РЕЗЮМЕ. Експресію HER2 виявляють у 30 % пацієнток із раком молочної залози з поганим прогнозом подальшого перебігу захворювання. Хоча трастузумаб схвалено для терапії, спрямованої на HER2, його використання обмежене через системну токсичність і резистентність багатьох пацієнтів. Мета цього дослідження полягала в оцінці синергічного впливу фенетилізотіоціанату (PEITC) та куркуміну (CUR) на клітини раку молочної залози SKBR3, BT474 та AU565 з надмірною експресією HER2. Цитотоксічний вплив PEITC CUR на клітини раку молочної залози оцінювали з використанням MTTтесту, а модель аддитивності Лоу застосували для оцінки синергічного впливу. Індукцію апоптозу й зупинку клітинного циклу через обробку клітин раку молочної залози за допомогою PEITC:CUR досліджували за використання методу проточної цитометрії з аннексиномV/іодидом пропідію. Висновок щодо негативної регуляції HER2опосередкованого сигналінгу було зроблено на підставі аналізу експресії білків із використанням Вестернблоттінгу. Наші результати показали, що обробка всіх трьох видів клітин раку молочної залози різними поєднаннями PEITC:CUR суттєво знизило рівень виживання клітин із найнижчими інгібіторними концентраціями (IC50). Цитотоксичні дані показали, що співвідношення PEITC:CUR 3:1 було найкращим серед різних (1:1, 3:1 і 1:3) комбінацій, з максимальною цитотоксичністю. Поєднання PEITC:CUR (3:1) мало найнижчий показник аддитивності (CI) щодо SKBR-3, а клітини AU-565 показали свій потенційний синергічний ефект. При подвійній концентрації своєї IC50 поєднання 3:1 підвищило рівень апоптозу клітин із надмірною експресією HER2 з 3,5 до 4,5 разів, приблизно подвоївши вплив речовин, застосованих поодинці. Крім того, завдяки обробці вибране поєднання індукувало зупинку клітинного циклу G2/M в клітинах із надмірною експресією HER2. Вестернблоттинг аналіз експресії білків показав, що поєднання PEITC:CUR пригнітило сигналінг HER2/PI3K/Akt, пов’язаний із різними апоптичними біологічними подіями. Наші результати продемонстрували специфічність поєднання PEITC:CUR в індукуванні апоптозу й зупинки клітинного циклу G2/M в клітинах пухлин із надмірною експресією HER2 in vitro та підвищенні протипухлинного ефекту. Це поєднання PEITC і CUR може бути потенційним варіантом лікування для підгрупи пацієнток із раком молочної залози, які демонструють надмірну експресію HER2.
Ключові слова: фенетилізотіоціанат, куркумін, апоптоз, HER2, рак молочної залози
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Aggarwal, B.B., Kumar, A., and Bharti, A.C., et al., Anticancer potential of curcumin: Preclinical and clinical studies, Anticancer Res., 2003, vol. 23, pp. 363–398. https://doi.org/10.23122a:363-98
Agrawal, S., Late effects of cancer treatment in breast cancer survivors, S. Asian J. Cancer, 2014, vol. 3, no. 2, pp. 112–115. https://doi.org/10.4103/2278-330X.130445
Aman, N.A., Doukoure, B., Koffi, K.D., et al., HER2 overexpression and correlation with other significant clinicopathologic parameters in Ivorian breast cancer women, BMC Clin. Pathol., 2019, vol. 19, p. 1. https://doi.org/10.1186/s12907-018-0081-4
Boreddy, S.R. and Srivastava, S.K., Deguelin suppresses pancreatic tumor growth and metastasis by inhibiting epithelial-to-mesenchymal transition in an orthotopic model, Oncogene, 2013, vol. 32, no. 34, pp. 3980–3991. https://doi.org/10.1038/onc.2012.413
Cang, S., Ma, Y., Chiao, J.W., Liu, D., et al., Phenethyl isothiocyanate and paclitaxel synergistically enhanced apoptosis and alpha-tubulin hyperacetylation in breast cancer cells, Exp. Hematol. Oncol., 2014, vol. 3, pp. 5–13. https://doi.org/10.1186/2162-3619-3-5
Cavell, B.E., Syed Alwi, S.S., Donlevy, A.M., Proud, C.G., Packham, G., et al., Natural product-derived anti-tumor compound phenethyl isothiocyanate inhibits mTORC1 activity via TSC2, J. Nat. Prod., 2012, vol. 75, pp. 1051–1057. https://doi.org/10.1021/np300049b
Daniela, B., Cinzia, G., Francesca, D.A., Marilena, L., Sebastiano, A., et al., Natural products as promising antitumoral agents in breast cancer: mechanisms of action and molecular targets, Mini-Rev. Med. Chem., 2016, vol. 16, no. 8, pp. 596–604. https://doi.org/10.2174/1389557515666150709110959
Deveraux, Q.L., Takahashi, R., Salvesen, G.S., Reed, J.C., et al., X-linked IAP is a direct inhibitor of cell-death proteases, Nature, 1997, vol. 388, pp. 300–304. https://doi.org/10.1038/40901
Dubrez, D.L., Dupoux, A., Cartier, J., et al., IAPs: More than just inhibitors of apoptosis proteins, Cell Cycle, 2008, vol. 7, pp. 1036–1046. https://doi.org/10.4161/cc.7.8.5783
Fadus, M.C., Lau, C., Bikhchandani, J., Lynch, H.T., et al., Curcumin: An age-old anti-inflammatory and anti-neoplastic agent, J. Tradit. Complementary Med., 2016, vol. 7, pp. 339–346. https://doi.org/10.1016/j.jtcme.2016.08.002
Gong, A., He, M., Krishna, V.D., Yin, P., Karnes, R.J., Young, C.Y., et al., Phenethyl isothiocyanate inhibits STAT3 activation in prostate cancer cells, Mol. Nutr. Food. Res., 2009, vol. 53, no. 7, pp. 878–886. https://doi.org/10.1002/mnfr.200800253
Grogan, F. and Cobain, E.F., Breast cancer management in 2021: A primer for the obstetrics and gynecology, Best Pract. Res. Clin. Obstet. Gynaecol., 2022, vol. 26, no. 8, pp. 1521–1534. https://doi.org/10.1016/j.bpobgyn.2022.02.004
Han, X., Deng, S., Wang, N., Liu, Y., and Yang, X., et al., Inhibitory effects and molecular mechanisms of tetrahydrocurcumin against human breast cancer MCF-7 cells, Food. Nutr. Res., 2016, vol. 60, pp. 3061–3066. https://doi.org/10.3402/fnr.v60.30616
Harbeck, N., Penault, L.F., Cortes, J., Michael, G., Nehmat, H., Philip, P., et al., Breast cancer, Nat. Rev. Dis. Primers, 2019, vol. 5, no. 1, p. 66. https://doi.org/10.1038/s41572-019-0111-2
Henjes, F., Bender, C., Vonder, H.S., Braun, L., Mannsperger, H.A., Schmidt, C., et al., Strong EGFR signaling in cell line models of ERBB2-amplified breast cancer attenuates response towards ERBB2-targeting drugs, Oncogenesis, 2012, vol. 2, pp. 1–16. https://doi.org/10.1038/oncsis.2012.16
Hu, A., Huang, J.J., Zhang, J.F., et al., Curcumin induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis of head and neck squamous cell carcinoma in vitro and in vivo through ATM/Chk2/p53-dependent pathway, Oncotarget, 2017, vol. 8, no. 31, pp. 50747–50760. https://doi.org/10.18632/oncotarget.17096
Hudis, C.A., Trastuzumab mechanism of action and use in clinical practice, N. Engl. J. Med., 2007, vol. 357, no. 1, pp. 39–51. https://doi.org/10.1056/NEJMra043186
Karunagaran, D., Rashmi, R., Kumar, T.R., et al., induction of apoptosis by curcumin and its implications for cancer therapy, Curr. Cancer Drug Targets, 2005, vol. 5, no. 2, pp. 117–129. https://doi.org/10.2174/1568009053202081
Lai, H.W., Chien, S.Y., Kuo, S.J., Ling, M.T., Hui, Y.L., and Chin, W.C., The potential utility of curcumin in the treatment of HER-2-overexpressed breast cancer: An in vitro and in vivo comparison study with herceptin, J. Evidence-Based Integr. Med., 2012, vol. 12, pp. 486–493. https://doi.org/10.1155/2012/486568
Lederer, S., Dijkstra, T., Heskes, T., et al., Additive dose-response models: explicit formulation and the loewe additivity consistency condition, Front. Pharmacol., 2018, vol. 9, pp. 31–39. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00031
Martínez, C.M., Villegas, S.N., Meraz-Rios, M.A., et al., Curcumin differentially affects cell cycle and cell death in acute and chronic myeloid leukemia cells, Oncol. Lett., 2018, vol. 15, no. 5, pp. 6777–6783. https://doi.org/10.3892/ol.2018.8112
Mashati, P., Esmaeili, S., Dehghan, N., Bashash, D., Darvishi, M., Gharehbaghian, A., et al., Methanolic extract from aerial parts of artemisia annua l. induces cytotoxicity and enhances vincristine-induced anticancer effect in Pre-b acute lymphoblastic leukemia cells, Int. J. Hematol. Oncol. Stem Cell Res., 2019, vol. 13, no. 3, pp. 132–139. https://doi.org/2019-Jul-1-13(3):132-139
Meric, B.F. and Hung, M.C., Advances in targeting human epidermal growth factor receptor-2 signaling for cancer therapy, Clin. Cancer Res., 2006, vol. 12, no. 21, pp. 6326–6330. https://doi.org/10.3810/hp.2012.10.997
Moon, Y.J., Brazeau, D.A., Morris, M.E., et al., Dietary phenethyl isothiocyanate alters gene expression in human breast cancer cells, J. Evidence-Based Integr. Med., 2011, vol. 20, no. 1, pp. 46251–46258. https://doi.org/10.1155/2011/462525
Oh, D. and Bang, Y., HER2-targeted therapies – a role beyond breast cancer, Nat. Rev. Clin. Oncol., 2020, vol. 17, pp. 33–48. https://doi.org/10.1038/s41571-019-0268-3
Ortega, M.A., Fraile, M.O., Asúnsolo, Á., Buján, J., García, H.N., Coca, S., et al., Signal transduction pathways in breast cancer: The important role of PI3K/Akt/mTOR, J. Oncol., 2020, vol. 2020, p. 9258396. https://doi.org/10.1155/2020/9258396
Park, J.E., Sun, Y., Lim, S.K., et al., Dietary phytochemical PEITC restricts tumor development via modulation of epigenetic writers and erasers, Sci. Rep., 2017, vol. 7, p. 40569. https://doi.org/10.1038/srep40569
Rowe, D.L., Ozbay, T., Regan, R.M., Rita, N., et al., Modulation of the BRCA1 protein and induction of apoptosis in triple-negative breast cancer cell lines by the polyphenolic compound curcumin, Breast Cancer: Basic Clin. Res., 2009, vol. 3, pp. 61–75. https://doi.org/10.4137/bcbcr.s3067
Sarkars, R., Mukherjee, S., Roy, M., et al., Targeting heat shock proteins by phenethyl isothiocyanate results in cell-cycle arrest and apoptosis of human breast cancer cells, Nutr. Cancer, 2013, vol. 65, pp. 480–493. https://doi.org/10.1080/01635581.2013.767366
Shao, Z.M., Shen, Z.Z., Liu, C.H., Maryam, R., Vay, L.G., David, H., et al., Curcumin exerts multiple suppressive effects on human breast carcinoma cells, Int. J. Cancer, 2002, vol. 98, pp. 234–240. https://doi.org/10.1002/ijc.10183
Shishodia, S., Sethi, G., Aggarwal, B.B., et al., Curcumin: getting back to the roots, Ann. N. Y. Acad. Sci., 2005, vol. 1056, pp. 206–217. https://doi.org/10.1196/annals.1352.010
Shoaib, S., Tufail, S., Sherwani, M.A., et al., Phenethyl isothiocyanate induces apoptosis through ROS generation and caspase-3 activation in cervical cancer cells, Front. Pharmacol., 2021, vol. 12, no. 3, pp. 673–682. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.673103
Singh, A.V., Xiao, D., Lew, K.L., Dhir, R., Singh, S.V., et al., Sulforaphane induces caspase-mediated apoptosis in cultured PC-3 human prostate cancer cells and retards growth of PC-3 xenografts in vivo, Carcinogenesis, 2004, vol. 25, pp. 83–90. https://doi.org/10.1093/carcin/bgg178
Slamon, D.J., Clark, G.M., Wong, S.G., et al., Human breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neu oncogene, Science, 1987, vol. 235, no. 4785, pp. 177–182. https://doi.org/10.1126/science.3798106
Slamon, D.J., Godolphin, W., Jones, L.A., Holt, J.A., Wong, S.G., Keith, D.E., et al., Studies of the HER-2/neu proto-oncogene in human breast and ovarian cancer, Science, 1989, vol. 244, no. 4905, pp. 707–712. https://doi.org/10.1126/science.2470152
Subik, K., Lee, J.F., Baxter, L., Tamera, S., Dawn, C., Patti, C., et al., The expression patterns of ER, PR, HER2, CK5/6, EGFR, Ki-67 and AR by immunohistochemical analysis in breast cancer cell lines, Breast Can., 2010, vol. 4, pp. 35–41. https://doi.org/10.1177/1178223418806626
Syed Alwi, S.S., Cavell, B.E., Donlevy, A., Packham, G., et al., Differential induction of apoptosis in human breast cancer cell lines by phenethyl isothiocyanate, a glutathione depleting agent, Cell Stress Chaperones, 2012, vol. 17, pp. 529–538. https://doi.org/10.1007/s12192-012-0329-3
Upadhyaya, B., Liu, Y., and Dey, M., Phenethyl isothiocyanate exposure promotes oxidative stress and suppresses Sp1 transcription factor in cancer stem cells, Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, no. 5, pp. 1027–1034. https://doi.org/10.3390/ijms20051027
Wang, J. and Xu, B., Targeted therapeutic options and future perspectives for HER2-positive breast cancer, Signal Transduction Targeted Ther., 2019, vol. 4, p. 34. https://doi.org/10.1038/s41392-019-0069-2
Xiao, D., Zeng, Y., Choi, S., Lew, K.L., Nelson, J.B., Singh, S.V., et al., Caspase-dependent apoptosis induction by phenethyl isothiocyanate, a cruciferous vegetable-derived cancer chemopreventive agent, is mediated by Bak and Bax, Clin. Cancer Res., 2005, vol. 11, p. 2670. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-04-1545
Zhang, Y., Cancer-preventive isothiocyanates: measurement of human exposure and mechanism of action, Mutat. Res., 2004, vol. 555, pp. 173–90. https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2004.04.017