Przełom w leczeniu raka jelita grubego: nowe zastosowanie znanych leków

Jakie wyzwania niesie leczenie raka jelita grubego?

Rak jelita grubego stanowi jedno z najpoważniejszych wyzwań współczesnej onkologii, zajmując drugie miejsce pod względem śmiertelności i trzecie pod względem częstości występowania wśród nowotworów złośliwych na świecie. Chorobę charakteryzuje heterogeniczność wynikająca ze złożonych mechanizmów genetycznych i epigenetycznych. Większość nowotworów jelita grubego jest napędzana przez aktywację onkogennych mutacji KRAS, BRAF i PIK3CA oraz inaktywacyjne mutacje genu supresorowego TP53, które są silnie powiązane z przeprogramowaniem metabolicznym i opornością na leki.

W leczeniu raka jelita grubego, kapecytabina (CAP) stanowi kluczowy lek chemioterapeutyczny oparty na 5-fluorouracylu. Jest to selektywny cytotoksyczny prolek, który ulega aktywacji przez enzym fosforylazę tymidynową, tworząc 5-FU preferencyjnie w miejscu guza. Kapecytabina jest podstawą w zarządzaniu zarówno pierwotnym, jak i przerzutowym rakiem jelita grubego ze względu na swoją skuteczność i korzystny profil tolerancji. Niestety, oporność na chemioterapię opartą na 5-FU stanowi jedno z największych wyzwań w leczeniu tego nowotworu, występując u około 50% pacjentów z przerzutowym rakiem jelita grubego.

Czy repurposing leków poprawi wyniki terapii?

Aby przeciwdziałać chemooporności, poszukuje się nowych strategii terapeutycznych, w tym repurposingu leków – czyli wykorzystania istniejących, zatwierdzonych przez FDA leków do celów terapeutycznych innych niż ich podstawowe wskazania. Jednym z najbardziej obiecujących kandydatów do repurposingu w onkologii jelita grubego jest propranolol (PRO) – nieselektywny antagonista receptorów β-adrenergicznych, stosowany głównie w leczeniu chorób układu sercowo-naczyniowego. “Propranolol jest najsilniejszym środkiem beta-blokującym hamującym proliferację komórek raka jelita grubego indukowaną adrenaliną” – wskazują badacze. Propranolol wykazuje działanie przeciwnowotworowe poprzez hamowanie angiogenezy i indukcję apoptozy, a jego wysoki profil bezpieczeństwa i tolerancji w praktyce klinicznej czyni go atrakcyjnym kandydatem do zastosowania w onkologii.

Badacze postawili sobie za cel zbadanie potencjału terapeutycznego propranololu w połączeniu z kapecytabiną, wykorzystując linie komórkowe HCT-116 (z mutacjami PIK3CA i KRAS^G13D) oraz HT-29 (z mutacjami PIK3CA, BRAF^V600E i TP53) jako modele przedkliniczne raka jelita grubego. Co istotne, do tej pory nie przeprowadzono badań in vivo ani in vitro, które analizowałyby przeciwnowotworowe działanie propranololu i kapecytabiny w podejściu terapii dwulekowej w raku jelita grubego.

Jakie metody badawcze ujawniają nowe mechanizmy terapeutyczne?

W badaniu zastosowano kompleksowe podejście metodologiczne. Cytotoksyczność pojedynczych leków i ich kombinacji oceniano przy użyciu testu MTT. Synergię terapeutyczną mierzono metodą Chou-Talalay, obliczając wartość indeksu kombinacji (CI). Morfologię komórek oceniano mikroskopowo, a mechanizmy śmierci komórkowej analizowano za pomocą cytometrii przepływowej z wykorzystaniem barwienia Annexin V-FITC/PI. Dodatkowo, badacze przeprowadzili analizę transkryptomiczną i metabolomiczną, aby określić wpływ tych środków terapeutycznych na profile transkryptomiczne i metabolomiczne w komórkach raka jelita grubego.

Wyniki testu MTT wykazały, że zarówno propranolol, jak i kapecytabina zmniejszały żywotność komórek w sposób zależny od typu komórek i dawki. Interesującym odkryciem było to, że komórki HT-29 okazały się bardziej wrażliwe na propranolol niż komórki HCT-116, mimo że obie linie posiadały mutację w genie PIK3CA. Najważniejsze było jednak odkrycie, że propranolol może wzmacniać przeciwproliferacyjne działanie kapecytabiny w sposób specyficzny dla typu komórek. Analiza indeksu kombinacji wykazała, że interakcja leków w linii HCT-116 była addytywna, podczas gdy w linii HT-29 zaobserwowano silny efekt synergistyczny.

Analiza cytometryczna ujawniła różnice w indukcji mechanizmów śmierci komórkowej między różnymi terapiami i liniami komórkowymi. W przypadku linii HT-29, zastosowanie propranololu i terapii skojarzonej znacząco zwiększyło odsetek komórek we wczesnej fazie apoptotycznej w porównaniu z kontrolą, bez efektu w grupie kapecytabiny. Wszystkie grupy terapeutyczne zwiększyły odsetek komórek w późnej fazie apoptotycznej, z wysokim poziomem istotności w grupie dwulekowej. “Dane z grupy dwulekowej pokazały, że w komórkach HT-29 indukowana jest śmierć nekroptotyczna” – podkreślają autorzy badania.

Sekwencjonowanie mRNA wysokiej przepustowości dla kontrolnych i leczonych komórek HT-29 ujawniło interesujące wzorce ekspresji. Analiza ekspresji różnicowej zidentyfikowała znaczącą liczbę genów różnicowo ekspresjonowanych (DEG) w komórkach poddanych terapii. Dla terapii dwulekowej (propranolol plus kapecytabina) analiza zidentyfikowała 213 DEG, w tym 160 genów z nadekspresją i 53 geny z obniżoną ekspresją.

Czy ferroptoza to odpowiedź na oporność na chemioterapię?

Szczególnie interesujące było odkrycie, że analiza wzbogacenia ścieżek KEGG wykazała, że ferroptoza (ID: hsa04216) była wzbogacona na wysoce istotnym poziomie dla terapii dwulekowej w porównaniu z monoterapiami. Ferroptoza to nowatorska forma programowanej śmierci komórkowej, zależna od żelaza i reaktywnych form tlenu (ROS), rozpoznawana jako oksydacyjny proces śmierci komórki. Liczba istotnie wzbogaconych genów związanych z ferroptoza była wyższa dla terapii dwulekowej (osiem genów) niż dla monoterapii, co potwierdza synergistyczne działanie propranololu i kapecytabiny.

Czy ferroptoza może być kluczem do przełamania oporności na tradycyjne terapie w raku jelita grubego? Analiza metabolomiczna wykazała, że terapia skojarzona prowadziła do zwiększenia pośrednich metabolitów fosforylacji oksydacyjnej (OXPHOS) w komórkach HT-29, takich jak dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD), fumaran, fosforan dihydroksyacetonu (DHAPH) i 1,3-bisfosfoglicerynian. OXPHOS, znany jako mitochondrialny łańcuch transportu elektronów (METC), jest głównym źródłem produkcji ATP i generowania mitochondrialnych ROS, a odgrywa główną rolę w promowaniu ferroptozy.

Analiza DEG w terapii dwulekowej wykazała znaczącą nadekspresję transkryptu genu OSGIN1 (inhibitor wzrostu indukowany stresem oksydacyjnym 1), jednocześnie obserwowano spadek ekspresji GPX4 i GSS (syntetazy glutationu) w grupie kombinowanej. Dane wskazały, że poziom wewnątrzkomórkowych ROS w linii komórkowej HT-29 wzrósł przy leczeniu propranololem, ale znaczny wzrost zaobserwowano przy terapii skojarzonej w porównaniu z kontrolą. “Propranolol uwrażliwił linię komórkową HT-29 na kapecytabinę, prowadząc do synergistycznego generowania wewnątrzkomórkowych ROS” – komentują badacze.

Dodatkowo, terapia skojarzona dramatycznie podwyższyła ilość mitochondrialnych ROS w porównaniu z kontrolą. Analiza potencjału błony mitochondrialnej wykazała, że zarówno propranolol, jak i terapia skojarzona zmniejszyły polaryzację potencjału błony mitochondrialnej w komórkach HT-29. Analiza peroksydacji lipidów wykazała, że terapia skojarzona znacząco zwiększyła poziom MDA (malonodialdehydu) – produktu peroksydacji lipidów, który niszczy integralność błony komórkowej podczas ferroptozy.

Interesującym odkryciem było również to, że analiza wzbogacenia ścieżek Reactome wykazała, że propranolol i terapia skojarzona powodowały zahamowanie ekspresji genów i białek przez sygnalizację JAK-STAT po stymulacji interleukiną-12 w komórkach HT-29. Stopień zahamowania sygnalizacji JAK-STAT w grupie kombinowanej był większy niż w przypadku samego propranololu, co potwierdza korzyści płynące z zastosowania podejścia terapii dwulekowej w leczeniu raka jelita grubego z mutacją BRAF^V600E.

Czy analiza transkryptomiczna i immunologiczna otwiera nowe perspektywy?

Badanie wykazało również, że terapia skojarzona nie tylko promowała ferroptoza, ale także stymulowała odpowiedź immunologiczną. Ferroptoza została powiązana z immunogenną śmiercią komórek. Analiza transkryptomiczna grupy poddanej terapii skojarzonej ujawniła znaczącą regulację w dół ekspresji genów i białek przez sygnalizację JAK-STAT po stymulacji IL-12 poprzez zmniejszenie poziomu transkryptu genu BOLA2B/LOC107984053. Szlak sygnalizacyjny JAK-STAT uczestniczy w kilku procesach komórkowych, w tym proliferacji komórek, apoptozie, przeżyciu komórek, angiogenezie, inwazji, migracji i odpowiedzi immunologicznej.

Niedawne badanie wykazało, że aktywacja szlaku sygnalizacyjnego JAK/STAT prowadzi do rozwoju oporności na inhibitory BRAF w raku tarczycy BRAF^V600E, co czyni szlak JAK/STAT potencjalnym celem dla aktywności przeciwnowotworowej i przezwyciężenia oporności na leki. Zahamowanie transkryptu BOLA2B/LOC107984053 w grupach propranololu i kombinacji komórek HT-29 może przyczyniać się do indukcji ferroptozy poprzez szlak JAK/STAT. BOLA2B to niedawno zmapowany gen kodujący białko, który odgrywa ważną rolę w regulacji żelaza. Stwierdzono, że produkt tej cząsteczki ulega nadekspresji w guzach i może być wykorzystany jako słaby biomarker prognostyczny w kilku nowotworach.

Jakie są implikacje kliniczne tych odkryć? Mutacje w genie BRAF występują w 8-12% przypadków przerzutowego raka jelita grubego, a wariant mutacji genu BRAF^V600E stanowi najczęstszą zmianę w genie BRAF, związaną z agresywnym fenotypem. Ta mutacja jest powiązana ze złym rokowaniem i słabą odpowiedzią na terapię. Zastosowanie terapii propranolol plus kapecytabina jest zgodne z obecnymi międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi leczenia przypadków przerzutowego raka jelita grubego z mutacją BRAF^V600E.

Czy terapia skojarzona znajdzie zastosowanie w praktyce klinicznej?

Badanie to jest pierwszym, które donosi o promowaniu ferroptozy przy użyciu terapii skojarzonej propranololem i kapecytabiną w komórkach HT-29. “Globalna analiza metabolomu i sekwencjonowanie RNA znacznie wzbogaciły nasze zrozumienie celów molekularnych, ujawniając nowe potencjalne cele dla monoterapii i terapii skojarzonej w komórkach HT-29” – podsumowują autorzy. Badanie podkreśla znaczenie medycyny precyzyjnej w leczeniu nowotworów i sugeruje, że ocena efektów propranololu plus kapecytabiny w przedklinicznych modelach raka jelita grubego z różnymi profilami mutacji proto-onkogenów i genów supresorowych guza może przynieść dodatkowe korzyści dla ich potencjału terapeutycznego.

Czy kombinacja propranololu i kapecytabiny znajdzie zastosowanie w klinice? Dalsze badania z wykorzystaniem podejść multi-omicznych, takich jak genomika i proteomika, są niezbędne do pogłębienia naszego zrozumienia tych mechanizmów i rozszerzenia potencjału terapeutycznego tych leków. Odkrycia te otwierają nowe perspektywy w leczeniu agresywnych form raka jelita grubego, szczególnie tych z mutacjami BRAF^V600E, które są trudne do leczenia konwencjonalnymi metodami.

Podsumowanie

Badania nad terapią skojarzoną propranololu i kapecytabiny w leczeniu raka jelita grubego przyniosły obiecujące rezultaty. Wykazano, że kombinacja tych leków działa synergistycznie, szczególnie w przypadku komórek nowotworowych linii HT-29 z mutacją BRAF V600E. Kluczowym odkryciem jest indukcja ferroptozy – programowanej śmierci komórkowej zależnej od żelaza i reaktywnych form tlenu. Terapia skojarzona zwiększa poziom metabolitów fosforylacji oksydacyjnej, prowadzi do wzrostu wewnątrzkomórkowych ROS oraz peroksydacji lipidów. Dodatkowo, zaobserwowano hamowanie szlaku sygnałowego JAK-STAT, co może przyczynić się do przełamania oporności na standardowe leczenie. Wyniki badań sugerują, że połączenie propranololu z kapecytabiną może stanowić skuteczną opcję terapeutyczną, szczególnie w przypadku agresywnych form raka jelita grubego opornych na konwencjonalne metody leczenia.