补肾益气活血方加减调控细胞自噬和糖代谢重编程抑制宫颈癌转移机制研究

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研究目的:宫颈癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,发病率和术后复发率均较高,为女性癌症致死的主要原因,且近年来其发病有年轻化的趋势,严重威胁女性的生命健康。益气活血是宫颈癌中医药治疗的基本原则,本课题组前期研究发现由淫羊藿、黄芪、熟地黄、当归、鸡血藤五味中药组成的补肾益气活血方(复方1)具有改善化疗后白细胞损伤,促进机体免疫功能恢复的能力,且预实验证明其可显著抑制宫颈癌HeLa细胞的增殖活性。丹参是具有益气活血功效的临床常用中药,且现代药理学研究发现丹参及其提取物具有显著的抑制宫颈癌作用,在复方1基础上加入丹参,组成补肾益气活血方加味(复方2)以增强复方1益气活血功效。因此,本文旨在系统阐明复方1和复方2抑制宫颈癌转移作用及其机制,揭示丹参增效的作用及机制,为益气活血法在宫颈癌的临床应用提供理论基础。研究内容与方法:利用网络药理学方法构建复方1和复方2主要有效成分抑制宫颈癌作用的药物-疾病分子靶标网络;利用液相色谱-质谱联用技术阐明复方1和复方2提取物的中药活性成分;利用CCK-8实验、细胞计数实验、集落实验、免疫荧光染色实验、划痕实验和Transwell小室实验检测复方1和复方2对宫颈癌HeLa细胞增殖、数量、集落形成能力、F-actin细胞骨架结构以及细胞迁移和侵袭能力的影响;利用Annexin V-FITC/PI实验检测复方2对宫颈癌HeLa细胞凋亡的影响;利用流式细胞术和激光共聚焦显微镜实验观察复方2对宫颈癌HeLa细胞自噬标志物LC3B、自噬流以及线粒体与溶酶体共定位的影响;采用RNA测序和Western Blot方法检测复方1和复方2对宫颈癌HeLa细胞转录组和蛋白表达的影响;采用1HNMR代谢组学检测复方1和复方2对宫颈癌HeLa细胞代谢谱的影响。研究结果:以口服生物利用度(OB≥30%)和类药性(DL≥0.18)为筛选条件,得到复方1有60个活性成分,复方2有123个。其中复方1和复方2共有活性成分有毛蕊异黄酮、槲皮素、山奈酚、淫羊藿苷、β-谷甾醇等,复方2还含有隐丹参酮、异丹参酮Ⅱ和丹参酮Ⅱa等丹参活性成分。这些活性成分主要通过调控IL6、TNF、IL1B、CCL2和CSF2等靶点,进而靶向作用于凋亡过程的负调控、基因表达的正调控和细胞增殖的正调控等生物过程以及癌症通路、细胞凋亡、PI3K-AKT信号通路、癌症中的蛋白聚糖等信号通路以达到抗宫颈癌作用,其中复方2与复方1相比作用更主要富集在调控细胞凋亡和PI3K-AKT信号通路。液相色谱-质谱联用分析结果显示复方1和复方2中均含有藁本内酯、淫羊藿苷和β-谷甾醇-β-D-葡萄糖甙等活性成分,复方2中还含有丹参活性成分隐丹参酮。体外实验结果表明:与溶剂对照组相比,复方1和复方2显著抑制宫颈癌HeLa细胞的增殖活性和集落形成能力,作用强度呈浓度依赖性,且复方2的作用显著优于复方1。复方1和复方2(400μg/mL和800μg/mL)均能影响F-actin细胞骨架结构进而抑制细胞迁移与侵袭。复方2(400 μg/mL和800μg/mL)显著诱导宫颈癌HeLa细胞的凋亡并促进细胞自噬标志物LC3B的表达增加,诱导自噬流的产生,并增加线粒体与溶酶体的共定位数量以激活线粒体自噬。RNA测序结果表明800 μg/mL的复方1和复方2均显著影响宫颈癌HeLa细胞基因的表达,上调包括自噬相关基因:ATG5,ATG4A,ATG4C等以及肿瘤糖代谢相关基因:PDHX,PDP1等,下调肿瘤糖代谢相关基因:HKI,HKII,PFKP,PFKL等;GO富集和KEGG通路分析结果显示,复方1和复方2均涉及氧化还原酶活性,线粒体蛋白复合物和细胞-基质粘附连接等生物过程以及自噬-动物,线粒体自噬-动物以及氧化磷酸化等信号通路的调控。此外复方1和复方2调控宫颈癌HeLa细胞的差异基因共有1174个,主要富集在氧化还原酶活性,细胞-基质粘附连接,氧化磷酸化和线粒体ATP合成等生物过程,并调控癌症中的蛋白聚糖,磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶通路以及氧化磷酸化等信号通路。Western Blot实验结果提示复方2显著促进自噬相关蛋白Beclin-1、Atg5、Atg12和Atg16L1的表达,同时促进LC3B/A的比值增加;加入自噬抑制剂氯喹后,Beclin-1、Atg5、Atg12和Atg16L1表达下降,而LC3B/A的比值进一步增加;同时复方2还下调糖酵解代谢相关蛋白HKI、HKII、PFKP、PKM2和LDHA的蛋白表达水平,并促进PDH蛋白表达显著增加。代谢组学结果显示800 μg/mL的复方1和复方2显著影响宫颈癌HeLa细胞的22种代谢产物,如肌氨酸、亮氨酸、缬氨酸和牛磺酸等,这些差异代谢产物主要参与乙醛酸和二羧酸代谢、柠檬酸循环(TCA循环)、丙酮酸代谢、糖酵解/糖异生等生物过程。结论:(1)复方1和复方2中含有藁本内酯、淫羊藿苷、β-谷甾醇等中药活性成分,并可能靶向作用于IL6、TNF、IL1B、CCL2和CSF2等靶点,继而靶向作用于凋亡过程的负调控、基因表达的正调控和细胞增殖的正调控等生物过程以及癌症通路、细胞凋亡、PI3K-AKT信号通路、癌症中的蛋白聚糖等信号通路以发挥抗宫颈癌作用。(2)复方1和复方2可显著改变宫颈癌HeLa细胞的骨架结构并抑制宫颈癌HeLa细胞的增殖、迁移和侵袭能力,且作用强度呈浓度依赖性。复方2诱导宫颈癌HeLa细胞凋亡,诱导细胞自噬并促进线粒体和溶酶体共定位数目增加,激活线粒体自噬。(3)复方1和复方2显著影响宫颈癌HeLa细胞的基因表达,其中包括细胞自噬和糖酵解代谢相关基因;(4)复方2调控宫颈癌HeLa细胞自噬和糖酵解代谢相关蛋白的表达水平以诱导细胞自噬和抑制肿瘤糖酵解代谢;(5)复方1和复方2显著影响宫颈癌HeLa细胞的代谢谱,如乙醛酸和二羧酸代谢、丙酮酸代谢、糖酵解/糖异生等。
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