A Guanggancao Ding hatásmechanizmusának feltárása a kasztrációs rezisztens prosztatarák kezelésében a hálózati farmakológia és a kísérleti ellenőrzés alapján
A prosztatarák (PCa) a leggyakoribb rosszindulatú daganat az idős férfiak reproduktív rendszerében. Sok korai androgénmegvonásos kezelés hatékony, de a legtöbb esetben a hormonérzékeny prosztatarák végül kasztrációrezisztens prosztatarákká (CRPC) alakul. A CRPC rendkívül halálos és invazív prosztatarák. A CRPC-betegek több mint 84%-jénél alakul ki áttét, és a medián túlélés mindössze 20 hónap. Bár az elmúlt években új kemoterápiás gyógyszerek és endokrin gyógyszerek jelentek meg, ezeknek a kemoterápiás gyógyszereknek sok mellékhatása van, az endokrin gyógyszereknek pedig rezisztenciaproblémái vannak, amelyek lerövidítik a gyógyszer hatóidejét. Ezért az új gyógyszerek megtalálása nagy jelentőséggel bír a kasztrációs rezisztencia folyamatának késleltetése és a CRPC kezelése szempontjából.
A glabridin egy édesgyökérből kivont flavonoid vegyület, amely számos biológiai hatással rendelkezik, például gyulladáscsökkentő, antioxidáns, daganatellenes, neuroprotektív és csontritkulás elleni. A jelentések szerint a glicirrizin jó hatással van a tumorsejtek proliferációjának gátlására és az apoptózis kiváltására mellrákban, májrákban, gyomorrákban és méhnyakrákban. A glicirrizinnek a CRPC-re gyakorolt molekuláris mechanizmusa azonban nem teljesen ismert. A hálózati farmakológia a farmakológia, az informatika és a rendszerbiológián alapuló információs hálózatok kombinációja, amely új ötleteket nyújt a komplex betegségekben a gyógyszerek felfedezéséhez és kiválasztásához. A Guanggancao Ding CRPC-re gyakorolt hatásmechanizmusának további vizsgálatához hálózati farmakológiát, molekuláris dokkolást és sejtkísérleteket használtunk a hatásmechanizmus feltárására, referenciát nyújtva a jövőbeli gyógyszeralapkutatáshoz és klinikai alkalmazásokhoz.

Az elmúlt években jelentős előrelépés történt a prosztatarák hagyományos kínai orvoslással történő kezelésében, különösen a CRPC esetében. A hagyományos kínai orvoslás műtéttel vagy kemoterápiával való kombinációja csökkenti a tumor méretét, csökkenti a PSA-t, csökkenti a kiújulást és meghosszabbítja a túlélési időt. Számos kutatási jelentés arra utal, hogy az édesgyökér hatóanyagai jelentős daganatellenes hatással vannak a CRPC-re. Gioti és munkatársai megállapították, hogy az édesgyökér-kivonat (GGE) önmagában vagy doxorubicinnel kombinálva antiproliferatív hatással van az androgénfüggetlen prosztatarákos sejtekre (PC-3 sejtek), és elősegítheti az autofágiával kapcsolatos gének, például az LC3A, ULK1 és AMBRA1 expresszióját. Zhang és munkatársai in vivo állatkísérleteken keresztül megállapították, hogy az izoliquiritigenin képes gátolni a prosztataráksejtek (PC-3 és 22RV1) proliferációját, apoptózist indukálni, blokkolni a G2/M sejtciklust és gátolni a PC-3 xenotranszplantátumok növekedését. Az édesgyökér kiváló CRPC-ellenes aktivitást mutat, és az édesgyökérben lévő glicirrizin egyike a sok flavonoidnak, amely nagy figyelmet keltett és jó daganatellenes aktivitással rendelkezik. A CRPC hatásmechanizmusa további feltárást érdemel.
A hagyományos farmakológiával összehasonlítva a hálózati farmakológia új perspektívát kínál az új gyógyszerek fejlesztéséhez. Annak érdekében, hogy jobban megértsük a glicirrizinnek a CRPC-re gyakorolt hatásmechanizmusát, hálózati farmakológiai módszereket alkalmaztunk a glicirrizinnek 683 célpontjának összegyűjtésére olyan adatbázisokon keresztül, mint a TCMIO, a TCMSP és a PharmMapper. A Venn-diagram eszközök segítségével a glicirrizinnek a kasztrációs rezisztens prosztatarák 55 kulcsfontosságú célpontját kaptuk meg, és a PPI fehérje kölcsönhatási hálózat elemzésével 10 fő célpontot azonosítottunk, mint például az AKT1, TP53, ESR1, EGFR és ALB. A GO-gazdagodási elemzés azt mutatta, hogy a glicirrizin elsősorban a sejtek anyagcseréjét és az apoptózist szabályozza a fehérje-foszforiláció, az oxidációs reakciók és a sejtciklus szabályozásával. A molekuláris dokkolás továbbá kimutatta, hogy a glicirrizinnek jó dokkolási aktivitása van 10 fő célponthoz. A glicirrizinnek a daganatellenes hatásokat ezen alapvető célfehérjék expressziójának szabályozásával lehet elérni. Ezen alapvető célpontok közül az AKT1 fehérje rendelkezik a legmagasabb dokkolási aktivitással. Az AKT1 az egyik fontos szabályozó faktor a PI3K/AKT jelátviteli útvonalban, amely részt vesz a daganatok különböző biológiai folyamataiban. Prosztatarákban a genom- és transzkriptomprofilok alapján a PI3K/AKT-útvonal komponenseinek genetikai variációit és génexpressziós diszregulációját 42% primer prosztatarák és 100% metasztatikus prosztatarákmintában mutatták ki. Korai tanulmányokban azt feltételezték, hogy az AKT altípusok (AKT1, AKT2) elősegíthetik az androgénérzékeny stádiumból a hormonrefrakter stádiumba való átmenetet a prosztatarákban. A CRPC betegek kezelésével kapcsolatos alapkutatások alapján a vizsgálatok arról számoltak be, hogy az AKT1/2 kiütése kasztrációs rezisztens prosztatarák állatmodellekben jelentősen csökkentette az in vivo és in vitro metasztázisok kialakulását. Látható, hogy az AKT1 expressziójának gátlása javíthatja a CRPC-betegek túlélési prognózisát, és az AKT1-gátlók a CRPC-betegek potenciális kezelését jelenthetik. Tanulmányunk elméletileg azt sugallja, hogy a glicirrizin AKT1-gátló lehet, de hogy a glicirrizin hatékony AKT1-gátlóvá válhat-e a CRPC-betegek számára, a jövőben még további kísérleti ellenőrzésre szorul.
A KEGG útvonalak gazdagodásának eredményei azt mutatták, hogy a PI3K/AKT jelátviteli útvonal és a proteoglikánok 105 kapcsolódó jelátviteli útvonalban vettek részt, beleértve a rákot, a prosztatarákot, a kemokinreceptorok aktiválódását, az endokrin rezisztenciát és az epidermális növekedési faktor receptor tirozinkináz inhibitorokkal szembeni rezisztenciát (P<0,01). Ezek közül a leginkább érintett a foszfatidil-3-kináz (PI3K)/szerin-treonin-protein-kináz (AKT) jelátviteli útvonal. A PI3K/AKT jelátviteli útvonal részt vesz a sejtek anyagcseréjének, növekedésének, proliferációjának, differenciálódásának és fehérjeszintézisének szabályozásában. A PI3K/AKT jelátviteli útvonal mutációit számos emberi daganatban kimutatták. A kutatási adatok azt mutatják, hogy az előrehaladott prosztatarákos betegek akár 70% - 100% esetében is előfordul a PI3K útvonal diszregulációja. És megállapították, hogy a PI3K/AKT jelátviteli útvonal fontos szerepet játszik a hormonérzékeny prosztatarák kasztrációs rezisztens prosztatarákká történő progressziójában, és hatásmechanizmusa összefügghet az androgénreceptor (AR) jelátviteli útvonal szabályozásával, ami a CRPC potenciális biomarkereként szolgálhat. Jelenleg a PI3K/AKT jelátviteli útvonalhoz kapcsolódó inhibitorok, mint például az AZD5363, a klinikai vizsgálati szakaszba léptek, és jelentős terápiás hatást értek el. Az ehhez az útvonalhoz kapcsolódó inhibitorok tanulmányozása jelentős értékkel bír a CRPC kezelésében.
CCK8 módszerrel megállapítottuk továbbá, hogy a glicirrizin jelentősen gátolja a PC-3 sejtek proliferációját. Az áramlási citometriás és DAPI festési kísérletek azt mutatták, hogy képes a sejtek apoptózisát kiváltani, és mikroszkóp alatt a sejtek számának csökkenését és morfológiai zsugorodását figyeltük meg. A daganatellenes gyógyszerkoncentrációk szűrése során azt találtuk, hogy az IC50 értékük kissé magasabb volt, ami a molekuláris dokkoláshoz használt félig rugalmas dokkolási módszerrel függ össze. A rugalmas dokkolással összehasonlítva a félig rugalmas dokkolással számított kötési energia alacsonyabb. Továbbá, mint természetes antioxidáns, a glicirrizinnek erős antioxidáns hatása van. A kis dózisú természetes antioxidánsok azonban nem mutattak jó daganatellenes aktivitást a daganatellenes kísérletekben, míg a nagy dózisú természetes antioxidánsok toxikus hatást gyakorolnak a sejtekre, és a specifikus mechanizmus további feltárást igényel. A hálózati farmakológia által megjósolt KEGG jelátviteli útvonal alapján azt jósoljuk, hogy a glicirrizinnek a PC-3 sejtekre gyakorolt gátló hatása elsősorban a PI3K/AKT jelátviteli útvonalhoz kapcsolódhat. További Western blot kísérleteket végeztünk, hogy megvizsgáljuk a glicirrizinnek a PI3K/AKT jelátviteli útvonalhoz kapcsolódó fehérjék expressziójára gyakorolt hatását a PC-3 sejtekben. Az eredmények azt mutatták, hogy a glicirrizin jelentősen gátolni tudja az AKT fehérjék foszforilációs folyamatát. Kísérletünkben megfigyeltük, hogy a glicirrizin jelentősen gátolni tudja a foszforilált AKT fehérje expresszióját, de a foszforilált PI3K fehérje expressziójára gyakorolt gátló hatása nem volt a vártnak megfelelő. A fehérje betöltési koncentráció és arány ismételt beállítása és a művelet szigorúan standardizálása után a fehérje még mindig nem mutatott szignifikáns hatást. Úgy véljük, hogy ennek oka magának a p-PI3K fehérjének a minőségi problémájával függhet össze, amely alacsony hatékonysággal rendelkezik. A vizsgálat korlátozott finanszírozása miatt azonban nem cseréltük ki más termékek fehérjéit. A jövőbeli kísérletek során a hipotézisünk ellenőrzése érdekében az útvonal több rokon fehérjét fogjuk elemezni.
Összefoglalva, ez a tanulmány elemezte és megjósolta a glicirrizin potenciális hatásmechanizmusát a kasztrációrezisztens prosztatarákra a hálózati farmakológia segítségével, és tovább igazolta azt molekuláris dokkolással és in vitro sejtkísérletekkel. Az eredmények azt mutatták, hogy a glicirrizin képes gátolni a PC-3 sejtek proliferációját és apoptózist indukálni, és mechanizmusa az AKT fehérje foszforilációs folyamatához kapcsolódik. Ezért feltételezzük, hogy a CRPC-ellenes mechanizmusa elsősorban a PI3K/AKT jelátviteli útvonalhoz kapcsolódó fehérjék foszforilációjának szabályozásán keresztül történhet. Ez a tanulmány nemcsak kutatási ötleteket nyújt a Guanggancao Ding molekuláris mechanizmusának feltárásához a kasztrációrezisztens prosztatarák kezelésében, hanem hatékony módszert biztosít az édesgyökérben lévő flavonoidokat tartalmazó daganatellenes gyógyszerek fejlesztéséhez és klinikai alkalmazásához.