Салиномицин: новый противораковый агент с высокой антикокцидиальной активностью

Введение

При проверке эффективности 16000 химических веществ для избирательного уничтожения раковых стволовых клеток Gupta et al. (2009) определили салиномицин как новое противораковое средство на основании того, что он обладает более чем в 100 раз большей эффективностью, чем паклитаксел, ранее широко используемый препарат при лечении рака груди. Дополнительные исследования, проведенное в рамках исследования, предоставляют убедительные доказательства того, что салиномицин влияет на раковые стволовые клетки и другие типы раковых клеток, а также отлично преодолевает химиорезистентность в раковых клетках. Эти результаты позволяют предположить, что салиномицин является многообещающим противораковым препаратом для химиопрофилактики и терапии.

Салиномицин (молекулярная формула C42H70O11) представляет собой монокарбоновый полиэфирный антибиотик, выделенный из штамма Streptomyces albus (штамм № 80614) (Рис.1). Использование салиномицина в ветеринарии можно проследить еще в 1980-х годах как противомикробное средство широкого спектра действия, действующее против грамположительных бактерий, грибов и паразитов. Сегодня салиномицин является одним из наиболее широко используемых кокцидиостатов в птицеводстве США.

Рисунок 1

Формула салиномицина

Салиномицин представляет собой монокарбоновый полиэфирный антибиотик 750 Да с уникальными трициклическими спирокетальными кольцевыми системами и ненасыщенным шестичленным кольцом. Молекулярная формула салиномицина — C42H70O11.

В качестве противомикробного препарата салиномицин в первую очередь действует как ионофор, который облегчает транспорт катионов (K +, Na +, Ca2 + или Mg2 +) через клеточные мембраны организмов-мишеней, включая простейшие и грамположительные бактерии. В частности, такой облегченный транспорт увеличивает внутриклеточный уровень кальция до уровня, токсичных для кокцидий, вызывая избирательное расположение осморегуляторных органелл в клетке, тем самым нарушая осмотический баланс и приводя в конечном итоге к гибели чувствительных организмов.  Однако остается неясным, применимы ли такие ионофорные свойства и механизмы для объяснения наблюдаемой специфичности салиномицина на раковые стволовые клетки и раковые клетки с множественной лекарственной устойчивостью.  Действительно, несколько исследований показали, что салиномицин активирует нетрадиционные пути гибели клеток, увеличивает повреждение ДНК и ингибирует путь передачи сигналов Wnt, все из которых якобы связаны с противораковой активностью салиномицина при различных типах рака. В этом обзоре будут обобщены и обсуждены состояние и прогресс в использовании салиномицина при лечении рака человека.

Открытие Салиномицина в качестве лечения раковых стволовых клеток

Накапливающиеся данные показывают, что наличие раковых стволовых клеток может быть основной причиной рецидива рака после  проведенной терапии. Это в значительной степени связано с самообновлением раковых стволовых клеток и способностью инициировать опухоль, которые могут повторно заселять опухолевую массу и, следовательно, обеспечивать устойчивость к терапии.  Клинически раковые стволовые клетки также представляют собой серьезную проблему из-за их уникального наделения улучшенной системой репарации ДНК, повышенной регуляцией насосов оттока лекарств и устойчивой экспрессией антиапоптотических белков. Следовательно, предполагается, что ликвидация раковых стволовых клеток является ключом к предотвращению или подавлению рецидива рака и устойчивости к химиотерапии, основным препятствием в современной терапии рака.  Хотя эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) уже давно признан ключевым признаком инвазии и метастазирования рака, Mani et al. (2008) недавно показали, что индукция ЭМП как в эпителиальных клетках молочной железы человека (HMLE), так и в карциномах молочной железы происходит параллельно с обогащением клеток свойствами эпителиальных стволовых клеток.  Gupta et al. наблюдали, что трансформация ЭМП клеток рака молочной железы HMLER (эпителиальные клетки молочной железы человека, сверхэкспрессирующие hTERT, SV40 T / t и H-RasV12) сопровождается появлением онкогенных и химиорезистентных раковых стволовых клеток  и им подобных (HMLERshEcad).  Используя эту функцию в качестве стратегии высокой производительности и модельной системы in vitro, Gupta et al. (2009) проверили более 16 000 соединений и установили, что салиномицин был единственным химическим веществом, показывающим как селективность, так и биопотентность в истощении раковых стволовых клеток груди.  Действительно, фармакологическая эффективность салиномицина более чем в 100 раз выше, чем у паклитаксела, широко используемого лекарственного средства против рака груди, проявляющего сильную ингибирующую активность в отношении посева, роста и метастазирования опухолей у мышей NOD / SCID in vivo. Необычные свойства и предполагаемые клинические последствия салиномицина, очевидные в этом открытии, заложили основу для ряда исследований, проведенных после этого, по изучению противоракового действия салиномицина при различных типах рака и модельных системах. Таб.1 суммирует эффекты салиномицина на различные типы рака и раковых стволовых клеток, обеспечивая убедительные совокупные доказательства для его рассмотрения в качестве многообещающего препарата для лечения рака.

Исследования противоракового действия салиномицина при раке человека

Таблица 1

Фармакологическое действие Салиномицина на рак

После открытия салиномицина как убийцы раковых стволовых клеток фармакологические эффекты салиномицина были протестированы на нескольких моделях клеточных линий in vitro и in vivo. Например, CD133 + в качестве маркера РСК при многих типах рака был использован Dong et al. чтобы продемонстрировать, что CD133 + колоректальные раковые стволовые клетки  и им подобные клетки были чувствительны к лечению салиномицином, в сравнении с обычным противораковым лекарственным средством оксалиплатином, в отношении пролиферации клеток, образования колоний, миграции клеток и инвазии. Наблюдаемые эффекты сопровождались повышенной регуляцией экспрессии маркера эпителиальных клеток E-кадгерина и подавлением маркера мезенхимальных клеток виментина, тем самым дополнительно влияя на ингибирующий эффект салиномицина на процесс ЭМП.  В соответствии с этим выводом Basu et al. наблюдали, что мезенхимальные субпопуляции в пределах плоскоклеточного рака проявляют устойчивость к традиционной цитотоксической терапии, но не к салиномицину in vitro и in vivo. Клетки CD44 + CD34- в опухолях стромы желудочно-кишечного тракта являются клоногенными клетками, способными к самообновлению и дифференцировке.  Bardsley et al. показали, что салиномицин блокирует пролиферацию клеток CD44 + CD34- и повышает их чувствительность к иматинибу у мышей.

Известно, что клетки KG-1a, подобные стволовым клеткам лейкемии человека, проявляют устойчивость к химиотерапевтическим препаратам за счет экспрессии функциональных переносчиков ABC, таких как P-гликопротеин, белок устойчивости к раку груди и MRP8, которые способны увеличивать отток лекарств. Fuchs et al. наблюдали тяжелые цитотоксические эффекты салиномицина на клетки KG-1a. В отличие от обычных химиотерапевтических препаратов, таких как этопозид и доксорубинцин, салиномицин способен преодолевать множественную лекарственную устойчивость и устойчивость к апоптозу, опосредованную переносчиком ABC.  Riccioni and colleagues также сообщили о салиномицине в качестве ингибитора P-гликопротеина, продемонстрировав его ингибирование роста клеток линий рака с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) с избыточной экспрессией P-гликопротеина и оттока лекарственного средства, опосредованного P-гликопротеином.

Более того, избирательное цитотоксическое действие салиномицина на стволовые клетки опухоли было обнаружено также при остеосаркоме in vitro и in vivo.  Салиномицин также сенсибилизирует эти раковые стволовые клетки к обычным химиотерапевтическим препаратам, включая метотрексат, адриамицин и цисплатин.  Совсем недавно салиномицин проявил сильную цитотоксичность в отношении экспрессирующих высокоальдегиддегидрогеназу (ALDH) стволовых клеточных линий рака желудка с активностью, превосходящей 5-фторурацил (5-FU) и цисплатин (CDDP).  Комбинаторная эффективность трастузумаба и салиномицина в нацеливании на HER2-положительные раковые клетки и раковые стволовые клетки подтверждается повышенной гибелью клеток, что оценивается по образованию маммосфер.  В соответствии с его многообещающей противораковой активностью, несколько отчетов о клинических случаях документально подтвердили эффективность салиномицина у пациентов с устойчивым к терапии раком, например, у пациента с метастатическим инвазивным протоковым раком молочной железы, получавшего салиномицин, была отмечена индукция клинической регрессии опухоли. В совокупности вышеупомянутые исследования убедительно свидетельствуют о том, что салиномицин является новым многообещающим средством для лечения рака.

Возможные механизмы действия Салиномицина на раковые клетки и раковые стволовые клетки

В последние годы все больше данных свидетельствует о том, что ионные каналы и переносчики, которые проявляют важные функции в пролиферации, апоптозе, инвазии и дифференцировке раковых клеток, могут стать новой мишенью при лечении рака. Как упоминалось ранее, салиномицин принадлежит к семейству полиэфирных антибиотиков, которые обеспечивают двунаправленный поток ионов через липидный барьер мембраны и, таким образом, прерывают врожденные системы переноса ионов как в прокариотических, так и в эукариотических клетках. Являясь высокоселективным ионофором калия, салиномицин может влиять на калиевые каналы и способствовать оттоку ионов калия из митохондрий и цитоплазмы. Однако вопрос, обеспечивает ли ионофорная активность салиномицина адекватный терапевтический индекс, требует дальнейшего изучения.

С другой стороны, активация нетрадиционных путей гибели клеток, усиление повреждений ДНК и ингибирование пути передачи сигналов Wnt, по-видимому, являются вероятными механизмами многомерной противоопухолевой активности салиномицина. Fuchs and colleagues показали, что салиномицин индуцирует апоптоз в раковых клетках человека и преодолевает устойчивость к апоптозу путем, независимого от активации p53, каспазы, системы CD95 / CD95L и протеасомы. Kim et al. наблюдали, что салиномицин вызывает массивный апоптоз, сопровождаемый активацией каспазы-3 и расщеплением PARP-1 в клетках рака простаты человека, и предположили, что эти эффекты могут быть приписаны накопленным ROS и деполяризации митохондриальной мембраны. Ketola and colleagues показали, что повышенный уровень окислительного стресса играет важную роль в ингибировании роста клеток рака простаты, вызванном салиномицином. Хотя было предложено много путей, ни один из этих путей не может полностью объяснить специфичность салиномицина по отношению к раковым стволовым клеткам. (Рис.2).

Рисунок 2

Противораковые механизмы салиномицина

Салиномицин оказывает ингибирование на сигнальный путь Wnt посредством подавления фосфорилирования LRP6 и экспрессии β-катенина и p-GSK-3β. Он также индуцирует продукцию ROS и деполяризацию митохондриальной мембраны, что, как следствие, приводит к активации каспазы-3, индукции расщепления PARP-1 и возникновению повреждения ДНК. Эти события впоследствии вызывают гибель опухолевых клеток и подавляют рост раковых клеток.  Более того, салиномицин способен вызывать гибель аутофагических клеток, ингибировать путь NF-κB и активировать путь p38 MAPK посредством пока неясных механизмов.

Kim et al. продемонстрировали, что комбинированное введение салиномицина с доксорубицином или этопозидом усиленило повреждения ДНК и привело к массивному апоптозу в устойчивых к лекарствам раковых клетках.  Компьютерные исследования показали, что, увеличивая повреждение ДНК за счет повышенной экспрессии p53 и H2AX и снижая экспрессию антиапоптотического p21, салиномицин сенсибилизирует раковые клетки к агентам, повреждающим ДНК, таким как доксорубицин и этопозид. В отдельном исследовании лечение салиномицином увеличивало повреждение ДНК и вызывало остановку G2, тем самым повышая чувствительность раковых клеток к лучевой терапии. Точно так же салиномицин может подавлять повышенный уровень p21 в результате лучевой терапии и способствовать экспрессии и активации H2AX и p53. Совсем недавно Dhaheri and coworkers наблюдали увеличение гиперацетилирования гистонов H3 и H4 при лечении салиномицином в клетках рака молочной железы MDA-MB-231. Эти исследования подчеркнули роль повреждения ДНК и модификаций гистонов в действии салиномицина и предположили, что пациенты могут получить пользу от комбинированного применения салиномицина с другими химиотерапевтическими препаратами и лучевой терапией.

В недавнем отчете Verdoodt and colleagues впервые был затронут аспект аутофагической гибели клеток как еще один механизм гибели клеток, вызываемый салиномицином в клетках рака толстой кишки и молочной железы.  Этот вывод был основан на том явлении, что гибель клеток, вызванная салиномицином, происходила с сопутствующими признаками аутофагии, например, образованием множественных вакуолей и повышенным поглощением маркеров аутофагии. Более того, индукция ROS и последующая активация пути JNK также наблюдалась и была связана с индуцированной салиномицином аутофагической гибелью клеток.  Помимо подавления жизнеспособности клеток и индукции гибели клеток, Kuo et al. наблюдали, что салиномицин индуцировал дифференцировку стволовых клеток плоскоклеточного рака головы и шеи (HNSCC) одновременно с активацией EMT и фосфорилированием Akt.

Передача сигналов Wnt важна для развития млекопитающих, обновления стволовых клеток и прогрессирования рака. Lu et al. обнаружили, что наномолярные концентрации салиномицина проявляют глубокое ингибирование передачи сигналов Wnt, которая постоянно активируется в клетках хронического лимфоцитарного лейкоза. Это исследование также показало, что салиномицин нарушает передачу сигналов Wnt, препятствуя фосфорилированию белка 6, связанного с рецептором липопротеинов (LRP6), корецептора Wnt, и индуцируя его деградацию. Недавно He and colleagues сообщили о подавлении экспрессии белков, связанных с передачей сигналов Wnt / β-катенина, таких как β-катенин и p-GSK-3β, салиномицином в клетках рака поджелудочной железы. Ядерный фактор-κB (NF-κB) имеет решающее значение для множества клеточных функций, таких как пролиферация клеток и защита от повреждения клеток, вызванного оксидантами, которые являются ключевыми элементами онкогенеза и метастазирования.  Более того, путь NF-κB активируется в стволовых опухолевых клетках простаты, а подавление NF-κB приводит к апоптозу раковых стволовых клеток простаты. Используя анализ репортера люциферазы, Ketola et al. показали, что ингибирование роста и индукция окислительного стресса в клетках рака простаты в результате лечения салиномицином опосредовано подавлением активности пути NF-κB.  Совсем недавно Zhang and colleagues обнаружили, что индуцированный салиномицином апоптоз в клетках рака яичников OV2008 был связан с активацией передачи сигналов p38 MAPK, критического пути в развитии рака. Однако точный механизм того, как салиномицин регулирует сложную передачу сигналов при раке, остается в значительной степени неизвестным, что подчеркивает необходимость дальнейших исследований и изучений.

Фармакокинетические параметры Салиномицина как противокоцидического химического вещества

Фармакокинетические параметры салиномицина как противомикробного и антикокцидиального антибиотика широко изучены на многих видах животных.  Благодаря своей липидной растворимости он легко и быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте и распределяется по крови и тканям. Что касается распределения в тканях, то наибольшее сродство к салиномицину показали жировые ткани, за которыми следовали печень и мышечные ткани цыплят. Салиномицин способен проникать через гематоэнцефалический барьер, хотя наличие P-гликопротеина может ограничивать его пероральную доступность и проникновение в мозг. Печень является основным местом метаболизма салиномицина; Быстрая биотрансформация салиномицина в печени дает многочисленные метаболиты. Выведение салиномицина происходит умеренно быстро; 24 часа были предложены в качестве адекватного периода отмены салиномицина у кур.  Значения оральной LD50 салиномицина у цыплят-бройлеров и кур-несушек составляли 108 и 104 мг / кг массы тела соответственно, в то время как сообщенное значение LD50 салиномицина для лошади составляет всего 0,6 мкг / кг. Хотя фармакокинетические параметры салиномицина как антикокцидиального агента были установлены и могут дать представление о фармакокинетических / фармакодинамических исследованиях салиномицина в раковых стволовых клетках и раковых клетках человека, последние факты далеки от ясности и требуют дальнейшего изучения. Примечательно, что в недавно описанном случае пациенту с запущенной и метастатической плоскоклеточной карциномой вульвы внутривенно вводили 200–250 мкг / кг салиномицина каждый второй день в сочетании с химиотерапевтическим препаратом эрлотинибом, наблюдались благоприятные клинические эффекты, обеспечивающие благоприятный клинический эффект. Этот случай предоставляет фармакодинамическое окно для будущих исследований на людях.

Проблемы при использовании Салиномицина в качестве противоракового агента для человека

Вышеизложенное представление и обсуждение значительных противораковых эффектов салиномицина следует рассматривать в контексте его относительно узкого терапевтического индекса и потенциальной токсичности. Примечательно, что салиномицин имеет относительно мало побочных эффектов в нормальных клетках. Lu et al. показали, что салиномицин оказывает незначительное влияние на индукцию апоптоза в мононуклеарных клетках периферической крови (МКПК) в концентрациях, в 100 раз превышающих таковую в злокачественных клетках. Scherzed and colleagues также обнаружили, что только в дозах> 30 мкМ салиномицин оказывал негативное влияние на жизнеспособность клеток, способность к миграции и способность образовывать сфероиды мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга человека (hBMSC).  Однако необходимы дополнительные исследования с использованием других «нормальных» клеток, особенно клеток костного мозга, прежде чем можно будет сделать окончательные выводы.

Недавно Boehmerie and Endres оценили цитотоксичность салиномицина на нейронные клетки человека и показали, что лечение салиномицином приводит к повышению концентрации цитозольного Na +, что, как следствие, приводит к повышению цитозольного Ca 2+ и активированного кальпаина, а также вызывает высвобождение цитохрома С из деполяризованных митохондрий и каспазозависимый апоптоз.  Эти результаты предполагают, что может быть разумным разработать эффективные стратегии, такие как тканеспецифическая доставка лекарств, для предотвращения связанных нейротоксических побочных эффектов салиномицина.

Передозировка или случайное употребление салиномицина показало серьезные токсические эффекты у кошек, собак, свиней, лошадей, а также у человека. Более того, как уже упоминалось, известно, что салиномицин влияет на калиевые каналы, что означает, что, помимо раковых клеток и раковых стволовых клеткок, он может быть токсичным для нормальных нервных клеток и гемопоэтических стволовых клеток. Недавно Huczynski and colleagues синтезировали набор амидных и бензотриазоловых эфиров салиномицина и продемонстрировали их глубокую антибактериальную, противомикробную и противораковую активность.  Принимая во внимание его потенциально неблагоприятную цитотоксичность, будущие исследования взаимосвязи структура-активность салиномицина будут неоценимы в содействии разработке менее цитотоксичных и более селективно эффективных производных для клинического использования.

Zhang and colleagues предприняли первые попытки по разработке салиномицина, нацеленного на раковые стволовые клетки, путем включения его в мицеллы. Поскольку в предыдущих исследованиях было показано, что наноразмерная система доставки лекарств, нагруженная лекарством для раковых стволовых клеток, более эффективна для солидных опухолей, чем свободное лекарство, Zhang et al. синтезировали нагруженные салиномицином полимерные мицеллы PEG-b-PCL (M-SAL), которые демонстрируют явно более высокую эффективность в подавлении РСК груди in vivo по сравнению со свободным салиномицином. Более того, M-SAL был более эффективным в уничтожении популяции раковых стволовых клеток груди, чем раковых клеток. В рамках другой попытки направленной доставки лекарств от рака молочной железы Aydin and colleague синтезировали иммобилизованный герцептином (HER) салиномицин (SAL) -инкапсулированный поли (молочно-гликолевая кислота) (PLGA) (HER-SAL-PLGA) наночастицы, которые были успешно поглощены. клетками рака молочной железы MCF-7.  Эти исследования пролили свет на разработку салиномицина с улучшенным биораспределением и преимущественной инкапсуляцией и накоплением в опухолях, одновременно сводя к минимуму его токсические эффекты. Дальнейшие исследования по разработке эффективных стратегий доставки салиномицина при раке и раковых стволовых клетках окажутся неоценимыми для успешного клинического применения салиномицина в будущем.

Заключение и будущие направления 

Непосредственно воздействуя на раковые стволовые клетки, салиномицин предлагает новую парадигму и многообещающий подход к лечению, ограничивая лекарственную устойчивость и рецидивы заболевания. Значительный объем информации, собранной о его эффективности, позволяет предположить, что доклинические и клинические исследования салиномицина являются своевременными и необходимыми в качестве следующего шага для получения прямых доказательств того, может ли салиномицин служить терапевтическим реагентом для определенных типов рака.  Кроме того, хотя многие сигнальные пути и клеточные процессы были связаны с противораковой активностью салиномицина, точный механизм действия салиномицина на раковые стволовые клетки и химиорезистентные раковые клетки остается неясным и срочно ожидает будущих исследований. Разработка превосходных стратегий доставки для оптимизации биораспределения салиномицина также полезна для потенциального клинического использования салиномицина.

Наконец, идентификация прямых и косвенных мишеней салиномицина при раке или раковых стволовых клетках предоставит важную информацию для понимания его основного механизма. Такие знания дадут новое понимание терапии рака, теоретическую основу для использования салиномицина в качестве противоракового средства и позволят провести быстрый скрининг потенциально терапевтических соединений с высокой эффективностью и минимальными побочными эффектами.

Авторы: Шуанг Чжоу, Фенфэй Ван, Эрик Т. Вонг, Экокобе Фонкем, Цзе-Чен Се, Джозеф М. Ву и Эрси Ву.

Перевод: Ксения Нагаева специально для МедАльтернатива.инфо

Материалы в тему:

• Доктор Томас Лоди о раке, питании и сне
• Книга «Диагноз – рак: лечиться или жить? Альтернативный взгляд на онкологию»
• Правда о раке. Поиск методов лечения. Все фильмы проекта
• Рак — это механизм выживания организма
• Сайер Джи о раке и химиотерапии (видео)

---

Рекомендуем прочесть нашу книгу:

Диагноз – рак: лечиться или жить? Альтернативный взгляд на онкологию

Чтобы максимально быстро войти в тему альтернативной медицины, а также узнать всю правду о раке и традиционной онкологии, рекомендуем бесплатно почитать на нашем сайте книгу "Диагноз – рак: лечиться или жить. Альтернативный взгляд на онкологию"

Читать бесплатно