Przełomowe badania nad leczeniem raka jelita grubego – nowe połączenie leków

Czy synergistyczne połączenie MES i LACT może zmienić podejście do leczenia CRC?

Badania nad nowymi strategiami leczenia raka jelita grubego koncentrują się obecnie na poszukiwaniu synergistycznych połączeń istniejących leków o udokumentowanym profilu bezpieczeństwa. Najnowsze badania wskazują, że kombinacja mesalazyny (MES) i laktoferryny (LACT) może stanowić obiecującą opcję terapeutyczną w leczeniu raka jelita grubego (CRC), wykazując silne działanie przeciwnowotworowe przy jednoczesnej ochronie zdrowych komórek jelita.

Rak jelita grubego pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej onkologii, z około 1,9 miliona nowych przypadków diagnozowanych rocznie na całym świecie. Prognozy są niepokojące – szacuje się, że liczba ta przekroczy 3,2 miliona do 2040 roku. Główne czynniki ryzyka obejmują niezdrowy styl życia, w tym palenie tytoniu, nadmierne spożycie alkoholu, otyłość i brak aktywności fizycznej. Choć predyspozycja genetyczna odpowiada za około 20% przypadków, większość zachorowań wynika ze złożonych interakcji między czynnikami środowiskowymi i epigenetycznymi.

Kluczowym elementem w patogenezie CRC jest szlak sygnałowy Wnt/β-katenina, który w warunkach fizjologicznych reguluje embriogenezę i homeostazę komórkową. Dysregulacja tego szlaku, szczególnie jego hiperaktywacja, napędza progresję guza poprzez promowanie angiogenezy, przejścia nabłonkowo-mezenchymalnego (EMT) i proliferacji komórek nowotworowych. Ta dysregulacja jest związana z defektami w tworzeniu kompleksu degradacji β-kateniny, który w normalnych warunkach kieruje β-kateninę do degradacji proteasomalnej. Gdy kompleks ten jest upośledzony, β-katenina gromadzi się w cytoplazmie, następnie przemieszcza się do jądra i wiąże się z czynnikami transkrypcyjnymi TCF/LEF, prowadząc do aktywacji genów docelowych, takich jak CCND1 i MYC. Zwiększona ekspresja tych genów promuje nadmierną proliferację i przyczynia się do tumorogenezy. Nieprawidłowości w szlaku Wnt/β-katenina przyczyniają się również do zwiększenia populacji komórek macierzystych nowotworu (CSCs), które są związane z chemioopornością i nawrotami choroby – dwoma głównymi wyzwaniami w skutecznym leczeniu CRC.

Standardowe leczenie CRC obejmuje resekcję chirurgiczną, chemioterapię – głównie schematy oparte na 5-Fluorouracylu (5-FU) – oraz przeciwciała monoklonalne ukierunkowane na kluczowe szlaki molekularne. Pomimo tych agresywnych podejść terapeutycznych, skuteczność obecnych terapii pozostaje ograniczona, co podkreśla pilną potrzebę opracowania nowych strategii terapeutycznych.

Jak badania eksperymentalne odzwierciedlają potencjał leczenia MES i LACT?

Obiecującym kierunkiem badań jest repozycjonowanie leków, które polega na wykorzystaniu związków o dobrze ustalonych profilach bezpieczeństwa do nowych wskazań terapeutycznych. W ramach tego podejścia, badacze skoncentrowali się na mesalazynie (MES) i laktoferrynie (LACT). MES, niesteroidowy lek przeciwzapalny, wykazuje właściwości przeciwnowotworowe, co czyni go potencjalnym kandydatem do zapobiegania CRC u pacjentów z przewlekłym zapaleniem jelit. Najnowsze badania podkreślają zdolność MES do modulowania kluczowych szlaków onkogennych, w tym Wnt/β-katenina i NF-κB, wywierając tym samym działanie antyproliferacyjne w modelach CRC.

LACT jest glikoproteiną wiążącą żelazo, naturalnie obecną w mleku i różnych wydzielinach ludzkich, w tym ślinie i łzach. Wykazuje szerokie spektrum aktywności biologicznej, w tym właściwości przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwpasożytnicze i przeciwnowotworowe. Co istotne, jako naturalnie występująca cząsteczka znajdująca się zarówno w organizmie człowieka, jak i w żywności, LACT jest uważana za całkowicie bezpieczną do zastosowania terapeutycznego.

W przeprowadzonym badaniu oceniano potencjalne synergistyczne działanie MES i LACT na komórki nowotworowe. Analizowano wpływ MES, LACT oraz ich kombinacji na linie komórkowe raka jelita grubego (HCT-116, DLD-1 i HT-29), a także na normalne komórki nabłonkowe (CCD-841 CoN). Ponadto zbadano wpływ tych związków na ekspresję genów docelowych w szlaku Wnt/β-katenina, kluczowym regulatorze progresji CRC.

Wyniki badań wykazały, że leczenie MES prowadziło do zmniejszenia żywotności linii komórkowych CRC (DLD-1, HT-29 i HCT-116) w sposób zależny od dawki, przy czym wyższe stężenia MES powodowały bardziej wyraźne zmniejszenie żywotności. Zaobserwowano również niewielki spadek żywotności komórek normalnych. Najbardziej znaczące zmniejszenie żywotności komórek nowotworowych, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej żywotności komórek normalnych, zaobserwowano przy 30 mM MES, którą wybrano do dalszych eksperymentów.

Po 24 godzinach ekspozycji na LACT zaobserwowano zmniejszenie żywotności komórek nowotworowych HT-29 tylko przy stężeniu 100 µg/ml. W linii komórkowej DLD-1 żywotność zmniejszyła się przy wszystkich testowanych stężeniach LACT, choć efekt był mniej wyraźny w porównaniu z monoterapią MES. W komórkach HCT-116 zmniejszenie żywotności po ekspozycji na LACT było porównywalne z tym obserwowanym przy monoterapii MES. Normalne komórki traktowane LACT nie wykazywały znaczących zmian w żywotności.

Najbardziej interesujące wyniki uzyskano przy kombinacji MES i LACT. Ekspozycja na kombinację 30 mM MES i 400 µg/ml LACT spowodowała zmniejszenie żywotności wszystkich linii komórkowych CRC, z wyraźnie silniejszym efektem w porównaniu z monoterapią którymkolwiek związkiem. Co istotne, w normalnych komórkach jelitowych CCD 841 CoN, leczenie MES i LACT w stężeniach od 100 do 400 µg/ml nie tylko nie zmniejszyło żywotności, ale doprowadziło do niewielkiego wzrostu proliferacji komórek. Znaczący spadek żywotności komórek normalnych zaobserwowano dopiero przy kombinacji 30 mM MES i 800 µg/ml LACT.

Analiza ekspresji genów docelowych szlaku Wnt/β-katenina (MYC i CCND1) wykazała różnorodne wzorce odpowiedzi w zależności od linii komórkowej. W normalnej linii komórkowej kolonocytów CCD 841 CoN, ekspresja genu CCND1 została znacząco zredukowana po leczeniu MES (p < 0,01) i kombinacją MES i LACT (p < 0,001). Interesujące jest, że leczenie LACT również prowadziło do zmniejszenia ekspresji CCND1, choć zmiana ta nie była statystycznie istotna. Dodatkowo zaobserwowano znaczącą różnicę między komórkami leczonymi LACT a tymi z kombinacją MES i LACT (p < 0,05).

W linii komórkowej DLD-1, leczenie kombinacją MES i LACT spowodowało statystycznie istotne zmniejszenie ekspresji zarówno CCND1, jak i MYC (p < 0,05). Interesujące jest to, że leczenie LACT również prowadziło do redukcji ekspresji MYC, jednak zmiana ta nie była statystycznie istotna.

W linii komórkowej HCT-116 nie zaobserwowano statystycznie istotnych różnic w ekspresji badanych genów między grupami leczenia. Natomiast w linii komórkowej HT-29 zaobserwowano zmienny wzorzec ekspresji genu MYC, podczas gdy nie wykryto statystycznie istotnych zmian w ekspresji CCND1. Statystycznie istotne zmniejszenie ekspresji MYC stwierdzono po leczeniu LACT w porównaniu z kontrolą (p < 0,05). Dodatkowo zaobserwowano znaczącą różnicę między leczeniem MES i LACT w tej linii komórkowej (p < 0,05).

Jak mechanizmy molekularne i regulacja żelaza wpływają na działanie leków?

Wyniki te są szczególnie ważne w świetle ograniczonej literatury na temat wpływu laktoferryny na szlak sygnałowy Wnt/β-katenina w komórkach nowotworowych. W porównaniu do MES, znanego inhibitora tego szlaku, LACT wykazała statystycznie istotną redukcję ekspresji genu MYC, sugerując jej potencjalną rolę w modulowaniu sygnalizacji onkogennej. Dodatkowo zaobserwowana istotna różnica w redukcji żywotności między leczeniem MES i LACT sugeruje, że te czynniki mogą działać poprzez odrębne mechanizmy lub różnić się swoją skutecznością.

Analiza in silico przy użyciu narzędzia ChemDIS-Mixture wykazała, że MES może oddziaływać z 184 białkami. Wśród nich, dwa białka były związane z sygnalizacją anty-wzrostową (CDC25A, SRC), jedno z angiogenezą (PAK1) i dwa z metabolizmem (PTGS2, PTGS1). Białka oddziałujące z LACT obejmują LF, SLC40A1, CSX i OPRL1. Chociaż nie znaleziono białek bezpośrednio dotkniętych jednocześnie przez MES i LACT, analiza bioinformatyczna zidentyfikowała 14 wspólnych szlaków docelowych, na które wpływają oba związki.

MES i LACT są związane z procesami takimi jak negatywna regulacja apoptozy, utrzymanie komórkowej homeostazy redoks, wiązanie jonów żelaza i pozytywna regulacja fosforylacji białek. Te wyniki sugerują, że kombinacja MES i LACT może działać poprzez modulację metabolizmu żelaza i homeostazy redoks w komórkach nowotworowych.

Aby lepiej zrozumieć mechanizm działania MES, przeprowadzono dokowanie molekularne dla białek bydlęcej LACT, CCND1 i MYC. MES został sklasyfikowany na podstawie energii wiązania z białkami, przy czym niższa wartość ΔG wskazywała na silniejsze powinowactwo. Najkorzystniejsze parametry uzyskano dla LACT, której energia wiązania była niższa niż CCND1 i MYC.

MES tworzy dwa wiązania wodorowe z resztami Leu640 i His595 bydlęcej LACT. Ponadto ligand wykazuje liczne interakcje hydrofobowe z różnymi resztami białkowymi. Pomimo niskiej energii wiązania, kompleks tworzy również dwa niekorzystne wiązania donor-donor z Tyr524 i Asn393, które mogą wpływać na jego stabilność.

Podobny wzorzec obserwuje się w kompleksie MES-MYC, gdzie niekorzystne wiązania donor-donor są obecne obok dwóch wiązań wodorowych z resztami Arg968 i Glu972. Interesujące jest to, że interakcja MES-CCND1, w przeciwieństwie do interakcji MES-LACT, nie wykazuje niekorzystnych wiązań donor-donor. Ponadto MES tworzy dwa silne wiązania wodorowe z resztami Gln183 i Cys73 białka CCND1, a także interakcję pi-alkilową i oddziaływanie van der Waalsa z Ala187.

Metabolizm żelaza odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu równowagi redoks w wielu komórkach nowotworowych, w tym CRC. Ze względu na zwiększoną aktywność białek zależnych od żelaza zaangażowanych w podstawowe procesy fizjologiczne, takie jak regulacja cyklu komórkowego, synteza DNA i angiogeneza, komórki nowotworowe mają zwiększone zapotrzebowanie na żelazo. Jednocześnie charakteryzują się podwyższonym poziomem reaktywnych form tlenu (ROS), wynikającym z ich wysokiej aktywności metabolicznej i szybkiej proliferacji.

CRC jest wyjątkowy wśród nowotworów złośliwych, ponieważ może pozyskiwać żelazo z dwóch różnych źródeł: światła jelita i krążenia ogólnoustrojowego. To zwiększone zapotrzebowanie na żelazo wiąże się z większym wchłanianiem żelaza i zmniejszonym jego wypływem. Zaburzenia homeostazy żelaza mogą być szkodliwe dla komórek nowotworowych, co oznacza, że poziomy żelaza są ściśle regulowane przez sieć białek kontrolujących przepływ jonów żelaza.

Żelazo odgrywa również rolę regulacyjną w aktywacji kilku kluczowych szlaków sygnałowych, które wspierają wzrost i przeżycie komórek nowotworowych. Obejmują one szlak Wnt/β-katenina, który jest szczególnie krytyczny w CRC; szlak NF-κB, związany z zapaleniem i przeżyciem komórek; oraz szlak czynnika indukowanego hipoksją 1-alfa (HIF-1α), który jest stabilizowany w warunkach hipoksji i podwyższonego wewnątrzkomórkowego poziomu żelaza, promując angiogenezę i przesunięcie metaboliczne w kierunku glikolizy.

MES może pośrednio modulować szlaki stresu oksydacyjnego związane z metabolizmem żelaza, podczas gdy LACT, jako glikoproteina wiążąca żelazo, może sekwestrować wolne żelazo, zmniejszając jego biodostępność dla komórek nowotworowych. Ograniczając dostępność żelaza i zwiększając stres oksydacyjny, kombinacja MES i LACT może upośledzać przeżycie i proliferację komórek nowotworowych. Ponadto, pojawiające się dowody podkreślają, że ukierunkowanie na metabolizm żelaza może wywołać ferroptozę – zależną od żelaza formę regulowanej śmierci komórki – oferując obiecującą strategię leczenia CRC. Mechanizmy te mogą częściowo wyjaśniać wzmocnione działanie przeciwnowotworowe obserwowane w badaniu po jednoczesnym leczeniu MES i LACT.

Niedobór żelaza w komórkach nowotworowych może prowadzić do zatrzymania cyklu komórkowego G1/S i apoptozy. Badania wskazują, że chelatowanie żelaza może zakłócać kilka szlaków sygnałowych, w tym AKT i Wnt, jednocześnie wpływając na autofagię, ostatecznie hamując wzrost guza.

Jakie implikacje kliniczne niosą odkrycia laboratoryjne?

Badanie to jest pierwszym, które bada połączony efekt MES i LACT na komórki CRC i normalne kolonocyty. Jako takie, nie ma bezpośrednio porównywalnych danych dostępnych w aktualnej literaturze. Choć ta nowość ogranicza możliwości bezpośrednich porównań, podkreśla znaczenie naszych ustaleń jako podstawy do przyszłych badań. Odrębne odpowiedzi komórkowe, które zaobserwowano – silne hamowanie żywotności w komórkach CRC i niewielkie promowanie żywotności w normalnych kolonocytach – prawdopodobnie wynikają z fundamentalnych różnic biologicznych między tymi typami komórek. Komórki nowotworowe zazwyczaj wykazują podwyższone zapotrzebowanie na żelazo, przewlekły stres oksydacyjny i hiperaktywację onkogennych szlaków sygnałowych, takich jak Wnt/β-katenina i NF-κB. Te cechy czynią je szczególnie wrażliwymi na strategie terapeutyczne ukierunkowane na metabolizm żelaza i równowagę redoks.

Chociaż dokładny mechanizm działania kombinacji MES-LACT pozostaje niejasny, badanie to stanowi podstawę do dalszych badań w tym obszarze. Zarówno MES, jak i LACT są uważane za bezpieczne dla organizmu ludzkiego, a ich łączne stosowanie wykazuje korzystny wpływ na komórki normalne przy jednoczesnym hamowaniu proliferacji komórek nowotworowych – wysoce pożądany rezultat w terapii przeciwnowotworowej.

Kombinacja mesalazyny i laktoferryny może stanowić obiecującą strategię terapeutyczną w leczeniu raka jelita grubego, oferując synergistyczne działanie przeciwnowotworowe przy jednoczesnej ochronie zdrowych komórek jelita. Badania genów potwierdziły ich rolę w modulowaniu szlaku Wnt/β-katenina, szczególnie poprzez obniżenie regulacji CCND1 i MYC, które są kluczowe w progresji CRC. Na podstawie analizy in silico, proponowany mechanizm przeciwnowotworowy może być związany z metabolizmem żelaza. Biorąc pod uwagę, że MES jest lekiem zatwierdzonym przez FDA, a LACT jest naturalnie występującym, dobrze tolerowanym związkiem, wyniki te stanowią solidną podstawę do przyszłych badań nad tą kombinacją jako potencjalną terapią CRC.

Dla lekarzy klinicznych, zwłaszcza onkologów i gastroenterologów, wyniki te otwierają nowe perspektywy w leczeniu i zapobieganiu CRC. Wykorzystanie leków o potwierdzonym profilu bezpieczeństwa w nowych kombinacjach może prowadzić do bardziej skutecznych i mniej toksycznych strategii terapeutycznych, poprawiając wyniki leczenia i jakość życia pacjentów z rakiem jelita grubego.

Podsumowanie

Najnowsze badania eksperymentalne wykazały, że połączenie mesalazyny (MES) i laktoferryny (LACT) może stanowić przełom w leczeniu raka jelita grubego (CRC). Kombinacja tych substancji wykazuje synergistyczne działanie przeciwnowotworowe, skutecznie hamując proliferację komórek rakowych przy jednoczesnym zachowaniu, a nawet stymulacji wzrostu zdrowych komórek jelita. Mechanizm działania opiera się głównie na modulacji szlaku Wnt/β-katenina oraz regulacji metabolizmu żelaza. Badania wykazały znaczącą redukcję ekspresji genów CCND1 i MYC, kluczowych w progresji CRC. Analiza in silico potwierdziła, że MES i LACT działają poprzez 14 wspólnych szlaków molekularnych, wpływając na procesy takie jak regulacja apoptozy, homeostaza redoks i metabolizm żelaza. Ze względu na udowodniony profil bezpieczeństwa obu substancji, wyniki badań stanowią solidną podstawę do dalszych badań klinicznych nad tą kombinacją jako potencjalną terapią CRC.