中药药对1区《Chinese Medicine》: 南京中医药大学等团队揭示黄芪-莪术药对通过破坏DNA修复-细胞周期协调抗结直肠癌机制

【写在前面】：本期推荐的是由南京中医药大学附属医院药学部、南京医科大学药学院、南京中医药大学中医学院等研究团队合作近期发表于Chinese Medicine(IF7.4）的一篇文章，揭示黄芪-莪术药对通过破坏DNA修复-细胞周期协调，协同增强5-氟尿嘧啶对结直肠癌的抗肿瘤作用。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Astragali Radix–Curcumae Rhizoma synergistically potentiates 5-fluorouracil antitumor efficacy in colorectal cancer by disrupting DNA repair-cell cycle coordination

背景

黄芪（HQ）和莪术药对（EZ）统称为AC，是中医治疗结直肠癌（CRC）的常用中药。尽管AC已被用作化疗的佐剂，但它增强5-氟尿嘧啶（5-FU）疗效的分子基础仍未完全确定。

方法

在HCT116异种移植物小鼠模型和具有不同遗传背景的CRC细胞系中评估了AC单独和与5-FU联合的抗肿瘤作用。使用血清生化标志物评估潜在的全身毒性。通过RNA测序分析AC诱导的转录组学变化，并结合网络药理学和基因表达综合征（GEO）（GSE17536、GSE17537、GSE41258、GSE20916）。通过蛋白质印迹和免疫荧光验证了关键靶点。使用CCK-8测定、Synergy Finder分析、流式细胞术和γ-H2AX染色评估细胞存活率、药物相互作用、凋亡、细胞周期分布和DNA损伤。通过UPLC-QTOF-MS对生物可利用的AC衍生成分进行了表征，并通过分子对接、分子动力学模拟、细胞热位移测定和功能验证对候选活性化合物进行了进一步评估。

结果

AC在体内增强了5-FU的抗肿瘤功效，在测试条件下不会加剧5-FU相关的肝肾生化毒性。在体外，含AC的血清提取物抑制了CRC细胞的存活率，诱导了可逆的G2/M期阻滞，并增强了HCT116、CT26和HCT15细胞对5-FU的敏感性。AC治疗导致有限的早期凋亡，而在长时间暴露后观察到延迟凋亡，表明细胞周期阻滞是主要的早期反应。RNA-seq和综合分析表明，AC抑制了与DNA复制、错配修复、核糖体生物合成和细胞周期进程相关的途径。AC下调了参与细胞周期控制、DNA修复和应激存活信号传导的关键调节因子，包括PLK1、CDK1、CCNB1、CDC25A、c-JUN、MSH2、BRCA1和p-AKT。联合治疗进一步增加了γ-H2AX的积累，减少了细胞周期调节蛋白。功能验证表明，c-JUN过表达部分减弱了AC介导的5-FU致敏作用，而药理学AKT抑制部分模拟了AC的致敏作用。在血清暴露的成分中，去甲氧基姜黄素和熊竹宁被鉴定为生物可利用的活性化合物，通过诱导G2/M期阻滞和增强5-FU的抗增殖活性，部分重现了AC的作用。分子对接、分子动力学模拟和CETSA支持它们与细胞周期调节因子，特别是CCNB1和CDK1的靶向结合。

结论

AC通过削弱DNA修复细胞周期协调和应激存活信号传导来增强5-FU在CRC中的治疗效果，从而增加5-FU诱导的DNA损伤并促进细胞周期阻滞。脱甲氧基姜黄素和库马塔克宁可能是这种化学增敏作用的重要生物可利用因素，尽管完整的AC提取物可能通过多组分和多靶点机制起作用。这些发现为使用AC作为辅助策略来改善CRC中基于5-FU的化疗提供了机制支持。

图文摘要

【前言】

细胞对5-FU诱导的应激的反应由DNA损伤检查点、细胞周期调控和细胞死亡途径决定。ATR-CHK1轴主要协调S期内检查点并稳定停滞的复制叉，而ATM-CHK2轴与DNA双链断裂反应和p53依赖性损伤信号传导更密切相关。由于5-FU可以以剂量和环境依赖的方式诱导复制应激和DNA损伤，这些检查点通路可以共同决定肿瘤细胞是否修复损伤、阻止细胞周期或经历细胞死亡。在这些检查点反应的下游，G2/M转换受CDK1-CCNB1复合物、CDC25磷酸酶和PLK1的调节。这些调节因子的异常激活可能使CRC细胞在化疗诱导的压力下保持增殖。一致地，PLK1和CDC25A与CRC化疗耐药性和5-FU反应有关。

黄芪（HQ）和莪术（EZ）统称为AC，在中医中通常作为一对草药用于癌症相关适应症，包括CRC。根据中医理论，HQ补“气”，EZ破“郁”，二者都与癌症的发病机制和治疗密切相关。先前的研究表明，AC或相关制剂可能通过HIF-2α/β-catenin、Sp1/ZFAS1/miR-153-3p/CCR5、Wnt5/β-catenmin和上皮间质转化相关信号传导等途径发挥抗CRC作用。然而，AC增强化疗疗效的分子基础仍未完全确定，特别是在DNA复制、DNA修复、细胞周期调控和凋亡方面。

在本研究中，我们使用体内和体外模型研究了AC单独和与5-FU联合使用的抗CRC作用。通过整合RNA-seq、网络药理学、GEO分析、代谢物分析、分子对接、细胞热转移测定和功能验证，我们旨在阐明AC是否通过破坏CRC中的DNA修复细胞周期协调和应激反应存活信号来增强5-FU的疗效。

【结果部分】

1.AC 在体内显著增强了结直肠癌（CRC）对 5-FU 的敏感性。

2.含AC成分小鼠的血清提取物在体外实验中可抑制结直肠癌（CRC）细胞的增殖。

3.RNA-seq与GEO数据的整合研究揭示了AC抑制结直肠癌（CRC）的作用机制。

4.AC 抑制结直肠癌（CRC）的潜在关键靶点之实验验证。

5.AC 与 5-FU 对 HCT116 细胞的影响。

6.体内AC代谢物的鉴定。

7.基于AC及既往转录组数据，我们鉴定出了关键基因与化合物，并验证了这些化合物对关键基因的作用。

8.不同浓度去甲氧基姜黄素与库马塔烯素对 HCT116 细胞凋亡、细胞周期进程及相关蛋白影响的验证研究。

9.Kumatakenin、去甲氧基姜黄素与CCNB1、CDK1及CDC25A的结合模式。

【结论与讨论】

总之，本研究表明，黄芪-莪术药对可增强5-FU在结直肠癌中的抗肿瘤疗效。从机制上讲，AC通过下调与细胞周期进程、DNA修复及化疗耐药性相关的关键调控因子——包括JUN、CCNB1、CDC25A、PLK1、CDK1、MSH2、BRCA1及p- AKT ——来削弱DNA修复-细胞周期协调性及应激-存活信号通路。这种网络调控作用加剧了5-FU诱导的DNA损伤，促进细胞周期阻滞，从而增强结直肠癌对5-FU的敏感性。去甲氧基姜黄素与库马塔克宁被鉴定为具有生物活性的活性成分，可部分重现AC的增敏效应。这些发现为将AC作为辅助策略以改善基于5-FU的结直肠癌化疗方案提供了机制基础。

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