Влияние полисахарида Taraxacum на миграцию и инвазию клеток тройного негативного рака молочной железы на основе PI3K/Akt/GSK-3 β-пути
Тройной негативный рак молочной железы (TNBC) - это рецептор эстрогена (ER), рецептор прогестерона (PR) и рецептор эпидермального фактора роста человека-2 (HER2), которые являются негативными подтипами рака молочной железы, составляя лишь 15%~20% от всех типов рака молочной железы. Однако из-за высокой степени злокачественности, сильной инвазии и отсутствия специфических таргетных препаратов он более склонен к рецидивам и метастазированию, чем другие типы рака молочной железы, и его прогноз хуже. В настоящее время хирургическое вмешательство, лучевая и химиотерапия остаются основными методами лечения TNBC, однако после операции сохраняется риск рецидива и метастазирования. Химиотерапевтические препараты имеют серьезные токсические побочные эффекты и склонны к лекарственной устойчивости. Поэтому поиск новых и эффективных таргетных препаратов, скрининг молекулярных мишеней действия лекарств и выяснение молекулярных механизмов противоопухолевого действия лекарств, несомненно, являются эффективными стратегиями клинического лечения ТНБК.

В последние годы традиционная китайская медицина стала важным источником целевых противоопухолевых препаратов. По сравнению с общими противораковыми препаратами, традиционные китайские травяные лекарства и их активные ингредиенты обладают характеристиками многоцелевой и многопутевой синергетической противораковой фармакологической активности, а также имеют преимущества легкого усвоения и утилизации организмом, низкой токсичности и побочных эффектов. Они постепенно становятся горячей точкой в исследованиях и разработке противораковых препаратов. Одуванчик, традиционное китайское лекарство, представляет собой сухое цельное растение Taraxacum monogolicum Hand. Mazz, растения семейства Астровые (Asteraceae), и T. boroisinense Kitam (или других растений того же вида). Оказывает очищающее и детоксицирующее действие, уменьшает отеки и рассасывает узлы, способствует диурезу и дренажу. Его можно использовать для лечения таких заболеваний, как абсцесс молочной железы, золотуха и отеки. Клинические исследования традиционной китайской медицины показали, что одуванчик обладает значительным эффектом при лечении рака груди, рака желудка и других злокачественных опухолей. Современные клинические и фармакологические исследования показали, что одуванчик и его активные ингредиенты не только обладают фармакологической активностью, такой как противовоспалительное и антиоксидантное действие, но и оказывают более значительное противоопухолевое действие. Полисахарид одуванчика (DP) - это полисахарид, извлеченный из корней одуванчика, состоящий из глюкозы, галактозы, арабинозы, маннозы, рамнозы и глюкуроновой кислоты. Он обладает такими фармакологическими свойствами, как противоопухолевое, антибактериальное, противовоспалительное, антиоксидантное, гипогликемическое и иммуноукрепляющее. В настоящее время исследования показали, что ДП может проявлять свою противоопухолевую фармакологическую активность через множество мишеней и путей. ДП может ингибировать ангиогенез рака печени in vitro и in vivo путем снижения экспрессии белков гипоксия-индуцируемого фактора-1 альфа (HIF-1 альфа) и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF). ДП также может ингибировать метаболизм железа при раке печени, снижая экспрессию транспортеров железа (ферропорина) и железа ожога, тем самым подавляя рост клеток HepG2 и Huh7. В то же время ДП может значительно уменьшить отложение железа в опухолевых тканях мышей, переносящих рак печени. При раке молочной железы ДП может оказывать ингибирующее действие на клетки MCF-7, SK-BR-3 и T47D человеческого рака молочной железы, подавляя пролиферацию клеток. Однако до сих пор не было сообщений об эффектах DP против TNBC, а молекулярный механизм его противоопухолевого действия остается неясным.
Было подтверждено, что аномальная активация сигнального пути фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K)/протеинкиназа B (Akt) тесно связана с ростом, миграцией, инвазией и эпителиально-мезенхимальным переходом (ЭМП) при TNBC. PI3K - это внутриклеточная фосфоинозитол-киназа, которая может активироваться под воздействием внеклеточного сигнала. Активированная PI3K рекрутирует белок Akt на клеточную мембрану, который, в свою очередь, активирует белок Akt. Активированный Akt фосфорилирует субстрат гликогенсинтазы киназы-3 β (GSK-3 β), инактивируя GSK-3 β. Инактивированный GSK-3 β участвует во множестве сигнальных путей и вызывает пролиферацию опухолевых клеток, лекарственную устойчивость, миграцию и инвазию, что делает его весьма перспективной мишенью для лекарств. К настоящему времени синтезировано большое количество ингибиторов GSK-3 β, но из-за низкой селективности и побочных эффектов большинства ингибиторов лишь немногие из них вышли на клинические испытания. Поэтому поиск эффективных и малотоксичных ингибиторов PI3K/Akt/GSK-3 β имеет большое значение для лечения TNBC. EMT является ключевым процессом в миграции и инвазии опухолевых клеток. В ходе этого процесса ослабевает адгезия между опухолевыми клетками, снижаются характеристики эпителиальных клеток и повышаются характеристики стромальных клеток, что позволяет им проникать в кровоток и вторгаться в другие органы. На молекулярном уровне снижение экспрессии эпителиального маркера E-кадхерина и повышение экспрессии мезенхимальных маркеров N-кадхерина и виментина свидетельствует о возникновении клеточного EMT. Поэтому поиск препаратов, ингибирующих EMT, стал необходимым условием для предотвращения миграции и инвазии TNBC.
Поэтому, основываясь на сигнальном пути PI3K/Akt/GSK-3 β, в данном исследовании в качестве объекта исследования была взята клетка человеческого тройного негативного рака молочной железы MDA-MB-231. Наблюдая влияние DP на пролиферацию, миграцию, инвазию и EMT клеток MDA-MB-231 рака молочной железы человека, в данном исследовании были проанализированы ключевые молекулярные мишени DP против TNBC, а затем изучен возможный молекулярный механизм регуляции DP, ингибирующий пролиферацию, миграцию и инвазию клеток TNBC, с целью обеспечения фармакологической основы и научной ссылки для лечения DP рака молочной железы и создания научной теоретической основы для клинического лечения рака молочной железы.

 

TNBC - высокоинвазивный рак молочной железы, склонный к рецидивам и метастазированию, обладающий сильной гетерогенностью и не имеющий эффективных терапевтических мишеней. Поэтому углубленный анализ потенциальных молекулярных механизмов миграции и инвазии TNBC, а также разработка эффективных и низкотоксичных противоопухолевых препаратов являются эффективными стратегиями клинического лечения TNBC. Было обнаружено, что многие экстракты и активные ингредиенты традиционной китайской медицины обладают множеством путей, мишеней, высокой эффективностью и низкой токсичностью противоопухолевого действия. Исследования показали, что DP может ингибировать ангиогенез рака печени путем снижения экспрессии HIF-1 α и VEGF; кроме того, DP может не только ингибировать пролиферацию клеток рака молочной железы SK-BR-3 и T47D, но и подавлять пролиферацию клеток рака молочной железы MCF-7 и вызывать апоптоз клеток путем снижения экспрессии связанных с апоптозом белков P53 и Bcl-2 и повышения экспрессии Bcl-2 ассоциированного x белка (Bax). Это исследование впервые показало, что ДП обладает фармакологической активностью против TNBC, и обнаружило, что ДП может ингибировать пролиферацию, миграцию и инвазию клеток MDA-MB-231, не проявляя при этом значительной токсичности для нормальных эпителиальных клеток молочной железы MCF-10A.

Сигнальный путь PI3K/Akt играет важную регуляторную роль в пролиферации, апоптозе, миграции, инвазии и ангиогенезе злокачественных опухолевых клеток. Аномальная активация сигнального пути PI3K/Akt является одним из наиболее распространенных канцерогенных факторов. При тройном негативном раке молочной железы около 25%~30% пациентов имеют мутации активации PI3K/Akt, что означает, что сигнальный путь PI3K/Akt может быть эффективной мишенью для лечения TNBC. Было показано, что активация сигнального пути PI3K/Akt может способствовать пролиферации, миграции и инвазии клеток рака молочной железы MCF-7 и BT-20, а ингибирование сигнального пути PI3K/Akt может индуцировать аутофагию и апоптоз клеток рака молочной железы. В данном исследовании мы обнаружили, что ДП может снижать уровень экспрессии белков p-PI3K и p-Akt в клетках MDA-MB-231, что свидетельствует о том, что ДП может ингибировать активацию сигнального пути PI3K/Akt в этих клетках. Кроме того, GSK-3 является субстратом PI3K/Akt. GSK-3 - это серин/треониновая протеинкиназа, которая имеет два основных подтипа, GSK-3 α и GSK-3 β. GSK-3 α в основном участвует в процессе метаболизма гликогена, а GSK-3 β тесно связана с онкологическими процессами. Он сверхэкспрессируется при многих видах рака, включая рак молочной железы. P-Akt может фосфорилировать GSK3 β, тем самым способствуя пролиферации, миграции и инвазии опухолевых клеток. Поэтому ингибирование активности сигнального пути PI3K/Akt/GSK-3 β имеет решающее значение для подавления пролиферации, миграции и инвазии опухолевых клеток. В данном исследовании изучалось влияние ДП на экспрессию белка GSK-3 β в клетках MDA-MB-231, и результаты показали, что ДП значительно снижал уровень экспрессии белка p-GSK-3 β в клетках MDA-MB-231. Можно предположить, что молекулярный механизм, посредством которого ДП ингибирует пролиферацию, миграцию и инвазию клеток MDA-MB-231, может быть связан с блокированием сигнального пути PI3K/Akt/GSK-3 β.

Процесс EMT является одним из важных механизмов миграции и инвазии опухолевых клеток, который связан со структурными изменениями в межклеточных соединениях. На молекулярном уровне снижение экспрессии эпителиального маркера E-кадхерина и повышение экспрессии мезенхимальных маркеров N-кадхерина и виментина свидетельствуют о возникновении клеточного процесса EMT. В ходе процесса EMT опухолевые клетки переходят от нефиксированного эпителиального фенотипа к активному и инвазивному мезенхимальному фенотипу. После активации процесса EMT опухолевые клетки претерпевают ряд изменений, включая растворение плотных спаек, нарушение апикально-базальной полярности и ремоделирование структуры цитоскелета, что благоприятствует миграции и инвазии опухолевых клеток. Исследования TNBC in vitro и in vivo показали, что ингибирование сигнального пути Akt/GSK-3 β может эффективно повысить экспрессию E-кадхерина и снизить уровни экспрессии N-кадхерина и виментина, тем самым обращая процесс EMT вспять. Результаты данного исследования показали, что в клетках MDA-MB-231 ДП повышал экспрессию E-кадхерина и снижал уровни экспрессии N-кадхерина и виментина дозозависимым образом, что указывает на то, что ДП может предотвратить процесс EMT в этих клетках.

В заключение следует отметить, что ДП может значительно подавлять пролиферацию, миграцию, инвазию и ЭМТ клеток MDA-MB-231, что может быть достигнуто за счет ингибирования сигнального пути PI3K/Akt/GSK-3 β, что создает новую таргетную основу для того, чтобы ДП стал потенциально новым препаратом против рака молочной железы. Хотя современные исследования показали, что DP оказывает противораковое действие через множество каналов и мишеней, механизм молекулярной регуляции пролиферации, миграции и инвазии рака молочной железы сложен, и конкретный механизм его противоракового действия нуждается в дальнейшем изучении. Кроме того, в данном исследовании представлены экспериментальные данные in vitro, свидетельствующие о том, что DP подавляет пролиферацию, миграцию, инвазию и EMT клеток TNBC путем подавления сигнального пути PI3K/Akt/GSK-3 β. Для дальнейшего раскрытия молекулярного механизма действия ДП против TNBC необходимы дальнейшие эксперименты на животных in vivo.