胃癌(GC)是全球第五大常见恶性肿瘤。尽管现有治疗手段有所进展,但耐药和副作用仍是亟待解决的问题。2025年5月,Phytomedicine杂志发表题为Alkannin triggered apoptosis and ferroptosis in gastric cancer by suppressing lipid metabolism mediated by the c-Fos/SREBF1 axis的研究论文,首次揭示天然产物Alkannin抑制c-Fos/SREBF1轴介导的脂质代谢,同时诱导细胞凋亡和铁死亡,从而有效抑制GC的增殖和迁移,不仅为GC的治疗提供新策略,还为克服化疗耐药开辟新途径。
一、研究背景
Alkannin(紫草素):是紫草的主要活性成分,属于天然萘醌类化合物。药理特性包括抗炎、抗氧化、抗菌和抗血栓活性,已有证据表明其在各类癌症中具有潜在的抗癌作用。c-Fos原癌基因:是Fos转录因子家族的成分,表现出高度的保守性,被认为是与细胞存活、增殖、分化和恶性转化的关键调节因子。胃癌(GC):是全球第五大常见的恶性肿瘤,内镜或手术切除是早期局限性GC的首选。全身药物治疗、基于免疫的治疗和分子特异性治疗是转移性和不可切除性GC的关键治疗选择,显著提高了晚期疾病患者的生存率。
二、研究结果
1.Alkannin抑制GC细胞的生长和运动。CCK-8结果显示紫草素以剂量依赖性方式显著降低GC细胞的活力。这里作者采用CisPt(5μM)作为阳性对照剂,紫草素和CisPt都抑制GC细胞的生长,较高浓度(1.5μM)的紫草素比CisPt具有更大的抑制作用,并且发现用紫草素或CisPt处理后,GC细胞释放到培养上清液中的LDH升高。接着通过EDU、克隆、Transwell、划痕实验发现紫草素和CisPt都有效抑制GC细胞增殖、迁移和侵袭。这些结果表明Alkannin具有强大的抗GC活性。
2. Alkannin触发GC细胞凋亡和铁凋亡。为探讨紫草素介导细胞死亡的基础制,作者用不同的细胞死亡抑制剂处理GC细胞,发现凋亡抑制剂(Z-VAD)和铁凋亡抑制剂(Fer-1)显著挽救了紫草素引起的细胞活力降低,而自噬抑制剂3-MA和坏死抑制剂NSA的作用并不明显。通过流式细胞术发现:紫草素以剂量依赖性方式显著诱导GC细胞的凋亡,WB结果也证明了这一点。接下来作者探究了紫草素是否促进GC细胞中的铁死亡,发现氧化的BODIPY-C11探针的荧光信号比对照组更强,并且在紫草素处理后,GC细胞内的亚铁离子和MDA都逐渐堆积。GSH的含量减少。 WB结果显示紫草素处理后NRF2、SLC7A11、GPX4和FTH1在表达减少。这些结果均表明,紫草素诱导GC细胞的凋亡并促进铁死亡。
3. 通过转录组测序分析鉴定链烷素下游的潜在基因和信号通路。通过RNA-seq鉴定出735个DEGs,GO、KEGG分析发现主要富集在代谢途径、凋亡和铁凋亡。接下来作者进一步探究了代谢途径与紫草素之间的关系,发现:紫草素对糖酵解、胆固醇稳态、脂肪酸、SREBF1基因的代谢、硒氨基酸代谢和激活均有负调控作用。 将对刚才的735个DEGs和胃癌相关基因进行Venn分析,发现了350个交集基因。对这些交集基因的进行GO、KEGG分析,发现它们主要与细胞周期、凋亡和铁死亡等信号通路密切相关。以上数据都提示紫草素诱导的凋亡和铁死亡可能依赖于代谢重编程。
4. Alkannin通过抑制GC细胞中c-Fos的表达触发细胞毒性。根据RNA-seq数据,c-Fos是紫草素处理后,AGS细胞中最下调的基因;因此,选择c-Fos进行进一步研究。发现紫草素处理后,GC细胞中c-Fos的mRNA和蛋白质水平都明显降低。 为了研究c-Fos是否是紫草素诱导细胞凋亡和铁死亡的关键因子,这里作者通过慢病毒转染方式在GC细胞中过表达c-Fos,发现紫草素处理导致GC细胞LDH释放增加,而过表达c-Fos可显著逆转这一现象。另外通过CCK-8、克隆、EdU、Transwell和划痕发现过表达c-Fos部分恢复了由紫草素处理引起的GC细胞活力、增殖、迁移和侵袭能力的下降。流式显示,c-Fos过表达后细胞凋亡率明显低于对照组。WB结果显示c-Fos过表达后与前面的结果2相反。 此外,c-Fos过表达有效减轻了紫草素介导的GC细胞中脂质ROS积累、亚铁离子水平升高及MDA生成, GSH含量显著高于对照细胞。 因此可以得出结论:c-Fos对紫草素诱导的GC细胞死亡具有保护作用。
5. Alkannin减弱GC细胞中的脂质生物合成。前面GO和KEGG分析发现脂肪代谢参与了紫草素的抗肿瘤活性,而过度的脂质过氧化能够触发铁死亡,因此作者通过油红O染色发现紫草素显著减少GC细胞中中性脂滴的积累,并且甘油三酯和胆固醇的含量减少。另外,紫草素处理导致脂质合成相关基因如SREBF1、FASN和SCD1的mRNA和蛋白质水平降低 。这些数据揭示了紫草素破坏GC细胞中的脂质生物合成。
6. C-Fos转录调控GC细胞中SREBF1的表达。因为SREBF1是启动癌细胞脂肪生成的关键转录因子,因此作者进一步探讨了SREBF1是否是c-Fos的下游效应因子。通过过表达c-Fos发现SREBF1 mRNA和蛋白质的表达水平显著升高,但在紫草素刺激后,其表达降低。根据荧光素酶报告显示:c-Fos的过表达促进了pGL3-SREBF1质粒的表达,而紫草素抑制了SREBF1启动子转录活性。 此外,ChIP测定验证了c-Fos蛋白和SREBF1启动子之间的直接关联。以上结果说明c-Fos与SREBF1启动子的结合促进GC细胞中的SREBF1转录活性。
7.SREBF1能有效恢复紫草素所诱导的GC细胞的死亡。同样的,将SREBF1通过慢病毒转染至GC细胞,发现和前面c-Fos过表达结果类似,紫草素所引起的GC细胞增殖、迁移和侵袭减少以及凋亡率的增加,都被SREBF1的过表达显著逆转。并且SREBF1过表达后细胞中脂滴、甘油三酯和胆固醇的含量显著高于对照组细胞,并且铁死亡相关标志物表达的减少在很大程度上被逆转。以上结果表明SREBF1能够挽救紫草素诱导的GC细胞毒性。
8. C-Fos使GC细胞在体内获得对紫草素的抗性。接下来通过动物实验发现紫草素显著抑制肿瘤生长。为了进一步研究c-Fos在紫草素体内抗肿瘤活性中的作用,将转染c-Fos cDNA慢病毒的GC细胞皮下植入裸鼠体内,发现c-Fos的重新引入促进来自AGS细胞的异种移植物的存活,并且c-Fos的过表达部分逆转移植瘤中MDA水平。因此,这些数据表明c-Fos在体内对胃癌细胞产生紫草素耐药性具有重要作用。
三、总结。从机制上讲,c-Fos过表达可有效地中断GC中紫草素引起的凋亡和促铁死亡。 这篇文章发现紫草素通过阻止c-Fos与SREBF1启动子结合来抑制SREBF1基因转录,从而导致脂质合成相关基因表达下调和脂质稳态的紊乱,最终诱导GC细胞发生凋亡和铁死亡。结果表明,Alkannin既在体外显著抑制GC细胞生长和迁移,还在体内有效抑制肿瘤生长。
思考:该研究首次揭示紫草素通过c-Fos/SREBF1轴介导的脂质代谢调控机制,为GC治疗提供新靶点,且研究包含体外和体内实验,全面评估紫草素的抗肿瘤效果及其分子机制。但是,对于Alkannin如何具体调节c-Fos表达的机制尚不明确,需进一步探讨。
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