Cistanche Tubulosa는 원발성 및 전이성 인간 결장암 세포의 반응성 산소 종 매개 세포 사멸을 유도합니다
Feb 23, 2023
추상적인
대장암은 전 세계적으로 세 번째로 흔한 암입니다. 기존 치료법은 심각한 부작용과 함께 중간 정도의 효능을 보였으므로 더 안전한 대안이 절실히 필요합니다. 이 연구에서 지역명 Thanoon인 Cistanche tubulosa는 전통 의학에서 높은 치료 가능성이 알려져 있고 중동 지역에 풍부하게 존재하기 때문에 잠재적인 식물 치료 전략으로 간주되었습니다. 생체 활성 화합물은 분말 Cistanche tubulosa에서 추출되었으며 원발성 종양에서 파생된 2개(CaCo2 및 HCT116)와 전이 부위에서 파생된 2개(LoVo 및 SW620)를 포함하여 4개의 결장암 세포주에 대한 항암 특성에 대해 테스트되었습니다.
세포 사멸 및 세포 산화 환원 항상성 유도에 대한 Cistanche tubulosa의 효과도 조사되었습니다. Cistanche tubulosa는 1 mg/mL의 조 추출물로 72시간 처리 시 농도 및 시간에 따라 모든 테스트된 암 세포주의 증식을 60% 이상 억제하는 것으로 나타났습니다. 증식 억제는 세포사멸, 세포내 반응성 산소 종 생산 및 미토콘드리아 슈퍼옥사이드의 유도로 표시되었습니다. 이 데이터는 Cistanche tubulosa가 부가적인 항결장암 요법의 유망한 후보임을 시사합니다. 이것은 결장암 세포에 대한 Cistanche tubulosa의 항암 생물 활성을 보여주는 첫 번째 연구입니다.
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약어:
7-AAD, 7-아미노-악티노마이신 D; CTE, Cistanche tubulosa 추출물; EMEM, Eagle's Minimum Essential Medium; FBS, 태아 소 혈청; DCF, 2,7-디클로로플루오레세인; DCFH-DA, 2,7- 디클로로디하이드로플루오레세인 디아세테이트; DMEM, Dulbecco's Modified Eagle's Medium; DMSO, 디메틸설폭사이드; MTT, 3-[4,5-디메틸티아졸-2-일]-2,5-디페닐테트라졸륨; PE, 피코에리트린; RFU, 상대적 형광 단위; ROS, 활성산소종

소개
대장암은 전 세계적으로 가장 흔한 암 중 하나이며(Brenner et al., 2014) 현대 식습관과 생활 방식, 신체 활동 감소로 인해 2035년에는 약 240만 건으로 발병률이 지속적으로 증가하고 있습니다. 현재의 노력은 현재 유행하는 대장암을 퇴치하기에 충분하지 않으므로 Phytotherapeutics와 같은 보다 안전한 대체 개입과 함께 라이프 스타일의 변화를 포함하여 효과적인 예방 및 치료를 위한 새로운 접근법이 필요합니다(Weidner et al., 2015). 질병을 치료하기 위해 약용 식물을 사용하는 식물 요법은 고대 인류 역사에서 피할 수 없는 부분이었습니다. 약용 식물은 암에 대한 대체 치료 소스로 오랫동안 활용되어 왔으며, 기존 의학에서 사용되는 항암제의 60% 이상을 나타냅니다(Balunas and Kinghorn, 2005; Saibu et al., 2015). 가장 잘 알려진 예 중 일부는 Catharanthus roseus G. Don의 추출물을 포함합니다. (Apocynaceae), Taxus baccata L. (Taxaceae) 및 Camptotheca acuminate Decne (Nyssaceae) (Cragg and Newman, 2005; da Rocha et al., 2001). 멜리사 오피시날리스 추출물의 경우와 같이 활성산소종(ROS) 생성 및 암세포의 관련 세포사멸로 인해 대장암에서 여러 허브 추출물과 식물 화학물질이 항종양 효과를 발휘하는 것으로 나타났습니다(Weidner et al., 2015).
식물 치료제 후보 중에서 아프리카, 아시아 및 지중해 지역의 건조 및 반건조 지역에 널리 분포하는 Orobanchaceae 기생 사막 식물(Jiang et al., 2009)인 Cistanche tubulosa는 귀중한 약용 특성을 갖는 것으로 나타났습니다. Cistanche tubulosa는 전통 의학에서 광범위하게 사용되었으며 신장 결핍, 병적 leucorrhea, 부정맥, 여성 불임 및 노인성 변비에 치료 효과가 있는 것으로 제안되었습니다(Jiang et al., 2009). Cistanche Tubulosa의 특성은 혈관이완제(Yoshikawa et al., 2006), 간보호(Morikawa et al, 2010), 항고혈당 및 지질저하 효과(Xiong et al., 2013)를 포함하여 지난 10년 동안 집중적으로 연구되었습니다. Cistanche Tubulosa는 또한 면역 체계의 강력한 강화제, 뼈 형성 촉진제, 노화 방지 및 항피로제로 제안되었습니다(Xu et al., 2014). 또한 Cistanche tubulosa 추출물은 알츠하이머병 모델에서 아밀로이드 침착을 차단하는 것으로 나타났습니다(Wu et al., 2015). 다양한 치료 용도에도 불구하고 잠재적인 항암제로서의 Cistanche Tubulosa의 효과는 아직 연구되지 않았습니다.
현재 작업에서 우리는 2개의 원발성 및 2개의 전이성 결장암 세포주에 대한 Cistanche Tubulosa의 항암 효과와 이 효과의 잠재적인 메커니즘을 조사했습니다.

재료 및 방법
식물 추출물의 수집 및 준비, Cistanche tubulosa의 샘플은 2014년 카타르의 사막 지역에서 수집되었으며 식물의 진위 여부는 약초학자에 의해 확인되었습니다. 바우처 샘플은 ADLQ의 독성학 및 다목적 부서에 보관됩니다. 햇볕에 말린 식물 샘플을 Retsch Knife Mill Grindomix GM300으로 미세 분말로 분쇄했습니다. 분말 20g을 회전식 진탕기에서 200rpm으로 37도에서 밤새 200mL 초순수로 추출했습니다. 미정제 Cistanche tubulosa 추출물(CTE)을 8000rpm에서 30분 동안 원심분리하여 불용성 화합물을 펠렛하고, 상청액을 수집하고, Labconco Freezone 6 플러스 동결 건조기를 사용하여 동결 건조했습니다. 건조된 추출물을 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM, SIGMA, Germany)에서 20mg/mL의 농도로 재구성하고 0.2-미크론 멤브레인 필터를 통해 멸균 여과했습니다.
세포주 및 세포 유지
인간 결장암 세포주 CaCo2, SW620 및 LoVo는 Cell Lines Service(CLS, Eppelheim, Germany)에서 구입한 반면, HCT 116 세포주는 카타르 대학 생물학 및 환경 과학부에서 친절한 선물을 받았습니다. CaCo2와 HCT11은 대장암 원발 부위에서, SW620과 LoVo는 전이 부위에서 유래했다. SW620, HCT116 및 LoVo 세포는 DME 배지에서 배양 및 유지한 반면, CaCo2 세포는 Eagle's Minimum Essential Medium(EMEM, SIGMA, Germany)에서 유지하였다. 세포는 5% 이산화탄소를 포함하는 가습 분위기에서 10% 태아 소 혈청(FBS, SIGMA, 독일) 및 1% 페니실린/스트렙토마이신(SIGMA, 독일)이 보충된 각각의 배지에서 37℃에서 단층으로 배양되었다.
세포 생존율 분석
세포 독성 활성을 평가하기 위해 {{0}}[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium(MTT) 분석을 사용했습니다. 앞에서 설명한 것과 유사한 CTE(Jaganjac et al., 2010). 96-웰 플레이트에서 배양된 CaCo2, HCT116, SW620 및 LoVo 세포의 파종 밀도는 웰당 104개 세포였습니다. 세포를 처리 24시간 전에 10% FBS가 보충된 각각의 배지에 플레이팅하였다. 24시간 후, 배지를 제거하고 세포를 0, 0.25, 0.5, 1 및 2 mg/mL CTE로 24, 48 및 72시간 동안 37도에서 5% CO2를 함유하는 가습 분위기에서 처리하였다. CTE 처리 시 배지를 제거하고 각 웰에 40μL의 MTT 용액(0.5mg/mL)을 첨가했습니다.
3시간 배양 후, MTT 용액을 제거하고 포르마잔 생성물을 디메틸설폭사이드(DMSO, SIGMA, Germany)에 용해시키고 마이크로플레이트 판독기(Infinite 200 PRO NanoQuant, Tecan Trading AG, Switzerland)로 590 nm에서 흡광도를 측정하였다. .

아폽토시스 분석
CaCo2, HCT116, SW620 및 LoVo 세포의 세포사멸은 필수 염료(Becton 디킨슨 인터내셔널, 벨기에) 제조자의 지시에 따라. 간단히 말해서, CTE(0, 0.5 , 또는 1mg/mL). 24 CTE 인큐베이션 후, 세포를 수확하고, 차가운 인산 완충 식염수로 2회 세척하고, 어두운 곳에서 실온에서 15분 동안 Phycoerythrin(PE) Annexin V 및 7-AAD로 염색했습니다. 염색된 세포는 FACS를 사용하여 유동 세포측정법으로 1시간 이내에 분석되었습니다. Aria III 유세포 분석기 및 FACSDiva 소프트웨어(Becton Dickinson)는 최소 104개 세포의 낮은 유속에서 사용합니다. 6 μM 캄프토테신(SIGMA)으로 4시간 동안 세포를 처리한 것을 분석을 위한 양성 대조군으로 사용했습니다.
세포 내 ROS 생산
세포내 ROS 생성은 2,7- dichlorodihydrofluorescein diacetate (DCFH-DA, SIGMA, Germany)를 이용하여 조사하였다. DCFH-DA는 세포내 ROS에 의해 형광 화합물 2,7- dichlorofluorescein(DCF)으로 산화되는 비형광 프로브입니다(Poljak-Blazi et al., 2011). DCFHDA 분석은 이전에 설명한 것과 유사하게 수행되었습니다(Cindric et al, 2013; Poljak-Blazi et al., 2011). 간단히 말해서, 96-웰 블랙 플레이트에서 배양된 CaCo2, HCT116, SW620 및 LoVo 세포의 시딩 밀도는 웰당 104개 세포였습니다. 세포를 10% FBS가 보충된 각각의 배지에 24시간 동안 플레이팅하였다.
처리 전 세포를 10 μM DCFH-DA와 함께 37도에서 30분 동안 5% CO2 / 95% 공기에서 배양했습니다. 그런 다음 세포를 세척하고페놀 레드가 없는 배지에서 {{0}}, 0.5 및 1mg/mL의 CTE로 처리했습니다. 세포 내 ROS 형성은 최고 형광 및 가스 제어 모듈이 있는 마이크로플레이트 판독기(Infinite 200 PRO, Tecan Trading AG, 스위스)를 사용하여 37도 및 5% CO2에서 25시간 동안 지속적으로 모니터링되었습니다. 형광 강도는 500 nm의 여기 파장과 529 nm에서의 방출 검출로 측정되었습니다. 임의의 단위, 상대 형광 단위(RFU)는 형광 강도에 직접 기반을 두었습니다.
미토콘드리아 과산화물 생성
미토콘드리아에 의한 과산화물 생성을 유도하는 CTE의 능력은 세포 투과성, 미토콘드리아 표적 MitoSOX Red 프로브(Life Technologies) 및 핵 염색용 Hoechst 33342(Life Technologies)를 사용하여 추정되었습니다. CaCo2, HCT116, SW620 및 LoVo 세포를 24시간 동안 10% FBS가 보충된 각 배지에서 웰당 104개 세포의 밀도로 96-웰 플레이트에 시딩했습니다. . 그런 다음 세포를 4μM의 MitoSOX 및 2μM의 Hoechst 33342로 20분 동안 로딩하고, 과량의 염료를 세척하고, 웰을 0, 0.5 및 1mg/mL의 CTE로 24시간 동안 37도 및 5% CO2에서 처리했습니다. 형광 강도는 MitoSOX의 경우 여기 파장 510 nm 및 방출 검출 580 nm, Hoechst 33342의 경우 여기 파장 350 nm 및 방출 검출 461 nm에서 상단 형광이 있는 마이크로플레이트 판독기(Infinite 200 PRO, Tecan Trading)를 사용하여 측정했습니다. AG, 스위스)
통계 분석
기술 통계는 평균 + /- SD로 표시되었습니다. 그룹 간 차이의 중요성은 Student t-test 및 Chi-square test를 사용하여 평가했습니다. 두 개 이상의 그룹을 비교할 때 적절한 사후 테스트와 함께 단측 ANOVA를 사용했습니다. Mircosoft Windows용 SPSS 11.01이 사용되었습니다. P가 0.05 미만인 차이는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.

결과
인간 결장암 세포주의 증식에 대한 CTE의 효과는 그림 1에 나와 있습니다. 테스트한 모든 CTE 농도는 CaCo2 세포주에 대해 농도 및 시간 의존적 방식으로 강력한 억제 효과를 나타냈습니다(그림 1A). 72시간의 CTE 처리는 대조군에 비해 CaCo2 세포의 성장을 60% 이상 억제했습니다(모든 농도에서 p < 0.05). HCT116 세포 성장에 대한 CTE 처리의 상당한 영향은 두 가지 최고 농도(1mg/mL 및 2mg/mL)에서 모든 시점에서 감지되었으며 후자의 농도에서 70% 이상 감소에 도달했습니다(그림 1B, p < 0.05).
2개의 더 낮은 CTE 농도({0}}.25 및 0.5 mg/mL)는 24시간 후 세포의 HCT116 성장을 상당히 감소시켰지만(p<0.05), 72="" they="" had="" no="" significant="" effect="" following="" hours="" of="" treatment="" compared="" to="" the="" control="" p="">{{0}}.{{10}}5). CTE를 사용한 시간 및 농도 의존적 증식 억제는 LoVo 세포에서 최고 농도에서 60% 이상 추가로 확인되었습니다(p < 0.05)(그림 1C) , 테스트한 4가지 CTE 농도 모두 48시간 후 SW620 세포의 성장을 감소시켰습니다(그림 1D, p < 0.05 for all). 72시간 처리 후, 가장 높은 두 농도(p < 0.05)에서만 동일한 효과가 관찰되었으며, 0.25 및 0.5 mg/mL 농도에서는 대조군에 비해 유의한 효과가 나타나지 않았다(p > 0.05). 세포자멸 유도에 대한 0.5 및 1 mg/mL CTE 처리의 영향을 4개의 모든 세포주에서 추가로 테스트했습니다(그림 2). HCT116 및 LoVo에서 0.5mg/mL로 24시간 처리한 후 초기 세포사멸에서 증가된 수의 세포가 검출되었습니다(p<0.05, Figure 2B and 2C) and in all cell lines at 1 mg/mL (p<0.05). A significant increase in necrotic or late apoptotic cell number was further observed in CaCo2 and SW620 cell lines (p<0.05, Figure 2A and 2D).
세포내 ROS 생성을 유도하는 CTE의 능력은 그림 3에 설명되어 있습니다. CTE 처리 3시간 후 모든 세포주에서 세포내 ROS 생성이 크게 증가했습니다(p<0.05). The intracellular ROS production increased progressively throughout the 25 hours of treatment in a time and concentration-dependent manner. Furthermore, the staining of cells with a mitochondria-targeted probe revealed a strong impact of CTE on mitochondrial superoxide production in a concentration-dependent manner (Figure 4). The highest increase in superoxide production by mitochondria was observed in HCT116 (69%, Figure 4B) and LoVo cells (82%, Figure 4C) following 24 hours of treatment with 1 mg/mL of CTE.


그림 1:
결장암 세포주의 생존력에 대한 Cistanche tubulosa의 효과. (A) CaCo2, (B) HCT116, (C) LoVo 및 (D) SW620 세포의 MTT 분석으로 측정한 세포 생존력은 대조군 미처리 결장암 세포주의 백분율로 표시됩니다. 대표 실험의 5회 반복에 대한 평균값(±SD)이 제공됩니다: (*) 유의성 p<0.05 in comparison to control untreated respective cells.

그림 2:
Cistanche tubulosa 물 추출물은 인간 결장암 세포에서 세포 사멸을 유도합니다. (A) CaCo2, (B) HCT116, (C) LoVo 및 (D) SW620 세포의 Annexin-V-FITC 유세포 분석은 대조군 미처리 결장암 세포주의 백분율로 표시됩니다. 대표 실험의 3회 반복에 대한 평균값(±SD)이 제공됩니다: (*) 유의성 p<0.05 in comparison to control untreated respective cells.

그림 3:
Cistanche tubulosa 물 추출물은 시간 및 용량 의존적으로 세포 내 ROS 생산을 유도합니다. (A) CaCo2, (B) HCT116, (C) LoVo 및 (D) SW620 세포에서 DCFH-DA 분석으로 측정한 ROS 생산은 각각의 5- 복제물에 대한 평균 RFU 값(±SD)으로 표시됩니다. 대표적인 실험. (*) 의의 p<0.05 in comparison to control untreated colon cancer cells.

그림 4:
Cistanche tubulosa 물 추출물은 인간 결장암 세포에서 미토콘드리아 과산화물 생성을 유도합니다. A) CaCo2, (B) HCT116, (C) LoVo 및 (D) SW620 세포에서 미토콘드리아 표적 MitoSOX Red 프로브의 형광 강도는 대조군 미처리 결장암 세포주의 백분율로 표시됩니다. 대표 실험의 5회 반복에 대한 평균값(±SD)이 제공됩니다: (*) 유의성 p<0.05 in comparison to control untreated colon cancer cells.

논의
이전 연구에서 Cistanche tubulosa의 수많은 의학적 특성이 보고되었지만 악성 세포에서 항증식 효과에 대한 첫 보고입니다. 고극성 용매인 물로 추출한 Cistanche tubulosa 생리활성 화합물은 강력한 항암 생리활성을 보였다. 우리는 이전에 물에 용해된 Cistanche tubulosa의 효율성을 메탄올 및 에틸 아세테이트와 같은 다른 용매와 비교했지만 물 추출물이 가장 유망한 항암 활동을 나타냈습니다(데이터는 표시되지 않음).
우리는 1 mg/mL 및 2 mg/mL에서 CTE가 원발성 및 전이성 결장암 세포주 성장의 60%를 억제하는 능력을 입증했으며 결장암 치료제로서 Cistanche tubulosa의 잠재적으로 중요한 역할을 밝혔습니다. 정상 세포와 비교하여 암세포는 일반적으로 산화 환원 항상성의 교란을 특징으로 하며 현재 항암 요법의 일반적인 전략은 세포 산화 스트레스를 증가시키는 것입니다(Yang et al, 2013). 생리학적으로 낮은 수준의 ROS가 신호 분자로서 중요한 역할을 하지만 과도한 ROS 생성은 암 불안정성과 악성 종양에 기여할 수 있습니다(Liou and Storz, 2010). 역설적이게도 세포 산화환원 항상성의 이러한 불균형은 암세포를 ROS 유도 세포 사멸에 더 취약하게 만듭니다(Jaganjac et al., 2008; Nogueira and Hay, 2013). 이 연구에서 보고된 CTE의 항증식 효과는 추출물 내 알려진 화합물과 알려지지 않은 화합물의 다양한 세포외 및 세포내 메커니즘에 의해 매개될 수 있으며, 세포사멸에 필수적인 역할을 하는 여러 경로를 표적으로 합니다. 서로 다른 세포 사멸 방식을 구별하기 위해 관찰된 CTE 유발 세포 독성의 잠재적인 메커니즘을 조사했습니다.
우리의 데이터는 CTE가 세포내 ROS 생성을 증가시키고 결과적으로 ROS에 의해 유발된 세포 사멸을 증가시킨다는 것을 나타냅니다. 세포의 산화환원 상태는 또한 세포사멸을 조절하는 데 결정적인 역할을 하며 미토콘드리아 전자 수송 사슬은 세포 ROS 생성의 주요 부위 중 하나입니다(Trachootham et al., 2008). 또한 세포내 ROS는 미토콘드리아 의존 경로와 독립 경로 모두를 통해 세포 사멸을 유발할 수 있습니다(Sinha et al., 2013). 실제로, 우리의 데이터는 또한 CTE 유도 포스파티딜세린 외부화가 원발성 및 전이성 암 세포주 모두에서 세포 사멸의 일반적인 효과임을 나타내며 CTE 유도 사망의 메커니즘이 괴사보다는 세포 사멸에 의해 매개됨을 시사합니다. 암세포에서 세포사멸의 활성화는 교정 전략이며 많은 항암제가 암세포에서 세포사멸 효과를 발휘할 수 있습니다.
따라서 암 세포에서 프로-아폽토시스 활성을 갖는 화합물 또는 추출물은 항암제 연구에 잠재적으로 유용합니다(Wong, 2011). CTE에 의해 유도된 pro-apoptotic 효과가 미토콘드리아에 의해 유도된 ROS 메커니즘에 의해 매개되는지 여부를 확인하기 위해 CTE 처리된 세포에서 미토콘드리아를 표적으로 하는 형광 프로브를 사용하여 초과산화물 생산을 측정했습니다. 우리의 데이터는 CTE가 미토콘드리아 슈퍼옥사이드 생산을 자극한다는 것을 명확하게 보여줍니다. 이는 Cistanche tubulosa 항암 활동이 적어도 부분적으로는 미토콘드리아 유도 ROS 메커니즘을 통해 매개됨을 시사합니다.
결론
결론적으로, 우리의 데이터는 사막 식물 Cistanche tubulosa의 물 추출물이 결장암의 예방 및 치료를 위한 다른 기존 요법과 함께 항암 접근법에 대한 유망한 후보를 나타낼 수 있음을 시사합니다. 우리는 또한 암 세포에 대한 식물 추출물의 독성이 증가된 세포 내 ROS 생산과 적어도 부분적으로는 미토콘드리아 의존성 세포 사멸에 의해 매개된다는 것을 입증합니다. 항암 활동을 담당하는 개별 생물학적 활성 성분을 분리하고 특성화하기 위한 추가 연구가 진행 중입니다.
효과적인 화학예방제로서 이 추출물의 잠재적인 사용을 평가하고 분자 수준에서 결장암 세포에 대한 작용 메커니즘을 이해하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 암 예방을 위한 Cistanche tubulosa의 관찰된 유익한 건강 효과를 확인하기 위해서는 추가 전임상 및 임상 연구도 필요합니다.

감사의 말
재정적 지원 및 후원: 이 연구는 Anti-Doping Lab Qatar의 지원을 받았습니다.
이해 충돌: 저자는 이해 충돌이 없음을 선언합니다.
참조
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