中药抗癌转移机制-1区: 南中医揭示黄芪-莪术药对通过HIF-1α使肿瘤血管正常化以对抗结肠癌的肿瘤转移

【写在前面】：本期推荐的是由南京中医药大学中医学院等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF6.7）的一篇文章，揭示黄芪-莪术通过HIF-1α使肿瘤血管正常化对结肠癌抗肿瘤转移的作用。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Astragali Radix-Curcumae Rhizoma normalizes tumor blood vessels by HIF-1α to anti-tumor metastasis in colon cancer

背景

异常的肿瘤血管会显著促进肿瘤的恶性进展，促使研究人员专注于使这些血管正常化的药物用于临床治疗。益气药黄芪和活血药莪术的药对组合（AC）显示出显著的抗肿瘤转移作用。然而，AC的抗肿瘤转移作用与其在调节肿瘤血管重塑中的潜在作用之间的关联值得进一步探索。

目的

本研究旨在阐明AC诱导癌症肿瘤血管正常化的机制。

方法

通过UPLC-MS/MS鉴定AC的潜在活性成分。使用CT26 Lucifer细胞系在BALB/c小鼠中建立CC原位移植模型，并使用IVIS成像、苏木精和伊红（H&E）染色和免疫组织化学评估AC的效果。采用网络药理学和分子生物学分析来鉴定AC的潜在直接靶点。随后，利用RT-PCR和蛋白质印迹技术来验证从网络药理学中获得的发现。此外，ELISA和其他方法用于研究糖酵解相关指标，以及免疫荧光技术，以证明与血管正常化相关的血管渗漏和灌注特征的变化。

结果

我们确定HIF-1α是AC的潜在直接靶点。这种相互作用通过直接结合HIF-1α并调节其核转位来影响肿瘤细胞和肿瘤相关内皮细胞（TEC）的糖酵解过程，从而确定TEC连接的完整性。从机制上讲，AC通过调节HIF-1α的表达和抑制其核转位直接调节糖酵解中的关键酶PFKFB3。这一作用降低了肿瘤糖酵解通量，减少了VE-cad的内化，并影响了下游基质金属蛋白酶（MMPs）的表达，从而加强了TEC之间的粘附和紧密连接，恢复了血管完整性。

结论

本研究提出了新的发现，即AC可以通过抑制HIF-1α核转位来调节糖酵解，从而促进肿瘤血管的正常化，有效抑制肿瘤转移。这些结果表明，AC可能是使肿瘤血管正常化的有效治疗剂。

图文摘要

【前言】

越来越多的证据表明，各种病理状况，如肿瘤、与肿瘤相关的代谢紊乱和TEC，可导致内皮细胞（EC）功能障碍，进而损害血管稳态。在复杂的肿瘤微环境中，缺氧加剧经常促使肿瘤和TEC主要依赖糖酵解来产生能量，从而促进快速能量产生以维持过度激活状态。糖酵解增强显著导致肿瘤血管系统异常，其特征是内皮连接受损。靶向这种异常的糖酵解代谢可以恢复内皮屏障的完整性，并提高内皮连接相关分子的水平，如VE-cad。因此，研究抑制肿瘤和TEC中过度糖酵解的机制对于开发旨在纠正异常肿瘤血管系统的抗肿瘤疗法至关重要。

90%的实体瘤中观察到缺氧。在缺氧条件下，HIF-1α稳定快速积累，与HIF-1β形成二聚体。这种二聚体与缺氧反应元件结合，并作为一种转录因子，在恶性肿瘤的进展中起着至关重要的作用。HIF-1α可以减少甚至完全抑制线粒体耗氧量，特别是氧化磷酸化，从而将糖酵解确立为肿瘤细胞中能量产生的主要模式。这种转变导致丙酮酸和乳酸的积累，这加速了肿瘤细胞侵入周围组织。此外，HIF-1α调节许多下游糖酵解靶基因的表达，包括磷酸果糖激酶（PFK）、M2丙酮酸激酶（PKM2）和丙酮酸脱氢酶激酶同工酶1（PDK1）。其中，PFKFB3是糖酵解途径中糖酵解的关键激活剂，在各种肿瘤中过表达，包括癌症（CRC）。PFKFB3可以直接刺激血管内皮细胞中VE-cad表达的增加，增强内吞作用。此外，PFKFB3通过增强糖酵解促进ATP的快速产生，从而为内皮VE-cad的内化提供必要的能量，这随后导致EC连接的进一步破坏。因此，缺氧期间的糖酵解代谢已成为病理血管生成的关键调节因子。抑制肿瘤糖酵解，同时重建成熟、功能和结构化的血管网络，可以缓解缺氧，有效控制肿瘤侵袭和转移。

肿瘤中的异常血管对肿瘤进展有显著影响；因此，研究人员对鉴定能够促进肿瘤血管正常化的药物越来越感兴趣。这种正常化旨在提高化疗和免疫治疗的疗效，从而干预肿瘤进展。AC是一种将益气草药黄芪与活血化瘀草药莪术相结合的中药制剂。这种配方最早记录在中国宋代的《圣济总录》中，后来被著名的现代中国医生张喜春称为中药药对。基于张喜春的见解，中医大师朱良春进一步强调了药物配伍的重要性，这使得这种组合在中国肿瘤治疗中得到了广泛的临床应用。现代药理学研究表明，该制剂的成分具有广泛的药理活性。然而，AC在多大程度上显著影响肿瘤血管的调节及其潜在机制尚不清楚。用不同剂量的AC（低剂量：1.95 g/kg/天；中剂量：3.9 g/kg/天，高剂量：7.8 g/kg/天）治疗的荷瘤小鼠肿瘤重量显著减轻，中剂量组显示出最明显的效果。基于这些发现，我们进一步研究了与证明最佳抗肿瘤效果的剂量相关的抗肿瘤转移机制。在这项研究中，我们阐明了AC增强血管内皮连接、刺激肿瘤血管正常化和延缓肿瘤进展的药理学机制。我们的研究结果表明，AC在调节肿瘤血管方面起着至关重要的作用，表明它可能是肿瘤血管正常化的有效治疗剂。

【结果部分】

1.AC的总离子流图。

2.AC抑制结肠癌。

3.AC抑制肝转移。

4.AC改善肿瘤血管结构和血管功能。

5.AC与HIF-1α结合并抑制其核转位。

6.AC缓解缺氧微环境。

7.AC通过HIF-1α抑制CC肿瘤生长。

8.AC通过HIF-1α抑制肿瘤肝转移。

9.AC通过HIF-1α促进肿瘤血管的正常化。

10.作用机制图。

【结论与讨论】

总之，我们的研究首次证明AC可以通过调节HIF-1α的表达和抑制其核转位来调节糖酵解过程中的关键酶PFKFB3。这种效应降低了肿瘤的糖酵解通量，减少了钙粘蛋白的内化，进而影响了下游基质金属蛋白酶的表达。这增强了TEC之间的AJ和TJ，恢复了血管的完整性，并抑制了肿瘤转移。因此，AC有望成为肿瘤血管正常化的潜在治疗剂。

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