Изучение механизма противоракового действия Taro acuminata на основе UPLC-Q-TOF-MS/MS и сетевой фармакологии
Во всем мире на долю рака молочной железы приходится 10% заболеваемости всеми видами рака и 15% смертности от опухолей у женщин. Согласно последнему докладу Global Cancer Report 2020, опубликованному Всемирной организацией здравоохранения, в 2018 году от рака молочной железы умерло 2,1 миллиона новых случаев заболевания и 27000 человек, что представляет собой серьезную угрозу для здоровья человека. Поэтому эффективное лечение рака молочной железы имеет особое значение. Согласно теории дифференциации и лечения синдромов, традиционная китайская медицина оказывает очевидное лечебное воздействие на рак молочной железы, регулируя функции организма, такие как инь, ян, ци, кровь, внутренности и меридианы. Традиционная китайская медицина может улучшить метаболизм организма, регулировать общую функцию организма пациента, а также уменьшить рецидивы и метастазы рака молочной железы для повышения клинической эффективности.
Корень и стебель Alocassia cuculata (Lour.) Schott, растения семейства Araceae, является традиционным народным лекарством, обладающим эффектами очищения от жара, детоксикации, уменьшения отеков, снятия боли. Современные фармакологические исследования показали, что таро может активировать иммунные факторы для подавления активности различных опухолевых клеток, таких как меланома, повышать иммунные способности организма, вызывать апоптоз раковых клеток и оказывать противоопухолевое действие. Связанные с ним молекулярные механизмы включают такие сигнальные пути, как MAPK и PI3K Akt. В литературе сообщается, что фракция петролейного эфира Alocasia cucullata (EAC) может ингибировать пролиферацию клеток рака молочной железы MDA-MB-231 в экспериментах с клетками in vitro. Механизм связан с ингибированием экспрессии p-ERK/ERK в MAPK-пути. В то же время, фракция петролейного эфира Alocasia cucullata богата различными ненасыщенными жирными кислотами, такими как линолевая кислота, и различными фитостеринами, такими как γ - ситостерин, по данным ГХ-МС анализа. Современные исследования показывают, что ненасыщенные жирные кислоты, такие как линолевая кислота и фитостеролы, могут вызывать апоптоз клеток рака молочной железы, регулируя уровень Bax/Bcl-2. Это позволяет предположить, что механизм противоракового действия фракции петролейного эфира Таро также может быть связан с регуляцией уровня Bax/Bcl-2. Однако в настоящее время исследования химического состава эфирной фракции Таро ограничиваются только ГХ-МС анализом, и нет соответствующих отчетов о механизме противоракового действия эфирной фракции Таро in vivo. Исследования материальной основы его эффективности и механизма противоракового действия в естественных условиях относительно слабы. Состояние роста и место метастазирования опухолевой модели трансплантации клеток 4T1 может хорошо имитировать распространенный рак молочной железы человека, и стать хорошей моделью для оценки лекарств для распространенного рака молочной железы. Поэтому в данной работе в качестве объекта исследования была взята эфирная часть Taro acuminata, химический состав эфирной части Taro acuminata был определен с помощью UPLC-Q-TOF-MS/MS, а стратегия сетевой фармакологии в сочетании с технологией молекулярного докинга была использована для выяснения молекулярного уровня механизма противоракового действия эфирной части Taro acuminata. Наконец, противораковый эффект петролейного эфира части Taro acuminata acuminata in vivo был оценен на модели мышиной опухоли рака молочной железы 4T1 и проверен механизм его противоракового действия. Для того чтобы предоставить экспериментальные ссылки для углубленного исследования и разработки таро острохвостого.

 

В данном исследовании использовалась технология UPLC-Q-TOF-MS/MS для анализа 41 химического компонента фракции петролейного эфира таро. В то же время из эфирной фракции Tara acuminata с помощью стратегии сетевой фармакологии были проанализированы 32 активных ингредиента и 556 целей, связанных с раком молочной железы. 40 основных целей, таких как MAPK1 и Bcl-2, были предсказаны сетью PPI, и эти цели были в основном сосредоточены в семействе белков MAPK и семействе белков PI3K. Кроме того, анализ обогащения биологических процессов GO показал, что биологические процессы фракции эфира Tara acuminata против рака молочной железы в основном вовлечены в негативную регуляцию клеточного апоптоза и других биологических процессов. Анализ обогащения сигнальных путей KEGG показал, что целевое обогащение противораковой фракции эфира петролеума Tara acuminata в основном относится к сигнальным путям PI3K-Akt и MAPK, оба из которых связаны с клеточным апоптозом. Сеть PPI предсказала, что MAPK1, Bcl-2 и другие основные мишени, связанные с апоптозом, были получены, и далее проверено с помощью технологии молекулярного докинга, что стериновый компонент лиганда гликозида дигиталиса, компонент жирной кислоты линоленовой кислоты и кумариновый компонент 7-гидроксикумарина могут свободно связываться (энергия связывания<0 ккал/моль) с соответствующими основными мишенями (p-ERK, Bcl-2, Bax) эфирной части Amorphophallus senticosus для рака груди. Приведенные выше результаты позволяют предположить, что противораковый эффект фракции петролейного эфира таро связан с ее многокомпонентными и многоцелевыми характеристиками, а механизм противоракового действия связан с сигнальными путями апоптоза, такими как PI3K Akt и MAPK.

Таро цзяньвэй широко используется в народной медицине для лечения различных видов рака, а соединения, содержащиеся в его клубнях, способны подавлять рост различных раковых клеток. Предыдущее исследование нашей исследовательской группы показало, что водный экстракт таро может подавлять рост рака молочной железы и продлевать период выживания мышей с раком молочной железы за счет усиления активности клеток селезенки мыши. Эксперимент с клетками показал, что таро может значительно катализировать дифференциацию иммунных моноцитов в макрофаги, стимулировать функцию мегафагоцитов и активировать иммунную систему для достижения противоопухолевого эффекта. Фракция петролейного эфира таро может ингибировать рост клеток рака молочной железы человека MDA-MB-231 и способствовать апоптозу раковых клеток. Результаты этого эксперимента показали, что фракция петролейного эфира таро может подавлять скорость роста рака молочной железы у мышей, несущих опухоль, уменьшать вес опухоли, а скорость ингибирования опухоли имела зависимость от концентрации. Селезенка является важным иммунным органом у животных, что может отражать влияние лекарств на иммунную систему. У мышей в группах со средней и высокой дозой перорального введения EAC индекс селезенки был выше и значительно отличался от показателей мышей модельной группы, что свидетельствует о том, что фракция петролейного эфира таро может улучшать иммунную функцию мышей-носителей опухолей. Результаты окрашивания опухолевой ткани HE показали, что опухолевые клетки в модельной группе мышей росли плотно, в то время как в группе 5-фторурацила и группе, обработанной таро, наблюдалось неплотное расположение клеток, размытые контуры клеток и явные некротические участки опухолевых клеток, что свидетельствует о разрыве мембраны опухолевых клеток. Нефтяной эфир таро может вызывать апоптоз опухолевых клеток.

Большое количество исследований показало, что воспаление может опосредовать целый ряд заболеваний, включая сердечно-сосудистые, онкологические, диабет, артрит, болезнь Альцгеймера и др. Постоянное присутствие причинных факторов может привести к воспалению, которое невозможно устранить, и воспаление может стать хроническим, что приведет к мутации и пролиферации клеток, что в большей степени способствует возникновению и развитию рака. Фактор некроза опухоли (TNF) является одним из важных провоспалительных цитокинов. Микроокружение, связанное с раком молочной железы, характеризуется хроническим воспалением. TNF - α может способствовать возникновению и развитию опухолей, стимулируя метаболизм эстрогенов в опухолевых клетках и окружающих стромальных клетках и накапливая эстрогены. Исследования показали, что экзогенный TNF - α не может индуцировать апоптоз опухолевых клеток в клетках MDAMB-468, SK-BR3 и MDA-MB-231, в то время как эндогенный TNF - α обладает защитной антиапоптотической активностью в клетках HS578T. Основными источниками провоспалительного цитокина интерлейкина-1 β (IL-1 β) являются миелоидные клетки, такие как MDSCs, макрофаги и DCs, которые играют роль в стимулировании опухолевого роста или усилении противоопухолевого иммунного распознавания в микроокружении опухоли. Было показано, что IL-1 β способствует накоплению MDSC в незрелых миелоидных клетках в опухолевом микроокружении, тем самым способствуя прогрессии опухоли. В данном исследовании с помощью набора ELISA было обнаружено, что по сравнению с модельной группой уровни TNF - α и IL-1 β в сыворотке крови группы положительных препаратов и групп, получавших различные концентрации таро, были снижены, а в группе высоких доз наблюдался самый низкий уровень. Таким образом, можно предположить, что после инокуляции опухоли мышам фракция петролейного эфира таро может подавлять развитие опухоли за счет снижения уровня провоспалительных цитокинов. В заключение следует отметить, что фракция петролейного эфира таро остролистного обладает значительным противораковым действием in vivo.

MAPK - это сериновая протеинкиназа, принадлежащая к эндогенному апоптотическому пути. ERK, JNK и p38 - три наиболее важных сигнальных пути, обнаруженных у млекопитающих, с различными состояниями активации. Они участвуют в сигнальных эффектах различных факторов роста, цитокинов и гормональных рецепторов после активации, регулируя рост и дифференцировку клеток. В данном экспериментальном исследовании не было обнаружено существенной разницы в уровнях белков, связанных с сигнальным путем MAPKs, белков ERK, JNK, p38, p-JNK и p-p38, а экспрессия белка p-ERK была снижена, что позволяет предположить, что петролейная эфирная часть Таро может играть противораковую роль путем ингибирования экспрессии p-ERK/ERK, что соответствует результатам предыдущих исследований in vitro и прогнозу сетевой фармакологии связанных путей. Кроме того, EAC может повышать экспрессию белка Bax/Bcl-2 и уровень мРНК гена апоптоза Bax/Bcl-2, что позволяет предположить, что EAC играет противораковую роль, способствуя апоптозу опухолевых клеток.
Таким образом, фракция петролейного эфира таро способна подавлять рост опухоли рака молочной железы 4T1 у мышей. Ее противораковый эффект связан с ее многокомпонентными и многоцелевыми характеристиками. Его механизм может быть связан с понижением регуляции экспрессии p-ERK/ERK, повышением экспрессии Bax/Bcl-2, повышением уровня мРНК Bax/Bcl-2 и стимулированием апоптоза опухолевых клеток. Данное исследование дает теоретическую основу для клинического применения Taro acuminata в лечении рака молочной железы, но его более глубокие материальные основы эффективности, мишени и механизма требуют дальнейшего изучения.