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重点关注 | 上海中医药大学附属龙华医院研究团队发现中药治疗癌症的相关机制

重点关注 | 上海中医药大学附属龙华医院研究团队发现中药治疗癌症的相关机制

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号

【概要描述】天然化合物长期以来被认为是抗癌药物开发的宝贵资源。女贞子及齐墩果不仅具有抗炎、抗氧化作用,它们的主要有效成分齐墩果酸还能引起细胞代谢变化,而代谢重编程是恶性肿瘤的标志,是肿瘤发生和进展的关键,因此他们被广泛应用在抗癌中药配方中。

重点关注 | 上海中医药大学附属龙华医院研究团队发现中药治疗癌症的相关机制

【概要描述】天然化合物长期以来被认为是抗癌药物开发的宝贵资源。女贞子及齐墩果不仅具有抗炎、抗氧化作用,它们的主要有效成分齐墩果酸还能引起细胞代谢变化,而代谢重编程是恶性肿瘤的标志,是肿瘤发生和进展的关键,因此他们被广泛应用在抗癌中药配方中。

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号
  • 发布时间:2022-07-12 09:35
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天然化合物长期以来被认为是抗癌药物开发的宝贵资源。女贞子及齐墩果不仅具有抗炎、抗氧化作用,它们的主要有效成分齐墩果酸还能引起细胞代谢变化,而代谢重编程是恶性肿瘤的标志,是肿瘤发生和进展的关键,因此他们被广泛应用在抗癌中药配方中。为了研究齐墩果酸引起肿瘤代谢变化的潜在机制及鉴定新的抗癌靶点,上海中医药大学附属龙华医院、上海市中医药研究院中医肿瘤研究所陈文连和贾立军团队联合,利用代谢组学开展了深入的研究。其成果发表于癌症治疗领域的国际权威期刊《Molecular Therapy—Oncolytics》(IF=7.2)。文章思路如下:

 

|   一、体内外功能确认

研究人员首先确认了齐墩果酸在体内外的功能,用不同浓度的齐墩果酸处理A549肺癌细胞系,发现齐墩果酸以剂量依赖的方式抑制癌细胞增殖,在200μM时抑制率可达60%以上(图1A),用200μM的浓度分不同时间段处理A549细胞,在48h时齐墩果酸即可显著抑制增殖marker蛋白PCNA的表达量(图1B)在肿瘤移植小鼠中也可以起到抑制肿瘤生长的作用(图1C),且对小鼠肝脏组织不产生明显的毒副作用(图1D)。

 

图1 齐墩果酸在体内外抑制细胞增长

|   二、代谢靶点筛选与验证
 

代谢重编程在肿瘤发生和进展中起着重要作用,为了明确齐墩果酸影响肿瘤代谢的作用机制,研究人员利用代谢组学分析了齐墩果酸处理的A549细胞代谢物的变化,结果发现了18个代谢物在齐墩果酸处理后发生显著变化(图2A),对所有差异代谢物进行富集发现:嘌呤补救合成通路(Purine salvage pathway,PSP)被齐墩果酸显著的抑制(图2B)。为探究齐墩果酸影响PSP的机制,研究人员检测了PSP通路中嘌呤代谢终产物和合成物质的含量,发现并没有明显变化。

代谢组学检测中肌苷、次黄嘌呤和腺苷这三种PSP途径的代谢产物受齐墩果酸显著下调,而这三种物质在PSP途径中受HPRT1编码的次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)和NT5E编码的5’-核苷酸酶(5’-NT)调控(图2C),研究人员发现200mM 齐墩果酸处理8小时可显著降低A549细胞中两种酶的活性(图2D),说明齐墩果酸通过减弱HGPRT和5’-NT的酶活性从而抑制PSP通路。

为了验证齐墩果酸通过这两种酶发挥功效,研究人员首先确定了同时缺失HGPRT 和 5’-NT可显著降低A549细胞的增殖(图2E)。然后rescue实验证明了HGPRT 和 5’-NT过表达恢复了齐墩果酸处理后被抑制的细胞增殖现象(图2F)。

 

图2.齐墩果酸处理改变体内外代谢并抑制PSP通路

|   三、机制研究

齐墩果酸是如何调节癌细胞中HGPRT 和 5’-NT酶活性的呢。首先,研究人员进行了RT-PCR以评估齐墩果酸对编码这两种酶基因转录水平的影响。结果发现,齐墩果酸处理8 h并没有改变编码HGPRT 和 5’-NT 基因的转录(图3A、3B)。用蛋白生物合成抑制剂CHX处理细胞阻断蛋白翻译后,发现齐墩果酸处理组比对照组的HGPRT 和 5’-NT的蛋白降解速度显著加快(图3C),说明齐墩果酸通过促进HGPRT 和5’-NT的降解发挥作用。

蛋白质降解系统主要由蛋白酶体介导的和溶酶体介导的,为了明确具体的降解途径,研究人员将溶酶体抑制剂氯喹(CQ)和蛋白酶体抑制剂MG132添加到齐墩果酸处理的A549细胞中。结果发现CQ阻断了齐墩果酸诱导的HGPRT和5’-NT降解,而MG132并没有(图3D)。说明齐墩果酸通过溶酶体蛋白水解途径下调PSP的两种关键代谢酶活性。

 

图3.齐墩果酸通过激活溶酶体蛋白水解降低HGPRT和5’-NT

那么齐墩果酸是如何促进溶酶体蛋白水解呢,之前的研究表明自噬在溶酶体蛋白降解过程中具有重要调节作用,因此研究人员检测了自噬体形成的标志物LC3-II及上游的调节因子AMPK,mTORC1的两种底物(4EBP1和p70S6K)的表达,结果发现齐墩果酸可以促进AMPK磷酸化,减弱4EBP1和p70S6K的磷酸化,增加自噬体marker的表达(图4A)。说明了齐墩果酸可以通过激活AMPK,抑制mTORC1活性从而激活自噬通路,促进自噬溶酶体的形成,加速蛋白水解。

 

图4.PSP在癌细胞中过度激活

齐墩果酸在癌细胞中激活AMPK的上游机制是什么呢。因为ROS是众所周知的AMPK激活的上游信号,且细胞中有两种去除ROS非常重要的超氧化物歧化酶SOD1和SOD2。因此,研究者首先检测了齐墩果酸对ROS含量的影响,发现齐墩果酸处理显著上调了A549细胞中的ROS水平(图4B),且齐墩果酸能迅速抑制总SODs的活性,过表达SOD1能显著降低齐墩果酸诱导的ROS(图4B),增强HGPRT和5‘-NT的稳定性,拯救齐墩果酸诱导的细胞增殖抑制现象(图4C)。因此齐墩果酸发挥作用的机制是:通过抑制SOD1活性来增加ROS生成,从而促进AMPK-mTORC1-自噬-溶酶体信号途径,导致HGPRT和5’-NT的降解。

最后研究者利用组织芯片验证了两个关键的代谢酶HGPRT和5’-NT的表达及5种代谢物的表达,发现在肺癌癌组织中都显著升高(图4D、E),TCGA数据库数据表明HGPRT和5’-NT可以作为肺癌的标志物(图4F),这些结果说明了PSP在人类肺癌中过度激活,靶向PSP可作为癌症治疗的新途径。

图5.齐墩果酸作用机制

|   四、总结与讨论

本研究利用代谢组学,筛选出中药中富含的天然产物齐墩果酸抗癌的代谢靶点,并巧妙的向上延伸,探究出齐墩果酸作用靶点及影响的信号通路,揭示了中药中的天然化合物齐墩果酸通过SOD1-ROS-AMPK-mTORC1-自噬-溶酶体途径抑制PSP途径进而抑制癌细胞生长的新机制(图5)

但从这篇文章我们也可以看出,中药作用机制的研究十分复杂、路线很长,在没有确认齐墩果酸的直接作用靶点的情况下,通过代谢组学结果逆推上游的代谢酶、通路,并根据严密的逻辑,通过大量实验论证活性被抑制的上游因素,对研究人员的功力有较高的要求。针对目前中药研究遇到的难点问题,达吉特从药物的直接靶点,菌群扰动,代谢物变化等多角度出发,设计了多套技术路线,为中药、小分子研究工作者提供助力。

 

 达吉特-中药/复方与小分子药理研究平台

 

|   相关文献

Liu D, Jin X, Yu G, et al. Oleanolic acid blocks the purine salvage pathway for cancer therapy by inactivating sod1 and stimulating lysosomal proteolysis[J]. Molecular therapy. Oncolytics, 2021, 23: 107-123.

|   达吉特-为药寻靶

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达吉特中药复方/小分子药理研究平台的核心团队成员由上海中医药大学、上海交通大学医学院等知名中医药和系统生物学研究团队中的博士和博士后组成。达吉特建立了从中药/复方活性成分鉴定、天然化合物提取到小分子靶点发现与活性验证“一体化”技术体系。不仅能够为中药的深入研究提供了有力支撑,也为小分子药物设计研发、经典药物创新应用等一系列小分子药物研究提供了可靠的技术保障。

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