Erforschung des Wirkmechanismus von Sophocarpin bei der Behandlung von Prostatakrebs auf der Grundlage von In-vitro-Zellexperimenten und Netzwerk-Pharmakologie
Prostatakrebs (PCa) ist weltweit einer der häufigsten bösartigen Tumore im Harnsystem von Männern mittleren und höheren Alters. Im Jahr 2020 gab es weltweit 10,06 Millionen neue Krebsfälle bei Männern und 5,53 Millionen Todesfälle, darunter 1,41 Millionen neue PCa-Fälle und 380000 Todesfälle, was einem Verhältnis von Mortalität zu Inzidenz von 27% entspricht. In China gab es 120000 neue PCa-Fälle und 50000 Todesfälle, mit einem Verhältnis von Mortalität zu Inzidenz von 41,7%. Nach den Forschungsdaten der American Cancer Society aus dem Jahr 2023 steht das PCa mit etwa 29% an erster Stelle der bösartigen Tumore bei Männern. Zu den wichtigsten Behandlungsmöglichkeiten für PCa in der klinischen Praxis gehören derzeit die Androgendeprivationstherapie, die radikale Prostatektomie, die Strahlentherapie, die Chemotherapie und die molekulare zielgerichtete Therapie. Diese Behandlungsmethoden haben jedoch viele Nebenwirkungen und sind anfällig für Arzneimittelresistenzen, was bei einigen Patienten zu einer schlechten Prognose und einem Wiederauftreten oder Fortschreiten der Erkrankung führt. Daher ist es von großer Bedeutung, nach sicheren und wirksamen neuen Medikamenten für die PCa-Behandlung zu suchen.
Sophoridin (SRI) ist ein tetrazyklisches Chinolinalkaloid, das hauptsächlich aus Sophora alopecuroides L. isoliert wird. Die Forschung hat gezeigt, dass SRI zahlreiche pharmakologische Wirkungen hat, darunter entzündungshemmende, antivirale und antitumorale Wirkungen. Im Jahr 2005 wurde die Injektion von Sophocarpinhydrochlorid von der staatlichen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde für die klinische Behandlung von bösartigen trophoblastischen Tumoren zugelassen. Derzeit wird SRI zur Behandlung von Lebermetastasen bei gastrointestinalen Tumoren eingesetzt. Gleichzeitig haben zahlreiche Berichte bestätigt, dass SRI eine gute hemmende Wirkung auf Darmkrebs, Lungenkrebs, Bauchspeicheldrüsenkrebs und andere Tumore hat. Die Auswirkungen von SRI auf PCa und sein möglicher Wirkmechanismus sind jedoch noch unklar.
Die Netzwerkpharmakologie ist eine aufstrebende Disziplin, die sich auf die klassische Pharmakologie, die Bioinformatik und die Theorien der Informatik stützt und in der Arzneimittelentwicklung und der Erforschung der Wirkmechanismen von Medikamenten weit verbreitet ist. Dieser Artikel untersucht die Auswirkungen von SRI auf die Proliferation und Apoptose von DU-145-Zellen durch In-vitro-Zellexperimente und kombiniert Netzwerk-Pharmakologie und molekulare Docking-Techniken, um seinen möglichen Wirkmechanismus zu erforschen, um eine theoretische Grundlage und Datenunterstützung für die klinische Behandlung von PCa mit SRI zu liefern.

PCa ist der häufigste bösartige Tumor bei Männern mittleren und höheren Alters, der zu Arzneimittelresistenz und Metastasierung neigt, was zu einer schlechten Prognose und einer hohen Rückfallquote führt. Daher ist die Suche nach neuen Therapien für die Behandlung von PCa sehr dringend geworden. Die natürlichen chemischen Wirkstoffe der traditionellen chinesischen Medizin spielen eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung und Behandlung von bösartigen Tumoren. Bei SRI handelt es sich hauptsächlich um ein aktives Alkaloid, das aus der traditionellen chinesischen Medizin Sophora alopecuroides isoliert wurde und verschiedene pharmakologische Aktivitäten aufweist, von denen die Antitumoraktivität besonders hervorzuheben ist. Im Jahr 2005 wurde Sophocarpinhydrochlorid-Injektion von der chinesischen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde als Krebsmedikament zugelassen. SRI hat in vivo und in vitro gute Antitumoreffekte bei Magen-, Leber-, Lungen-, Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs und anderen Tumoren gezeigt. SRI kann die Proliferation und Invasion verschiedener Tumorzellen hemmen und die Apoptose und Autophagie von Krebszellen fördern. Seine Funktion steht in Zusammenhang mit Signalwegen wie PI3K/AKT, Wnt/B-Catenin, MAPK/ERK und dem Zellzyklus. Nach dem derzeitigen Stand der Forschung sind die Rolle und der genaue Mechanismus von SRI bei PCa noch nicht vollständig geklärt. In dieser Studie wird der molekulare Mechanismus der SRI-Therapie bei PCa durch In-vitro-Zellexperimente, Netzwerkpharmakologie und molekulare Docking-Techniken untersucht, um eine sichere Forschungsgrundlage und theoretische Basis für die klinische Anwendung zu schaffen.
Eine hohe Proliferationsrate ist ein wichtiges Merkmal für das unendliche Wachstum bösartiger Tumorzellen, weshalb die Hemmung der Zellproliferation eine wirksame Strategie zur Behandlung von Krebs darstellt. In dieser Studie wurde festgestellt, dass mit der Erhöhung der SRI-Konzentration das Wachstum von DU-145-Zellen durch den Nachweis der Zelllebensfähigkeit und der Zellklonbildung signifikant gehemmt wurde, was darauf hinweist, dass SRI die Fähigkeit hat, die Proliferation von DU-145-Zellen zu hemmen. Die Zellkernproteine Ki67 und PCNA sind Markerproteine für die Zellproliferation und werden häufig als prädiktive und prognostische Marker für die Krebsdiagnose und -behandlung verwendet. In dieser Studie wurde die Expression von Ki67 in DU-145-Zellen durch Immunfluoreszenz und qPCR nachgewiesen, und es wurde festgestellt, dass SRI die Expression von Ki67 signifikant hemmen kann. qPCR und Western-Blot-Analyse zeigten, dass SRI die Expression von PCNA in DU-145-Zellen signifikant reduzieren kann, was ein weiterer Beweis dafür ist, dass SRI die Fähigkeit hat, die Proliferation von DU-145-Zellen zu hemmen.
Apoptose ist die Hauptursache für das Absterben von Tumorzellen, weshalb die Vermeidung von Apoptose zu Resistenz bei der Tumorbehandlung führen kann. Bcl-2 spielt als Apoptoseinhibitor eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Zellapoptose. Bax ist ein homologes Konjugat von Bcl-2 und ein pro-apoptotisches Protein. Das Verhältnis von Bcl-2 zu Bax ist ein wichtiger Indikator für die Messung der Wirkung der Zellapoptose. Caspase-3 und Caspase-7 sind die Ausführungsorgane der Zellapoptose. Wenn die Apoptose eintritt, werden Caspase-3 und Caspase-7 nacheinander von vorgeschalteten Caspase-Proteinen gespalten und aktiviert. Anschließend spalten die aktivierten Caspase-3 und Caspase-7 mehrere nachgeschaltete Substrate und lösen so eine apoptotische Kaskadenreaktion aus. In dieser Studie wurde die Apoptose von DU-145-Zellen nach 48 Stunden SRI-Behandlung mittels Durchflusszytometrie-Experimenten nachgewiesen, und die Ergebnisse zeigten, dass SRI die Apoptose von DU-145-Zellen signifikant fördern konnte. Daher untersuchten wir die Expression von Apoptose-verwandten Faktoren weiter. Die qPCR-Ergebnisse zeigten, dass SRI die mRNA-Expression von Caspase-3 und Caspase-7 hochregulieren, die mRNA-Expression von Bcl-2 herabregulieren und die mRNA-Expression von Bax herabregulieren konnte, aber das Bcl-2/Bax-Verhältnis war signifikant reduziert (P<0,05). Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse des Western Blot, dass SRI die Expression des Proteins Clean-Caspase-3 hochregulieren und die Expression des Proteins Bcl-2 herunterregulieren konnte. Obwohl es keinen signifikanten Unterschied in der Hochregulierung der Bax-Proteinexpression gab, war das Verhältnis der Proteinexpression von Bcl-2/Bax signifikant reduziert (P<0,05). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass SRI die Expression von Apoptose-bezogenen Faktoren regulieren, Apoptose-Signalwege aktivieren und Apoptose in DU-145-Zellen induzieren kann.
Um den Mechanismus zu untersuchen, mit dem SRI die Proliferation und Apoptose von DU-145-Zellen beeinflusst, wurde es in dieser Studie durch netzwerkpharmakologische Forschungsmethoden analysiert. Wir sammelten insgesamt 127 SRI-Targets in den Datenbanken HERB, TCMSP, Pharm Mapper und Swiss Target Prediction und erhielten 60 gemeinsame Targets von SRI, die auf PCa wirken, durch das Online-Tool Venny 2.1.0. Durch eine PPI-Netzwerkanalyse identifizierten wir 16 Kernziele (Top-10-Grad-Werte), darunter ALB, TNF, IL6, CASP3, MAPK1, PPARG, MDM2, PGR, MAPK8, NR3C1, ABL1, MAPK14, PARP1, HDAC2, CDK2, GSK3B, usw. MAPK8, CASP3, MAPK1, MAPK14 und TNF-Kernziele sind im MAPK-Signalweg angereichert. Die GO-Anreicherungsanalyse ergab 158 Einträge (P<0,01), was darauf hindeutet, dass SRI hauptsächlich therapeutische Wirkungen auf PCa ausüben kann, indem es die Genexpression, den Apoptoseprozess, die Proteinphosphorylierung und die Aktivität von Serin/Threonin/Tyrosinkinasen reguliert. Die Ergebnisse der Analyse der Anreicherung der KEGG-Signalwege zeigten 84 Signalwege, einschließlich des Krebs-Signalwegs, der Proteoglykane bei Krebs, des MAPK-Signalwegs, der reaktiven Sauerstoffspezies bei der Chemokarzinogenese, des PI3K-AKT-Signalwegs, der Apoptose usw. (P<0,01). Der besorgniserregendste Aspekt ist die Rolle des MAPK-Signalwegs im Anti-PCa-Prozess der SRI. Die mitogenaktivierte Proteinkinase (MAPK) kann extrazelluläre Informationen an den Zellkern weiterleiten und spielt eine wichtige Rolle bei physiologischen und pathologischen Prozessen. Es gibt drei Arten von Mitgliedern der MAPK-Familie in Säugetierzellen: die extrazelluläre signalregulierte Kinase (ERK), die c-JunN-terminale Proteinkinase/stressaktivierte Proteinkinase (JNK/SAPK) und die p38 mitogenaktivierte Proteinkinase (p38MAPK, auch als MAPK14 bekannt).
P38MAPK ist eine aktivierte Proteinkinase, die an zahlreichen biologischen Prozessen wie Zellproliferation, Differenzierung und Apoptose beteiligt ist. Ihre Aktivierung kann die Zellproliferation hemmen und die Apoptose fördern. Untersuchungen haben ergeben, dass die Aktivierung des p38-Signalwegs die Proliferationsaktivität von BGC-823-Magenkrebszellen verringern und sie in der G2/M-Phase blockieren kann. Die Aktivierung von p38MAPK kann die Proliferation von SMMC-7721-Zellen hemmen und die intrazelluläre Caspase-Signalkaskade in Gang setzen, was letztlich die Apoptose auslöst. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass Extrakte aus traditioneller chinesischer Medizin die p38MAPK aktivieren, Caspase-vermittelte apoptotische Kaskadenreaktionen auslösen und Apoptose in Lewis-Lungenkrebszellen sowie HSC-3- und SCC-9-Mundkrebszellen induzieren können. Die p38MAPK-Kinase spielt auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von PCa. Untersuchungen haben ergeben, dass die Aktivierung der p38MAPK-Kinase die Zellproliferation hemmen, die Apoptose fördern und die Tumorruhe bei der malignen Transformation des Prostataepithels oder des metastasierenden Prostatakrebses einleiten kann. In der Zwischenzeit haben andere Studien gezeigt, dass Inhaltsstoffe wie Docetaxel und Ursolsäure den Phosphorylierungsgrad von p38MAPK erhöhen, die Alterung von PCa-Zellen induzieren, die Proliferation verschiedener PCa-Zellen wie PC-3 und 22Rv1 hemmen und ihre Apoptose fördern können. Daher konzentriert sich diese Studie auf die Rolle der p38MAPK-Proteinkinase in SRI gegen PCa. Mithilfe der molekularen Docking-Technologie wurde die Bindung von SRI an das p38MAPK-Protein überprüft. Die Ergebnisse zeigten, dass SRI stabil an das p38MAPK-Protein binden kann, mit einer Bindungsenergie von -6,83 kcal/mol. Die Nachweisergebnisse von p-p38MAPK und p38MAPK-Proteinexpressionsniveaus deuten darauf hin, dass SRI das p38MAPK-Protein aktivieren kann, und das Phosphorylierungsniveau des p38MAPK-Proteins wird hochreguliert, was darauf hindeutet, dass SRI Anti-PCA-Effekte durch die Aktivierung des p38MAPK-Proteins und die Induktion des Apoptosewegs ausüben kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SRI die Proliferation von DU-145-Zellen hemmen und ihre Apoptose fördern kann, was möglicherweise mit seiner Aktivierung von p38MAPK zusammenhängt. Diese Studie untersuchte jedoch nur die Wirkung von SRI auf DU-145-Zellen in vitro. Der nächste Schritt wird die Durchführung von In-vivo-Tierversuchen sein, um den Mechanismus der Anti-PCA-Wirkung von SRI weiter zu untersuchen.