《Biochemistry and Biophysics Reports》:Emodin inhibits breast tumorigenesis in the comorbidity of hyperlipidemia and associated with IL-17 suppression
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本研究聚焦于高脂血癥與乳腺癌共病背景下腫瘤微環(huán)境(TME)的調(diào)控。為探究高脂血癥如何促進(jìn)乳腺癌發(fā)展以及天然化合物大黃素(Emodin)的潛在療效,研究人員通過生物信息學(xué)、體外氧化低密度脂蛋白(oxLDL)和高脂飲食(HFD)動(dòng)物模型,結(jié)合定量PCR、流式細(xì)胞術(shù)、免疫組化(IHC)及分子對接等技術(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),大黃素能有效抑制高脂飲食小鼠的腫瘤生長,其機(jī)制與抑制IL-17表達(dá)、減少巨噬細(xì)胞浸潤相關(guān)。該研究為高脂血癥相關(guān)乳腺癌的靶向治療提供了新思路和候選藥物證據(jù)。
在探索生命奧秘的過程中,癌癥一直是科學(xué)家們希望攻克的高地,而乳腺癌更是全球女性健康的頭號(hào)威脅。有趣的是,在臨床上,許多乳腺癌患者常常同時(shí)患有高脂血癥,一種以血脂異常升高為特征的常見代謝性疾病。越來越多的證據(jù)表明,這種看似是“兩碼事”的共病狀態(tài),背后可能隱藏著深刻的聯(lián)系:合并高脂血癥的乳腺癌患者,往往預(yù)后更差,轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)更高。這不禁引人深思,血液中過多的脂肪,是否不僅僅是心血管的“麻煩”,也可能成為了腫瘤生長壯大的“營養(yǎng)劑”和“助推劑”?其中,氧化低密度脂蛋白(oxLDL)這種“壞”膽固醇的代謝產(chǎn)物,被認(rèn)為是一個(gè)關(guān)鍵“信使”,它能激活免疫細(xì)胞,營造一個(gè)有利于腫瘤生長的炎癥微環(huán)境。為了解開高脂血癥與乳腺癌之間復(fù)雜的互動(dòng)網(wǎng)絡(luò),并尋找新的干預(yù)策略,來自廣東的研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了大黃素(Emodin)。這是一種從大黃、虎杖等傳統(tǒng)中藥中提取的天然蒽醌化合物,此前已被證明具有廣泛的抗癌活性。那么,在合并高脂血癥的特殊“土壤”中,大黃素這味天然藥物,能否抑制乳腺癌這顆“種子”的萌發(fā)與生長呢?近期,發(fā)表于《Biochemistry and Biophysics Reports》的一項(xiàng)研究,系統(tǒng)揭示了這一問題。
為回答以上問題,研究人員綜合運(yùn)用了多種技術(shù)手段。在數(shù)據(jù)挖掘?qū)用妫麄兝萌祟惏┌Y圖譜(HPCA)、基因表達(dá)等公共數(shù)據(jù)庫,分析了乳腺癌、高脂血癥與IL-17信號(hào)通路之間的基因關(guān)聯(lián)。在細(xì)胞與分子機(jī)制探索中,他們通過氧化低密度脂蛋白(oxLDL)體外刺激樹突狀細(xì)胞(DC)模擬高脂血癥免疫微環(huán)境,并用定量PCR、流式細(xì)胞術(shù)、劃痕實(shí)驗(yàn)等方法評估了Emodin對細(xì)胞因子、腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物(CD24-CD44+)、細(xì)胞遷移和凋亡等的影響。在動(dòng)物模型層面,他們通過給野生型(WT)C57BL/6J雌鼠飼喂高脂飲食(HFD)來構(gòu)建體內(nèi)高脂血癥背景下的乳腺癌模型,并通過測量腫瘤體積/重量、血清脂質(zhì)譜、免疫組化(IHC)和流式細(xì)胞術(shù)分析腫瘤組織免疫細(xì)胞浸潤等,評估Emodin的體內(nèi)抗腫瘤效果。在靶點(diǎn)預(yù)測層面,他們采用了分子對接模擬和分子動(dòng)力學(xué)分析,探究Emodin與潛在靶點(diǎn)蛋白的結(jié)合情況。
3.1. 脂質(zhì)代謝介質(zhì)與人類乳腺癌發(fā)展相關(guān)
研究人員通過對數(shù)據(jù)庫的分析發(fā)現(xiàn),脂質(zhì)攝取受體CD36在惡性乳腺癌活檢組織中表達(dá)上調(diào),且CD36和IL-17受體A亞基(IL17RA)的表達(dá)水平與乳腺癌患者的不良總生存期呈負(fù)相關(guān),并與促腫瘤因子IL-6、CXCL12、VEGF呈正相關(guān)。
3.2. IL-17啟動(dòng)通路參與了乳腺癌和高脂血癥,由生物信息學(xué)和oxLDL激活的樹突狀細(xì)胞(DC)所指示
生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),乳腺癌、高脂血癥和IL-17信號(hào)通路激活之間存在304個(gè)共同基因的交集。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)和KEGG功能富集分析表明IL-17與高脂血癥和乳腺癌發(fā)展之間的緊密關(guān)系相關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),Emodin能夠逆轉(zhuǎn)由oxLDL刺激的DC2.4細(xì)胞產(chǎn)生的關(guān)鍵細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β和TGF-β),而這些細(xì)胞因子是oxLDL啟動(dòng)Th17活化的重要介質(zhì)。
3.3. 大黃素在存在或不存在IL-17刺激的情況下調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞中的致瘤基因
在乳腺癌細(xì)胞E0771中,定量PCR結(jié)果顯示,Emodin能上調(diào)促凋亡基因(caspase-9、caspase-3、bax)和抑癌基因TP53的表達(dá),并下調(diào)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)基因(N-鈣粘蛋白、波形蛋白)和腫瘤轉(zhuǎn)移基因MMP2的表達(dá)。值得注意的是,即使在IL-17刺激下,Emodin對caspase-9、TP53和bax的調(diào)節(jié)作用依然顯著。TUNEL染色結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),在IL-17刺激的微環(huán)境中,Emodin處理增加了E0771乳腺癌細(xì)胞的凋亡。
3.4. 大黃素在存在或不存在IL-17刺激的情況下抑制乳腺癌細(xì)胞的干細(xì)胞特性和遷移特性
流式細(xì)胞術(shù)分析顯示,Emodin處理降低了E0771細(xì)胞中CD24-CD44+的干細(xì)胞/祖細(xì)胞比例,即使在IL-17A刺激下也是如此。劃痕實(shí)驗(yàn)證明,IL-17A增強(qiáng)了乳腺癌細(xì)胞的遷移能力,而Emodin在有無IL-17刺激的情況下均能抑制這種遷移能力。
3.5. 高脂飲食(HFD)喂養(yǎng)促進(jìn)了乳腺癌發(fā)展,伴隨膽固醇升高和促腫瘤巨噬細(xì)胞增加
在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,高脂飲食喂養(yǎng)的野生型小鼠其腫瘤生長和重量均高于普通飲食組。血清脂質(zhì)檢測表明,高脂飲食組的總膽固醇和低密度脂蛋白(LDL)膽固醇水平顯著升高。腫瘤組織的免疫熒光(IF)染色和流式細(xì)胞術(shù)分析顯示,高脂飲食組中促腫瘤的巨噬細(xì)胞(M2樣表型)比例顯著增加。
3.6. 大黃素減少了高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的乳腺腫瘤生長,并伴隨抑制促腫瘤巨噬細(xì)胞和IL-17信號(hào)
與高脂飲食模型組相比,Emodin或陽性對照藥紫杉醇(PTX)處理顯著抑制了腫瘤生長。雖然肺部表面未見明顯轉(zhuǎn)移,但Emodin處理組的小鼠肺體積小于高脂飲食組。脾臟體積在高脂飲食喂養(yǎng)并經(jīng)Emodin處理后顯示出增加趨勢。
3.7. 大黃素抑制了腫瘤中的巨噬細(xì)胞募集、血管生成和IL-17信號(hào),但不影響CD4+T細(xì)胞比例
免疫組化結(jié)果顯示,與高脂飲食組相比,Emodin治療組腫瘤組織中CD68+巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮生長因子A(VEGFA+)顯著減少。IL-17受體A(IL17RA+)區(qū)域在Emodin或PTX處理組中也顯著減少。然而,外周血流式細(xì)胞術(shù)檢測顯示,Emodin或PTX處理對CD4+T細(xì)胞和CD11b+CD11c+髓系細(xì)胞(主要包括樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)的比例無顯著影響。引流淋巴結(jié)中的細(xì)胞比例變化趨勢與外周血一致,但無統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。
3.8. 腫瘤組織中的致瘤基因和IL-17激活相關(guān)基因受到大黃素的調(diào)節(jié)
對腫瘤組織的定量PCR分析表明,Emodin或PTX處理顯著上調(diào)了高脂飲食-Emodin組中TP53的表達(dá)。IL-17激活相關(guān)基因檢測顯示,IL-17A的表達(dá)被Emodin或PTX處理顯著下調(diào),但其他相關(guān)細(xì)胞因子(如IL-6, IL-1β, TGF-β, IL-23)的變化無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
3.9. 分子對接模擬揭示了大黃素在調(diào)節(jié)合并高脂血癥的乳腺癌發(fā)展中的潛在靶點(diǎn)
分子對接模擬表明,候選靶點(diǎn)IL17RA、TP53、IL-1β和TNFR1與Emodin的結(jié)合能均低于-5.0 kcal/mol的正常閾值,提示它們是Emodin的潛在作用靶點(diǎn)。進(jìn)一步的分子動(dòng)力學(xué)分析(包括均方根偏差RMSD、均方根漲落RMSF、回轉(zhuǎn)半徑Rg、氫鍵和自由能景觀FEL分析)證實(shí),Emodin與IL17RA和TNFR1能形成穩(wěn)定、熱力學(xué)有利的復(fù)合物。
結(jié)論與討論
本研究系統(tǒng)探討了高脂血癥微環(huán)境與乳腺癌發(fā)展之間的相互作用,并驗(yàn)證了天然化合物大黃素在其中的抗腫瘤作用。核心結(jié)論是:高脂飲食可促進(jìn)野生型小鼠的乳腺癌發(fā)展,而大黃素能夠有效抑制高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的腫瘤發(fā)生。其作用機(jī)制與抑制促腫瘤巨噬細(xì)胞浸潤和阻斷IL-17信號(hào)通路激活密切相關(guān)。
本研究的體外實(shí)驗(yàn)從機(jī)制層面揭示了Emodin如何抵消高脂血癥在乳腺癌中的促瘤作用。高脂血癥的標(biāo)志物oxLDL可通過免疫調(diào)節(jié)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。oxLDL激活樹突狀細(xì)胞,進(jìn)而通過IL-6/STAT3和TGF-β依賴性途徑驅(qū)動(dòng)Th17細(xì)胞分化和IL-17的產(chǎn)生。升高的IL-17水平具有多種促瘤功能。Emodin的抗腫瘤功效可歸因于其多方面的作用:抑制oxLDL誘導(dǎo)的DC活化、抑制IL-17增強(qiáng)的癌細(xì)胞增殖和遷移、減少腫瘤干細(xì)胞群、抑制體內(nèi)腫瘤生長、調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境(如抑制促腫瘤巨噬細(xì)胞和血管生成)以及直接靶向IL-17信號(hào)分子(如與IL17RA和TNFR1穩(wěn)定結(jié)合)。
總之,這項(xiàng)研究表明,天然化合物大黃素能夠有效減少高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的腫瘤發(fā)生,其作用伴隨著對IL-17激活的抑制和對巨噬細(xì)胞的抑制。這項(xiàng)探索性研究結(jié)果為高脂血癥在乳腺癌發(fā)展中的促瘤作用提供了證據(jù),并支持大黃素作為一種有前景的抗腫瘤劑,其作用靶點(diǎn)可能包括IL-17信號(hào)分子。這為開發(fā)針對合并高脂血癥的乳腺癌患者的靶向治療策略提供了新的科學(xué)依據(jù)和潛在候選藥物。