A baicalin Hippo jelátviteli útvonalon alapuló, vastagbélrákellenes HCT116 sejtek elleni hatásának vizsgálata
A vastagbélrák (CRC) gyakori rosszindulatú emésztőrendszeri daganat. A legfrissebb rákstatisztikák azt mutatják, hogy a CRC előfordulási és halálozási aránya az öregedés, az étkezési szokások megváltozása, az elhízás, a dohányzás és más tényezők miatt gyorsan emelkedett a világon, és a harmadik, illetve a második helyen áll. A fejlett országokban a CRC előfordulási aránya körülbelül négyszer magasabb, mint a fejlődő országokban. Bár a CRC az elmúlt években jelentős áttörést ért el a diagnosztikai technikák és a kezelési módszerek terén, az ötéves túlélési arány még mindig kevesebb, mint 10%. A kemoterápia a daganatellenes kezelés sarokköve. Az 5-fluorouracil, az oxaliplatin, az irinotecan és más, a CRC kezelésére gyakran használt gyógyszerek klinikai alkalmazása gyakran korlátozott a toxikus mellékhatások, például a mucositis, a csontvelő-szuppresszió és a dehidratáció miatt. Ezért a CRC patogenezisének feltárása és az alacsony toxicitású és erősen célzott terápiás gyógyszerek keresése továbbra is a jelenlegi CRC-kutatás középpontjában áll.
A gyakorlat bebizonyította, hogy a hagyományos kínai orvoslásnak számos előnye van a daganatellenes kezelésben. Nemcsak a kemoterápiás gyógyszerek hatékonyságát fokozhatja, csökkentheti a mellékhatásokat, visszafordíthatja a gyógyszerrezisztenciát, hanem javíthatja a prognózist és javíthatja a betegek életminőségét is. A hagyományos kínai gyógyászat ráadásul különböző hatóanyagokat tartalmaz, és a kutatások kimutatták, hogy számos hatóanyag a sejtvándorlás, az invázió és az apoptózis befolyásolásával tumorellenes hatást fejthet ki. Ezért a hagyományos kínai gyógyászat és hatóanyagai jó fejlődési kilátásokkal rendelkeznek a daganatok kezelésében. A scutellarin (SCU), egy főként a hagyományos kínai gyógyászatból, a Scutellaria baicalensisből, a Scutellaria baicalensisből és a Scutellaria baicalensisből származó flavonoid vegyület, különböző farmakológiai hatásokkal rendelkezik, például gyulladáscsökkentő, antioxidáns, antifibrózisos, neuroprotektív, valamint kardiovaszkuláris és cerebrovaszkuláris védelemmel. A közelmúltban végzett vizsgálatok azt találták, hogy az SCU kiterjedt daganatellenes aktivitással is rendelkezik, amely gátolja a különböző rosszindulatú daganatok, például a vastagbélrák, a májrák, a tüdőrák, a nyelőcső laphámsejtes karcinóma stb. előfordulását és fejlődését. Ez egy potenciális daganatellenes gyógyszer.
A Hippo-jelátviteli útvonalat az elmúlt évtizedben széles körben tanulmányozták a rákkutatás területén. A kutatások megerősítették, hogy a Hippo-jelátviteli útvonal kóros blokkolása szorosan összefügg a tumorsejtek túlélésével, proliferációjával, inváziójával és a gyógyszerrezisztencia kialakulásával. A Hippo-jelátviteli útvonal gátlásakor az útvonal fő effektor faktorai, a Yes associated protein (YAP)/Transcription co activator with PDZ binding motif (TAZ) 3, nukleáris transzlokáción mennek keresztül és aggregálódnak a sejtmagban, kötődnek a TEA 1-4 transzkripciós faktorokhoz és elősegítik a downstream célgének, például a sejtciklust szabályozó ciklin E1 és az onkogén c-Myc átírását. A Hippo jelátviteli útvonal fontos szerepet játszik a normál bélhomeosztázis fenntartásában, valamint a sérült szövetek javításában és regenerálásában. A magas YAP/TAZ-aktivitás gyakran a rossz prognózis független előrejelzője a CRC-ben, és pozitívan korrelál a tumor stádiumbeosztásával, a nyirokcsomó-státussal és az áttétképződéssel. Ezenkívül a YAP/TAZ abnormális aktivációja a Hippo-jelátviteli útvonal upstream szabályozó faktorainak hiányával jár együtt. A mammalian sterol 20 like kinase 1/2 (MST1/2) vagy a large tumor suppressor 1/2 (LATS1/2) hiánya a YAP/TAZ különböző mértékű aktivációjához vezethet.
Eddig az SCU CRC-ellenes hatását több szempontból is megerősítették. A vizsgálatok kimutatták, hogy az SCU különböző jelátviteli utakon keresztül fejtheti ki hatását, beleértve a Hedgehog, Wnt/β-katenin és mások jelátviteli útvonalakat. Jelenleg azonban nincs kutatási jelentés az SCU CRC-ellenes hatásáról a Hippo jelátviteli útvonal szabályozásával. Ezért ez a tanulmány elsősorban a HCT116 vastagbélrákos sejteket használja in vitro modellként, hogy megvizsgálja az SCU hatását a vastagbél tumorsejtek proliferációjára, migrációjára és apoptózisára, és feltárja a hatásmechanizmusát, referenciát és kísérleti alapot biztosítva a CRC terápiás gyógyszerek fejlesztéséhez.

 

Egyre több bizonyíték utal arra, hogy az SCU különböző útvonalakon keresztül gátolhatja a daganatok kialakulását és fejlődését, és potenciálisan tumorellenes gyógyszerekké fejleszthető. Sun és munkatársai megállapították, hogy az SCU jelentősen gátolja a nem kissejtes tüdőrák PC-9 és H1975 sejtek proliferációját. Han és munkatársai kutatási eredményei azt is jelzik, hogy a SCU koncentrációfüggő módon jelentősen gátolja a humán osteosarcoma 143B és U2OS sejtek proliferációját. Ebben a vizsgálatban az SCU jelentősen csökkentette a HCT116 vastagbéldaganatos sejtek aktivitását, gátolta a sejtklónozást és akadályozta a proliferációjukat, ami összhangban van a fenti következtetéssel.
A rákban a rákos sejtek gyakran az epithelialis-mesenchymalis átmenet révén tesznek szert a proliferáció és invázió képességére. Hepatocelluláris karcinómában Liu és munkatársai megállapították, hogy az SCU képes gátolni a májráksejtek epiteliális mesenchymális átmenetét, és csökkenti inváziós és metasztatizáló képességüket a Janus kináz 2 (JAK2)/szignáltranszducer és a transzkripció aktivátor 3 (STAT3) jelátviteli útvonal aktivitásának szabályozásával. Li és munkatársai megállapították, hogy gyomorrákban az SCU képes szabályozni a PTEN/PI3K jelátviteli útvonal aktivitását, lefelé szabályozni az E-kadherin expressziós szintjét a gyomorrák MGC-803 és AGS sejtekben, felfelé szabályozni a vimentin és az N-kadherin expressziós szintjét, és gátolni a gyomorráksejtek epiteliális-mesenchimális átmenetét. Ebben a vizsgálatban a sejtkaparási próba eredményei azt mutatták, hogy a vak kontrollcsoporthoz képest a HCT116 sejtek migrációs sebessége a SCU-val kezelt csoportban koncentrációfüggő módon jelentősen csökkent, ami azt jelzi, hogy a SCU gátló hatással van a vastagbél daganatos sejtek migrációs képességére, ami összhangban van a korábbi kutatási eredményekkel.
A jelenleg széles körben elfogadott nézet szerint az elégtelen sejtapoptózis a tumorok kialakulásának és fejlődésének fontos oka. Ezért a tumorsejtek apoptózisának kiváltását a daganatkezelés hatékony eszközének tekintik. Cao és munkatársai tanulmánya megerősítette, hogy az SCU képes blokkolni a ciszplatinrezisztens A549-es tüdő adenokarcinóma sejteket a G0/G1 fázisban és az AKT/mTOR/4EBP1 és STAT3 útvonalak gátlásával apoptózist indukálni. Májrák esetében Xu és munkatársai megállapították, hogy az SCU csökkentheti a STAT3 jelátviteli útvonal aktivitását azáltal, hogy gátolja a reaktív oxigénfajok (ROS) termelését a HepG2 májráksejtekben, ezáltal lefelé szabályozza a BCL-XL és MCL-1 downstream célfehérjék expressziós szintjét és apoptózist indukál a sejtekben. Hasonlóképpen, ebben a vizsgálatban Hoechst 33342/PI kettős festés és áramlási citometriás kimutatás segítségével megállapítottuk, hogy az SCU képes sejt apoptózist indukálni, és jelentősen növeli a HCT116 sejtek apoptózisának arányát. Az SCU specifikus szabályozási mechanizmusa azonban még mindig nem világos, ezért további vizsgálatokat végeztünk a későbbi tanulmányokban.
Vizsgálatok kimutatták, hogy a Hippo jelátviteli útvonal részt vehet a sejtproliferáció szabályozásában, és a YAP túlzott aktiválása vagy expressziója több szövetben, például a májban, a gyomor-bélrendszerben, a bőrben és a szívben túlzott sejtproliferációhoz vezethet. Ezenkívül a YAP és a TAZ aktív induktorai az epiteliális-mesenchymális átmenetnek a sejtekben. A nagy aktivitású YAP és TAZ indukálhatja a kulcsfontosságú transzkripciós szabályozó ZEB1/2 expresszióját a hám-mesenchymális átmenetben, ezáltal elősegítve a hám-mesenchymális átmenetet. A Hippo jelátviteli útvonal fontos szabályozó szerepet játszik a sejtek apoptózisában is. A YAP elősegítheti a sejt apoptózist azáltal, hogy szabályozza a downstream antiapoptotikus gének, mint a COX-2, Survivor és Glut1 transzkripcióját; továbbá a túlterjedt YAP blokkolhatja a tumor nekrózis faktor, FAS és kemoterápia által indukált apoptózist; A He és munkatársai által végzett tanulmány azt is megerősítette, hogy a YAP képes az NR4A1 AKT függő foszforilációját a Ser351-en keresztül irányítani, elszigetelve azt a sejtmagban és gyengítve a sejt apoptózisának elősegítésében betöltött szerepét.
E vizsgálat eredményei azt mutatják, hogy az SCU képes az MST1 és a LATS1 mRNS és fehérje expressziós szintjét HCT116 sejtekben felfelé szabályozni, a YAP1 és a TAZ mRNS és fehérje expressziós szintjét lefelé szabályozni, elősegíti a YAP foszforilációját, és növeli a p-YAP (Ser127) fehérje expressziós szintjét. Ezért feltételezhető, hogy az SCU szerepe a Hippo jelátviteli útvonal aktiválásával függhet össze. A qRT PCR kimutatási eredmények azt mutatták, hogy a 24 órás SCU kezelés hatékonyan növelte a Bax, kaszpáz-3 és kaszpáz-9 mRNS expressziós szintjét a HCT116 sejtekben, miközben csökkentette a Bcl-2 mRNS expressziós szintjét; a Western blot elemzés azt is kimutatta, hogy a SCU jelentősen növelte a Bax pro apoptotikus fehérje expressziós szintjét és csökkentette az anti apoptotikus fehérje Bcl-2 expressziós szintjét a HCT116 sejtekben. Ezenkívül a c-Myc mRNS és fehérje expressziós szintje jelentősen csökkent 24 órás SCU-kezelést követően. A fenti eredmények arra utalnak, hogy az SCU aktiválhatja a Hippo YAP/TAZ kaszkádot, elősegítheti a YAP/TAZ foszforilációját, gátolhatja annak transzkripciós aktivitását, elnyomhatja a downstream célgén c-Myc expresszióját, csökkentheti a Bcl-2 apoptózisfehérje családtag expressziós szintjét, növelheti a Bax expressziós szintjét, és a mitokondriumokba vándorolnak, hogy elősegítsék a citokróm C felszabadulását és az apoptózis-komplex kialakulását, ezáltal aktiválják az apoptózist indító kaszpáz-9 faktor a kaszpáz családban és a downstream apoptózist végrehajtó kaszpáz-3 faktor, végül a mitokondriális úton keresztül sejt apoptózist indukálnak, akadályozzák a vastagbélrákos sejtek növekedését, és vastagbélrákellenes hatást fejtenek ki.
Összefoglalva, ez a tanulmány megállapította, hogy az SCU jelentősen gátolja a HCT116 kolorektális rákos sejtek proliferációját és migrációját, és apoptózist indukál. Hatásmechanizmusa a Hippo jelátviteli útvonal aktiválásához kapcsolódhat. Figyelembe véve azonban a vastagbélrák kialakulásának összetett okait és a különböző forrásokból származó tumorsejtvonalak közötti különbségeket, az SCU vastagbélrákellenes hatását még több más vastagbélrákos sejtvonalon is validálni kell, és in vivo állatkísérletekkel tovább kell vizsgálni. Ezenkívül arról számoltak be, hogy a Wnt, Notch, Hedgehog és BMP jelátviteli útvonalak mind részt vehetnek a bél homeosztázisának és regenerációjának szabályozásában, és a vizsgálatok azt találták, hogy a Hippo jelátviteli útvonal kölcsönhatásba léphet ezekkel az útvonalakkal, ami keresztbeszélgetéshez vezet. Ezért tovább kell vizsgálni, hogy az SCU a Hippo jelátviteli útvonal és a keresztcsatorna útvonal aktivitásának átfogó szabályozásával fejti-e ki vastagbélrákellenes hatását.