A szofokarpin hatásmechanizmusának feltárása a prosztatarák kezelésében in vitro sejtkísérletek és hálózati farmakológia alapján
A prosztatarák (PCa) világszerte az egyik leggyakoribb rosszindulatú daganat a középkorú és idős férfiak húgyúti rendszerében. 2020-ban világszerte 10,06 millió új férfi rákos megbetegedés és 5,53 millió haláleset volt, köztük 1,41 millió új PCa megbetegedés és 380000 haláleset, a halálozás és az incidencia aránya 27%. Kínában 120000 új PCa megbetegedés és 50000 haláleset volt, a PCa halálozási és előfordulási aránya 41,7%. Az Amerikai Rákellenes Társaság 2023-as kutatási adatai szerint a PCa előfordulása az első helyen áll a férfiak rosszindulatú daganatai között, mintegy 29%-t tesz ki. Jelenleg a PCa fő kezelési lehetőségei a klinikai gyakorlatban az androgénmegvonó terápia, a radikális prosztatektómia, a sugárkezelés, a kemoterápia és a molekuláris célzott terápia. Ezeknek a kezelési módszereknek azonban számos mellékhatása van, és hajlamosak a gyógyszerrezisztenciára, ami rossz prognózist és egyes betegeknél kiújulást vagy progressziót eredményez. Ezért nagy jelentőséggel bír a biztonságos és hatékony új gyógyszerek keresése a PCa kezelésére.
A szoforidin (SRI) egy tetraciklusos kinolin alkaloid, amelyet főként a Sophora alopecuroides L-ből izoláltak. A kutatások kimutatták, hogy az SRI számos farmakológiai hatással rendelkezik, beleértve a gyulladáscsökkentő, vírusellenes és daganatellenes hatásokat. 2005-ben a szofokarpin-hidroklorid injekciót az Állami Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal jóváhagyta a rosszindulatú trofoblasztos daganatok klinikai kezelésére. Jelenleg az SRI-t a gyomor-bélrendszeri daganatok májmetasztázisainak kezelésében próbálták ki. Ugyanakkor számos jelentés megerősítette, hogy az SRI jó gátló hatással van a vastagbélrákra, a tüdőrákra, a hasnyálmirigyrákra és más daganatokra. Az SRI hatása a PCa-ra és lehetséges hatásmechanizmusa azonban még mindig nem tisztázott.
A hálózati farmakológia a klasszikus farmakológián, bioinformatikai és informatikai elméleteken alapuló, feltörekvő tudományág, amelyet széles körben alkalmaznak a gyógyszerfejlesztésben és a gyógyszerek hatásmechanizmusának kutatásában. Ez a cikk in vitro sejtkísérleteken keresztül vizsgálja az SRI hatását a DU-145 sejtek proliferációjára és apoptózisára, és a hálózati farmakológiát és a molekuláris dokkolási technikákat kombinálja a lehetséges hatásmechanizmus feltárása érdekében, hogy elméleti alapot és adattámogatást nyújtson a PCa SRI-vel történő klinikai kezeléséhez.

A PCa a leggyakoribb rosszindulatú daganat a középkorú és idős férfiak körében, amely hajlamos a gyógyszerrezisztenciára és az áttétképződésre, ami rossz prognózishoz és magas kiújulási arányhoz vezet. Ezért nagyon sürgőssé vált a PCa kezelésére szolgáló új terápiák keresése. A hagyományos kínai orvoslás természetes kémiai hatóanyagai fontos szerepet játszanak a rosszindulatú daganatok megelőzésében és kezelésében. Az SRI főként a Sophora alopecuroides hagyományos kínai gyógyászatból izolált aktív alkaloid, amely különböző farmakológiai tevékenységekkel rendelkezik, amelyek közül a daganatellenes aktivitás különösen kiemelkedő. 2005-ben a szofokarpin-hidroklorid injekciót a Kínai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal rákellenes gyógyszerként engedélyezte. Az SRI jó daganatellenes hatást mutatott a gyomorrák, májrák, tüdőrák, vastagbélrák, hasnyálmirigyrák és más daganatok esetében in vivo és in vitro. Az SRI képes gátolni a különböző tumorsejtek proliferációját és invázióját, elősegíti a rákos sejtek apoptózisát és autofágiáját. Funkciója olyan útvonalakhoz kapcsolódik, mint a PI3K/AKT, Wnt/B-katenin, MAPK/ERK és a sejtciklus. A jelenlegi kutatások szerint az SRI szerepe és pontos mechanizmusa a PCa esetében még mindig nem teljesen ismert. Ez a tanulmány a PCa SRI terápiájának molekuláris mechanizmusát vizsgálja in vitro sejtkísérletek, hálózati farmakológia és molekuláris dokkolási technikák segítségével, bizonyos kutatási alapot és elméleti alapot biztosítva a klinikai alkalmazáshoz.
A magas proliferációs ráta a rosszindulatú daganatos sejtek végtelen növekedésének fontos jellemzője, ezért a sejtproliferáció gátlása hatékony stratégia a rák kezelésére. Ebben a vizsgálatban azt találták, hogy az SRI koncentrációjának növelésével a DU-145 sejtek növekedése jelentősen gátolt a sejtek életképességének és a sejtklónok képződésének kimutatásával, ami azt jelzi, hogy az SRI képes gátolni a DU-145 sejtek proliferációját. A Ki67 és a PCNA proliferáló sejtmagfehérjék a sejtproliferáció markerfehérjéi, amelyeket általában prediktív és prognosztikai markerként használnak a rák diagnózisában és kezelésében. Ez a tanulmány immunfluoreszcencia és qPCR segítségével kimutatta a Ki67 expresszióját a DU-145 sejtekben, és megállapította, hogy az SRI jelentősen gátolni tudja a Ki67 expresszióját. qPCR és Western blot elemzés kimutatta, hogy az SRI jelentősen csökkenteni tudja a PCNA expresszióját a DU-145 sejtekben, ami tovább bizonyítja, hogy az SRI képes gátolni a DU-145 sejtek proliferációját.
Az apoptózis a tumorsejtek pusztulásának fő oka, ezért az apoptózis elkerülése rezisztenciához vezethet a tumor kezelésében. A Bcl-2, mint az apoptózis gátlója, döntő szerepet játszik a sejtek apoptózisának szabályozásában. A Bax a Bcl-2 homológ konjugáltja és egy pro apoptotikus fehérje. A Bcl-2 és a Bax aránya fontos indikátor a sejt apoptózis hatásának mérésére. A kaszpáz-3 és a kaszpáz-7 a sejt apoptózis végrehajtói. Az apoptózis bekövetkezésekor a kaszpáz-3 és a kaszpáz-7 egymás után hasad és aktiválódik a feljebb lévő kaszpáz fehérjék által. Ezután az aktivált kaszpáz-3 és kaszpáz-7 több downstream szubsztrátot hasít, végül egy apoptotikus kaszkádreakciót indít el. Ez a vizsgálat a DU-145 sejtek apoptózisát 48 órás SRI-kezelést követően áramlási citometriás kísérletekkel mutatta ki, és az eredmények azt mutatták, hogy az SRI jelentősen elősegítheti a DU-145 sejtek apoptózisát. Ezért tovább vizsgáltuk az apoptózissal kapcsolatos faktorok expresszióját. A qPCR eredmények azt mutatták, hogy az SRI képes volt felszabályozni a kaszpáz-3 és a kaszpáz-7 mRNS expresszióját, lefelé szabályozni a Bcl-2 mRNS expresszióját, és lefelé szabályozni a Bax mRNS expressziós szintjét, de a Bcl-2/Bax arány szignifikánsan csökkent (P<0,05). Ezenkívül a Western blot eredmények azt mutatták, hogy az SRI képes felszabályozni a tisztított-Kaszpáz-3 fehérje expresszióját és lefelé szabályozni a Bcl-2 fehérje expresszióját. Bár a Bax fehérje expressziójának felszabályozásában nem volt szignifikáns különbség, a Bcl-2/Bax fehérje expressziós aránya szignifikánsan csökkent (P<0,05). Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az SRI képes szabályozni az apoptózissal kapcsolatos faktorok expresszióját, aktiválni az apoptózis jelátviteli útvonalakat és apoptózist indukálni a DU-145 sejtekben.
Ezenkívül a DU-145 sejtek proliferációját és apoptózisát befolyásoló SRI mechanizmusának vizsgálata érdekében ez a tanulmány hálózati farmakológiai kutatási módszerekkel elemezte azt. A HERB, TCMSP, Pharm Mapper és Swiss Target Prediction adatbázisokon keresztül összesen 127 SRI célpontot gyűjtöttünk össze, és a Venny 2.1.0 online eszközzel a PCa-ra ható SRI 60 közös célpontját kaptuk. A PPI-hálózat elemzésével 16 központi célpontot azonosítottunk (a 10 legmagasabb fokú értékek), köztük az ALB, TNF, IL6, CASP3, MAPK1, PPARG, MDM2, PGR, MAPK8, NR3C1, ABL1, MAPK14, PARP1, HDAC2, CDK2, GSK3B stb. célpontokat. A MAPK8, CASP3, MAPK1, MAPK14 és TNF core targetek a MAPK jelátviteli útvonalban gazdagodnak. A GO-gazdagodási elemzés 158 bejegyzést eredményezett (P<0,01), ami azt jelzi, hogy az SRI elsősorban a génexpresszió, az apoptózisfolyamat, a fehérje-foszforiláció és a fehérje szerin/treonin/tirozin-kináz aktivitás szabályozásával fejthet ki terápiás hatást a PCa-ra. A KEGG útvonalak dúsítási elemzésének eredményei 84 jelátviteli útvonalat mutattak, beleértve a rák jelátviteli útvonalat, a proteoglikánokat a rákban, a MAPK jelátviteli útvonalat, a kemokarcinogenezis reaktív oxigén specieseket, a PI3K-AKT jelátviteli útvonalat, az apoptózist stb. (P<0,01). A leginkább aggasztó szempont a MAPK jelátviteli útvonal szerepe az SRI PCa-ellenes folyamatában. A mitogén aktivált fehérje kináz (MAPK) képes extracelluláris információt továbbítani a sejtmagba, és fontos szerepet játszik a fiziológiai és patológiás folyamatokban. Az emlőssejtekben a MAPK család háromféle tagja létezik: az extracelluláris szignál szabályozott kináz (ERK), a c-JunN-terminális protein kináz/stressz aktivált protein kináz (JNK/SAPK) és a p38 mitogén aktivált protein kináz (p38MAPK, más néven MAPK14).
A P38MAPK egy aktivált fehérjekináz, amely számos biológiai folyamatban, például a sejtproliferációban, a differenciálódásban és az apoptózisban vesz részt. Aktiválása gátolhatja a sejtproliferációt és elősegítheti az apoptózist. A kutatások azt találták, hogy a p38 útvonal aktiválása csökkentheti a BGC-823 gyomorráksejtek proliferációs aktivitását és blokkolhatja őket a G2/M fázisban. A p38MAPK aktiválása gátolhatja az SMMC-7721 sejtek proliferációját és elindíthatja az intracelluláris Caspase jelátviteli kaszkádot, ami végül apoptózist indukál. Ezenkívül vizsgálatok kimutatták, hogy a hagyományos kínai gyógyszerkivonatok képesek aktiválni a p38MAPK-t, kiváltani a kaszpáz által közvetített apoptotikus kaszkádreakciókat, és apoptózist indukálni Lewis tüdőráksejtekben, valamint HSC-3 és SCC-9 szájüregi ráksejtekben. A P38MAPK kináz fontos szerepet játszik a PCa kialakulásában és fejlődésében is. A kutatások azt találták, hogy a p38MAPK aktiválása ellenáll a sejtproliferációnak, elősegíti az apoptózist és tumoros nyugalmi állapotot indukál a prosztata epitél rosszindulatú átalakulásában vagy a csontmetasztatikus prosztatarákban. Eközben más vizsgálatok kimutatták, hogy az összetevők, mint például a docetaxel és az ursolsav növelhetik a p38MAPK foszforilációs szintjét, indukálhatják a PCa sejtek öregedését, gátolhatják a különböző PCa sejtek, például a PC-3 és a 22Rv1 proliferációját, és elősegíthetik apoptózisukat. Ezért ez a tanulmány a p38MAPK fehérje kináz szerepére összpontosít az SRI anti PCa-ban. Az SRI p38MAPK fehérjéhez való kötődésének ellenőrzésére molekuláris dokkolási technológiát alkalmazva az eredmények azt mutatták, hogy az SRI stabilan képes kötődni a p38MAPK fehérjéhez, kötési energiája -6,83 kcal/mol. A p-p38MAPK és a p38MAPK fehérje expressziós szintjének kimutatási eredményei azt mutatják, hogy az SRI képes aktiválni a p38MAPK fehérjét, és a p38MAPK fehérje foszforilációs szintje felszabályozott, ami arra utal, hogy az SRI a p38MAPK fehérje aktiválásával és az apoptózis útvonal indukálásával PCa-ellenes hatást fejthet ki.
Összefoglalva, az SRI képes gátolni a DU-145 sejtek proliferációját és elősegíteni apoptózisukat, ami a p38MAPK aktiválásához kapcsolódhat. Ez a tanulmány azonban csak az SRI DU-145 sejtekre gyakorolt hatását vizsgálta in vitro. A következő lépés az in vivo állatkísérletek elvégzése lesz az SRI PCa-ellenes hatásának mechanizmusának további vizsgálata érdekében.