Udforskning af Taro acuminatas mekanisme mod brystkræft baseret på UPLC-Q-TOF-MS/MS og netværksfarmakologi
På verdensplan tegner brystkræft sig for 10% af forekomsten af alle kræftformer og 15% af den tumorrelaterede dødelighed blandt kvinder. Den seneste Global Cancer Report 2020 udgivet af Verdenssundhedsorganisationen viser, at 2,1 millioner nye brystkræfttilfælde og 27.000 mennesker døde af brystkræft i 2018, hvilket udgør en alvorlig trussel mod menneskers sundhed. Derfor er effektiv behandling af brystkræft særlig vigtig. Ifølge teorien om syndromdifferentiering og -behandling har traditionel kinesisk medicin en indlysende helbredende effekt på brystkræft ved at justere kroppens funktioner, såsom yin, yang, qi, blod, indvolde og meridianer. Traditionel kinesisk medicin kan forbedre kroppens stofskifte, regulere den overordnede funktion af patientens krop og reducere tilbagefald og metastase af brystkræft for at forbedre den kliniske effekt.
Roden og stænglen af Alocassia cuculata (Lour.) Schott, en plante i Araceae-familien, er en traditionel folkemedicin, der har den virkning, at den fjerner varme, afgifter, reducerer hævelse og lindrer smerte. Moderne farmakologiske undersøgelser har vist, at taro kan aktivere immunfaktorer til at hæmme aktiviteten af forskellige tumorceller som f.eks. melanom, forbedre kroppens immunforsvar, fremkalde apoptose af kræftceller og udøve antitumoreffekter. De relaterede molekylære mekanismer involverer signalveje som MAPK og PI3K Akt. Det er rapporteret i litteraturen, at petroleumsetherfraktion af Alocasia cucullata (EAC) kan hæmme spredningen af brystkræft MDA-MB-231-celler i in vitro-celleeksperimenter. Mekanismen er relateret til hæmning af p-ERK/ERK-ekspression i MAPK-vejen. Samtidig er petroleumsetherfraktionen af Alocasia cucullata rig på forskellige umættede fedtsyrer såsom linolsyre og forskellige fytosteroler såsom γ-sitosterol gennem GC-MS-analyse. Moderne forskning viser, at umættede fedtsyrer som linolsyre og fytosteroler kan fremkalde apoptose af brystkræftceller ved at regulere niveauet af Bax/Bcl-2. Dette tyder på, at mekanismen mod brystkræft i petroleumsetherfraktionen af taro også kan være relateret til reguleringen af Bax/Bcl-2-niveauet. På nuværende tidspunkt er forskningen i den kemiske sammensætning af petroleumsetherdelen af Taro acuminata dog kun begrænset til GC-MS-analyse, og der findes ingen relevant rapport om mekanismen for den brystkræfthæmmende virkning af petroleumsetherdelen af Taro acuminata in vivo. Forskningen i det materielle grundlag for dets effektivitet og mekanismen for virkning mod brystkræft in vivo er relativt svag. Væksttilstanden og metastasestedet for 4T1-celletransplantationstumormodellen kan godt simulere human avanceret brystkræft og blive en god model til evaluering af lægemidler til avanceret brystkræft. Derfor blev petroleumsetherdelen af Taro acuminata i denne artikel taget som forskningsobjekt, og den kemiske sammensætning af petroleumsetherdelen af Taro acuminata blev bestemt gennem UPLC-Q-TOF-MS/MS, mens netværksfarmakologistrategien kombineret med molekylær dockingteknologi blev brugt til at afklare det molekylære niveau af antibrystkræftmekanismen for petroleumsetherdelen af Taro acuminata. Endelig blev antibrystkræfteffekten af petroleumsetherdelen af Taro acuminata acuminata in vivo evalueret gennem den 4T1 brystkræfttumorbærende musemodel, og dens antibrystkræftmekanisme blev verificeret. For at give eksperimentelle referencer til den dybtgående forskning og udvikling af den spidse hale taro.

 

Denne undersøgelse brugte UPLC-Q-TOF-MS/MS-teknologi til at analysere 41 kemiske komponenter i petroleumsetherfraktionen af taro. Samtidig blev 32 aktive ingredienser mod brystkræft og 556 mål mod brystkræft analyseret fra petroleumsetherfraktionen af Tara acuminata gennem en netværksfarmakologisk strategi. 40 kernemål som MAPK1 og Bcl-2 blev forudsagt af PPI-netværket, og disse mål var hovedsageligt koncentreret i MAPK-proteinfamilien og PI3K-proteinfamilien. Desuden viste GO-biologisk procesberigelsesanalyse, at den biologiske proces mod brystkræft af petroleumsetherfraktion af Tara acuminata hovedsageligt var involveret i negativ regulering af celleapoptose og andre biologiske processer. Berigelsesanalysen af KEGG-signalvejen viste, at målberigelsen mod brystkræft af petroleumsetherfraktion af Tara acuminata hovedsagelig var i PI3K-Akt- og MAPK-signalveje, som begge var relateret til celleapoptose. PPI-netværket forudsagde, at MAPK1, Bcl-2 og andre apoptoserelaterede kernemål blev opnået, og yderligere verificeret ved molekylær docking-teknologi, at sterolkomponenten digitalisglykosidligand, fedtsyrekomponenten linolensyre og kumarinkomponenten 7-hydroxycoumarin kunne binde frit (bindingsenergi<0 kcal/mol) med de relaterede kernemål (p-ERK, Bcl-2, Bax) af petroleumsether-delen af Amorphophallus senticosus til brystkræft. Ovenstående resultater tyder på, at antibrystkræfteffekten af petroleumsetherfraktionen af taro er relateret til dens multikomponent- og multimål-egenskaber, og dens antibrystkræftmekanisme er relateret til apoptoserelaterede signalveje såsom PI3K Akt og MAPK.

Jianwei-taro bruges ofte i folkemedicin til behandling af forskellige kræftformer, og forbindelserne i knoldene kan hæmme væksten af forskellige kræftceller. Vores forskningsgruppes tidligere forskning viste, at vandekstraktet af taro kan hæmme væksten af brystkræft og forlænge overlevelsesperioden for brystkræftmus ved at øge aktiviteten af musemiltceller. Celleeksperimentet viste, at taro i betydelig grad kan katalysere differentieringen af immunmonocytter til makrofager, stimulere funktionen af megafagocytter og aktivere immunsystemet for at opnå antitumoreffekt. Petroleumsæterfraktionen af taro kan hæmme væksten af humane MDA-MB-231 brystkræftceller og fremme apoptose af kræftceller. Resultaterne af dette eksperiment viste, at petroleumsetherfraktionen af taro kan hæmme væksten af brystkræft i tumorbærende mus, reducere tumorvægten, og tumorinhiberingshastigheden viste en koncentrationsafhængig tendens. Milten er et vigtigt immunorgan hos dyr, som kan afspejle lægemidlers indvirkning på immunsystemet. Musene i mellem- og højdosisgrupperne af EAC administreret oralt havde højere miltindeks og signifikante forskelle sammenlignet med modelgruppemusene, hvilket indikerer, at petroleumsetherfraktionen af taro kan forbedre immunfunktionen hos tumorbærende mus. HE-farvningsresultaterne af tumorvæv viste, at tumorcellerne i modelgruppen af mus voksede tæt, mens 5-fluorouracil-gruppen og gruppen behandlet med taro havde løst cellearrangement, slørede cellekonturer og åbenlyse nekrotiske områder af tumorceller, hvilket indikerer membranbrud af tumorceller. Petroleumsæterstedet i taro kunne fremkalde apoptose af tumorceller.

Et stort antal undersøgelser har vist, at inflammation kan formidle en række sygdomme, herunder hjerte-kar-sygdomme, kræft, diabetes, gigt, Alzheimers sygdom osv. Den vedvarende tilstedeværelse af årsagsfaktorer kan føre til inflammation, der ikke kan elimineres, og inflammation kan blive kronisk, hvilket resulterer i cellemutationer og spredning, som er mere befordrende for forekomsten og udviklingen af kræft. Tumornekrosefaktor (TNF) er et af de vigtige proinflammatoriske cytokiner. Mikromiljøet i forbindelse med brystkræft er præget af kronisk inflammation. TNF - α kan fremme forekomsten og udviklingen af tumorer ved at stimulere østrogenmetabolismen i tumorceller og omgivende stromaceller og akkumulere østrogen. Undersøgelser har vist, at eksogen TNF - α ikke kan fremkalde tumorcelleapoptose i MDAMB-468-, SK-BR3- og MDA-MB-231-celler, mens endogen TNF - α har beskyttende antiapoptotisk aktivitet i HS578T-celler. De vigtigste kilder til det pro-inflammatoriske cytokin interleukin-1 β (IL-1 β) omfatter myeloide celler som MDSC'er, makrofager og DC'er, som spiller en rolle i at fremme tumorvækst eller forbedre anti-tumorimmunforsvaret i tumormikromiljøet. IL-1 β har vist sig at fremme ophobningen af MDSC'er i umodne myeloide celler i tumormikromiljøet og derved fremme tumorprogression. I denne undersøgelse blev det fundet ved hjælp af ELISA-kit-detektion, at sammenlignet med modelgruppen blev niveauerne af TNF - α og IL-1 β i serum i den positive lægemiddelgruppe og grupperne behandlet med forskellige koncentrationer af taro reduceret, og højdosisgruppen havde de laveste niveauer. Derfor spekuleres der i, at petroleumsetherfraktionen af taro efter tumorinokulation i mus kan hæmme tumorudvikling ved at reducere proinflammatoriske cytokinniveauer. Konklusionen er, at petroleumsetherfraktionen af Taro acuminata har en betydelig effekt mod brystkræft in vivo.

MAPK er en serinproteinkinase, der hører til den endogene apoptotiske vej. ERK, JNK og p38 er de tre vigtigste signalveje, der er opdaget hos pattedyr, med forskellige aktiveringstilstande. De deltager i signaleffekterne af forskellige vækstfaktorer, cytokiner og hormonreceptorer efter aktivering og regulerer cellevækst og -differentiering. I denne eksperimentelle undersøgelse var der ingen signifikant forskel i niveauerne af MAPKs signalvejsrelaterede proteiner, ERK, JNK, p38, p-JNK og p-p38 proteiner, og udtrykket af p-ERK-protein blev reduceret, hvilket tyder på, at petroleumsetherdelen af Taro kan spille en antibrystkræftrolle ved at hæmme udtrykket af p-ERK/ERK, hvilket er i overensstemmelse med resultaterne af tidligere undersøgelser in vitro og netværksfarmakologiforudsigelse af relaterede veje. Derudover kan EAC øge udtrykket af Bax/Bcl-2-protein og niveauet af apoptosegenet Bax/Bcl-2 mRNA, hvilket tyder på, at EAC spiller en rolle mod brystkræft ved at fremme apoptose af tumorceller.
For at opsummere kan petroleumsetherfraktionen af taro hæmme tumorvæksten hos 4T1-brystkræftbærende mus. Dens effekt mod brystkræft er relateret til dens multikomponent- og multimål-egenskaber. Dens mekanisme kan være relateret til nedregulering af p-ERK/ERK-ekspression, stigningen i Bax/Bcl-2-ekspression, stigningen i Bax/Bcl-2 mRNA-niveau og fremme af tumorcelleapoptose. Denne undersøgelse giver en teoretisk reference til den kliniske anvendelse af Taro acuminata til behandling af brystkræft, men dens mere dybtgående materielle grundlag for effektivitet, mål og mekanisme skal undersøges yderligere.