Механизм действия джолкинолида В в лечении опухолей толстой кишки на основе данных сетевой фармакологии и экспериментальных исследований
Колоректальный рак (КРР) - третья по распространенности злокачественная опухоль в мире, представляющая серьезную угрозу для здоровья человека. В 2015 году число смертей от рака толстой кишки достигло 774000. Из-за огромных изменений в образе жизни и структуре питания людей уровень заболеваемости и смертности от рака толстой кишки растет год от года. Усиление исследований в области профилактики и лечения рака толстой кишки является одним из важных направлений борьбы с раком в Китае. Поиск ведущих соединений из природных ресурсов, которые могут воздействовать на опухоли толстой кишки и способствовать апоптозу опухолевых клеток, становится все более важным. Традиционное китайское лекарство "волчья ягода" имеет долгую историю применения и широко используется в народной медицине для лечения рака толстой кишки. Это лекарство включено в издание Китайской фармакопеи 2020 года и представляет собой высушенный корень растений Euphorbia fis cheriana Steud и Euphorbia ebracteolata Hayata из семейства Euphorbiaceae. Впервые он был записан в "Shennong Materia Medica" и в основном используется для лечения кашля, расщепления скоплений, язв, мышиного некроза и отравлений. Северо-восточные народы используют его отвар для лечения рака толстой кишки. Исследования показали, что традиционная китайская медицина "волчьей ягоды" может продлить выживаемость животных с раком толстой кишки на 47%.

Активными вторичными метаболитами в волчьем яде являются в основном терпеноиды, содержание которых в нем достаточно велико. На начальном этапе наша экспериментальная группа выделила структурно разнообразные дитерпены, такие как абиетан, розан и димеры дитерпеноидов из высушенных корней Euphorbia lanceolata, лекарственного растения-источника волчьей ягоды. Среди них дитерпен ent abietane Jolkinolite B (структура представлена на рисунке 1) может эффективно подавлять пролиферацию опухолевых клеток толстой кишки SW480 (IC50=9,5 мк мпл/л), обеспечивая материальную основу для лечения CRC, но механизм действия пока не ясен. Учитывая основы предыдущих исследований, мы планируем использовать методы сетевой фармакологии в сочетании с экспериментами на клетках in vitro для изучения механизма действия активного вещества Jolkinolide B в лечении CRC, обеспечивая экспериментальные доказательства для последующей разработки лекарств и клинического применения.

Сетевая фармакология может в значительной степени отражать сложные взаимодействия между биомолекулами и химическими компонентами. Скрининг цели действия с помощью сетевой фармакологии может стать основой для более целенаправленных исследований в области традиционной китайской медицины, уточнить оптимальные соединения и механизмы их действия в традиционной китайской медицине. Волчья ягода в традиционной китайской медицине - это растение семейства Эуфорбиевых, относящееся к роду Euphorbiaceae. Она обладает эффектами рассеивания воды и мокроты, разрушения накоплений и уничтожения насекомых. Результаты исследований показывают, что дитерпеноиды являются активной основой традиционной китайской медицины волчьей ягоды, обладающей различными биологическими активностями, такими как противоопухолевая, противовоспалительная, антибактериальная и обратимая множественная лекарственная устойчивость. Традиционная китайская медицина волчьей ягоды имеет долгую историю использования и широко применяется для лечения рака толстой кишки в народной медицине. Исходя из этого, проводится прогнозирование фармакологического механизма. На основе предыдущих исследований химических компонентов волчьей ягоды традиционной китайской медицины, превосходное соединение Jolkinolide B в волчьей ягоде было проверено с помощью скрининга цитотоксической активности in vitro и биологических экспериментов in vivo. Для изучения взаимосвязи между целями отличного соединения Jolkinolide B в волчьей ягоде была построена сеть мишеней Jolkinolide B, а также проведена функциональная аннотация мишеней на генном уровне. Это создает основу для исследования многоцелевых и многопутевых фармакологических механизмов Жолкинолида В.

Анализ сети взаимодействия Jolkinolide B-PPI показал, что основными мишенями являются STAT3, MAPK8 и JUN, что было подтверждено соответствующими литературными исследованиями. Эти мишени передают сигналы от рецепторов на поверхности клетки к ДНК в ядре, участвуя в таких биологических процессах, как клеточная смерть и клеточный цикл, а также регулируя такие патологические процессы, как воспаление и стрессовая реакция. MAPK1 и MAPK3 являются членами MAPK. STAT3 - транскрипционный фактор, который активируется MAPK и играет ключевую роль во многих клеточных процессах, таких как клеточный рост и апоптоз, участвуя в возникновении и развитии опухолей. Кроме того, STAT3 имеет решающее значение для дифференцировки хелперных Т-клеток TH17 и связан с аутоиммунными заболеваниями, рецидивирующими инфекциями и другими болезнями.

Результаты аннотации GO показывают, что большинство мишеней Жолкинолита Б расположены в клеточном матриксе и транскрипционных комплексах, а также вовлечены в различные стрессовые реакции и биологические процессы в клетках. Этот результат позволяет предположить, что Жолкинолит В может быть вовлечен в регуляцию большинства клеточных процессов жизнедеятельности. Результаты анализа обогащения KEGG указывают на то, что фармакологические эффекты джолкинолита B связаны с взаимодействием множества путей, включая сигнальный путь IL-17, сигнальный путь PD-1/PD-L1 и сигнальный путь HIF-1. Результаты молекулярного докинга показывают, что джолкинолид B образует водородные и гидрофобные взаимодействия с основными белками STAT3, MAPK8 и JUN, обладая стабильной структурой и потенциальной исследовательской ценностью, демонстрируя мультицелевые и мультипутевые характеристики джолкинолида B в лечении CRC.

Основными механизмами действия противоопухолевых препаратов являются индуцирование апоптоза опухолевых клеток, ингибирование клеточного цикла и подавление миграции. Экспериментальные результаты на клеточном уровне показали, что Жолкинолит В значительно подавлял пролиферацию клеток HCT116, способствовал их апоптозу и подавлял миграцию клеток. При высокой экспрессии Bax клетки были чувствительны к сигналам смерти и способствовали апоптозу. При высокой экспрессии Bcl-2 Bcl-2 мог образовывать гетеродимеры с Bax, ингибируя апоптоз клеток. Таким образом, соотношение Bax/Bcl-2 в клетках играет важную роль в определении чувствительности клеток к апоптозу. Поэтому эксперименты по проверке вестерн-блота на клеточном уровне показали, что джолкинолит В значительно повышает соотношение Bax/Bcl-2, способствуя апоптозу в клетках HCT116. По результатам анализа сетевой фармакологии, джолкинолид B может воздействовать на CRC через множество мишеней и путей, а его противоопухолевая активность может быть связана с его влиянием на экспрессию апоптотических генов Bax и Bcl-2.

Инвазия и метастазирование опухолей - сложный процесс, включающий межклеточные взаимодействия и деградацию внеклеточного матрикса. Деградация внеклеточного матрикса зависит от синтеза и активации ферментов, разрушающих компоненты матрикса. Матриксные металлопротеиназы (ММП) представляют собой класс цинк-зависимых протеолитических ферментов со структурной гомологией. Их основная физиологическая функция заключается в разрушении компонентов внеклеточного матрикса, таких как коллаген, желатин, эластин, фибронектин и протеогликаны. Исследования показали, что матриксная металлопротеиназа-3 (ММП-3) и матриксная металлопротеиназа-12 (ММП-12) играют важнейшую роль в деградации внеклеточного матрикса, опосредованной опухолевыми клетками, и тесно связаны с потенциальной инвазией, метастазированием и прогнозом развития различных злокачественных опухолей у человека. Поэтому эксперименты по проверке вестерн-блотов на клеточном уровне показали, что Джолкинолид В значительно снижает экспрессию ММП-2 и ММП-12, подавляя инвазию и метастазирование опухолей. Основываясь на результатах анализа сетевой фармакологии, можно предположить, что джолкинолид B может воздействовать на CRC через множество мишеней и путей, а его ингибирование инвазии и метастазирования опухоли может быть связано с его влиянием на экспрессию ММП-2 и ММП-12.

Таким образом, в данном исследовании были применены методы скрининга активности, биоинформатики и молекулярного докинга для анализа механизма действия Jolkinolide B в профилактике и лечении колоректального рака (CRC) на основе сетевой корреляции между активным ингредиентом Jolkinolide B в традиционной китайской медицине волчьей ягодой и соответствующими целевыми белками, сигнальными путями и биологическими функциями. Результаты показали, что это соединение воздействует на CRC с помощью множества мишеней, путей и биологических функций, что дает направление для дальнейших исследований механизма действия Jolkinolide B в профилактике и лечении CRC. В связи с этим в будущем в рамках данного проекта будут продолжены исследования механизма, сочетающие методы молекулярной биологии и патофизиологии.