirkninger. I 2005 blev injektion af sophocarpinhydrochlorid godkendt af State Food and Drug Administration til klinisk behandling af maligne trofoblastiske tumorer. På nuværende tidspunkt er SRI blevet afprøvet til behandling af levermetastaser fra gastrointestinale tumorer. Samtidig har et stort antal rapporter bekræftet, at SRI har en god hæmmende effekt på kolorektal cancer, lungecancer, bugspytkirtelcancer og andre tumorer. SRI's indvirkning på PCa og dens mulige virkningsmekanisme er dog stadig uklar.
Netværksfarmakologi er en ny disciplin baseret på klassisk farmakologi, bioinformatik og computervidenskabelige teorier, der i vid udstrækning anvendes til lægemiddeludvikling og forskning i lægemidlers virkningsmekanismer. Denne artikel undersøger virkningerne af SRI på spredning og apoptose af DU-145-celler gennem in vitro-celleeksperimenter og kombinerer netværksfarmakologi og molekylære dockingteknikker for at udforske dets mulige virkningsmekanisme for at give teoretisk grundlag og datastøtte til den kliniske behandling af PCa med SRI.

PCa er den mest almindelige ondartede tumor blandt midaldrende og ældre mænd, som er tilbøjelig til lægemiddelresistens og metastase, hvilket fører til dårlig prognose og høj tilbagefaldsrate. Derfor er det blevet meget presserende at finde nye behandlingsformer til PCa. De naturlige kemiske aktive ingredienser i traditionel kinesisk medicin spiller en vigtig rolle i forebyggelse og behandling af ondartede tumorer. SRI er hovedsageligt et aktivt alkaloid isoleret fra den traditionelle kinesiske medicin Sophora alopecuroides, som har forskellige farmakologiske aktiviteter, blandt hvilke antitumoraktivitet er særlig fremtrædende. I 2005 blev sophocarpine hydrochloride injection godkendt af China Food and Drug Administration som et lægemiddel mod kræft. SRI har vist gode antitumoreffekter på mavekræft, leverkræft, lungekræft, tyktarmskræft, bugspytkirtelkræft og andre tumorer in vivo og in vitro. SRI kan hæmme spredningen og invasionen af forskellige tumorceller, fremme apoptose og autofagi af kræftceller. Dets funktion er relateret til veje som PI3K/AKT, Wnt/B-catenin, MAPK/ERK og cellecyklus. Hvad angår den nuværende forskning, er SRI's rolle og nøjagtige mekanisme i forbindelse med PCa stadig ikke fuldt ud forstået. Denne undersøgelse udforsker den molekylære mekanisme for SRI-behandling af PCa gennem in vitro-celleeksperimenter, netværksfarmakologi og molekylære docking-teknikker, hvilket giver et vist forskningsgrundlag og teoretisk grundlag for dets kliniske anvendelse.
Høj spredningshastighed er en vigtig egenskab ved uendelig vækst af maligne tumorceller, og derfor er hæmning af celleproliferation en effektiv strategi til behandling af kræft. I denne undersøgelse blev det konstateret, at med stigningen i SRI-koncentrationen blev væksten af DU-145-celler signifikant hæmmet ved at påvise cellelevedygtighed og celleklondannelse, hvilket indikerer, at SRI har evnen til at hæmme spredningen af DU-145-celler. De prolifererende cellekerneproteiner Ki67 og PCNA er markørproteiner for celleproliferation, der almindeligvis anvendes som prædiktive og prognostiske markører til kræftdiagnose og -behandling. Denne undersøgelse påviste udtrykket af Ki67 i DU-145-celler gennem immunfluorescens og qPCR og fandt, at SRI signifikant kunne hæmme udtrykket af Ki67. qPCR og Western blot-analyse viste, at SRI signifikant kunne reducere udtrykket af PCNA i DU-145-celler, hvilket yderligere beviste, at SRI har evnen til at hæmme spredningen af DU-145-celler.
Apoptose er hovedårsagen til tumorcelledød, og derfor kan det at undgå apoptose føre til resistens i tumorbehandling. Bcl-2 spiller som hæmmer af apoptose en afgørende rolle i reguleringen af celleapoptose. Bax er et homogent konjugat af Bcl-2 og et pro-apoptotisk protein. Forholdet mellem Bcl-2 og Bax er en vigtig indikator for måling af effekten af celleapoptose. Caspase-3 og Caspase-7 er eksekutorer af celleapoptose. Når apoptose opstår, bliver Caspase-3 og Caspase-7 sekventielt spaltet og aktiveret af opstrøms Caspase-proteiner. Derefter vil aktiveret Caspase-3 og Caspase-7 spalte flere downstream-substrater og i sidste ende udløse en apoptotisk kaskade-reaktion. Denne undersøgelse påviste apoptose af DU-145-celler efter 48 timers SRI-behandling gennem flowcytometri-eksperimenter, og resultaterne viste, at SRI i væsentlig grad kunne fremme apoptose af DU-145-celler. Derfor undersøgte vi yderligere udtrykket af apoptoserelaterede faktorer. qPCR-resultaterne viste, at SRI kunne opregulere mRNA-ekspressionen af Caspase-3 og Caspase-7, nedregulere mRNA-ekspressionen af Bcl-2 og nedregulere mRNA-ekspressionsniveauet af Bax, men Bcl-2/Bax-forholdet blev signifikant reduceret (P<0,05). Derudover viste Western blot-resultater, at SRI kunne opregulere ekspressionen af renset-Caspase-3-protein og nedregulere ekspressionen af Bcl-2-protein. Selvom der ikke var nogen signifikant forskel i opreguleringen af Bax-proteinekspressionen, blev proteinekspressionsforholdet mellem Bcl-2/Bax signifikant reduceret (P<0,05). Disse resultater tyder på, at SRI kan regulere udtrykket af apoptoserelaterede faktorer, aktivere apoptosesignalveje og fremkalde apoptose i DU-145-celler.
For at undersøge mekanismen for SRI, der påvirker spredning og apoptose af DU-145-celler, analyserede denne undersøgelse det desuden gennem netværksfarmakologiske forskningsmetoder. Vi indsamlede i alt 127 SRI-mål gennem HERB, TCMSP, Pharm Mapper og Swiss Target Prediction-databaser og opnåede 60 fælles mål for SRI, der virker på PCa, gennem Venny 2.1.0 online-værktøj. Gennem PPI-netværksanalyse identificerede vi 16 kernemål (top 10 gradværdier), herunder ALB, TNF, IL6, CASP3, MAPK1, PPARG, MDM2, PGR, MAPK8, NR3C1, ABL1, MAPK14, PARP1, HDAC2, CDK2, GSK3B osv. MAPK8, CASP3, MAPK1, MAPK14 og TNF-kernemål er beriget i MAPK-signalvejen. GO-berigelsesanalysen gav 158 poster (P<0,01), hvilket indikerer, at SRI hovedsageligt kan udøve terapeutiske virkninger på PCa ved at regulere genekspression, apoptoseproces, proteinfosforylering og protein serin/threonin/tyrosinkinaseaktivitet. Resultaterne af KEGG-vejberigelsesanalysen viste 84 signalveje, herunder kræftsignalvej, proteoglykaner i kræft, MAPK-signalvej, kemokarcinogenese reaktive oxygenarter, PI3K-AKT-signalvej, apoptose osv. (P<0,01). Det mest bekymrende aspekt er MAPK-signalvejens rolle i SRI's anti-PCA-proces. Mitogenaktiveret proteinkinase (MAPK) kan overføre ekstracellulær information til kernen og spiller en vigtig rolle i fysiologiske og patologiske processer. Der findes tre typer MAPK-familiemedlemmer i pattedyrceller: ekstracellulær signalreguleret kinase (ERK), c-JunN-terminal proteinkinase/stressaktiveret proteinkinase (JNK/SAPK) og p38 mitogenaktiveret proteinkinase (p38MAPK, også kendt som MAPK14).
P38MAPK er en aktiveret proteinkinase, der deltager i mange biologiske processer som f.eks. celleproliferation, differentiering og apoptose. Dens aktivering kan hæmme celleproliferation og fremme apoptose. Forskning har vist, at aktivering af p38-stien kan reducere spredningsaktiviteten af BGC-823-mavekræftceller og blokere dem i G2/M-fasen. Aktivering af p38MAPK kan hæmme spredningen af SMMC-7721-celler og igangsætte den intracellulære Caspase-signalkaskade og i sidste ende fremkalde apoptose. Desuden har undersøgelser vist, at ekstrakter fra traditionel kinesisk medicin kan aktivere p38MAPK, udløse Caspase-medierede apoptotiske kaskade-reaktioner og fremkalde apoptose i Lewis-lungekræftceller samt HSC-3- og SCC-9-mundkræftceller. P38MAPK-kinasen spiller også en vigtig rolle i forekomsten og udviklingen af PCa. Forskning har vist, at aktivering af p38MAPK kan modstå celleproliferation, fremme apoptose og fremkalde tumordvale i ondartet transformation af prostatapitel eller knoglemetastatisk prostatacancer. I mellemtiden har andre undersøgelser vist, at ingredienser som docetaxel og ursolsyre kan øge fosforyleringsniveauet af p38MAPK, fremkalde aldring af PCa-celler, hæmme spredningen af forskellige PCa-celler som PC-3 og 22Rv1 og fremme deres apoptose. Derfor fokuserer denne undersøgelse på rollen som p38MAPK-proteinkinase i SRI anti PCa. Ved hjælp af molekylær docking-teknologi til at verificere bindingen af SRI til p38MAPK-protein viste resultaterne, at SRI stabilt kan binde sig til p38MAPK-protein med en bindingsenergi på -6,83 kcal/mol. Detektionsresultaterne af p-p38MAPK og p38MAPK-proteinekspressionsniveauer indikerer, at SRI kan aktivere p38MAPK-protein, og fosforyleringsniveauet af p38MAPK-protein er opreguleret, hvilket tyder på, at SRI kan udøve anti-PCA-effekter ved at aktivere p38MAPK-protein og inducere apoptosevej.
Sammenfattende kan SRI hæmme spredningen af DU-145-celler og fremme deres apoptose, hvilket kan være relateret til dets aktivering af p38MAPK. Denne undersøgelse undersøgte dog kun effekten af SRI på DU-145-celler in vitro. Det næste skridt bliver at udføre in vivo dyreforsøg for yderligere at undersøge mekanismen bag SRI's anti-PCA-effekt.