Содержание
Розмариновая кислота (РА) – это флавоноид, обычно встречающийся в растениях семейства яснотковых. Растения, богатые РА, такие как Perilla frutescens (L.) Britton, Rosmarinus officinalis L. и Melissa officinalis L., популярны во всем мире и используются в чае, травах, кулинарных приправах, специях и фруктах. РА используется для улучшения здоровья благодаря своим питательным свойствам и, как было отмечено, обладает мощной антиоксидантной активностью [ 7 , 8 ]. За последние десять лет было отмечено, что эти растения могут предотвращать и лечить опухоли. Выделение противоопухолевых компонентов растения выявило, что активные компоненты включают полифенолы. Исследования показали, что РА может предотвращать онкогенез, ингибировать рост опухоли и повышать чувствительность к агентам химиолучевой терапии в качестве адъювантной терапии [ 9 , 10 , 11 ]. Получение РА зависит от очистки после биосинтеза растений, и недавние исследования предлагают синтезировать РА in vitro инженерными бактериями [ 12 ]. Биодоступность РА низкая; поэтому для противоопухолевых применений необходимы усовершенствование лекарственной формы и разработка систем доставки химических веществ [ 13 ]. В этом обзоре обобщены противоопухолевые применения, процессы экстракции растений, богатых РА, и противоопухолевые механизмы, чтобы обеспечить углубленное понимание механизмов. Целью этого обзора является предоставление новейших данных о биологических свойствах и противоопухолевых применениях РА и растений, обогащенных РА
Мелисса́ лека́рственная (лат. Melissa officinalis). — традиционный травяной чай Средиземноморья. Исследования показали, что мелисса,при экстракции этанолом обогащает РА [ 8 , 23 ]. Эти экстракты оказывали противоопухолевое действие на клетки HCT116 и H460. Полифенольный экстракт является кандидатом на роль антиоксиданта для защиты кератиноцитов человека от повреждения кожи, вызванного ультрафиолетом B [ 24 ]. Гидроксифенилпируватредуктаза ( HPR ) из мелиссы. была выделена и охарактеризована как ген, связанный с биосинтезом розмариновая кислота. В этом исследовании было идентифицировано и классифицировано несколько генов синтеза терпеноидов [ 25 ].
Ocimum basilicum L. (т. е. базилик) употребляют в качестве приправы во всем мире. Хосам и др. сравнили шесть сортов базилика и обнаружили, что листья базилика, извлеченные из метанола, обладают противоопухолевым действием и богаты розмариновая кислота [ 26 ]. Экстракт этанола из листьев базилика предотвращал метастазирование плоскоклеточного рака головы и шеи (HNSCC) [ 27 ]. Помимо листьев, высокое содержаниерозмариновая кислота имеет каллус базилика. Сахер и др. усовершенствованные технологии культуры тканей для увеличения производства РА. Они исследовали несколько регуляторов роста растений и обнаружили, что 5 мг/л 6-бензиламинопурина (БАП) в сочетании с 1 мг/л нафталин-уксусной кислоты (НАА) дают лучший выход фенолов (346,08 мг/л), включая 7,4 мг/г РА. 28 ]. В дальнейшем каллус базилика, выращенный на среде с добавлением 10 мг/л НЧ CuO, давал наибольшее накопление РА (11,4 мг/г) [ 29 ]. Облучение светодиодами увеличивало содержание РА в каллусе на 96,0 мг/г, что в 2,46 раза выше, чем в контроле [ 30 ].
Экстракты и продукты переработки душицы обыкновенной L. используются в качестве приправ в кулинарии, эфирных маслах и вине. Это лекарственное растение, используемое в Турции для лечения астмы, расстройства желудка, головных болей и ревматизма. Водорастворимый этилацетатный экстракт обладал антиоксидантной и антипролиферативной активностью в отношении клеток C6 (глиома крысы) и HeLa; Активными ингредиентами были РА, гесперетин и гидрохинон [ 31 ]. Жюсте и др. оценили антиоксидантную и противораковую активность у различных штаммов O. vulgare и обнаружили, что содержание RA положительно коррелирует с антиоксидантной активностью [ 32 ].
Тимьян — многолетнее травянистое растение яснотковых, произрастающее в регионах Европы, Северной Африки и Азии с умеренным климатом. Используется как кулинарная приправа и лекарственное растение в этномедицине. Сырой экстракт Thymus vulgaris L. callus (содержание RA 5,67 мг/г) ингибировал клетки рака молочной железы человека [ 33 ]. Антиоксидантные и цитотоксические свойства Thymus longicaulis C. Presl были проанализированы на различных стадиях жизненного цикла. Экстракт Oct12 был богат розмариновой кислотой и проявлял выраженную биологическую активность и цитотоксичность против нескольких опухолевых клеток [ 34 ].
Род шалфейных , также принадлежащий к семейству яснотковых, обладает противораковыми лечебными свойствами. шалфея лекарственного. и шалфей кустарниковый(Salvia fruticosa Mill). (средиземноморские лекарственные растения) содержат РА в водных экстрактах от 50 до 70 мкг/мл. Эти экстракты ингибировали пролиферацию клеточных линий рака молочной железы и рака толстой кишки посредством митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK)/киназ, регулируемых внеклеточными сигналами 1 и 2 (ERK1/2), а также путей фосфатидилинозитид-3-киназы (PI3K)/AKT. 35 , 36 ]. Исследования показали, что опрыскивание листьев NO и Si, а также в условиях стресса Cu у S. officinalis повышало общее содержание RA в 2 раза по сравнению с контрольными листьями. Сеянцы орошали силикатом натрия (1 мМ Si), нитропруссидом натрия (200 мкМ в качестве донора NO) и 200 мкМ CuSO 4 [ 37 ]. Salvia miltiorrhiza Bunge — популярное китайское лекарственное растение. Метилжасмонат (MeJA) усиливал синтез RA у S. miltiorrhiza посредством регуляции гена транскрипционного фактора SmMYB2 и генов, связанных с вторичным метаболизмом [тирозинаминотрансфераза ( ТАТ ) и HPPR ] [ 38 , 39 ]. Равные количества смеси целлюлазы А и протамекса показали максимальную эффективность при экстракции RA при 28,23 мг/г [ 40 ]. Каллусная культура стеблевых и листовых эксплантов S. miltiorrhiza способствовала биосинтезу РА. RA и сальвианоловая кислота B были цитотоксическими первичными фенольными соединениями для клеток острого лимфобластного лейкоза (ALL) [ 35 ]. Чай из шалфея, приготовленный из шалфея , помогает предотвратить рак толстой кишки, подавляя окисление и повреждение ДНК [ 41 ].
Prunella laciniata (L.) L. — растение семейства губоцветных, которое на протяжении тысячелетий использовалось в Китае в пищу и в качестве лекарства. Тирозинаминотрансфераза Prunella vulgaris ( PvTAT ) представляет собой фермент биосинтеза RA, применимый для создания натуральных продуктов [ 42 ]. Исследования показали, что 60% этанольный экстракт P. laciniata проявляет высокую антиоксидантную активность in vitro и in vivo и ингибирует опухолевую нагрузку у мышей C57BL/6 с опухолями [ 43 , 44 ].
Кроме того, РА является основным активным ингредиентом некоторых растений. У Gastrocotyle hispida (Forssk.) Bunge, выращенного в Саудовской Аравии, RA был мощным противораковым компонентом против рака молочной железы и активным компонентом против ГЦК [ 45 ]. Экстракт этилацетатной фракции будра стелющаяся, собачья мята (Glechoma hederacea L). способствует разрушению мембранного потенциала митохондрий и апоптозу в клетках ГЦК. Вещественные полифенолы, включая РА, кофейную кислоту и феруловую кислоту, были разделены с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии [ 46 ]. РА является основным полифенолом в эретии тиниелистой ( Ehretiatinifolia L.) и проявляет цитотоксичность и мощную антиоксидантную активность против нескольких линий раковых клеток [ 47 ].
Методы культивирования растений включают добавление наночастиц, а для увеличения выхода RA использовалось совместное культивирование растений и бактерий. Молодые сеянцы леонотис котовниколистого (Leonotis nepetifolia (L.) R.Br. были инфицированы штаммом Rhizobium rhizogenes А4. Доминирующие соединения в экстрактах содержали 2643 мкг/г РА, что на 43% выше, чем в нетрансформированных корнях. Трансформированный экстракт корней показал лучшее цитотоксическое действие против рака молочной железы (клетки HCC1937, полумаксимальная ингибирующая концентрация (IC 50 ) = 750 мкг/мл) и лейкемии (клетки NALM-6 IC 50 = 550 мкг/мл), в то время как HUVEC нормальный клетки не имели изменений в жизнеспособности клеток при той же концентрации [ 12 ].
Трансформированные корни Змееголовника (Dracocephalum kotschyi Boiss). обрабатывали наночастицами диоксида титана в концентрации 50 мг/л ( НЧ TiO 2 ) в течение 24 часов; это лечение повысило уровень RA до 530,5 мкг/г за счет увеличения экспрессии генов PAL и RAS [ 48 ]. D. kotschyi культивировали совместно с Agrobacterium rhizogenes для обеспечения роста волосатых корней. Волосатые корни подвергались воздействию 75 мг/л Fe NP в течение 24 часов, в результате чего содержание RA составило 1194 мкг/г [ 49 ].
Находящийся под угрозой исчезновения вид растения сатурея (Satureja khuzistanica Jamzad) (из Ирана) содержал RA в метанольных экстрактах в диапазоне от 0,59% до 1,81%. Аббас и др. разработали клеточные суспензионные культуры S. khuzistanica , дополненные 100 мкМ MeJA в качестве элиситора для улучшения продукции RA до 3,9 г/л [ 50 ]. Впоследствии авторы обнаружили, что суспензионные культуры, обработанные предварительно оптимизированным коронатином (1 мкМ), дают продукцию RA 2,67 г/л, а неочищенный экстракт индуцирует апоптоз клеток MCF-7 [ 51 ]. Эти результаты демонстрируют значительный потенциал культуры клеток растений in vitro для индукции биосинтеза соединений для продукции РА.
На основе технологии совместного культивирования РА синтезируется путем ферментации околоплодника растений и бактерий. Свежие виноградные кожуры охлаждали в вакууме, измельчали в порошок и ферментировали Lactobacillus plantarum KFY02 в течение 96 часов. Ферментационный бульон был богат РА, рутином и ресвератролом, которые обладают антиоксидантной активностью и ингибируют рак печени [ 52 ].
Синтетическая биология достигла быстрого прогресса и показала широкие перспективы применения в различных областях. Инженерные бактерии вводят гены в растения или других животных и используют известные в природе биохимические реакции для производства низкомолекулярных соединений, в первую очередь натуральных продуктов. В нескольких исследованиях сообщалось о синтезе RA de novo с помощью искусственно созданных бактерий. Ферменты, в том числе синтаза розмариновой кислоты (RAS), 4-гидроксифенлацетат-3-гидроксилаза, D-лактатдегидрогеназа, ТАТ и тирозин-аммиачная лиаза, катализируют реакции биосинтеза RA [ 53 , 54 , 55 , 56 , 57 ]. Ян и др. достиг производительности РА 320,04 мг/л*ч из кофейной кислоты и 3,4-дигидроксифенилмолочной кислоты с использованием системы регенерации цикла АТФ и КоА [ 58 ]. Ли и др. разработали синтетический путь совместного культивирования трех штаммов для получения РА из глюкозы; Биопродукция РА достигала 172 мг/л [ 59 ].
- Улучшение биодоступности и биодоступности — новые технологии.
- 5. Биологические процессы и механизм действия РА в профилактике и лечении опухолей.
- 5.1. Антиоксидантный и противовоспалительный эффект
- 5.2. Реакция на повреждение ДНК
- 5.3. Регуляция клеточного цикла и пролиферации опухоли
- 5.4. Эффект, индуцирующий апоптоз
- 5.5. Подавление белков множественной лекарственной устойчивости (MDR)
- 5.6. Подавление гликолитического пути
- 5.7. Ингибирование ЕМТ
- 5.8. Антиангиогенез и метастазирование
- 6. Профилактика РА при онкогенезе.
- Таблица 2
- 7. Терапевтический эффект РА на рак.
- Таблица 3
- 8. Влияние химиочувствительности РА на терапию опухолей.
- Таблица 4
- 9. Выводы
- Сокращения
- Рекомендации
Улучшение биодоступности и биодоступности — новые технологии.
Фармакокинетический профиль РА был обобщен Nunes et al.; Преимущества RA в качестве добавки ограничены из-за проблем с рецептурой, биодоступностью и биодоступностью [ 7 ]. Поэтому крайне важно повысить биодоступность РА, включая совершенствование фармацевтических технологий и разработку систем доставки лекарств. С точки зрения токсикологии было показано, что доза 169,6 ± 32,4 мг/кг у мышей Куньмин (в возрасте 6 недель) оказалась летальной, что указывает на то, что РА был слегка токсичен [ 60 ]. Между тем, клинические исследования следует рассмотреть для дальнейшего изучения. Существует несколько клинических исследований с использованием пищевых добавок, обогащенных РА. Среди них не было сообщений о побочных реакциях [ 61 , 62 ]; однако это не может объяснить противоопухолевые эффекты и потенциальную токсичность РА для человека.
Исследование, оценивающее биодоступность и кинетику питательных веществ фенольных соединений розмари́на лека́рственого (Rosmarinus officinalis L). у здоровых людей, показало, что производными RA фазы II были RA-глюкуронид, метил-RA-глюкуронид, диметил-RA-глюкуронид и диметил-RA, что предполагает абсорбцию в тонкая кишка [ 13 ]. Абсолютная биодоступность бутилового эфира RA при пероральном приеме составила 10,52% по сравнению с 1,57% в исходной форме [ 63 ]. Абсолютная биодоступность РА улучшалась до 89,63% после легочного введения [ 64 ].
Верас и др. протестированные вспомогательные вещества для РА. Микрокристаллическая целлюлоза и поливинилпирролидон совместимы с физическими взаимодействиями, химической несовместимостью, высокими температурами и водой [ 65 ]. В методах инкапсуляции используются олигосахариды (например, циклодекстрины), повышающие растворимость в водной среде. Комплексообразование RA с циклодекстрином улучшает антиоксидантную активность [ 65 ]. Несколько систем доставки наночастиц, твердых липидных наночастиц (SLN) и фосфолипидных комплексов были применены для улучшения биодоступности и абсорбции RA в желудочно-кишечной среде. Наночастицы фиброина шелка, нагруженные RA, имели лучшую биодоступность и индуцировали апоптоз клеток рака молочной железы и шейки матки in vitro [ 66 ]. В исследовании сообщалось о безопасности дозы и токсичности RA, введенного в SLN, состоящий из Witepsol и карнаубских восков [ 67 ]. РА инкапсулирован в гидрофобный бислой, который повышает биодоступность при воздействии на желудочно-кишечный тракт. Сюэ и др. разработали сшитые железом конъюгаты РА-липид с высоким содержанием РА и доксорубицина (DOX), которые имели лучшую стабильность, биодоступность и синергическую эффективность против рака молочной железы [ 68 ]. Комплексы РА-фосфолипиды повышают биодоступность при пероральном приеме за счет повышения кишечной проницаемости; оценка in vitro показала, что он обладает лучшей проницаемостью и антиоксидантной активностью [ 69 ].
5. Биологические процессы и механизм действия РА в профилактике и лечении опухолей.
5.1. Антиоксидантный и противовоспалительный эффект
Окислительный стресс вызван чрезмерным накоплением свободных радикалов и влечет за собой развитие старения, рака, сердечной недостаточности, повреждения головного мозга и иммунных нарушений. Таким образом, ежедневное употребление богатых витаминами продуктов в виде неферментативных антиоксидантных добавок или супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КАТ) и других продуктов для здоровья в качестве добавок антиоксидантных ферментов может эффективно удалять свободные радикалы. Исследования показали, что фенольный антиоксидант RA обладает функцией удаления свободных радикалов, включая АФК и H 2 O 2 , а также усиливает антиоксидантные ферменты и неферментативные антиоксиданты [ 70 , 71 ]. Антиоксидантный эффект РА связан главным образом с предотвращением онкогенеза и химиосенсибилизации.
Длительное воздействие ионизирующей радиации и химических канцерогенов индуцирует онкогенез. В качестве моделей онкогенеза использовались ультрафиолетовое (УФ) воздействие и введение химических канцерогенов, включая ДМБА, ТРА, 1,2-диметилгидразин (ДМГ) и азоксиметан (АОМ). Повышенная метаболическая активность в раковых тканях приводит к образованию высоких концентраций АФК, что приводит к проопухолевым явлениям [ 72 ]. РА оказывал мощное очищающее действие на радикалы ABTS и DPPH и предотвращал канцерогенез кожи и полости рта [ 70 , 73 ]. РА усиливал активность СОД, КАТ и глутатионпероксидазы (GPx), а также снижал перекисное окисление липидов и цитохром P450, значительно уменьшая DMH-индуцированные кишечные полипы in vivo [ 74 , 75 , 76 , 77 ]. Накопление АФК часто сопровождается воспалением, а рак кожи и КРР обычно связаны с длительным хроническим воспалением и окислительным стрессом. RA усиливает антиоксидантную систему ядерного фактора, связанного с эритроидным 2-фактором 2 (Nrf2)/гемоксигеназой-1 (HO-1), для подавления пиринового домена NOD-подобного рецептора семейства 3 (NLRP3) и интерлейкина-1β (IL-1β) в модель канцерогенеза кожи, вызванного УФВ-излучением [ 78 ]. На животных моделях колоректального канцерогенеза, вызванного АОМ и декстрансульфатом натрия, уровни интерлейкина-6 (IL-6) и прогрессирование рака толстой кишки, связанного с колитом, снижались под действием РА. Механизм включал подавление Toll-подобного рецептора 4 (TLR4)/ядерного фактора-κB (NF-κB) и преобразователя сигнала и активатора транскрипции 3 (STAT3) [ 9 , 79 ]. РА предотвращает колоректальный канцерогенез благодаря антиоксидантному и противовоспалительному действию. РА метаболизируется и абсорбируется кишечным эпителием, что указывает на полезность ежедневного приема РА с пищей [ 13 ].
Применение антиоксидантного действия РА в терапии опухолей является адъювантной терапией и улучшением побочных эффектов опухоли. Комбинация синего света и RA при HNSCC снижала выработку H 2 O 2 и ингибировала активацию рецептора эпителиального фактора роста (EGFR) in vitro [ 80 ]. Утилизация свободных радикалов усиливает синергизм RA с цитарабином (Ara-C) против лейкозных клеток [ 81 ]. Кроме того, антиоксидантная активность РА может повысить токсичность противоопухолевой терапии. Антиоксидантные свойства РА защищают яичники, не ослабляя противоопухолевый эффект цисплатина [ 71 ]. РА улучшал гепаторенальную токсичность, индуцированную метотрексатом, и кардиотоксичность, индуцированную ДОКС, на основании антиоксидантной активности [ 82 , 83 , 84 ].
Противовоспалительными мишенями РА при терапии опухолей являются циклооксигеназа-2 (ЦОГ-2) и NF-κB. РА ингибировал активность ЦОГ-2 и подавлял ERK1/2, оказывая противовоспалительное действие на клетки рака легких, молочной железы и печени [ 85 , 86 ]. Молекулярное моделирование предсказало, что Arg120 в COX-2 является активным центром RA [ 86 ]. RA индуцировал апоптоз острого лейкоза, рака печени и рака молочной железы путем ингибирования NF-κB-опосредованного воспаления [ 87 , 88 , 89 ]. Ву и др. обнаружили, что RA нацелен на киназу I-kappaB-β (IKK-β), чтобы ингибировать сигнальный путь NF-κB с помощью молекулярного докинга [ 90 ]. Факторы воспаления, включая фактор некроза опухоли-α (TNF-α), IL-1β, IL-6 и трансформирующий фактор роста-β (TGF-β), были снижены после противоопухолевой терапии РА [ 86 , 88 ].
5.2. Реакция на повреждение ДНК
Накопление АФК и хроническое воспаление приводят к повреждению ДНК и канцерогенезу [ 91 ]. RA ингибировал повреждение ДНК благодаря мощной антиоксидантной способности, которая играет важную роль в предотвращении онкогенеза. Модель колоректального полипа крысы, индуцированная ДМГ, и модель кожи мыши, облученная УФ-излучением, подтвердили, что он ослабляет повреждение ДНК и ингибирует онкогенез [ 24 , 92 ]. В противоопухолевом процессе RA действует как химиосенсибилизатор независимым от АФК способом, ингибируя репарацию повреждений ДНК, тем самым отрицательно реагируя на повреждение ДНК [ 90 ]. РА используется в качестве дополнительной терапии для разрушения структуры ДНК (с помощью алкилирующих агентов) и ингибирования синтеза РНК и ДНК (препараты ДОКС). RA комбинировался с алкилирующими агентами при лечении CRC, что приводило к подавлению белков репарации ДНК [ 41 ]. Эффективность DOX при ГЦК усиливалась при сочетании с РА, который вызывал митохондриальную дисфункцию и повреждение ДНК [ 93 ]. Чжан и др. показали, что LncRNA MALAT-1 регулируется RA и способствует повреждению ДНК в клетках рака яичников; однако механизм остается неясным [ 94 ].
5.3. Регуляция клеточного цикла и пролиферации опухоли
Устойчивая незапланированная пролиферация является одним из отличительных признаков рака, характеризующегося потенциально бесконечной пролиферацией раковых клеток из-за непрерывного клеточного цикла и клеточного деления. Ингибиторы клеточного цикла (ингибиторы циклин-зависимых киназ 4/6) останавливают опухоли в фазе G1, тем самым предотвращая пролиферацию; этот механизм был применен при лечении нескольких опухолей [ 95 ]. РА индуцировал остановку клеточного цикла при лечении множественных опухолевых клеток, в основном за счет повышения регуляции р53 и р21 и снижения активности циклинов D1, E и B1 [ 96 ]. РА индуцировал остановку фазы G0/G1 при раке молочной железы и поджелудочной железы [ 97 , 98 ]. Арест G2/M произошел при лечении рака почки и рака полости рта [ 99 , 100 ]. Остановка клеточного цикла представляет собой возможность для раковых клеток вступить в апоптоз. RA увеличивал экспрессию белков, связанных с апоптозом, включая BCL-2-ассоциированный X (BAX), каспазу-3 и каспазу-8, а также ослаблял экспрессию антиапоптотических белков B-клеточной лимфомы-2 (BCL-2) и поли (ADP-рибозо)полимераза (PARP) [ 51 , 98 ]. Вышестоящий механизм остановки клеточного цикла, индуцирующий РА, включал деацетилазы гистонов 2 (HDAC2) и гомолог 1 онкогена, ассоциированного с глиомой (Gli1). RA смягчал ограничение HDAC2 на p53, тем самым вызывая остановку клеточного цикла [ 96 ]. RA усиливает опосредованную протеасомами деградацию Gli1 и ингибирует экспрессию нижестоящих циклина D1 и snail1 [ 98 ].
Помимо индукции остановки клеточного цикла для ингибирования пролиферации, RA может также напрямую регулировать цели, связанные с пролиферацией клеток. Антипролиферативная способность РА улучшалась при более низких концентрациях при комбинированной терапии [ 11 , 101 ]. RA проявлял превосходную антипролиферативную активность против линий раковых клеток HeLa, HT29, A549 и MCF6 со значениями IC 50 249,80, 277,85, 241,47 и 220,25 мкМ [ 102 ]. EGFR является основной мишенью антипролиферационного эффекта РА [ 80 , 101 ]. Анализ виртуального скрининга лекарств показал, что RA избирательно ингибирует EGFR и тирозинкиназу селезенки (SYK). Кай-Ченг и др. синтезировали три производных RA против лекарственно-устойчивого EGFR [ 103 ]. Киназа 4, регулирующая сродство к микротрубочкам (MARK4), контролирует раннюю стадию деления клеток. Компонент 7 комплекса обслуживания мини-хромосом (MCM7) инициирует репликацию эукариотической ДНК. RA связывается с активными карманами белков MARK4 и MCM7, связанных с клеточной пролиферацией, с большей эффективностью и ингибирует функции белка in silico [ 104 , 105 ].
5.4. Эффект, индуцирующий апоптоз
RA увеличивал соотношение BAX/BCL-2, активировал белки семейства каспаз и ингибировал PARP, что приводило к апоптозу в нескольких линиях опухолевых клеток [ 51 , 96 , 106 ]. РА стимулировал активность белков семейства каспаз, наблюдаемую в различных типах опухолевых клеток in vitro, включая CRC, рак легких, рак полости рта, глиому, остеосаркому и ALL [ 10 , 60 , 90 , 100 , 106 , 107 , 108 ]. PI3K/AKT является основным путем RA-опосредованного апоптоза. При лечении ГЦК и глиомы РА действовал как ингибитор Fyn, способствуя экспрессии белков, связанных с апоптозом, через пути PI3K/AKT и NF-κB [ 10 , 109 ]. РА подавлял сигнальный путь PI3K/AKT/механистическую мишень рапамицина (mTOR), вызывая апоптоз и ингибируя эпителиально-мезенхимальный переход (ЕМТ) и рост опухоли при ГЦК и остеосаркоме [ 108 , 110 ]. В исследовании применялись массивы РНК для идентификации генов апоптоза, регулируемых РА, в клетках рака молочной железы. TNF и суперсемейство рецепторов TNF активировались и были вовлечены в несколько сигнальных путей запрограммированной гибели клеток [ 97 ].
РА способствовал апоптозу при комбинированной терапии. Аслыхан и др. показали, что RA усиливает активность каспазы-3 и взаимодействует с миРНК, ингибируя белок теплового шока 27 (HSP27), который непосредственно индуцирует апоптоз в клетках глиомы человека [ 111 ]. Муцин 1 (MUC1) ослаблял митохондриальные апоптотические факторы и придавал устойчивость к цитарабину, гемцитабину и цисплатину [ 112 ]. RA в сочетании с ингибитором MUC1 усиливал ингибирование ферментов, связанных с гликозилированием белка. Комбинированная терапия индуцировала связанные с апоптозом белки, включая p53, BAX, BCL-2-ассоциированный агонист клеточной гибели (BAD) и каспазы-3, -8 и -9 [ 113 ]. Исследования докинга показали, что RA обладает хорошей аффинностью связывания с белком p53 [ 114 ].
5.5. Подавление белков множественной лекарственной устойчивости (MDR)
Ген ABCB1 и его функции кодируют MDR1/P-гликопротеин (P-gp) как энергозависимый лекарственный насос [ 115 ]. P-gp-опосредованная резистентность опухоли сочетается с лекарственными препаратами, а внутриклеточные лекарства перекачиваются внеклеточно по АТФ-зависимому пути, снижая внутриклеточную концентрацию лекарства. РА обладает значительной сенсибилизацией к лучевой и химиотерапии [ 116 ] и наблюдался как ингибирующий эффект на P-gp при терапии опухолей в сочетании с DOX, DDP и гемцитабином, что приводило к сенсибилизирующему эффекту при химиотерапии при заболеваниях желудка, молочной железы, не- мелкоклеточный рак легких и рак поджелудочной железы [ 11 , 117 , 118 , 119 ]. Исследования показали, что MUC1 индуцирует приобретенную химиорезистентность за счет повышения регуляции P-gp [ 120 , 121 ]. RA снижает MUC1 для повышения чувствительности к химиотерапии при раке желудка [ 113 , 122 ]; однако вопрос о том, опосредует ли RA P-gp через MUC1, требует дальнейшего изучения.
5.6. Подавление гликолитического пути
Дифференциально экспрессируемые белки после вмешательства РА при ГЦК были обнаружены с помощью протеомного анализа. Гликолиз и глюконеогенез значительно снижались после вмешательства при РА в соответствии с обогащением пути KEGG. Ингибирование гликолиза снижает выработку АТФ и подавляет пролиферацию клеток HepG2 [ 123 ]. Эффект Варбурга и фактор 1, индуцируемый гипоксией (HIF-1), усиливают энергетический метаболизм, накопление свободных радикалов и хроническое воспаление, способствуя ангиогенезу и выживанию опухолей [ 124 ]. РА может смягчать действие IL-6/STAT3 и HIF-1α, противодействуя эффекту Варбурга при карциноме желудка и КРР [ 125 , 126 ].
5.7. Ингибирование ЕМТ
Инвазивные опухолевые клетки проявляют характеристики, связанные с ЕМТ, включая морфологию мезенхимальных клеток, потерю клеточной адгезии, усиление подвижности клеток и экспрессию белков, характерных для мезенхимальных клеток [ 127 ]. RA регулирует белки, связанные с ЕМТ, и ингибирует инвазию опухолевых клеток [ 107 ]. РА способствовал ЕМТ посредством повышения регуляции Е-кадгерина, ингибирования N-кадгерина и сопутствующего ингибирования матриксных металлопротеиназ (ММП), что приводило к нарушению инвазивной способности при остеосаркоме, раке поджелудочной железы и КРР [ 108 , 128 , 129 ]. Исследования показали, что RA подавляет экспрессию гомеобокса 1, связывающего E-box цинкового пальца, snail1 иwww1, ингибирует ЕМТ и повышает химиочувствительность [ 117 ].
5.8. Антиангиогенез и метастазирование
Исследования как in vivo, так и in vitro показали, что РА обладает способностью ингибировать инвазию и метастазирование. Во-первых, RA может ингибировать способность к инвазии посредством MMP. Центральная роль ММП в метастазировании рака заключается в деградации и ремоделировании внеклеточного матрикса (ECM), что облегчает инвазию и метастазирование через периферические раковые ткани. В этом участвуют протеолитические ферменты, разрушающие ЕСМ, такие как MMP-1, -2, -13 и -14 [ 130 ]. Более того, роль ММП в стимулировании ангиогенеза также способствует прогрессированию опухоли и метастазированию. MMP-9 регулирует транслокацию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) в клетки, обеспечивая ангиогенное переключение [ 131 ]. RA ингибировал экспрессию MMP-2 и MMP-9 и способность клеток к инвазии в нескольких линиях опухолевых клеток и ослаблял метастазы CRC в легких на мышиной модели [ 60 , 100 , 107 ]. Снижение уровня MMP-2 и MMP-9 с помощью RA в качестве ингибитора Fyn при лечении ГЦК и глиомы подавляло инвазию и миграцию опухоли [ 10 , 109 ]. Подавление фосфорилирования АКТ с помощью репрессии MMPs способствует подавлению способности опухоли к инвазии [ 101 , 108 ]. Исследования показали, что RA усиливает активность микроРНК; миР-506 и миР-1225-5p нацелены на 3′-нетранслируемые области ММП, ингибируя ЕМТ и метастазирование опухоли [ 128 , 129 ].
Во-вторых, РА ингибирует метастазирование опухоли через пути VEGF и IL-8. Исследования in vivo показали, что РА ингибирует метастазирование в легкие и кости рака молочной железы [ 60 , 132 ]. Снижение уровня VEGF также является наиболее часто встречающейся целью лечения метастазов РА [ 88 , 89 , 133 ]. Активация рецепторов EGFR и VEGF способствовала экспрессии MMP и VEGF через внутриклеточные сигнальные каскады и ингибировала образование метастатических узелков в легких [ 60 , 132 , 134 ]. Хуанг и др. показали, что генерация АФК способствует экспрессии VEGF и высвобождению IL-8 [ 134 ]. Кроме того, RA ингибировал метастазирование рака молочной железы путем подавления IL-8 через путь лиганд NF-κB/член суперсемейства рецепторов TNF 11a/остеопротегерин [ 132 ]. Тем не менее, роль РА в борьбе с метастазами требует дальнейшего изучения.
6. Профилактика РА при онкогенезе.
Антиоксидация и удаление свободных радикалов являются важнейшими функциями РА для предотвращения онкогенеза. RA повышал активность SOD, CAT, глутатиона (GSH) и GPx и снижал активность реактивных веществ тиобарбитуровой кислоты и малонового диальдегида (MDA) [ 73 , 74 ]. Достаточные данные о профилактике CRC связаны с мощным антиоксидантным действием RA на ткани во время кишечной эпителиальной абсорбции для предотвращения полипов и онкогенеза. Обычными индукторами колоректального рака на животных моделях являются DMH, AOM и декстрансульфат натрия (DSS). АОМ и ДМГ могут стать канцерогенными в результате алкилирования ДНК, способствуя неправильному спариванию оснований. DSS представляет собой синтетический сульфатированный полисахарид, и было показано, что его использование само по себе вызывает воспаление толстой кишки у мышей, тогда как комбинация AOM и DSS стабильно индуцирует воспалительный колоректальный рак [ 135 ]. В моделях колоректального канцерогенеза на крысах и мышах РА уменьшал образование аберрантных очагов крипт (ACF) и устранял прогрессирование рака толстой кишки, связанного с колитом [ 9 , 74 , 76 , 92 ]. Потенциальное предотвращение КРР при РА в основном объяснялось тремя аспектами. Во-первых, превосходный антиоксидантный эффект РА может усиливать активность антиоксидантных ферментов, включая СОД, КАТ, GSH и GPx. Кроме того, РА ослаблял DMH-индуцированную активацию цитохрома P450 (CYP450) [ 74 , 77 ]. Во-вторых, РА ингибировал высвобождение провоспалительных факторов TNF-α, IL-6 и COX-2 [ 76 , 79 ]. Противовоспалительный эффект RA связан с ингибированием TLR4/NF-κB и STAT3 [ 9 ]. В-третьих, RA может уменьшить повреждение ДНК, вызванное образованием ACF [ 92 ]. Было показано , что модель спонтанного КРР, мышь C57BL/6J- Apc Min/+ , связана с онкогенезом, вызванным семейным аденоматозным полипозом. РА уменьшал количество крупных аденом (>3 мм) у мышей C57BL/6J- Apc Min/+ [ 136 ]. Канцерогенез кожи в первую очередь вызван воздействием ультрафиолетового излучения солнечного света, которое вызывает окислительный стресс, а также образование фотопродуктов и повреждений ДНК. Нарушение репарации ДНК может привести к мутагенезу и канцерогенезу [ 137 , 138 ]. РА улучшал генерацию АФК, содержание MDA и повреждение ДНК в мышиной модели папилломы кожи, индуцированной DMBA/TPA, и в кератиноцитах, подвергнутых УФ-облучению [ 20 , 24 , 70 , 139 ]. РА снижает выработку NLRP3 и IL-1β через антиоксидантную систему Nrf2/HO-1 [ 78]. В целом возникновение рака кожи связано с воздействием ультрафиолета и окислительным стрессом, а вышеуказанные эффекты РА могут эффективно противостоять канцерогенезу кожи. РА предотвращает рак полости рта благодаря своему антиоксидантному действию [ 73 , 140 ], как показано на картинке:
Механизмы эффектов профилактики онкогенеза РА. Когда клетки подвергаются окислительному стрессу или воспалительным факторам (ИЛ), накапливаются АФК и МДА. Внутриклеточные пероксидазы СОД дисмутируют супероксид-анион до H 2 O 2 , затем GPx и CAT катализируют разложение H 2 O 2 на H 2 O для поддержания клеточного гомеостаза АФК. Когда клетки постоянно стимулируются АФК, что сопровождается активацией NF-κB и ЦОГ-2, нормальные клетки могут аномально пролиферировать, дифференцироваться и избегать апоптоза, что приводит к онкогенезу. РА ингибирует секрецию IL-1β и IL-6, экспрессию NF-κB и ЦОГ-2, а также подавляет содержание АФК и МДА.
Таблица 2
Краткое изложение эффектов профилактики онкогенеза РА.
| Болезнь | Модель | Уход | Исход | Ссылка |
|---|---|---|---|---|
| Колоректальный канцерогенез | Крысам-самцам линии Wistar перорально вводили ДМГ в дозе 20 мг/кг один раз в день. | РА 10 мг/кг один раз в день | Подавляет канцерогенный эффект посредством циркулирующих антиоксидантных ферментов (СОД↑, CAT↑, GSH↑ и GPx↑). | [ 75 ] |
| Колоректальный канцерогенез | Самцам крыс-альбиносов линии Вистар вводили ДМГ в дозе 20 мг/кг подкожно в течение 4 недель. | РА 2,5, 5 и 10 мг/кг | Снижение частоты возникновения полипов за счет CYP450↓, перекисного окисления липидов↓, SOD↑, CAT↑, GPx↑ и GSH↑. | [ 74 ] |
| Колоректальный канцерогенез | Крысам линии Вистар подкожно вводили 40 мг/кг ДМГ в течение 2 недель. | РА 4, 8 и 16 мг/кг массы тела | Снижение повреждения ДНК и частоты образования АКФ. | [ 92 ] |
| Колоректальный канцерогенез | Самцам крыс линии Вистар подкожно вводили ДМГ в дозе 20 мг/кг. | Перорально РА 5 мг/кг массы тела в общей сложности 30 недель. | Подавляет образование опухоли и снижает экспрессию TNF-α, IL-6 и COX-2, а также увеличивает SOD, CAT, GPx и TBARS. | [ 76 ] |
| Колоректальный канцерогенез | Самцам крыс линии Вистар подкожно вводили ДМГ в дозе 20 мг/кг в течение 15 недель. | Ежедневно РА 5 мг/кг перорально | Защищает активность антиоксидантных ферментов (CYP450↓ и CYP4502E1↓) и снижает образование ACF. | [ 77 ] |
| Колоректальный канцерогенез | Самцам крыс Sprague-Dawley внутрибрюшинно вводили 15 мг/кг АОМ один раз в неделю в течение 4 недель. | РА 5 мг/кг перорально в день | Повышает общий антиоксидантный статус и снижает экспрессию IL-6 и общий оксидантный статус. | [ 79 ] |
| Колоректальный канцерогенез | Самцам мышей BALB/c перорально вводили AOM5-ASA 75 мг/кг/день внутрибрюшинно в течение 7 дней, затем давали питьевую воду, содержащую 1–2% DSS, в течение 49 дней. | РА 30 мг/кг/день перорально | Ингибирование TLR4 опосредовало активацию NF-κB и STAT3 и предотвратило прогрессирование рака толстой кишки, связанного с колитом. | [ 9 ] |
| Колоректальный канцерогенез | клетки APC10.1; C57BL/6J- Модель мыши Apc Min/+ |
РА 100 мкМ; 0,3% РА в рационе, 360 мг/кг в сутки |
Уменьшение количества крупных аденом (>3 мм) | [ 136 ] |
| Канцерогенез кожи | Модель мышиной папилломы кожи, индуцированной ДМБА/ТРА | Местное применение РА 1,35 мг/мышь | Ингибирует MDA, хемокины и арахидоновую кислоту и предотвращает окислительное повреждение ДНК. | [ 20 ] |
| Канцерогенез кожи | Клетки HaCaT, подвергшиеся воздействию UVA | РА 2,7–18 мг/мл | Ослабление генерации АФК и повреждение ДНК в кератиноцитах, облученных УФВ, с помощью LBE | [ 24 ] |
| Канцерогенез кожи | Клетки HaCaT, подвергшиеся воздействию UVB | РА 2,5 или 5 мкм | Снижение регуляции компонентов воспаления (выработка NLRP3 и IL-1β) через антиоксидантную систему Nrf2/HO-1 и предотвращение изменений кожи, вызванных UVB. | [ 78 ] |
| Канцерогенез кожи | клетки меланомы B16; Самки швейцарских мышей-альбиносов подвергаются воздействию УФА-излучения 3 раза в неделю, всего 100 раз. |
2% РА в рационе крыс; Введение клеток RA в дозе 1 мг/мл |
РА увеличивал активность Tyr in vitro. Оральный RA ингибировал изменения кожи, вызванные воздействием UVA (фотоканцерогенез кожи) |
[ 70 ] |
| Канцерогенез в полости рта | Обработка 0,5% жидким парафином ДМБА левых щечных мешочков модели золотого сирийского хомячка в течение 14 недель. | РА перорально 100 мг/кг | Подавление канцерогенеза в полости рта за счет повышения уровня SOD, CAT, GSH, GPx и снижения уровня TBARS и BCL-2. | [ 73 ] |
| Канцерогенез в полости рта | Самцу сирийского хомячка внутривенная инъекция 0,5% ДМБА | РА 1,3 мг/15 мл | Снижается интенсивность и инвазивность опухоли. | [ 140 ] |
| Опухолевой ангиогенез | Эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC) | РА 50, 100 и 200 мм | Подавление генерации АФК и подавление высвобождения VEGF и IL-8. | [ 134 ] |
7. Терапевтический эффект РА на рак.
РА ингибировал некоторые солидные и гематологические опухоли, вызывая остановку клеточного цикла и апоптоз, а также ингибируя ЕМТ и метастазирование опухоли. Сообщалось, что в случае глиомы RA стимулирует белок, связанный с апоптозом, и оказывает цитотоксичность в нескольких клеточных линиях глиомы со значением IC 50 в диапазоне от 200 до 400 мкМ в течение 48 часов [ 10 , 111 ]. РА индуцировал апоптоз клеток и ингибировал миграцию раковых клеток полости рта in vitro [ 100 ]. RA регулирует гены, связанные с апоптозом, и изменяет характер метилирования с помощью ДНК-метилтрансфераз 1 (DNMT1) для химиопрофилактики рака молочной железы [ 97 , 141 ]. Кроме того, РА ингибировал метастазы в костях молочной железы путем подавления IL-8 [ 132 ]. RA подавлял жизнеспособность двух клеточных линий рака желудка при более низкой концентрации IC 50 , равной 240 мкМ; в то же время RA подавлял рост опухоли у мышей с опухолями желудка путем ингибирования эффекта Варбурга [ 122 , 125 ]. Показано, что РА имеет широкий спектр применения при лечении ГЦК, включая индукцию апоптоза, ингибирование роста опухоли и метастазирования. Между тем, РА продемонстрировал незначительное влияние на пролиферацию и морфологию нормальных клеток астроцитов человека [ 109 ]. Лечение РА опосредовало активацию каспаз-3, -8 и -9 и ингибировало экспрессию BCL-2, вызывая апоптоз в различных клеточных линиях ГЦК [ 19 , 106 ]. Подавление PI3K/AKT и гликолитического пути с помощью RA ингибирует пролиферацию клеток и рост опухоли ГЦК [ 109 , 110 , 123 ]. Кроме того, аналог RA-11 представляет собой синтезированный аналог RA, который способствует апоптозу по пути EGFR/AKT/NF-κB в клетках рака желудка [ 142 ]. RA также ингибировал экспрессию VEGF и EMT, чтобы ослабить опухолевую инвазию ГЦК in vitro, но необходимы более глубокие доказательства в исследованиях in vivo [ 88 , 106 , 110 ]. Рак поджелудочной железы является высоколетальным заболеванием и четвертой по значимости причиной смертности от рака во всем мире [ 143 ]. Было показано, что РА индуцирует апоптоз и ингибирует инвазию и пролиферацию рака поджелудочной железы in vitro и подавляет рост опухоли in vivo [ 98 , 129 ]. КРР является третьей наиболее распространенной причиной смертности от рака во всем мире, при этом метастазы опухоли возникают примерно у 45% пациентов [ 144 ]. При колоректальном раке РА продемонстрировал способность противостоять метастазам колоректального рака. Уменьшение количества метастазов в легких наблюдалось у мышей после лечения РА [ 107 ]. Между тем, РА может подавлять ЕМТ и ММП, подавляя способность к инвазии и миграции нескольких клеточных линий КРР [ 60 , 107] ., 128 ]. Воспаление влияет на сигнальные пути, опосредованные цитокиновыми рецепторами, которые опосредуют прогрессирование опухоли CRC, включая пути TNF, IL-1, IL-6 и NF-κB. Более того, вызванная терапией гибель клеток CRC может индуцировать выработку TNF, IL-17 и IL-6 для спасения оставшихся клеток [ 145 ]. Следовательно, предотвращение воспалительной реакции может помочь в лечении КРР. В связи с этим было показано, что РА подавляет воспаление CRC, нарушая пути IL-6/STAT3 и NF-κB [ 60 , 126 ]. В солидных опухолях РА также продемонстрировал противоопухолевое действие на рак яичников, рак шейки матки, рак предстательной железы и остеосаркому, а конкретные механизмы показаны в Таблице 3. Посредством анализа секвенирования транскриптома метиловый эфир RA ускорял апоптоз в линии клеток рака яичников, устойчивой к DDP, посредством ингибирования Forkhead box M1 (FOXM1) [ 146 ]. А метиловый эфир RA также повышал чувствительность DDP к раку шейки матки путем ингибирования пути mTOR/рибосомальной протеинкиназы S6 β-1 (S6K1) [ 147 ]. Сообщалось, что при гематологических опухолях РА вызывает цитотоксичность в отношении множественной миеломы (ММ) путем ингибирования митохондриальной активности [ 148 ]. RA способствовал апоптозу в клетках лейкемии путем ингибирования продукции NF-κB и ROS [ 87 , 90 ], а значения IC 50 обработанных RA нормальных лимфоцитов были в 1,7–5 раз выше, чем у ALL-клеток [ 90 ].
Ключевые механизмы противоопухолевого действия РА. Внешний апоптоз: РА индуцирует внешний апоптоз за счет повышения регуляции TNF-α и каспазы-8. Эндогенный апоптоз: RA ингибирует BCL-2 и способствует экспрессии BAX, каспаз-3, -7 и -9, опосредуя эндогенный апоптоз. Путь P53 и клеточный цикл: RA ингибирует экспрессию MDM2 и способствует развитию p53, экспрессия p21 опосредует апоптоз. P21 ингибирует циклин D и циклин E, вызывая остановку клеточного цикла, а RA ингибирует циклин B, циклин D и циклин E, вызывая остановку клеточного цикла и способствуя апоптозу. Путь PI3K/AKT и NF-κB: RA способствует экспрессии гена-супрессора опухолей PTEN, ингибирует экспрессию PI3K, фосфорилирование AKT, экспрессию NF-κB и фосфорилирование p65, что индуцирует апоптоз посредством ингибирования путей, связанных с выживанием клеток.
Таблица 3
Резюме противоопухолевых эффектов РА.
| Болезнь | Модель (IC 50 ) | Уход | Исход | Ссылка |
|---|---|---|---|---|
| Глиома | Клетки глиомы U251 и U343 | РА 100, 200 и 400 мкМ | Ингибировал BCL-2 и способствовал экспрессии BAX и расщепляемому каспазе-3 белку, а также подавлял сигнальный путь PI3K/AKT/NF-κB посредством нацеливания на Fyn. | [ 10 ] |
| Глиома | Клетки U-87 MG (IC 50 в течение 48 часов: 373,48 мкМ) | РА 80 и 215 мкМ | Подавляет экспрессию HSP27 и повышает активность каспазы-3. | [ 111 ] |
| Рак полости рта | Клетки SCC-15 | РА 10, 20 и 40 мкМ | Увеличение экспрессии расщепленной каспазы-3 и соотношения BAX/BCL-2, индуцирование остановки клеточного цикла G2/M и ингибирование миграции за счет подавления MMP-2 и MMP-9. | [ 100 ] |
| Рак молочной железы | Клетки MDA-MB-231 (IC 50 в течение 48 часов: 321,75 ± 9,75 мкМ) и клетки MDA-MB-468 (IC 50 в течение 48 часов: 340,45 ± 7,57 мкМ) | РА 125 и 250 мкМ | Индуцированная остановка клеточного цикла G0/G1 и апоптоз посредством регуляции генов, связанных с апоптозом ( HRK ↑, TNFRSF25 ↑, BNIP3 ↑, TNF ↑, GADD45A ↑, BNIP3 ↑, TNFSF10 ↓, BIRC5 ↓ и TNFRSF11B ↓) | [ 97 ] |
| Рак молочной железы | Клеточная линия MCF7 | РА 20 и 40 мкМ | Регулирует характер метилирования с помощью DNMT1 для химиопрофилактики рака. | [ 141 ] |
| Метастазы в кости молочной железы | MDA-MB-231BO — клетки рака молочной железы человека, проникающие в кости (IC 50 : 118,04 мкг/мл) | РА 7,5, 15, 30 и 60 мкг/мл | Подавляет метастазирование рака молочной железы путем подавления IL-8 через лиганд NF-κB/член суперсемейства рецепторов TNF 11a/путь остеопротегерина. | [ 132 ] |
| Рак желудка | клетки MKN45 (IC 50 в течение 24 часов: 240,2 мкМ); Клетки MKN45, инъецированные мышам BALB/c-nude |
РА 60, 120,1 и 240,2 мкМ; РА 2 мг/кг вводят внутрибрюшинно в течение 14 дней. |
Подавление эффекта Варбурга (потребление глюкозы, выработка лактата и HIF-1α) за счет подавления пути IL-6/STAT3. | [ 125 ] |
| Рак желудка | Клетки CRL-1739 (IC 50 в течение 24 часов: 240 мкМ) | РА 100 и 200 мкМ | Ингибирует экспрессию MMP-9, TIMP-1, MUC1, антигенов Tn и T-антигенов, увеличивает экспрессию коллагена I. | [ 122 ] |
| Рак желудка | Клетки GES-1 (IC 50 в течение 24 часов: 289,425 ± 0,854 мкмоль/л) и SGC-7901 (IC 50 в течение 24 часов: 73,299 ± 2,011 мкмоль/л) | Аналог РА-11 10, 20 и 40 мкмоль/л | Способствует апоптозу по пути EGFR/AKT/NF-κB в клетках рака желудка. | [ 142 ] |
| ГЦК | Клетки HepG2 | РА 5 и 10 мкг/мл | Индуцированный апоптоз за счет увеличения уровней мРНК Jun, Jun-B, Fos-B, BAX и каспазы-8 и снижения экспрессии мРНК BCL-2. | [ 19 ] |
| ГЦК | Мыши с опухолями H22 | Внутрибрюшинное введение РА 75, 150 и 300 мг/кг. | Ингибирует воспалительные цитокины (IL-1β, IL-6, TNF-α, TGF-β), ангиогенные факторы (VEGF) и фосфорилирование p65. Степень ингибирования опухоли при различных концентрациях РА (39,03%, 42,98% и 48,24%) | [ 88 ] |
| ГЦК | Клетки HepG2 (IC 50 в течение 48 часов: 33 ± 0,74 мкг/мл) | РА 6,25, 12,5, 25, 50 и 100 мкг/мл | Ингибирует экспрессию GLUT-1 и HK-2 для подавления гликолитического пути. | [ 123 ] |
| ГЦК | Клетки HepG2 | RA 7, 14, and 28 µM | Induced apoptosis (caspase-3↑, caspase-9↑ and BAX/BCL-2 ratio↑), inhibited migration, and invasion | [106] |
| HCC | HepG2 cells | RA 100, 200, and 400 µM | Reduced the expression of MMP-2, MMP-9, and BCL-2, promoted the expression of BAX and Caspase-3, and downregulated PI3K/AKT/NF-κB signaling pathway through targeting Fyn. | [109] |
| HCC | SMMC 7721 cells; Tumor bearing model of nude mice |
RA 20, 50, and 100 µmol/L; RA 5, 10, and 20 mg/kg for 5 days |
Downregulated PI3K/AKT/mTOR signaling pathway to induce apoptosis, inhibited EMT in vitro and tumor growth in vivo | [110] |
| Pancreatic cancer | PANC-1, PATU-8988, MIA PaCa-2 and BxPC-3 cells; Tumor bearing model of nude mice (MIA PaCa-2 cells) |
RA 100, 200, 300, 400, and 500 μM; Orally 50 mg/kg RA 50 mg/kg orally for 30 days |
Enhanced proteasome-mediated degradation of Gli1 and inhibited the expression of downstream VEGF, Cyclin D1 and snail1. Induced apoptosis and inhibited invasion and proliferation in vitro; Suppressed tumor growth in vivo |
[98] |
| Pancreatic cancer | Panc-1 (IC50 for 24 h: 104.2 ± 4.5 μM) and SW1990 cells (IC50 for 24 h: 118.9 ± 6.7 μM); Nude mice injected subcutaneously into Panc-1 cells |
RA 100 µM; 10 and 50 mg/kg orally for 30 days |
Inhibited mRNA expression of MMP2 and MMP16 via miR-506; Inhibited tumor growth in the xenograft mice model. |
[129] |
| CRC | HCT15 and CO115 cells | RA 10, 50, and 100 µM | Inhibited cell proliferation through inhibitory of phospho-ERK in HCT15 | [35] |
| CRC | HCT8 (IC50: 298.1 μM), HCT116 (IC50: 319.8 μM), Ls174-T (IC50: 539.4 μM), and Lovo (IC50: 576.3 μM) cells | RA 0, 75, and 150 µM | Inhibited IL-1β, TNFα, IL-6, and STAT3 against Warburg effect | [126] |
| CRC | CT26 and HCT116; BALB/c mice inoculated with CT26 via the lateral tail vein |
RA 50, 100, and 200 µM; oral injection of RA (100 mg/kg/day) for 14 days |
Induced G0/G1 cell cycle arrest and apoptosis (caspases↑, Bcl-XL↓, and BCL-2↓), inhibited EMT and invasion via AMPK phosphorylation; Reduced lung metastasis of CRC cells |
[107] |
| Colon carcinoma Lung cancer |
Ls174-T human colon carcinoma cells. Lewis lung carcinoma (LLC) cells injected into C57BL/6 mice |
RA 37.5, 75, 150, and 300 µg/mL in vitro; RA 1, 2, and 4 mg/kg intraperitoneal injection for 20 days |
Ингибировал активность EGFR и VEGFR, а затем подавлял ядерную транслокацию NF-κB и активность p-AKT и p-ERK, что приводило к снижению экспрессии мРНК и белков MMP-2, MMP-9 и VEGF in vitro. . Тормозит образование метастазов. |
[ 60 ] |
| КПР | клетки HT-29 | РА 50, 100 и 200 мкМ | Ингибирование ЕМТ (E-кадгерин ↑ , N-кадгерин ↓ , MMP-1, -3 и -9 ↓ ) посредством передачи сигналов p38/AP-1. | [ 128 ] |
| Рак яичников | Клетки OVCAR-3 | РА 10, 40 и 160 мкМ | Регулирует экспрессию днРНК MALAT-1, ингибирует миграцию клеток и индуцирует апоптоз. | [ 94 ] |
| Рак яичников | СКОВ-3, ТОВ-21Г и устойчивая к DDP дочерняя линия TOV/CisR | метиловый эфир RA 40 мкМ; ДДП 5 мкм; комбинированная терапия |
Ускоренный апоптоз в линии клеток рака яичников, устойчивой к DDP, за счет ингибирования FOXM1 | [ 146 ] |
| Рак шейки матки | Клетки HeLa и SiHa | метиловый эфир RA 80 мкМ; ДДП 5 мкм; комбинированная терапия |
Эффект апоптоза против рака шейки матки за счет ингибирования пути mTOR/S6K1 | [ 147 ] |
| Рак простаты | ПК-3, ячейки ДУ145 | РА 200 мкМ | Индуцированная остановка клеточного цикла G0/G1 (циклин D1↓, циклин E↓, циклинB1↓ и p21↑) и апоптоз, усиление транскрипции p53 за счет ингибирования HDAC2. | [ 96 ] |
| Остеосаркома | Клетки остеосаркомы U2OS (IC 50 в течение 48 часов: 28 ± 1,14 мкг/мл) и MG63 (IC 50 в течение 48 часов: 25 ± 1,37 мкг/мл). | РА 12,5, 25 и 50 мкг/мл | Индуцированный апоптоз (каспаза-3, -8 и -9↑ и соотношение BAX/BCL-2↑), ингибирование ЕМТ и инвазии (MMP-2↓, MMP-9↓) посредством DJ-1-опосредованной активации PTEN и подавления ПИ3К/АКТ | [ 108 ] |
| ММ | клетки ARH-77 | РА 50, 100 и 200 мкМ | Оказывал цитотоксическое действие и снижал митохондриальную активность. | [ 148 ] |
| Лейкемия | Клетки U937, использующие TNF-α в концентрации 10 нг/мл, индуцировали окислительный стресс | РА 60 мкМ | Снижение продукции NF-κB и АФК, усиление апоптоза. | [ 87 ] |
| Острый лимфобластный лейкоз | Клетки CCRF-CEM (IC 50 в течение 48 часов: 14,6 ± 1,58 мкМ) и CEM/ADR5000 (IC 50 в течение 48 часов: 44,5 ± 5,3 мкМ) | РА 15, 30 и 60 мкМ | Направленный IKK-β для ингибирования сигнального пути NF-κB вызывал нарушение MMP и клеточной адгезии и способствовал каспазо-независимой гибели клеток. | [ 90 ] |
8. Влияние химиочувствительности РА на терапию опухолей.
Резистентность опухоли к химиотерапии является важной причиной неудач лечения и привела к исследованию сенсибилизаторов химиотерапевтических препаратов. DDP представляет собой координационный комплекс платины, который может ингибировать репликацию ДНК раковых клеток и повреждать структуру клеточной мембраны. Он цитотоксичен и более чувствителен к быстро пролиферирующим клеткам, таким как раковые клетки. Поэтому он широко используется при противоопухолевом лечении солидных опухолей [ 149 ]. Препараты на основе платины используются в качестве первой линии лечения рака легких, печени и яичников. Четыре исследования показали, что РА повышает чувствительность клеток злокачественной опухоли к ДДП. РА подавлял MDR1, чтобы повысить чувствительность DDP при лечении рака легких [ 11 ]. Комбинация RA и DDP индуцировала остановку фазы G2/M и апоптоз в клетках рака почки [ 99 ]. RA ингибировал синтез меланина и повышал чувствительность DDP путем ингибирования оси ADAM17/EGFR/AKT/гликогенсинтаза-киназы-3β (GSK3β) при меланоме [ 101 ]. Кроме того, РА продемонстрировал синергический антипролиферационный эффект с DDP на клетки рака яичников [ 18 ].
При лечении рака молочной железы DOX и паклитаксел используются в качестве схемы последовательной химиотерапии [ 150 ]. RA опосредовал чувствительность DOX и паклитаксела, регулируя путь р53 и индуцируя апоптоз [ 89 , 118 ]. Химиотерапевтическим препаратом первой линии при лечении рака желудка является 5-фторурацил (5-ФУ). Было показано, что RA повышает химиочувствительность к 5-FU за счет увеличения O4 Forkhead Box (FOXO4) [ 151 ]. DOX является химиотерапевтическим препаратом, используемым для лечения рака желудка, и было показано, что RA обращает вспять резистентность клеток SGC7901/Adr к DOX путем ингибирования MDR1 [ 119 ]. Кроме того, RA взаимодействует с антителом против MUC1, способствуя апоптозу в клетках карциномы желудка человека [ 113 ]. Хотя рекомендуемым лечением ГЦК является хирургическое вмешательство, лучевая терапия и интервенционная терапия, химиотерапия и молекулярно-таргетная терапия по-прежнему остаются основными вариантами лечения распространенного ГЦК. Комбинированная терапия с использованием RA и DOX может усилить повреждение ДНК и соотношение BAX/BCL-2 при ГЦК [ 93 ]. RA синергически увеличивал цитотоксичность и ингибирование протеасом, индуцированное MG132 при ГЦК [ 152 ]. РА также повышал эффективность гемцитабина за счет подавления белка 4, ассоциированного с множественной лекарственной устойчивостью (MRP-4) и MRP-5 в клетках рака поджелудочной железы Panc-1 [ 117 ]. Лечение полностью транс-ретиноевой кислотой (ATRA) индуцировало дифференцировку лейкозных клеток и увеличивало частоту полного ответа на острый промиелоцитарный лейкоз (APL) [ 153 ]. Ожидается, что более 80–90% ОПЛ можно вылечить с помощью терапевтического режима, основанного на ATRA и триоксиде мышьяка [ 154 ]. RA усиливал ATRA-индуцированную дифференцировку макрофагов в клетках APL [ 155 ]. Затем RA синергически ингибировал синтез ДНК, усиливая антипролиферативный эффект Ara-C [ 81 ]. Кроме того, РА может повысить чувствительность физиотерапии. Было показано, что сочетание синего света и RA эффективно снижает пролиферацию клеток HNSCC [ 80 ]. РА специфически сенсибилизирует радиацию, вызывая апоптоз при метастатической меланоме [ 156 ]. Использование RA для синтеза AuNP играет активную роль в лечении рака молочной железы [ 157 ].
Некоторые богатые РА травы использовались в адъювантной химиотерапии в этномедицине для повышения чувствительности раковых клеток к обычным лекарствам и усиления их эффекта в минимальных дозах. Последующие исследования подтвердили, что РА действительно повышает чувствительность широко используемых химиотерапевтических препаратов, включая DDP, паклитаксел, 5-Fu, DOX и Ara-C. Молекулярные мишени, участвующие в химиосенсибилизации, показаны на рисунке.Таблица 4.
Таблица 4
Краткое описание РА как химиосенсибилизаторов в терапии опухолей.
| Болезнь | Модель | Уход | Исход | Ссылка |
|---|---|---|---|---|
| Рак легких | Клетки A549 и A549/DDP (резистентность к DDP) | РА 10, 15, 20 и 40 мкг/мл; ДДП 1 мкг/мл; комбинированная терапия |
Подавление пролиферации и инвазии, а также повышение химиочувствительности к DDP на основе снижения экспрессии мРНК MDR1. | [ 11 ] |
| Рак почки | Ячейки 786-О | РА 25, 50 и 100 мкМ; ДДП 5 мкм; комбинированная терапия |
Индуцированная остановка фазы G2/M и апоптоз в клетках рака почки. | [ 99 ] |
| Рак яичников | Дочерняя линия A2780 и DDP, устойчивая к A2780CP70 | РА 2,5, 5 и 10 г/мл | Показано синергическое антипролиферационное действие DDP на клетки A2780. | [ 18 ] |
| Меланома | Клетки А375 | РА 50, 100 и 200 мкг/мл; ДДП 8 мкМ; комбинированная терапия |
Подавление пролиферации клеток, инвазии и синтеза меланина, а также повышение апоптоза и чувствительности DDP за счет ингибирования оси ADAM17/EGFR/AKT/GSK3β. | [ 101 ] |
| Рак молочной железы | Самки швейцарских мышей-альбиносов с внутрикожной инъекцией 0,1 мл асцитной карциномы Эрлиха | Перорально РА 50 мг/кг; Паклитаксел 10 мг/кг три раза в неделю внутрибрюшинно; комбинированная терапия |
Проведенная химиопрофилактика в сочетании с паклитакселом, подавление NF-κB, TNF-α и VEGF, повышение уровня апоптотических маркеров p53, каспазы-3 и соотношения BAX/BCL-2. | [ 89 ] |
| Рак молочной железы | Клетки MCF-7 | РА 1,5, 15 или 50 мкМ; ДОКС 0,2 мкМ; комбинированная терапия |
Снижение экспрессии гена MDM2 и усиление эффекта DOX. | [ 118 ] |
| Рак желудка | клетки АГС | РА 100 и 200 мкМ; Комбинированная терапия антителом против MUC1 5 мкг/мл |
Ингибировал экспрессию антигенов MUC1, BCL-2, Tn и T-антигенов, повышал экспрессию каспазы-9, BAX и BAD. | [ 113 ] |
| Рак желудка | Клетки SGC7901/Adr (резистентность к DOX) | РА 2,4 и 12 мкм | Отменил MDR клеток SGC7901/Adr, увеличил чувствительность к DOX и Rh123 за счет снижения экспрессии уровней транскрипта MDR1. | [ 119 ] |
| Рак желудка | Элементы SGC7901 и SGC7901/5-Fu (устойчивость к 5-Fu) | РА 15 мкг/мл; 5-Фу 50 мкг/мл; комбинированная терапия |
Повышенная химиочувствительность к 5-Fu, увеличение FOXO4 за счет подавления миР-6785-5p и миР-642a-3p | [ 151 ] |
| ГЦК | Клетки HepG2 и Bel-7402 | РА 25, 50 и 100 мкг/мл; ДОКС 0,4 мкг/мл; комбинированная терапия |
Повышенное повреждение ДНК и апоптоз (соотношение BAX/BCL-2↑) | [ 93 ] |
| ГЦК | Клетки HepG2 | РА 10, 100 и 1000 мМ; MG132 1 мкМ; комбинированная терапия |
Синергически повышенная цитотоксичность, ингибирование протеасом, аутофагия и апоптоз. | [ 152 ] |
| Рак поджелудочной железы | Клетки Panc-1 | РА 10 и 20 мкМ; гемцитабин 12,5 нМ; комбинированная терапия |
Оказывал антимиграционное, проапоптозное действие и повышал эффективность гемцитабина за счет подавления внутриклеточного домена MRP-4, MRP-5 и Notch1. | [ 117 ] |
| АПЛ | Клетки NB4 | РА 40 мМ; АТРА 10 нМ; комбинированная терапия |
RA усиливал ATRA-индуцированную дифференцировку макрофагов в клетках APL и повышал экспрессию CCR-1, CCR-2 и ICAM-1 за счет активации ERK и NF-κB. | [ 155 ] |
| АПЛ | Клетки HL-60 | РА 100, 125 и 150 мкМ; Ара-С 5, 10 и 20 нМ; комбинированная терапия |
Синергически ингибирует синтез ДНК, усиливая антипролиферативный эффект Ara-C. | [ 81 ] |
| HNSCC | Клетки UM-SCC-1, UM-SCC-6 и OSC-2 | РА 80 мкг/мл; Синий свет 400–500 нм; 60 Дж/см 2 , 2 мин; комбинированная терапия |
Снижение активации EGFR и продукции H 2 O 2 . | [ 80 ] |
| Метастатическая меланома | Клетки B16F10 | РА 20 и 40 мкм; Сочетание РА с рентгеном |
Специфически сенсибилизированное излучение вызывает апоптоз опухолевых клеток. | [ 156 ] |
9. Выводы
Доказаны существенные доказательства потенциальной пользы РА и обогащенных РА растений в качестве кандидатов на лекарственные средства для профилактики и лечения рака. Среди растений, богатых РА, розмарин, базилик и Perilla frutescens (L.) Britt являются потенциальными противоопухолевыми растениями в качестве пищевых добавок. В этом обзоре антиоксидантные и противовоспалительные эффекты РА предотвращают онкогенез, а пероральный РА является потенциальным применением для предотвращения колоректального рака. РА оказывает противоопухолевое действие, ингибируя пролиферацию опухолевых клеток и ЕМТ, вызывая остановку клеточного цикла и апоптоз, в которых участвуют PI3K/AKT, NF-κB, IL-6/STAT3, p53, VEGF и пути гликолиза. Ингибирование белка MDR РА повышает химиочувствительность при терапии опухолей. В терапии опухолей РА широко используется при лечении опухолей пищеварительной системы, включая ГЦК и КРР. Кроме того, РА может повышать чувствительность препаратов ДДП и ДОКС при лечении солидных опухолей. Для улучшения пероральной биодоступности РА перспективными кандидатами являются модификация вспомогательных веществ, инкапсуляция с использованием циклодекстринов, систем доставки лекарств и производных РА. В этом обзоре представлены теоретические основы использования РА в профилактике и лечении рака. Тем не менее, РА заслуживает дальнейшего изучения на основе высокопроизводительных методов и клинических исследований. Ожидается, что в будущем он станет одним из многообещающих методов профилактики и лечения рака.
Сокращения
РА, розмариновая кислота; КРР, колоректальный рак; ДДП, цисплатин; ГЦК, гепатоцеллюлярная карцинома; ДМБА, 7,12-диметилбенз[а]антрацен; ТРА, 12-тетрадеканоилфорбол-13-ацетат; АФК – активные формы кислорода; HPPR – гидроксифенилпируватредуктаза; HNSCC, плоскоклеточный рак головы и шеи; БАП, 6-бензиламинопурин; НАА – нафталинуксусная кислота; МАРК, митоген-активируемая протеинкиназа; ERK1/2, киназы 1 и 2, регулируемые внеклеточными сигналами; PI3K, фосфатидилинозитид-3-киназа; MeJA, метилжасмонат; ТАТ – тирозинаминотрансфераза; ОЛЛ — острый лимфобластный лейкоз; НЧ TiO 2 – наночастицы диоксида титана; IC 50 — полумаксимальная ингибирующая концентрация; RAS – синтаза розмариновой кислоты; SLN – твердые липидные наночастицы; ДОКС, доксорубицин; СОД – супероксиддисмутаза; КАТ, каталаза; ДМГ, 1,2-диметилгидразин; АОМ – азоксиметан; GPx — глутатионпероксидаза; EGFR, рецептор эпителиального фактора роста; Ара-С, цитарабин; NLRP3, пириновый домен семейства NOD-подобных рецепторов, содержащий 3; IL-1β, интерлейкин-1β; ИЛ-6, интерлейкин-6; TLR4, Toll-подобный рецептор 4; STAT3 — преобразователь сигнала и активатор транскрипции 3; ЦОГ-2, циклооксигеназа-2; IKK-β, киназа I-каппаB-β; TNF-α, фактор некроза опухоли-α; TGF-β, трансформирующий фактор роста-β; BAX, BCL-2, связанный с X; BCL-2, В-клеточная лимфома-2; PARP, поли(АДФ-рибоза) полимераза; HDAC2 — деацетилазы гистонов 2; Gli1 — гомолог 1 онкогена, ассоциированного с глиомой; SYK – тирозинкиназа селезенки; MARK4, киназа 4, регулирующая сродство к микротрубочкам; MCM7, компонент 7 комплекса обслуживания мини-хромосом; BAX, BCL-2, связанный с X; mTOR, механическая мишень рапамицина; ЭМТ – эпителиально-мезенхимальный переход; HSP27, белок теплового шока 27; MUC1, Муцин 1; BAD, BCL-2-ассоциированный агонист клеточной гибели; МЛУ, множественная лекарственная устойчивость; P-gp, P-гликопротеин; HIF-1, фактор 1, индуцируемый гипоксией; ММП, матриксные металлопротеиназы; ЕСМ, внеклеточный матрикс; VEGF – фактор роста эндотелия сосудов; GSH, глутатион; МДА – малоновой диальдегид; DSS, декстран сульфат натрия; АКФ — аберрантные очаги крипт; CYP450, цитохром P450; DNMT1 – ДНК-метилтрансферазы 1; FOXM1, вилочный ящик M1; S6K1 — рибосомальная протеинкиназа S6 β-1; ММ – множественная миелома; 5-ФУ, 5-фторурацил; FOXO4, Вилочный ящик O4; MRP-4, белок 4, связанный с множественной лекарственной устойчивостью; ATRA, полностью транс-ретиноевая кислота.
