Studie über die Wirkung von Baicalin gegen HCT116-Kolorektalkrebszellen auf der Grundlage des Hippo-Signalwegs
Kolorektales Karzinom (CRC) ist ein häufiger bösartiger Tumor des Verdauungstrakts. Die neuesten Krebsstatistiken zeigen, dass die Prävalenz und die Sterblichkeitsrate von Darmkrebs in der Welt aufgrund von Alterung, veränderten Ernährungsgewohnheiten, Fettleibigkeit, Rauchen und anderen Faktoren rapide gestiegen sind und an dritter bzw. zweiter Stelle stehen. Die Inzidenzrate von Darmkrebs ist in den Industrieländern etwa viermal so hoch wie in den Entwicklungsländern. Obwohl in den letzten Jahren bei den Diagnose- und Behandlungsmethoden erhebliche Fortschritte erzielt wurden, liegt die Fünfjahresüberlebensrate bei Darmkrebs immer noch unter 10%. Die Chemotherapie ist der Eckpfeiler der Anti-Tumorbehandlung. 5-Fluorouracil, Oxaliplatin, Irinotecan und andere üblicherweise zur Behandlung von CRC eingesetzte Medikamente sind aufgrund toxischer Nebenwirkungen wie Mukositis, Knochenmarksuppression und Dehydrierung in der klinischen Anwendung oft eingeschränkt. Daher stehen die Erforschung der Pathogenese des kolorektalen Karzinoms und die Suche nach therapeutischen Medikamenten mit geringer Toxizität und starkem Targeting weiterhin im Mittelpunkt der aktuellen Darmkrebsforschung.
Die Praxis hat bewiesen, dass die traditionelle chinesische Medizin bei der Behandlung von Tumorerkrankungen zahlreiche Vorteile bietet. Sie kann nicht nur die Wirksamkeit von Chemotherapeutika erhöhen, Nebenwirkungen reduzieren und Arzneimittelresistenzen aufheben, sondern auch die Prognose verbessern und die Lebensqualität der Patienten erhöhen. Darüber hinaus enthält die traditionelle chinesische Medizin verschiedene Wirkstoffe, und die Forschung hat gezeigt, dass viele Wirkstoffe eine Anti-Tumor-Wirkung ausüben können, indem sie die Zellmigration, die Invasion und die Apoptose beeinflussen. Daher haben die traditionelle chinesische Medizin und ihre Wirkstoffe gute Entwicklungsaussichten für die Behandlung von Tumoren. Scutellarin (SCU), eine Flavonoidverbindung, die hauptsächlich aus der traditionellen chinesischen Medizin Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis und Scutellaria baicalensis gewonnen wird, hat verschiedene pharmakologische Wirkungen wie entzündungshemmende, antioxidative, antifibrotische, neuroprotektive und kardiovaskuläre und zerebrovaskuläre Schutzwirkungen. Jüngste Studien haben ergeben, dass SCU auch eine umfassende Antitumorwirkung hat, die das Auftreten und die Entwicklung verschiedener bösartiger Tumore wie Darmkrebs, Leberkrebs, Lungenkrebs, Plattenepithelkarzinom der Speiseröhre usw. hemmen kann. Es ist ein potenzielles Anti-Tumor-Medikament.
Der Hippo-Signalweg wurde in den letzten zehn Jahren in der Krebsforschung umfassend untersucht. Die Forschung hat bestätigt, dass eine abnormale Blockade des Hippo-Signalwegs eng mit dem Überleben, der Vermehrung, der Invasion und der Entwicklung von Arzneimittelresistenzen in Tumorzellen verbunden ist. Wenn der Hippo-Signalweg gehemmt wird, werden die wichtigsten Effektor-Faktoren des Weges, das Yes-assoziierte Protein (YAP) und der Transkriptions-Co-Aktivator mit PDZ-Bindungsmotiv (TAZ) 3, in den Zellkern verlagert und aggregieren dort, wobei sie sich an die TEA-Transkriptionsfaktoren 1-4 binden und die Transkription von nachgeschalteten Zielgenen wie dem Zellzyklusregulator Cyclin E1 und dem Onkogen c-Myc fördern. Der Hippo-Signalweg spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der normalen Darmhomöostase und der Reparatur und Regeneration von geschädigtem Gewebe. Eine hohe YAP/TAZ-Aktivität ist häufig ein unabhängiger Prädiktor für eine schlechte Prognose bei Darmkrebs und korreliert positiv mit dem Tumorstadium, dem Lymphknotenstatus und der Metastasierung. Darüber hinaus wird eine abnorme Aktivierung von YAP/TAZ mit dem Fehlen von vorgelagerten regulatorischen Faktoren im Hippo-Signalweg in Verbindung gebracht. Das Fehlen von Mammalian Sterol 20 Like Kinase 1/2 (MST1/2) oder Large Tumor Suppressor 1/2 (LATS1/2) kann zu einer unterschiedlich starken Aktivierung von YAP/TAZ führen.
Bisher wurde die Anti-CRC-Wirkung von SCU in mehrfacher Hinsicht bestätigt. Studien haben gezeigt, dass SCU seine Wirkung über verschiedene Signalwege, einschließlich Hedgehog, Wnt/β-Catenin und andere, ausüben kann. Allerdings gibt es derzeit keinen Forschungsbericht über die Anti-CRC-Wirkung von SCU durch die Regulierung des Hippo-Signalweges. Daher verwendet diese Studie hauptsächlich kolorektale Krebs HCT116 Zellen als in-vitro-Modell, um die Auswirkungen von SCU auf die Proliferation, Migration und Apoptose von kolorektalen Tumorzellen zu untersuchen und seinen Wirkmechanismus zu erforschen, die Referenz und experimentelle Grundlage für die Entwicklung von CRC therapeutische Medikamente.

 

Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass SCU das Auftreten und die Entwicklung von Tumoren über verschiedene Wege hemmen kann und das Potenzial hat, zu Antitumor-Medikamenten entwickelt zu werden. Sun et al. fanden heraus, dass SCU die Proliferation von nicht-kleinzelligen Lungenkrebszellen PC-9 und H1975 deutlich hemmen kann. Die Forschungsergebnisse von Han et al. deuten ebenfalls darauf hin, dass SCU die Proliferation von menschlichen Osteosarkom-Zellen 143B und U2OS signifikant und konzentrationsabhängig hemmen kann. In dieser Studie verringerte SCU die Aktivität von HCT116-Kolorektaltumorzellen erheblich, hemmte das Klonen der Zellen und behinderte ihre Vermehrung, was mit der obigen Schlussfolgerung übereinstimmt.
Bei Krebserkrankungen erlangen Krebszellen häufig die Fähigkeit, sich zu vermehren und durch epithelialen mesenchymalen Übergang einzudringen. Liu et al. fanden bei Leberkrebs heraus, dass SCU den epithelialen mesenchymalen Übergang von Leberkrebszellen hemmen und ihre Fähigkeit zur Invasion und Metastasierung verringern kann, indem es die Aktivität des Signalwegs Januskinase 2 (JAK2)/Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) herunterreguliert. Li et al. fanden heraus, dass SCU bei Magenkrebs die Aktivität des PTEN/PI3K-Signalwegs regulieren, die Expression von E-Cadherin in MGC-803- und AGS-Zellen herabregulieren, die Expression von Vimentin und N-Cadherin hochregulieren und den epithelialen mesenchymalen Übergang von Magenkrebszellen hemmen kann. In dieser Studie zeigten die Ergebnisse des Zellkratztests, dass die Migrationsrate von HCT116-Zellen in der mit SCU behandelten Gruppe im Vergleich zur leeren Kontrollgruppe in einer konzentrationsabhängigen Weise signifikant reduziert war, was darauf hindeutet, dass SCU eine hemmende Wirkung auf die Migrationsfähigkeit von kolorektalen Tumorzellen hat, was mit früheren Forschungsergebnissen übereinstimmt.
Derzeit wird allgemein angenommen, dass eine unzureichende Zellapoptose eine wichtige Ursache für das Auftreten und die Entwicklung von Tumoren ist. Daher wird die Herbeiführung der Apoptose von Tumorzellen als wirksames Mittel der Tumorbehandlung angesehen. Die Studie von Cao et al. bestätigte, dass SCU cisplatinresistente A549-Lungenadenokarzinomzellen in der G0/G1-Phase blockieren und die Apoptose durch Hemmung der AKT/mTOR/4EBP1- und STAT3-Signalwege auslösen kann. Bei Leberkrebs fanden Xu et al. heraus, dass SCU die Aktivität des STAT3-Signalwegs reduzieren kann, indem es die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in HepG2-Leberkrebszellen hemmt und dadurch die Expressionsniveaus der nachgeschalteten Zielproteine BCL-XL und MCL-1 herunterreguliert und die Zellapoptose induziert. In ähnlicher Weise fanden wir in dieser Studie durch Hoechst 33342/PI-Doppelfärbung und durchflusszytometrischen Nachweis heraus, dass SCU die Zellapoptose induzieren und die Apoptoserate von HCT116-Zellen deutlich erhöhen kann. Allerdings ist der spezifische regulatorische Mechanismus von SCU noch unklar, so dass weitere Exploration wurde in nachfolgenden Studien durchgeführt.
Studien haben gezeigt, dass der Hippo-Signalweg an der Regulierung der Zellproliferation beteiligt sein kann, und eine übermäßige Aktivierung oder Expression von YAP kann zu einer übermäßigen Zellproliferation in verschiedenen Geweben wie Leber, Magen-Darm-Trakt, Haut und Herz führen. Darüber hinaus sind YAP und TAZ aktive Auslöser des epithelialen mesenchymalen Übergangs in Zellen. Eine hohe Aktivität von YAP und TAZ kann die Expression des wichtigen Transkriptionsregulators ZEB1/2 im epithelialen mesenchymalen Übergang induzieren und damit den epithelialen mesenchymalen Übergang fördern. Der Hippo-Signalweg spielt auch eine wichtige regulatorische Rolle bei der Zellapoptose. YAP kann die Zellapoptose fördern, indem es die Transkription von nachgeschalteten anti-apoptotischen Genen wie COX-2, Survivor und Glut1 reguliert. Darüber hinaus kann überexprimiertes YAP auch die durch Tumornekrosefaktor, FAS und Chemotherapie induzierte Apoptose blockieren. Die Studie von He et al. bestätigte auch, dass YAP die AKT-abhängige Phosphorylierung von NR4A1 durch Ser351 vorantreiben kann, wodurch es im Zellkern isoliert und seine Rolle bei der Förderung der Zellapoptose geschwächt wird.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass SCU die mRNA- und Proteinexpression von MST1 und LATS1 in HCT116-Zellen hochregulieren, die mRNA- und Proteinexpression von YAP1 und TAZ herunterregulieren, die Phosphorylierung von YAP fördern und die Proteinexpression von p-YAP (Ser127) erhöhen kann. Es wird daher spekuliert, dass die Rolle von SCU mit der Aktivierung des Hippo-Signalwegs zusammenhängen könnte. Die qRT-PCR-Nachweisergebnisse zeigten, dass eine 24-stündige SCU-Behandlung die mRNA-Expressionsniveaus von Bax, Caspase-3 und Casepase-9 in HCT116-Zellen effektiv erhöhte, während sie das mRNA-Expressionsniveau von Bcl-2 verringerte; die Western-Blot-Analyse zeigte auch, dass SCU das Expressionsniveau des pro-apoptotischen Proteins Bax signifikant erhöhte und das Expressionsniveau des antiapoptotischen Proteins Bcl-2 in HCT116-Zellen verringerte. Darüber hinaus waren die mRNA- und Proteinexpressionswerte von c-Myc nach 24 Stunden SCU-Behandlung signifikant reduziert. Die oben genannten Ergebnisse deuten darauf hin, dass SCU die Hippo-YAP/TAZ-Kaskade aktivieren, die YAP/TAZ-Phosphorylierung fördern, die Transkriptionsaktivität hemmen, die Expression des nachgeschalteten Zielgens c-Myc unterdrücken, die Expression des Apoptose-Protein-Familienmitglieds Bcl-2 verringern und die Expression von Bax erhöhen kann, und wandern in die Mitochondrien, um die Freisetzung von Cytochrom C und die Bildung des Apoptosekomplexes zu fördern, wodurch der Apoptose einleitende Faktor Caspase-9 in der Caspase-Familie und der nachgelagerte Apoptose ausführende Faktor Caspase-3 aktiviert werden, was letztendlich die Zellapoptose über den mitochondrialen Weg induziert, das Wachstum von Darmkrebszellen behindert und eine Anti-Darmkrebs-Wirkung ausübt.
Zusammenfassend wurde in dieser Studie festgestellt, dass SCU die Proliferation und Migration von HCT116-Kolorektalkrebszellen erheblich hemmen und die Apoptose der Zellen auslösen kann. Sein Wirkmechanismus könnte mit der Aktivierung des Hippo-Signalwegs zusammenhängen. In Anbetracht der komplexen Ursachen für die Entstehung von Darmkrebs und der Unterschiede zwischen Tumorzelllinien aus verschiedenen Quellen muss die Wirkung von SCU gegen Darmkrebs jedoch noch an mehreren anderen Darmkrebs-Zelllinien validiert und durch In-vivo-Tierversuche weiter umfassend untersucht werden. Darüber hinaus wurde berichtet, dass Wnt-, Notch-, Hedgehog- und BMP-Signalwege alle an der Regulierung der intestinalen Homöostase und Regeneration beteiligt sind, und Studien haben ergeben, dass der Hippo-Signalweg mit diesen Wegen interagieren kann, was zu einem Crosstalk führt. Daher ist es notwendig, weiter zu erforschen, ob SCU seine Anti-Darmkrebs-Wirkung durch eine umfassende Regulierung der Aktivität des Hippo-Signalwegs und seines Crosstalk-Wegs ausübt.