Mechanismus von Jolkinolid B bei der Behandlung von Dickdarmtumoren auf der Grundlage von Netzwerkpharmakologie und experimenteller Forschung
Darmkrebs (CRC) ist der dritthäufigste bösartige Tumor in der Welt, der eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellt. Im Jahr 2015 lag die Zahl der Todesfälle durch Darmkrebs bei 774000. Aufgrund der enormen Veränderungen im Lebensstil und in der Ernährungsstruktur der Menschen nehmen die Inzidenzrate und die Sterblichkeitsrate von Darmkrebs von Jahr zu Jahr zu. Die Verstärkung der Forschung zur Vorbeugung und Behandlung von Darmkrebs ist einer der wichtigsten Inhalte der Krebsbekämpfung in China. Die Suche nach Wirkstoffen aus natürlichen Ressourcen, die auf Dickdarmtumore abzielen und die Apoptose der Tumorzellen fördern können, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die traditionelle chinesische Medizin "Wolfsbeere" hat eine lange Anwendungsgeschichte und wird in der Volksmedizin häufig zur Behandlung von Darmkrebs eingesetzt. Dieses Arzneimittel ist in der Ausgabe 2020 des Chinesischen Arzneibuchs enthalten und ist die getrocknete Wurzel der Pflanzen Euphorbia fis cheriana Steud und Euphorbia ebracteolata Hayata aus der Familie der Euphorbiaceae. Sie wurde erstmals in der "Shennong Materia Medica" erwähnt und wird hauptsächlich bei Husten, Stauungen, Wunden, Mäusenekrosen und Vergiftungen eingesetzt. Im Nordosten des Landes wird die Abkochung zur Behandlung von Dickdarmkrebs verwendet. Untersuchungen haben gezeigt, dass die traditionelle chinesische Medizin "Wolfsbeere" die Überlebensrate von Tieren mit Dickdarmkrebs um 47% verlängern kann.

Bei den aktiven Sekundärmetaboliten im Wolfsgift handelt es sich hauptsächlich um Terpenoide, die reichlich enthalten sind. In der Anfangsphase isolierte unsere Versuchsgruppe strukturell unterschiedliche Diterpene wie Ent abietane, Rosane und Diterpenoiddimere aus den getrockneten Wurzeln von Euphorbia lanceolata, einer Heilpflanze, die als Quelle für Wolfsbeeren dient. Unter ihnen kann ent abietane Diterpen Jolkinolite B (Struktur in Abbildung 1 gezeigt) effektiv hemmen die Proliferation von Kolontumorzellen SW480 (IC50=9,5 μ mpl/L), die eine materielle Grundlage für die Behandlung von CRC, aber der Mechanismus der Aktion ist noch nicht klar. Auf der Grundlage früherer Forschungen planen wir, Methoden der Netzwerkpharmakologie in Kombination mit In-vitro-Zellexperimenten einzusetzen, um den Wirkmechanismus des Wirkstoffs Jolkinolid B bei der Behandlung von Darmkrebs zu erforschen und experimentelle Beweise für die anschließende Arzneimittelentwicklung und klinische Anwendungen zu liefern.

Die Netzwerkpharmakologie kann die komplexen Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen und chemischen Komponenten weitgehend widerspiegeln. Durch das Screening des Wirkungsziels mit Hilfe der Netzwerkpharmakologie kann eine Grundlage für die gezieltere Erforschung der traditionellen chinesischen Medizin geschaffen und die optimalen Verbindungen und ihre Wirkungsmechanismen der traditionellen chinesischen Medizin geklärt werden. Die traditionelle chinesische Medizin Wolfsbeere ist eine Pflanze aus der Familie der Euphorbiaceae, die zur Gattung der Euphorbiaceae gehört. Sie hat die Wirkung, Wasser und Schleim zu vertreiben, Stauungen abzubauen und Insekten zu töten. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Diterpenoide die aktive Substanzbasis der traditionellen chinesischen Medizin Wolfsbeere sind, mit verschiedenen biologischen Aktivitäten wie Antitumor, entzündungshemmend, antibakteriell und Umkehrung der Multidrogenresistenz. Die traditionelle chinesische Medizin Wolfsbeere hat eine lange Tradition und wird in der Volksmedizin häufig zur Behandlung von Dickdarmkrebs eingesetzt. Auf dieser Grundlage wird eine Vorhersage des pharmakologischen Mechanismus durchgeführt. Auf der Grundlage früherer Forschungen zu den chemischen Bestandteilen der Wolfsbeere aus der traditionellen chinesischen Medizin wurde die hervorragende Verbindung Jolkinolide B in der Wolfsbeere durch in vitro-Screening der zytotoxischen Aktivität und in vivo-Experimente untersucht. Ein Jolkinolide B-Target-Netzwerk wurde aufgebaut, um die Beziehung zwischen den exzellenten Jolkinolide B-Targets in der Wolfsbeere zu erforschen, und die funktionelle Annotation der Targets wurde auf Genebene durchgeführt. Dies bietet eine Forschungsgrundlage für die pharmakologischen Mechanismen von Jolkinolid B, die sich auf mehrere Ziele und verschiedene Wege beziehen.

Die Analyse des Interaktionsnetzwerks von Jolkinolide B-PPI zeigt, dass die wichtigsten Ziele STAT3, MAPK8 und JUN sind, was durch einschlägige Literaturrecherchen bestätigt wurde. Diese Ziele leiten Signale von Rezeptoren auf der Zelloberfläche an die DNA im Zellkern weiter und sind an biologischen Prozessen wie Zelltod und Zellzyklus beteiligt, regulieren aber auch pathologische Prozesse wie Entzündungen und Stressreaktionen. MAPK1 und MAPK3 sind Mitglieder von MAPK. STAT3 ist ein Transkriptionsfaktor, der durch MAPK aktiviert werden kann und eine Schlüsselrolle bei vielen zellulären Prozessen wie Zellwachstum und Apoptose spielt und an der Entstehung und Entwicklung von Tumoren beteiligt ist. Darüber hinaus ist STAT3 entscheidend für die Differenzierung von TH17-Helfer-T-Zellen und wird mit Autoimmunerkrankungen, wiederkehrenden Infektionen und anderen Krankheiten in Verbindung gebracht.

Die Ergebnisse der GO-Annotation zeigen, dass die meisten Ziele von Jolkinolith B in der zellulären Matrix und in Transkriptionskomplexen zu finden sind und an verschiedenen Stressreaktionen und biologischen Prozessen in Zellen beteiligt sind. Dieses Ergebnis legt nahe, dass Jolkinolith B an der Regulierung der meisten zellulären Lebensaktivitäten beteiligt sein könnte. Die Ergebnisse der KEGG-Anreicherungsanalyse deuten darauf hin, dass die pharmakologischen Wirkungen von Jolkinolith B mit der Interaktion mehrerer Signalwege zusammenhängen, darunter der IL-17-Signalweg, der PD-1/PD-L1-Signalweg und der HIF-1-Signalweg. Die molekularen Docking-Ergebnisse zeigen, dass Jolkinolide B Wasserstoff- und hydrophobe Wechselwirkungen mit den Kernproteinen STAT3, MAPK8 und JUN bildet, mit stabiler Struktur und potenziellem Forschungswert, was die Multi-Target- und Multi-Pathway-Eigenschaften von Jolkinolide B bei der Behandlung von CRC demonstriert.

Die wichtigsten Wirkmechanismen von Antitumormitteln sind die Einleitung der Apoptose von Tumorzellen, die Hemmung des Zellzyklus und die Unterdrückung der Migration. Die experimentellen Ergebnisse auf zellulärer Ebene zeigten, dass Jolkinolith B die Proliferation von HCT116-Zellen deutlich hemmte, die Zellapoptose förderte und die Zellmigration hemmte. Wenn Bax in den Zellen stark exprimiert war, waren die Zellen empfindlich für Todessignale und förderten die Apoptose. Wenn Bcl-2 stark exprimiert wurde, konnte Bcl-2 Heterodimere mit Bax bilden und die Zellapoptose hemmen. Das Verhältnis von Bax/Bcl-2 in den Zellen spielt also eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Empfindlichkeit der Zellapoptose. Daher zeigten Western-Blot-Validierungsexperimente auf zellulärer Ebene, dass Jolkinolite B das Verhältnis von Bax/Bcl-2 signifikant hochregulierte und damit die Apoptose in HCT116-Zellen förderte. Basierend auf den Ergebnissen der Netzwerk-Pharmakologie-Analyse kann Jolkinolid B bei CRC über mehrere Ziele und Wege eingreifen, und seine Anti-Tumor-Aktivität könnte mit seiner Wirkung auf die Expression der apoptotischen Gene Bax und Bcl-2 zusammenhängen.

Die Invasion und Metastasierung von Tumoren ist ein komplexer Prozess, der interzelluläre Interaktionen und den Abbau der extrazellulären Matrix umfasst. Der Abbau der extrazellulären Matrix hängt von der Synthese und Aktivierung von Enzymen ab, die Matrixkomponenten abbauen. Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) sind eine Klasse von zinkabhängigen proteolytischen Enzymen mit struktureller Homologie. Ihre wichtigste physiologische Funktion ist der Abbau von extrazellulären Matrixkomponenten wie Kollagen, Gelatine, Elastin, Fibronektin und Proteoglykanen. Die Forschung hat gezeigt, dass Matrix-Metalloproteinase-3 (MMP-3) und Matrix-Metalloproteinase-12 (MMP-12) eine entscheidende Rolle beim Abbau der extrazellulären Matrix durch Tumorzellen spielen und eng mit der potenziellen Invasion, Metastasierung und Prognose verschiedener bösartiger Tumoren beim Menschen zusammenhängen. Western-Blot-Validierungsexperimente auf zellulärer Ebene zeigten daher, dass Jolkinolid B die Expression von MMP-2 und MMP-12 signifikant herunterreguliert, um die Tumorinvasion und -metastasierung zu hemmen. Basierend auf den Ergebnissen der Netzwerk-Pharmakologie-Analyse kann Jolkinolide B in CRC durch mehrere Ziele und Wege intervenieren, und seine Hemmung der Tumorinvasion und Metastasierung kann mit seiner Wirkung auf die Expression von MMP-2 und MMP-12 zusammenhängen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in dieser Studie Aktivitätsscreening, Bioinformatik und molekulares Docking angewandt wurden, um den Mechanismus von Jolkinolid B bei der Prävention und Behandlung von Darmkrebs (CRC) auf der Grundlage der Netzwerkkorrelation zwischen dem Wirkstoff Jolkinolid B in der traditionellen chinesischen Medizin Wolfsbeere und verwandten Zielproteinen, Signalwegen und biologischen Funktionen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass dieser Wirkstoff CRC mit mehreren Zielproteinen, Signalwegen und biologischen Funktionen behandelt, was die Richtung für weitere Forschungen über den Mechanismus von Jolkinolide B bei der Prävention und Behandlung von CRC vorgibt. In Anbetracht dessen wird dieses Projekt die Erforschung des Mechanismus durch die Kombination von molekularbiologischen und pathophysiologischen Methoden in Zukunft fortsetzen.