Effekter af Taraxacum polysaccharid på migration og invasion af triple negative brystkræftceller baseret på PI3K/Akt/GSK-3 β pathway
Triple negativ brystkræft (TNBC) er en østrogenreceptor (ER), progesteronreceptor (PR) og human epidermal vækstfaktorreceptor-2 (HER2), som alle er negative undertyper af brystkræft, der kun udgør 15%~20% af alle brystkræfttyper. På grund af sin høje malignitet, stærke invasion og mangel på specifikke målrettede lægemidler er den imidlertid mere tilbøjelig til tilbagefald og metastase end andre typer brystkræft, og dens prognose er værre. På nuværende tidspunkt er kirurgi, strålebehandling og kemoterapi stadig de vigtigste behandlingsmetoder for TNBC, men der er stadig risiko for tilbagefald og metastaser efter operationen. Kemoterapimedicin har alvorlige toksiske bivirkninger og er tilbøjelige til lægemiddelresistens. Derfor er søgning efter nye og effektive målrettede lægemidler, screening af molekylære mål for lægemiddelvirkning og belysning af lægemiddelmålrettede antitumormolekylære mekanismer utvivlsomt effektive strategier for den kliniske behandling af TNBC.

I de senere år er traditionel kinesisk medicin blevet en vigtig kilde til målrettet antitumormedicin. Sammenlignet med generelle lægemidler mod kræft har traditionelle kinesiske plantelægemidler og deres aktive ingredienser karakter af synergistisk farmakologisk aktivitet mod kræft med flere mål og flere veje og har fordelene ved nem absorption og udnyttelse af kroppen, lav toksicitet og bivirkninger. De er efterhånden blevet et hot spot inden for forskning og udvikling af lægemidler mod kræft. Mælkebøtte, en traditionel kinesisk medicin, er en tør hel plante af Taraxacum monogolicum Hand. Mazz, en plante i Asteraceae-familien, og T. boroisinense Kitam (eller andre planter af samme art). Den virker varmeafledende og afgiftende, reducerer hævelser og spreder knuder samt fremmer diurese og dræning. Den kan bruges til at behandle sygdomme som brystbyld, scrofula og ødemer. Klinisk forskning i traditionel kinesisk medicin har vist, at mælkebøtte har en betydelig effekt i behandlingen af brystkræft, mavekræft og andre ondartede tumorer. Moderne kliniske og farmakologiske undersøgelser har vist, at mælkebøtte og dens aktive ingredienser ikke kun har farmakologiske aktiviteter såsom antiinflammatoriske og antioxidante virkninger, men også har mere betydelige antitumoreffekter. Mælkebøttepolysakkarid (DP) er et polysakkarid, der er udvundet af mælkebøtterødder og består af glukose, galaktose, arabinose, mannose, rhamnose og glukuronsyre. Det har farmakologiske aktiviteter som anti-tumor, antibakteriel, anti-inflammatorisk, antioxidant, hypoglykæmisk og immunforstærkende. I øjeblikket har forskningen fundet ud af, at DP kan udøve sin antitumor-farmakologiske aktivitet gennem flere mål og veje. DP kan hæmme angiogenese af leverkræft in vitro og in vivo ved at reducere ekspressionen af hypoxia inducible factor-1 alpha (HIF-1 alpha) og vascular endothelial growth factor (VEGF)-proteiner. DP kan også hæmme jernmetabolismen i leverkræft ved at reducere ekspressionen af jerntransportører (Ferroporin) og jernforbrænding og derved undertrykke væksten af HepG2- og Huh7-celler. Samtidig kan DP reducere jernaflejring i tumorvæv fra leverkræftbærende mus betydeligt. Ved brystkræft kan DP opnå sin hæmmende effekt på humane brystkræftceller MCF-7, SK-BR-3 og T47D ved at hæmme celleproliferation. Der har dog ikke været nogen rapporter om DP's anti-TNBC-effekter, og dens antitumormolekylære mekanisme er stadig uklar.
Den unormale aktivering af phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/proteinkinase B (Akt)-signalvejen er blevet bekræftet som tæt forbundet med vækst, migration, invasion og epithelial mesenchymal transition (EMT) af TNBC. PI3K er en intracellulær fosfoinositolkinase, der kan aktiveres af ekstracellulær signalstimulering. Aktiveret PI3K rekrutterer Akt-protein til cellemembranen, som igen aktiverer Akt-protein. Den aktiverede Akt fosforylerer downstream-substratet glykogensyntase-kinase-3 β (GSK-3 β), hvilket inaktiverer GSK-3 β. Den inaktiverede GSK-3 β deltager i flere signalveje og inducerer tumorcelleproliferation, lægemiddelresistens, migration og invasion, hvilket gør det til et meget lovende lægemiddelmål. Indtil videre er et stort antal GSK-3 β-hæmmere blevet syntetiseret, men på grund af dårlig selektivitet og bivirkninger ved de fleste hæmmere er kun nogle få kommet med i kliniske forsøg. Derfor er søgningen efter effektive PI3K/Akt/GSK-3 β-hæmmere med lav toksicitet af stor betydning for behandlingen af TNBC. EMT er en nøgleproces i tumorcellers migration og invasion. Under denne proces svækkes adhæsionen mellem tumorceller, epitelcelleegenskaberne mindskes, og stromalcelleegenskaberne øges, så de kan komme ind i blodbanen og invadere andre organer. På molekylært niveau indikerer et fald i udtrykket af den epithellignende markør E-cadherin og en stigning i udtrykket af de mesenkymale markører N-cadherin og vimentin forekomsten af cellulær EMT. Derfor er søgningen efter lægemidler, der hæmmer EMT, blevet en nødvendig betingelse for at forhindre TNBC-migration og -invasion.
Baseret på PI3K/Akt/GSK-3 β-signalvejen tog denne undersøgelse derfor den humane triple negative brystkræft MDA-MB-231-celle som forskningsobjekt. Ved at observere virkningerne af DP på spredning, migration, invasion og EMT af humane brystkræft MDA-MB-231-celler analyserede denne undersøgelse de vigtigste molekylære mål for DP mod TNBC og udforskede derefter den mulige molekylære reguleringsmekanisme for DP, der hæmmer spredning, migration og invasion af TNBC-celler, med det formål at tilvejebringe farmakologisk grundlag og videnskabelig reference til DP-behandling af brystkræft og lægge et videnskabeligt teoretisk fundament for klinisk behandling af brystkræft.

 

TNBC er en meget invasiv brystkræft, som er tilbøjelig til tilbagefald og metastase, har stærk heterogenitet og mangler effektive terapeutiske mål. Derfor er en dybtgående analyse af de potentielle molekylære mekanismer, der driver TNBC-migration og -invasion, og udviklingen af effektive antitumorlægemidler med lav toksicitet effektive strategier for klinisk behandling af TNBC. Det har vist sig, at mange ekstrakter fra traditionel kinesisk medicin og aktive ingredienser har flere veje, mål, høj effektivitet og antitumoraktiviteter med lav toksicitet. Forskning har vist, at DP kan hæmme angiogenese af leverkræft ved at reducere ekspressionen af HIF-1 α og VEGF; Derudover kan DP ikke kun hæmme spredningen af humane brystkræftceller SK-BR-3 og T47D, men også hæmme spredningen af humane brystkræftceller MCF-7 og inducere celleapoptose ved at nedregulere ekspressionen af apoptoserelaterede proteiner P53 og Bcl-2 og opregulere ekspressionen af Bcl-2 associeret x-protein (Bax). Denne undersøgelse afslørede for første gang, at DP har farmakologisk aktivitet mod TNBC, og fandt, at DP kan hæmme spredning, migration og invasion af MDA-MB-231-celler, mens den ikke viser nogen signifikant toksicitet for normale brystepitelceller MCF-10A.

PI3K/Akt-signalvejen spiller en vigtig regulerende rolle i spredning, apoptose, migration, invasion og angiogenese af maligne tumorceller. Den unormale aktivering af PI3K/Akt-signalvejen er en af de mest almindelige kræftfremkaldende faktorer. Ved tredobbelt negativ brystkræft har ca. 25%~30% af patienterne PI3K/Akt-aktiveringsmutationer, hvilket betyder, at PI3K/Akt-signalvejen kan være et effektivt mål for TNBC-behandling. Det har vist sig, at aktivering af PI3K/Akt-signalvejen kan fremme celleproliferation, migration og invasion af brystkræftceller MCF-7 og BT-20, mens hæmning af PI3K/Akt-signalvejen kan fremkalde autofagi og apoptose af brystkræftceller. I denne undersøgelse fandt vi, at DP kan nedregulere ekspressionsniveauerne af p-PI3K- og p-Akt-proteiner i MDA-MB-231-celler, hvilket tyder på, at DP kan hæmme aktiveringen af PI3K/Akt-signalvejen i denne celle. Derudover er GSK-3 downstream-substrat for PI3K/Akt. GSK-3 er en serin/threonin-proteinkinase, som har to hovedundertyper, GSK-3 α og GSK-3 β. GSK-3 α er hovedsageligt involveret i glykogenmetabolismeprocessen, og GSK-3 β er tæt forbundet med kræftprocessen. Det er overudtrykt i mange kræftformer, herunder brystkræft. P-Akt kan fosforylere GSK3 β og derved fremme tumorcelleproliferation, migration og invasion. Derfor er det afgørende at hæmme aktiviteten af PI3K/Akt/GSK-3 β-signalvejen for at undertrykke tumorcelleproliferation, migration og invasion. Denne undersøgelse observerede effekten af DP på ekspressionen af GSK-3 β-protein i MDA-MB-231-celler, og resultaterne viste, at DP signifikant reducerede ekspressionsniveauet af p-GSK-3 β-protein i MDA-MB-231-celler. Det kan udledes, at den molekylære mekanisme, hvormed DP hæmmer proliferation, migration og invasion af MDA-MB-231-celler, kan være relateret til blokering af PI3K/Akt/GSK-3 β-signalvejen.

EMT-processen er en af de vigtige mekanismer for tumorcellers migration og invasion, som er relateret til strukturelle ændringer i intercellulære forbindelser. På molekylært niveau indikerer et fald i ekspressionen af den epitel-lignende markør E-cadherin og en stigning i ekspressionen af de mesenkymale markører N-cadherin og Vimentin forekomsten af en cellulær EMT-proces. Under EMT-processen overgår tumorceller fra en ikke-fast epitelial fænotype til en aktiv og invasiv mesenkymal fænotype. Når EMT-processen er aktiveret, gennemgår tumorceller en række ændringer, herunder opløsning af tight junctions, forstyrrelse af apikal basal polaritet og ombygning af cytoskeletstrukturen, som alle er gavnlige for tumorcellemigration og -invasion. TNBC in vitro- og in vivo-undersøgelser har vist, at hæmning af Akt/GSK-3 β-signalvejen effektivt kan øge ekspressionen af E-cadherin og mindske ekspressionsniveauerne af N-cadherin og Vimentin og dermed vende EMT-processen. Resultaterne af denne undersøgelse viste, at DP i MDA-MB-231-celler opregulerede ekspressionen af E-cadherin og nedregulerede ekspressionsniveauerne af N-cadherin og Vimentin på en dosisafhængig måde, hvilket indikerer, at DP kan forhindre EMT-processen i denne celle.

Afslutningsvis kan DP signifikant hæmme spredning, migration, invasion og EMT af MDA-MB-231-celler, hvilket kan opnås ved at hæmme PI3K / Akt / GSK-3 β-signalvejen, hvilket giver et nyt målretningsgrundlag for DP til at blive et potentielt nyt antibrystkræftlægemiddel. Selvom aktuelle undersøgelser har vist, at DP udøver sin antibrystkræfteffekt gennem flere kanaler og mål, er den molekylære reguleringsmekanisme for brystkræftproliferation, migration og invasion kompleks, og den specifikke mekanisme for dens antibrystkræfteffekt skal udforskes yderligere. Derudover giver denne undersøgelse kun in vitro-eksperimentelle beviser for, at DP hæmmer TNBC-celleproliferation, migration, invasion og EMT ved at undertrykke PI3K/Akt/GSK-3 β-signalvejen. For yderligere at afsløre den molekylære mekanisme bag DP's anti-TNBC-effekt er der behov for yderligere in vivo-eksperimenter med dyr.