Ивермектин, потенцијални лек против рака изведен из антипаразитског лека
Бесплатан приступ
Графички апстракт
Ивермектин има снажне антитуморске ефекте, укључујући инхибицију пролиферације, метастаза и ангиогене активности, у различитим ћелијама рака . Ово може бити повезано са регулацијом вишеструких сигналних путева од стране ивермектина путем PAK1 киназе. С друге стране, ивермектин промовише програмирану смрт ћелија рака, укључујући апоптозу , аутофагију и пироптозу . Ивермектин индукује апоптозу, а аутофагија је међусобно регулисана. Занимљиво је да ивермектин такође може инхибирати матичне ћелије тумора и преокренути резистенцију на више лекова и да испољава оптималан ефекат када се користи у комбинацији са другим лековима за хемотерапију.
Скраћенице
ASC
Протеин сличан тачкама повезан са апоптозом који садржи CARD
АЛЦАР
ацетил-Л-карнитин
Центри за услуге услуге (CSC)
Матичне ћелије рака
Влажно
Молекуларни образац повезан са оштећењем
ЕГФР
Рецептор епидермалног фактора раста
Епителијални вирус (ЕБВ)
Епштајн-Баров вирус
Хитна помоћ
Епителни мезенхимал-транзиција
ГАБА
Гама-аминобутерна киселина
ГСДМД
Гасдермин Д.
ХБВ
Вирус хепатитиса Б
ХЦВ
Вирус хепатитиса Ц
ХЕР2
Рецептор 2 људског епидермалног фактора раста
HMGB1
Протеин бокс-1 групе високе мобилности
ХСП27
Протеин топлотног шока 27
ЛД50
средња смртоносна доза
ЛДХ
Лактат дехидрогеназа
ИВМ
Ивермектин
МДР
Резистенција на више лекова
НАЦ
N-ацетил-L-цистеин
OCT-4
Протеин који везује октамер 4
ПАК1
П-21-активиране киназе 1
ПАМП
Молекуларни образац повезан са патогеном
ПАРП
поли (АДП-рибоза) полимераза
П-гп
П-гликопротеин
Приход од прихода
рецептор за препознавање образаца
РОС
Реактивне врсте кисеоника
СТАТ3
Сигнални претварач и активатор транскрипције 3
ИД за претплату
SIN3-интеракцијски домен
сиРНК
мала интерферирајућа РНК
СОКС-2
SRY-кутија 2
ТНБЦ
Троструко негативни рак дојке
YAP1
Да-асоцирани протеин 1
Хемијска једињења размотрена у овом чланку
ивермектин (PubChem CID: 6321424)
авермектин (PubChem CID: 6434889)
селамектин (PubChem CID: 9578507)
дорамектин (PubChem CID: 9832750)
моксидектин (PubChem CID: 9832912)
Кључне речи
ивермектин
рак
премештање лекова
1. Увод
Ивермектин (IVM) је макролидни антипаразитски лек са 16-чланим прстеном изведеним из авермектина који се састоји од 80% 22,23-дихидроавермектина-B1a и 20% 22,23-дихидроавермектина-B1b [ 1 ]. Поред IVM-а, тренутни чланови породице авермектина укључују селамектин , дорамектин и моксидектин [ [2] , [3] , [4] , [5] ] ( Сл. 1 ). IVM је тренутно најуспешнији лек из породице авермектина и одобрен је од стране FDA за употребу код људи 1978. године [ 6 ]. Има добар ефекат у лечењу паразитских болести као што су речно слепило , елефантијаза и шуга . Проналазачи IVM-а, јапански научник Сатоши Омура и ирски научник Вилијам Ц. Кембел, освојили су Нобелову награду за физиологију или медицину 2015. године [ 7 , 8 ]. ИВМ активира глутамат-контролисане хлоридне канале у паразиту , узрокујући велики прилив хлоридних јона и неуронску хиперполаризацију, што доводи до ослобађања гама-аминобутерне киселине (ГАБА) која уништава живце, а нервни пренос мишићних ћелија индукује парализу соматских мишића како би се убили паразити [ 9 , 10 ]. ИВМ је такође показао благотворне ефекте против других паразитских болести, као што су маларија [ 11 , 12 ], трипаносомијаза [ 13 ], шистосомијаза [ 14 ], трихинелоза [ 15 ] и лајшманијаза [ 16 ].
Сл. 1.ИВМ не само да има снажне ефекте на паразите, већ има и потенцијалне антивирусне ефекте. ИВМ може инхибирати репликацију флавивируса циљајући NS3 хеликазу [ 17 ]; такође блокира нуклеарни транспорт вирусних протеина делујући на α/β-посредовани нуклеарни транспорт и испољава антивирусну активност против вируса HIV-1 и денге [ 18 ]. Недавне студије су такође истакле да има обећавајући инхибиторни ефекат на вирус SARS-CoV-2, који је изазвао глобалну епидемију 2020. године [ 19 ]. Поред тога, ИВМ показује потенцијал за клиничку примену код астме [ 20 ] и неуролошких болести [ 21 ]. Недавно су научници открили да ИВМ има снажан антиканцерогени ефекат.
Од првог извештаја да IVM може да преокрене резистенцију тумора на више лекова (MDR) 1996. године [ 22 ], неколико релевантних студија је нагласило потенцијалну употребу IVM као новог лека против рака.
лечење [ [23] , [24] , [25] , [26] , [27] ]. Упркос великом броју повезаних студија, и даље постоје нека кључна питања која нису решена. Пре свега, специфичан механизам цитотоксичности посредоване IVM-ом у туморским ћелијама није јасан; може бити повезан са ефектом IVM-а на различите сигналне путеве , али генерално није баш јасан. Друго, чини се да IVM индукује мешовиту ћелијску смрт у туморским ћелијама, што је такође контроверзно питање. Стога је овај преглед сумирао најновија открића о антиканцерогеном ефекту IVM-а и разматрао механизам инхибиције пролиферације тумора и начин на који IVM индукује програмирану ћелијску смрт тумора како би се пружила теоријска основа за употребу IVM-а као потенцијалног лека против рака . Како трошкови истраживања и развоја нових лекова против рака настављају да расту, репозиционирање лекова постаје све важније. Репозиционирање лекова се односи на развој нових индикација лекова који су одобрени за клиничку употребу [ 28 ]. За неке старије лекове који се широко користе за своје оригиналне индикације и за које постоје клинички подаци и информације о безбедности, репозиционирање лекова омогућава њихов развој путем јефтинијег и бржег циклуса и ефикаснију клиничку употребу [ 29 ]. Овде смо систематски сумирали антиканцерогени ефекат и механизам IVM, што је од великог значаја за репозиционирање IVM за лечење рака.
2. Улога IVM код различитих врста рака
2.1 . Рак дојке
Рак дојке је малигни тумор настао генском мутацијом у ћелијама епитела дојке, узрокованом вишеструким канцерогенима. Учесталост рака дојке се повећава сваке године и постао је један од женских малигних тумора са највећом учесталошћу на глобалном нивоу. У просеку, нови случај се дијагностикује сваких 18 секунди широм света [ 30 , 31 ]. Након третмана са IVM , пролиферација вишеструких ћелијских линија рака дојке, укључујући MCF-7, MDA-MB-231 и MCF-10, значајно је смањена. Механизам је укључивао инхибицију Akt/mTOR пута од стране IVM да би се индуковала аутофагија, а p-21-активирана киназа 1 (PAK1) била је мета IVM за рак дојке [ 32 ]. Штавише, Дијаова студија је показала да IVM може инхибирати пролиферацију ћелијских линија тумора дојке паса CMT7364 и CIPp блокирањем ћелијског циклуса без повећања апоптозе , а механизам IVM може бити повезан са инхибицијом Wnt пута [ 33 ].
Троструко негативни рак дојке (TNBC) односи се на рак који је негативан за рецептор естрогена , рецептор прогестерона и рецептор 2 хуманог епидермалног фактора раста (HER2) и представља најагресивнији подтип рака дојке са најгором прогнозом. Поред тога, тренутно не постоји клинички применљив терапијски лек [ 34 , 35 ]. Студија скрининга лекова TNBC показала је да се IVM може користити као имитатор SIN3-интеракцијског домена (SID) за селективно блокирање интеракције између SID и упарене α-хеликс2. Поред тога, IVM је регулисао експресију гена E-cadherin повезаног са епителном мезенхималном транзицијом (EMT) како би се обновила осетљивост TNBC ћелија на тамоксифен , што имплицира могућност да IVM функционише као епигенетски регулатор у лечењу рака [ 36 ].
Недавне студије су такође откриле да IVM може да подстакне смрт туморских ћелија регулисањем туморског микроокружења код рака дојке. Под стимулацијом туморског микроокружења са високим нивоом аденозин трифосфата (АТП) изван туморских ћелија, IVM би могао да појача ослобађање протеина високе мобилности групе бокс-1 (HMGB1) посредовано P2 × 4/P2 × 7/Pannexin-1 [ 37 ]. Међутим, ослобађање велике количине HMGB1 у екстрацелуларно окружење ће подстаћи имуногену смрт посредовану имунским ћелијама и инфламаторне реакције, што ће имати инхибиторни ефекат на раст туморских ћелија. Стога верујемо да антиканцерогени ефекат IVM није ограничен на цитотоксичност, већ укључује и регулацију туморског микроокружења. IVM регулише туморско микроокружење и посредује у имуногеној ћелијској смрти , што може бити нови правац за истраживање антиканцерогених механизама у будућности.
2.2 . Рак дигестивног система
Рак желуца је један од најчешћих малигних тумора широм света. У протеклој години, више од милион пацијената са раком желуца је дијагностиковано широм света [ 38 ]. Намбарина студија је показала да IVM може значајно инхибирати пролиферацију ћелија рака желуца in vivo и in vitro и да инхибиторни ефекат IVM зависи од експресије протеина 1 повезаног са Yes (YAP1) [ 39 ]. Ћелијске линије рака желуца MKN1 и SH-10-TC имају већу експресију YAP1 него ћелије MKN7 и MKN28, тако да су ћелије MKN1 и SH-10-TC осетљиве на IVM, док MKN7 и MKN28 нису осетљиве на IVM. YAP1 игра онкогену улогу у туморогенези, што указује на могућност употребе IVM као инхибитора YAP1 за лечење рака [ 40 ].
У студији која је испитала инхибиторе Wnt пута, IVM је инхибирао пролиферацију вишеструких карцинома , укључујући ћелијске линије колоректалног карцинома CC14, CC36, DLD1 и Ls174 T, и подстакао апоптозу блокирањем Wnt пута [ 41 ]. Након интервенције са IVM, експресија каспазе-3 у DLD1 и Ls174 T ћелијама се повећала, што указује да IVM има ефекат индуковања апоптозе и инхибира експресију низводних гена AXIN2, LGR5 и ASCL2 у Wnt/β-катенин путу. Међутим, тачна молекуларна мета IVM-а која утиче на Wnt/β-катенин пут тек треба да се истражи.
Хепатоцелуларни карцином је четврти водећи узрок смрти од рака широм света. Приближно 80% случајева рака јетре узроковано је инфекцијом вирусом хепатитиса Б (HBV) и вирусом хепатитиса Ц (HCV) [ 42 ]. IVM би могао да инхибира развој хепатоцелуларног карцинома блокирањем YAP1 активности код спонтаних Mob1b-/-мишева са раком јетре [ 43 ]. Холангиокарцином је малигни тумор који настаје у жучном каналу унутар и изван јетре. Интујодов експеримент је открио да IVM инхибира пролиферацију ћелија холангиокарцинома KKU214 на начин зависан од дозе и времена [ 44 ]. IVM је зауставио ћелијски циклус у S фази и подстакао апоптозу. Изненађујуће, ћелије KKU214 отпорне на гемцитабин показале су високу осетљивост на IVM, што сугерише да IVM показује потенцијал за лечење тумора који су отпорни на конвенционалне хемотерапијске лекове.
2.3 . Рак уринарног система
Карцином бубрежних ћелија је фатални малигни тумор уринарног система који потиче од ћелија епитела бубрежних тубула. Његова морбидитет се повећава у просеку за 2% годишње широм света, а клинички ефекат лечења није задовољавајући [ [45] , [46] , [47] ]. Експерименти су потврдили да IVM може значајно инхибирати пролиферацију пет ћелијских линија карцинома бубрежних ћелија без утицаја на пролиферацију нормалних ћелија бубрега , а његов механизам може бити повезан са индукцијом митохондријалне дисфункције [ 48 ]. IVM може значајно смањити потенцијал митохондријалне мембране и инхибирати митохондријално дисање и производњу АТП-а. Присуство митохондријалног горива ацетил-L-карнитина (ALCAR) и антиоксиданса N-ацетил-L-цистеина (NAC) могло би да преокрене инхибицију изазвану IVM-ом. У експериментима на животињама, имунохистохемијски резултати за туморска ткива третирана IVM-ом показали су да је експресија митохондријалног стресног маркера HEL значајно повећана, а резултати су били у складу са резултатима ћелијских експеримената.
Рак простате је малигни тумор који настаје из епителних ћелија простате, а његова морбидитет је други по учесталости, одмах после рака плућа код мушкараца у западним земљама [ 49 ]. У Напијевом експерименту, утврђено је да IVM може појачати активност антиандрогеног лека ензалутамида у ћелијској линији рака простате LNCaP и преокренути отпорност ћелијске линије рака простате PC3 на доцетаксел [ 50 ]. Занимљиво је да је IVM такође обновио осетљивост троструко негативног рака дојке на антиестрогенски лек тамоксифен [ 36 ], што такође указује на потенцијал за употребу IVM у ендокриној терапији . Штавише, утврђено је да IVM такође има добар инхибиторни ефекат на ћелијску линију рака простате DU145 [ 51 ].
2.4 . Хематолошки рак
Леукемија је врста малигне клонске болести узроковане абнормалним хематопоетским матичним ћелијама [ 52 ]. У експерименту осмишљеном да скринингује потенцијалне лекове за лечење леукемије, IVM је преференцијално убијао ћелије леукемије при ниским концентрацијама без утицаја на нормалне хематопоетске ћелије [ 51 ]. Механизам је био повезан са повећањем прилива хлоридних јона у ћелију помоћу IVM, што је резултирало хиперполаризацијом плазма мембране и индукцијом производње реактивних врста кисеоника (ROS). Такође је доказано да IVM има синергистички ефекат са цитарабином и даунорубицином на лечење леукемије. Вангов експеримент је открио да IVM може селективно да индукује митохондријалну дисфункцију и оксидативни стрес , узрокујући да ћелије хроничне мијелоидне леукемије K562 подлежу повећаној апоптози зависној од каспазе у поређењу са нормалним ћелијама коштане сржи [ 53 ]. Такође је потврђено да IVM инхибира раст тумора на начин зависан од дозе, а дасатиниб је имао побољшану ефикасност.
2.5 . Рак репродуктивног система
Рак грлића материце један је од најчешћих гинеколошких малигнитета , што резултира са приближно 530.000 нових случајева и 270.000 смртних случајева широм света сваке године. Већину карцинома грлића материце узрокује инфекција хуманим папилома вирусом (ХПВ) [ 54 , 55 ]. Доказано је да IVM значајно инхибира пролиферацију и миграцију HeLa ћелија и подстиче апоптозу [ 56 ]. Након интервенције са IVM, ћелијски циклус HeLa ћелија је блокиран у G1/S фази, а ћелије су показале типичне морфолошке промене повезане са апоптозом.
Рак јајника је малигни рак који нема ране клиничке симптоме и има лош терапијски одговор. Петогодишња стопа преживљавања након дијагнозе је приближно 47% [ 27 , 57 ]. У студији Хашимота, откривено је да IVM инхибира пролиферацију различитих ћелијских линија рака јајника , а механизам је повезан са инхибицијом PAK1 киназе [ 58 ]. У истраживању за скрининг потенцијалних мета за лечење рака јајника коришћењем shRNA библиотеке и CRISPR/Cas9 библиотеке, детектован је онкоген KPNB1. IVM је могао да блокира ћелијски циклус и индукује апоптозу ћелија путем KPNB1-зависног механизма код рака јајника [ 59 ]. Занимљиво је да IVM и паклитаксел имају синергистички ефекат на рак јајника, а комбиновани третман у in vivo експериментима скоро потпуно је инхибирао раст тумора. Штавише, према извештају Жанга, IVM може побољшати ефикасност цисплатина у побољшању лечења епителног рака јајника , а механизам је повезан са инхибицијом Akt/mTOR пута [ 60 ].
2.6 . Глиом мозга
Глиом је најчешћи церебрални тумор и сваке године се код приближно 100.000 људи широм света дијагностикује глиом. Глиобластом је најсмртоноснији глиом, са средњим временом преживљавања од само 14-17 месеци [ 61 , 62 ]. Експерименти су показали да IVM инхибира пролиферацију ћелија људског глиобластома U87 и T98 G на начин зависан од дозе и индукује апоптозу на начин зависан од каспазе [ 63 ]. Ово је било повезано са индукцијом митохондријалне дисфункције и оксидативног стреса. Штавише, IVM може индуковати апоптозу ћелија микроваскуларног ендотела људског мозга и значајно инхибирати ангиогенезу . Ови резултати су показали да IVM има потенцијал да се одупре ангиогенези тумора и метастазама тумора . У другој студији, IVM је инхибирао пролиферацију ћелија глиома U251 и C6 инхибирањем Akt/mTOR пута [ 64 ].
Код глиома, miR-21 може регулисати Ras/MAPK сигнални пут и појачати његове ефекте на пролиферацију и инвазију [ 65 ]. Активност DDX23 хеликазе утиче на експресију miR-12 [ 66 ]. IVM би могао инхибирати DDX23/miR-12 сигнални пут утичући на активност DDX23 хеликазе , чиме инхибира малигна биолошка понашања. Ово указује да IVM може бити потенцијални инхибитор РНК хеликазе и нови агенс за лечење тумора. Међутим, овде морамо нагласити да, пошто IVM не може ефикасно да прође крвно-мождану баријеру [ 67 ], изгледи за употребу IVM у лечењу глиома нису оптимистични.
2.7 . Рак респираторног система
Назофарингеални карцином је малигни тумор који настаје из епителних ћелија назофарингеалне слузокоже . Учесталост је очигледно регионална и фамилијарна, а инфекција вирусом Епштајн-Бар (EBV) је уско повезана [ 68 ]. У студији која је испитивала лекове за лечење рака назофаринкса , IVM је значајно инхибирао развој назофарингеалног карцинома код голих мишева у дозама које нису биле токсичне за нормалне тимоците [ 69 ]. Поред тога, IVM је такође имао цитотоксични ефекат на разне ћелије рака назофаринкса in vitro, а механизам је повезан са смањењем активности PAK1 киназе да би се инхибирао MAPK пут.
Рак плућа има највећи морбидитет и морталитет међу врстама рака [ 70 ]. Нишио је открио да IVM може значајно инхибирати пролиферацију ћелија рака плућа H1299 инхибирањем активности YAP1 [ 43 ]. Напијев експеримент је такође доказао да IVM у комбинацији са ерлотинибом постиже синергистички ефекат убијања регулисањем активности EGFR- а и у ћелијама рака плућа HCC827 [ 50 ]. Поред тога, IVM може смањити метастазе ћелија рака плућа инхибирањем EMT-а.
2.8 . Меланом
Меланом је најчешћи малигни тумор коже са високом стопом смртности . Лекови који циљају BRAF мутације, као што су вемурафениб , дабрафениб и моноклонска антитела за PD-1 , укључујући пембролизумаби ниволумаб , значајно су побољшали прогнозу меланома [ 71 , 72 ]. Гаљардо је лечиоћелије меланомаса IVM и открио да може ефикасно инхибирати активност меланома [ 73 ]. Занимљиво је да IVM такође може показати активност против ћелија меланома дивљег типа BRAF, а његова комбинација са дапафинибом може значајно повећатиантитуморску активност . Поред тога, потврђено је да је PAK1 кључна мета IVM-а која посредује у његовој антимеланомској активности, а IVM такође може значајно смањити метастазе меланома у плућима у експериментима на животињама. Денг је открио да IVM може активирати нуклеарну транслокацију TFE3 и индуковати ћелијску смрт зависну од аутофагије дефосфорилацијом TFE3 (Ser321) у ћелијама меланома SK-MEL-28 [ 74 ]. Међутим, NAC је преокренуо ефекат IVM, што је указивало да IVM повећава TFE3-зависну аутофагију путем ROS сигналног пута.
3. Програмирана ћелијска смрт изазвана IVM-ом у туморским ћелијама и повезани механизми
3.1 . Апоптоза
ИВМ индукује различите обрасце програмиране ћелијске смрти у различитим туморским ћелијама ( Табела 1 ). Као што је приказано у Табели 1 , главни облик програмиране ћелијске смрти изазване ИВМ је апоптоза. Апоптоза је програмирана ћелијска смрт коју регулишу гени ради одржавања ћелијске стабилности. Може бити покренута помоћу два активациона пута: ендогеног ендоплазматског ретикулума, стреса/митохондријалног пута и егзогеног пута рецептора смрти [ 75 , 76 ]. Смањење потенцијала митохондријалне мембране и ослобађање цитохрома ц из митохондрија у цитоплазму је откривено након интервенције ИВМ у ХеЛа ћелијама [ 56 ]. Стога, закључујемо да ИВМ индукује апоптозу углавном путем митохондријалног пута. Поред тога, примећене су морфолошке промене изазване апоптозом, укључујући кондензацију хроматина , фрагментацију једра, фрагментацију ДНК и формирање апоптотских тела. Коначно, IVM је променио равнотежу између протеина повезаних са апоптозом повећањем протеина Bax и смањењем антиапоптотског протеина Bcl-2, чиме је активирао каспазу-9/-3 да би индуковао апоптозу [ 48 , 53 , 63 ] ( Слика 2 ).
Резиме
| програмирана ћелијска смрт | Ћелијска линија тумора | Референце |
|---|---|---|
| Апоптоза | ХелаКолоректални карцином (CC14, CC36, DLD1, Ls174 T)Рак јајника (SKOV3, OVCAR3, CAOV3)Карцином бубрежних ћелија (SW-839, Caki-2, 786-O, A498, ACHN)Леукемија (K562, примарна CD34 + CML ћелија) Глиобластом (U87, T98 G) | [ 56 ][ 41 ][ 59 ][ 48 ][ 53 ][ 63 ] |
| Аутофагија | Глиом (U251, C6) Рак дојке (MCF-7, MDA-MB-231) Меланом (SK-MEL-28) | [ 64 ][ 32 ][ 74 ] |
| Пиротоза | Рак дојке (MDA-MB-231,4T1) | [ 37 ] |
Сл. 2. Механизми апоптозе посредоване митохондријама изазване IVM.
Излагање ћелија рака IVM може бити индуковано да генерише ROS и смањи мембрански потенцијал митохондрија. Штавише, IVM може повећати Bax и смањити Bcl-2, промовисати ослобађање цитохрома C у цитосол и активирати сигналну каскаду каспаза-9/3. Коначно, активирани PARP и каспаза-3 покрећу апоптозу.
3.2 . Аутофагија
Аутофагија је лизозомално-зависни облик програмиране ћелијске смрти. Користи лизозоме да елиминише сувишне или оштећене органеле у цитоплазми ради одржавања хомеостазе . Карактеришу је двослојне или вишеслојне вакуоларне структуре које садрже цитоплазматске компоненте, које су познате као аутофагозоми [ 77 ]. Последњих година, многе студије су показале да је аутофагија мач са две оштрице у развоју тумора. С једне стране, аутофагија може помоћи туморима да се прилагоде нутритивном недостатку туморског микроокружења и до одређене мере заштити туморске ћелије од оштећења изазваних хемотерапијом или радиотерапијом . С друге стране, неки активатори аутофагије могу повећати осетљивост тумора на радиотерапију и хемотерапију индуковањем аутофагије, а прекомерна активација аутофагије такође може довести до смрти туморских ћелија [ [78] , [79] , [80] , [81] ]. Генерално, специфично окружење туморских ћелија ће одредити да ли аутофагија појачава или инхибира развој тумора, а побољшање активности аутофагије такође је постало нови приступ у терапији рака. Програмирана ћелијска смрт посредована аутофагијом након интервенције IVM и побољшање антиканцерске ефикасности IVM регулацијом аутофагије су занимљиве теме. Интервенција са IVM у ћелијским линијама рака дојке MCF-7 и MDA-MB-231 значајно је повећала интрацелуларни аутофагични флукс и може се приметити експресија кључних протеина аутофагије као што су LC3, Bclin1, Atg5, и формирање аутофагозома [ 32 ]. Међутим, након употребе инхибитора аутофагије хлорокина и вортманина или сузбијања Bclin1 и Atg5 помоћу siRNA ради инхибиције аутофагије, антиканцерска активност IVM значајно се смањила. Ово доказује да IVM углавном испољава антитуморски ефекат путем аутофагијског пута. Поред тога, истраживачи су такође користили Akt активатор CA-Akt да би доказали да IVM углавном индукује аутофагију инхибирањем фосфорилације Akt и mTOR ( Сл. 3 ). Феномен аутофагије индуковане IVM је такође пријављен код глиома и меланома [ 64 , 74 ]. Сви горе наведени налази указују на потенцијал ИВМ као активатора аутофагије да изазове смрт зависну од аутофагије у туморским ћелијама.
Сл. 3. Механизми аутофагије посредоване PAK1/Akt/mTOR индуковане из IVM.
ИВМ промовише разградњу PAK1 путем убиквитинације/протеазома, чиме инхибира Akt/mTOR сигнални пут. Након тога, инактивација Akt/mTOR сигнализације не може инхибирати формирање Beclin-1 комплекса, чиме индукује формирање аутофагозома . Генерално, ИВМ може индуковати аутофагију путем PAK1/Akt/mTOR пута како би потиснуо раст ћелија рака независно од апоптозе. (Ub:Убиквитинација, P:Фосфорилација)
3.3 . Унакрсна комуникација између апоптозе изазване IVM-ом и аутофагије
Однос између апоптозе и аутофагије је веома компликован, а унакрсна комуникација између њих две игра виталну улогу у развоју рака [ 82 ]. Очигледно је да постојећи резултати указују на то да апоптоза и аутофагија индукована IVM-ом такође показују унакрсну комуникацију. На пример, у ћелијама меланома SK-MEL-28 утврђено је да IVM може да промовише апоптозу као и аутофагију [ 74 ]. Након употребе инхибитора аутофагије бафиломицина А1 или siRNA за смањење регулације Beclin1 , апоптоза индукована IVM-ом је значајно појачана, што сугерише да ће појачана аутофагија смањити апоптозу индуковану IVM-ом и да аутофагија индукована IVM-ом може заштитити ћелије тумора од апоптозе. Међутим, у експериментима са ћелијама рака дојке , такође је утврђено да IVM може да индукује аутофагију, а појачана аутофагија може да повећа антиканцерогену активност IVM-а [ 37 ]. Најновија истраживања показују да ће у нормалним околностима аутофагија спречити индукцију апоптозе, а активација ензима каспазе повезана са апоптозом ће инхибирати аутофагију. Међутим, у посебним околностима, аутофагија може такође помоћи у индуковању апоптозе или некрозе [ 83 ]. Укратко, веза између апоптозе изазване IVM-ом и аутофагије укључује сложен регулаторни механизам, а специфични молекуларни механизам захтева даља истраживања. Верујемо да дубље истраживање механизма може даље усмерити употребу IVM-а у лечењу рака .
3.4 . Пироптоза
Пироптоза је врста инфламаторне ћелијске смрти изазване инфламазомима . Инфламазом је мултимолекуларни комплекс који садржи рецептор за препознавање образаца (PRR), протеин сличан тачкама повезан са апоптозом који садржи CARD (ASC) и про-каспазу-1. PRR може идентификовати молекуларне обрасце повезане са патогенима (PAMP) који су структурно стабилни и еволутивно конзервирани на површини патогених микроорганизама и молекуларне обрасце повезане са оштећењем (DAMP) које производе оштећене ћелије [ 84 , 85 ]. Инфламазоми покрећу конверзију про-каспазе-1 путем самосечења у активирану каспазу-1. Активирана каспаза-1 може изазвати сазревање и лучење про-IL-1β и про-IL-18. Гасдермин D (GSDMD) је супстрат за активирану каспазу-1 и сматра се кључним протеином у извршењу пироптозе [ 86 , 87 ]. У експерименту Драганова, утврђено је да је ослобађање лактат дехидрогеназе (LDH) и активиране каспазе-1 значајно повећано у ћелијама рака дојке након интервенције IVM [ 37 ]. Поред тога, примећени су карактеристични феномени пироптозе као што су отицање и пуцање ћелија. Аутори су спекулисали да IVM може посредовати у појави пироптозе путем P2 × 4/P2 × 7/NLRP3 пута ( Сл. 4 ), али не постоје конкретни докази који би потврдили ову спекулацију. Занимљиво је да је у експериментима исхемије-реперфузије, IVM погоршао бубрежну исхемију путем P2 × 7/NLRP3 пута и повећао ослобађање проинфламаторних цитокина у ћелијама проксималних тубула човека [ 88 ]. Иако тренутно постоји мало доказа који показују да IVM индукује пироптозу, важно је истражити улогу IVM у индуковању пироптозе код других врста рака у будућим студијама и схватити да IVM може индуковати различите врсте програмиране ћелијске смрти код различитих врста рака.
Сл. 4. Механизми пироптозе посредоване IVM-индукованом P2 × 4/P2 × 7/NLRP3.
ИВМ може да подстиче ослобађање РОС у ћелијама рака путем П2 × 4/П2 × 7 рецептора. Ћелијски РОС може да активира НЛРП3 инфламазом , укључујући склапање АСК, НЛРП3 и про-каспазе-1. Након тога, НЛРП3 инфламазом иницира саморазлагање про-каспазе-1 у зрелу каспазу-1. С једне стране, активирана каспаза-1 индукује лучење проинфламаторних цитокина ИЛ-1β и ИЛ-18. С друге стране, каспаза-1 активирана помоћу ГСДМД покреће пироптозу независно од апоптозе.
4. Антиканцерогени ефекат IVM-а кроз друге путеве
4.1 . Матичне ћелије рака
Матичне ћелије рака (КЩР) су ћелијска популација слична матичним ћелијама са карактеристикама самообнављања и потенцијала диференцијације у туморском ткиву [ 89 , 90 ]. Иако су КЩР сличне матичним ћелијама по функцији, због недостатка механизма негативне повратне спреге за самообнављање матичних ћелија, њихове снажне способности пролиферације и вишесмерне диференцијације су неограничене, што омогућава КЩР да одржавају одређене активности током хемотерапије и радиотерапије [ [90] , [91] , [92] ]. Када је спољашње окружење погодно, КЩР ће се брзо размножавати како би реактивирале формирање и раст тумора. Стога су КЩР широко препознате као главни узрок рецидива након лечења [ 93 , 94 ]. Гвадалупе је проценио ефекат интравенозне мобилизације ћелија (ИВМ) на КЩР у ћелијској линији рака дојке MDA-MB-231 [ 95 ]. Експериментални резултати су показали да ИВМ преференцијално циља и инхибира популације ћелија богате КЩР у поређењу са другим популацијама ћелија у ћелијама MDA-MB-231. Штавише, експресија хомеобокс протеина NANOG , протеина који везује октамер 4 (OCT-4) и SRY-бокс 2 (SOX-2), који су уско повезани са способношћу самообнављања и диференцијације матичних ћелија у CSC, такође је значајно инхибирана помоћу IVM. Ово сугерише да се IVM може користити као потенцијални инхибитор CSC за терапију рака. Даља истраживања су показала да IVM може инхибирати CSC регулисањем PAK1-STAT3 осе [ 96 ].
4.2 . Преокретање резистенције тумора на више лекова
Мултирезистентна резистентност туморских ћелија је главни узрок рецидива и смрти након хемотерапије [ 97 ]. Ефлукс лекова посредован породицом транспорта везивања АТП-а и прекомерна експресија П-гликопротеина (П-гп) се широко сматрају главним узроцима МДР тумора [ [98] , [99] , [100] ]. Неколико студија је потврдило да ИВМ може да преокрене резистенцију на лекове инхибирањем П-гп и протеина повезаних са МДР [ [101] , [102] , [103] ]. У Дидијеовим експериментима који су тестирали ефекат ИВМ на лимфоцитну леукемију , ИВМ се могао користити као инхибитор П-гп да би се утицало на МДР [ 22 ]. У Ђијанговом експерименту, ИВМ је преокренуо резистенцију на лекове ћелијске линије колоректалног карцинома HCT-8 отпорне на винкристин , ћелијске линије рака дојке MCF-7 отпорне на доксорубицин и ћелијске линије хроничне мијелоидне леукемије K562 [ 104 ]. ИВМ је инхибирао активацију EGFR-а и низводног ERK/Akt/NF-kappa B сигналног пута како би смањио експресију P-gp. Раније смо поменули улогу ИВМ код рака простате отпорног на доцетаксел [ 50 ] и холангиокарцинома отпорног на гемцитабин [ 44 ]. Ови резултати указују на значај примене ИВМ за лечење пацијената са MDR који се лече хемотерапијом.
4.3 . Појачана циљана терапија и комбиновани третман
Циљани третман кључних мутираних гена код рака, као што су EGFR код рака плућа и HER2 код рака дојке, може постићи снажне клиничке ефекте [ 105 , 106 ]. HSP27 је молекуларни протеин шаперон који је високо експресован код многих врста рака и повезан је са резистенцијом на лекове и лошом прогнозом. Сматра се новом метом за терапију рака [ 107 ]. Недавне студије су откриле да се IVM може користити као инхибитор фосфорилације HSP27 како би се побољшала активност анти-EGFR лекова код тумора изазваних EGFR/HER2. Експеримент је показао да IVM може значајно појачати инхибиторне ефекте ерлотиниба и цетуксимаба на рак плућа и колоректални карцином [ 50 ]. Раније смо поменули да ИВМ у комбинацији са конвенционалним хемотерапеутским лековима као што су цисплатин [ 60 ], паклитаксел [ 59 ], даунорубицин и цитарабин [ 51 ], или са циљаним лековима као што су дасатиниб [ 53 ] и дапафениб [ 73 ] показује велики потенцијал за лечење рака. Комбинација лекова може ефикасно повећати ефикасност, смањити токсичност или одложити резистенцију на лекове. Стога је комбинована терапија најчешћа метода хемотерапије. ИВМ има низ различитих механизама деловања код различитих карцинома, а његов потенцијал за синергијске ефекте и побољшану ефикасност у комбинованој терапији био је од посебног интереса за нас. ИВМ се не само не преклапа са другим терапијама у погледу свог механизма деловања, већ чињеница да ИВМ има више циљева сугерише да није лако произвести резистенцију на ИВМ. Стога је континуирано проучавање и тестирање безбедних и ефикасних комбинованих терапија лековима неопходно како би се максимизирали антиканцерогени ефекти ИВМ-а.
5. Молекуларне мете и сигнални путеви укључени у антиканцерогени потенцијал IVM-а
Као што је горе поменуто, антиканцерогени механизам IVM укључује широк спектар сигналних путева као што су Wnt/β-катенин, Akt/mTOR, MAPK и друге могуће мете као што су PAK1 и HSP27 , као и друге механизме деловања ( Табела 2 ). Открили смо да IVM инхибира развој туморских ћелија на PAK1-зависан начин код већине карцинома. Сходно томе, концентрисали смо се на дискусију о улози PAK1 киназе и унакрсној комуникацији између различитих путева и PAK1 како бисмо пружили нове перспективе о механизму функције IVM.
Резиме
| Механизам | Врста рака | Референце |
|---|---|---|
| Инхибира Wnt пут | Рак дојке, колоректални карцином | [ 33 , 41 ] |
| Инхибира Akt/mTOR пут | Рак дојке, рак јајника, глиом | [ 32 , 60 , 64 ] |
| Инхибира MAPK пут | Назофаринксални карциномМеланом | [ 69 , 73 ] |
| Инхибира YAP1 протеин | Рак желуца, рак јетре | [ 39 , 43 ] |
| Инхибира PAK1 протеин | Рак дојке, рак јајника, назофарингеални карцином, меланом | [ 32 , 58 , 69 , 73 , 96 ] |
| Инхибира HSP27 | Рак простате, рак плућа, колоректални карцином | [ 50 ] |
| Изазвати митохондријалну дисфункцију | Карцином бубрежних ћелија, глиома, леукемија | [ 48 , 53 , 63 ] |
| Инхибира матичне ћелије рака | Рак дојке | [ 95 , 96 ] |
| Инхибира п-гликопротеин и MDR протеин | Колоректални карцином, рак дојке, леукемија | [ 22 , 104 ] |
| Активирајте P2 × 7 рецептор | Рак дојке | [ 37 ] |
| Инхибира SIN3 домен | Рак дојке | [ 36 ] |
| Инхибира DDX23 хеликазу | Глиом | [ 66 ] |
| Активирајте хлоридне канале | Леукемија | [ 51 ] |
| Повећајте активност TFE3 | Меланом | [ 74 ] |
| Инхибирају KPNB1 протеин | Рак јајника | [ 59 ] |
Као члан PAK породице серин/треонин киназа, PAK1 има мноштво биолошких функција као што су регулисање ћелијске пролиферације и апоптозе, кретања ћелија, динамике и трансформације цитоскелета [ 108 ]. Претходне студије су показале да се PAK1 налази на пресеку вишеструких сигналних путева повезаних са туморогенезом и да је кључни регулатор мрежа сигнализације рака ( Сл. 5 ). Прекомерна активација PAK1 је укључена у формирање, развој и инвазију различитих карцинома [ 109 , 110 ]. Циљање PAK1 је нова и обећавајућа метода за лечење рака, а развој PAK1 инхибитора је привукао широку пажњу [ 111 ]. IVM је PAK1 инхибитор код различитих тумора и има добру безбедност у поређењу са другим PAK1 инхибиторима као што је IPA-3. Код меланома и назофарингеалног карцинома , IVM је инхибирао активност ћелијске пролиферације инхибирањем PAK1 да би се смањила експресија MEK 1/2 и ERK1/2 [ 69 , 73 ]. Након интервенције ИВМ код рака дојке, експресија ПАК1 је такође значајно инхибирана, а употреба сиРНК за смањење експресије ПАК1 у туморским ћелијама значајно је смањила антиканцерогену активност ИВМ-а. Занимљиво је да је ИВМ могао да инхибира експресију ПАК1 протеина, али није утицао на експресију ПАК1 иРНК [ 32 ]. Инхибитор протеазома МГ132 је преокренуо супресивни ефекат ИВМ-а, што је указивало на то да је ИВМ углавном разградио ПАК1 путем пута убиквитинације протеазома . Већ смо поменули да ИВМ игра антиканцерогену улогу у различитим туморима регулишући путеве који су уско повезани са развојем рака. ПАК1 се налази на споју ових путева. Генерално, претпостављамо да ИВМ може да регулише Akt/mTOR, MAPK и друге путеве који су неопходни за пролиферацију туморских ћелија инхибирањем експресије ПАК1, који игра антиканцерогену улогу код већине карцинома.
Сл. 5. PAK1 унакрсно регулише више сигналних путева .
Активација RAS директно покреће PAK1, MAPK и PI3K/Akt путеве. PAK1 распоређује преслушивање између PI3K и MAPK путева. PAK1 може индуковати активацију MEK1/2 и ERK1/2 помоћу RAF и повећати PI3K/Akt сигнализацију помоћу PDK1 . PAK1 такође може активирати проинфламаторне путеве олакшавањем нуклеарне активације NF-капа B. Поред тога, PAK1 олакшава Wnt/β-катенинову сигнализацију, узрокује акумулацију β-катенина у цитоплазми и његову транслокацију у једро. Штавише, Akt може инхибирати пренос β-катенина у једро.
6. Резиме и перспективе
Малигни тумори су једна од најозбиљнијих болести које данас угрожавају људско здравље и друштвени развој, а хемотерапија је једна од најважнијих метода за лечење малигних тумора. Последњих година, многи нови хемотерапеутски лекови су ушли у клинику, али туморске ћелије су склоне отпорности на лекове и очигледним нежељеним реакцијама на ове лекове. Стога је развој нових лекова који могу превазићи отпорност, побољшати антиканцерогену активност и смањити нежељене ефекте хитан проблем који треба решити у хемотерапији. Репозиционирање лекова је пречица за убрзавање развоја лекова против рака .
Као што је горе поменуто, лек широког спектра антипаразита IVM, који се широко користи у области контроле паразита, има многе предности које указују на то да је вредно развијати га као потенцијални нови лек против рака. IVM селективно инхибира пролиферацију тумора у дози која није токсична за нормалне ћелије и може да преокрене мултирезистентни ефекат тумора. Важно је напоменути да је IVM успостављени лек који се користи за лечење паразитских болести као што су речно слепило и елефантијаза . Широко се користи код људи већ дуги низ година, а његова различита фармаколошка својства, укључујући дугорочне и краткорочне токсиколошке ефекте и карактеристике метаболизма лекова, су веома јасна. Код здравих добровољаца, доза је повећана на 2 мг/кг и нису пронађене озбиљне нежељене реакције, док су тестови на животињама као што су мишеви, пацови и зечеви показали да је средња смртоносна доза (LD50) IVM била 10-50 мг/кг [ 112 ]. Поред тога, доказано је да IVM показује и добру пермеабилност у туморским ткивима [ 50 ]. Нажалост, није било извештаја о клиничким испитивањима IVM као лека против рака. И даље постоје неки проблеми које треба проучити и решити пре него што се ИВМ користи у клиници.
(1) Иако велики број резултата истраживања указује да IVM утиче на вишеструке сигналне путеве у туморским ћелијама и инхибира пролиферацију, IVM може изазвати антитуморску активност у туморским ћелијама путем специфичних циљева. Међутим, до данас није пронађена тачна мета за деловање IVM. (2) IVM регулише туморско микроокружење, инхибира активност туморских матичних ћелија и смањује туморску ангиогенезу и метастазе тумора . Међутим, не постоји систематски и јасан закључак у вези са повезаним молекуларним механизмом. Стога је у будућим истраживањима неопходно наставити истраживање специфичног механизма IVM-а који је укључен у регулацију туморског микроокружења, ангиогенезе и EMT-а . (3) Све је јасније да IVM може изазвати мешовити начин ћелијске смрти који укључује апоптозу, аутофагију и пироптозу у зависности од ћелијског стања и врсте рака . Идентификовање претежног или најважнијег доприносиоца ћелијској смрти у свакој врсти рака и окружењу биће кључно у одређивању ефикасности третмана заснованих на IVM-у. (4) IVM може побољшати осетљивост хемотерапеутских лекова и смањити производњу резистенције. Стога, IVM треба користити у комбинацији са другим лековима како би се постигао најбољи ефекат, док специфичан план лекова који се користи за комбиновање IVM са другим лековима тек треба да се истражи.
Већина истраживања против рака спроведених на породици авермектина до сада је била фокусирана на авермектин и IVM. Лекови из породице авермектина, као што су селамектин [ 36 , 41 , 113 ] и дорамектин [ 114 ], такође имају антиканцерогене ефекте, као што је раније објављено. Са развојем деривата породице авермектина који су ефикаснији и мање токсични, релевантна истраживања о антиканцерогеном механизму деривата и даље имају велику вредност. Постојећа истраживања су довољна да покажу велики потенцијал IVM-а и његове изгледе као новог обећавајућег лека против рака након додатних истраживања. Верујемо да се IVM може даље развијати и клинички уводити као део нових третмана рака у блиској будућности.
Изјава о сукобу интереса
Аутори не наводе никакве изјаве о интересима.
Захвалнице
Овај рад је подржан од стране Пројекта тима за иновације у области научних истраживања колеџа и универзитета Анхуи ( 2016-40 ), Фондације за природне науке града Бенгбу ( 2019-12 ), Кључних пројеката научних истраживања Медицинског колеџа Бенгбу ( BYKY2019009ZD ) и Програма обуке студената Националног универзитета за иновације и предузетништво ( 201910367001 ).