В Корее предложили бороться с раковой кахексией с помощью кишечных микроорганизмов
- 1 день назад
- 8 мин. чтения
Корреспондент Гу Бон Хёк
- KIST выяснил механизм действия натурального вещества «микелиолид (Micheliolide·MCL)» в лечении онкологической кахексии
- Увеличение количества полезных бактерий в кишечнике привело к росту мышечной массы на 34 % и мышечной силы на 31 %
Доктора Ким Мён Сок (слева) и Ли Чхун Гу из Корейского института науки и технологии (KIST), проводившие данное исследование [Фото предоставлено KIST]
В Корее предложили новый метод лечения «онкологической кахексии (Cancer Cachexia)» — одного из основных осложнений, угрожающих жизни онкологических пациентов — с помощью кишечной микрофлоры.
Онкологическая кахексия — это состояние, при котором по мере прогрессирования рака наблюдается резкое снижение веса и мышечной массы, а также появляются системные воспалительные процессы и нарушения обмена веществ. Известно, что в тяжелых случаях она снижает физическую выносливость и иммунитет пациентов, затрудняя противораковое лечение и влияя на показатели выживаемости.
16 августа исследовательская группа под руководством докторов Ким Мён Сока и Ли Чхун Гу из Центра оптимизации эффективности природных веществ Корейского института науки и технологий (KIST) объявила, что ей удалось выявить потенциальные природные вещества, способные смягчить состояние онкологической кахексии путем регулирования микробиома кишечника, а также определить механизм их действия.
Исследователи проанализировали библиотеку из более чем 4000 видов природных веществ и подтвердили, что «микелиолид (Micheliolide или MCL)» эффективен в лечении онкологической кахексии.
Введение MCL модельным животным с раком толстой кишки и поджелудочной железы показало, что размер опухолей практически не изменился, в то время как мышечная масса увеличилась на 34 %, а мышечная сила — на 31 %. Таким образом, было продемонстрировано, что вещество действует не путем непосредственного воздействия на раковые клетки, а путем подавления мышечной атрофии, вызываемой раком.
Рис. 1. Микелиолид (MCL) напрямую защищает миотубы от атрофии, вызванной раком, путем перепрограммирования катаболических и анаболических генетических сигнатур. A Схема исследования in vitro по сбору кондиционированной среды (CM) из линии CT26 и обработке MCL. B Жизнеспособность миотубов C2C12 после 24-часового лечения MCL (1 или 5 мкМ) в CM линии CT26. C, D Типичные иммунофлюоресцентные изображения миотубов C2C12, окрашенных по тяжёлой цепи миозина (MHC) (C), и относительная интенсивность флюоресценции MHC (% от контроля) (D). E Тепловая карта профилей экспрессии генов (нормализованных по Z-показателю) для маркеров атрофии, тяжёлой цепи миозина, воспаления, миогенеза и антиоксидантов. Уровни экспрессии мРНК следующих генов: (F–H) Атрофия (Fbxo32, Trim63, Foxo3); (I, J) Тяжёлая цепь миозина (Myh2, Myh4); (K) Воспаление (Tnfa); (L–O) миогенез (Myog, Myod1, Myf5, Myf6); и (P–R) антиоксидантные маркеры (Sod1, Gpx1, Cat). В качестве гена-маркера внутреннего контроля использовался бета-актин (Actb).
Рис. 2. MCL ослабляет атрофию миотубов, вызванную кахексией, в модели кахексии при раке толстой кишки. A Схема исследования in vitro по сбору кондиционированной среды (CM) из клеток LLC и обработке MCL. B Жизнеспособность миотубов C2C12 после 24-часовой обработки MCL (1 или 5 мкМ) в кондиционированной среде из клеток LLC. C, D Типичные изображения иммунофлюоресценции MHC (C) и относительная интенсивность флюоресценции MHC (% от контроля) (D). E Тепловая карта профилей экспрессии генов (нормализованных по Z-показателю) для маркеров атрофии, тяжёлой цепи миозина, миогенеза, воспаления и антиоксидантов. Уровни экспрессии мРНК следующих генов: (F–H) Атрофия (Fbxo32, Trim63, Foxo3); (I, J) Тяжёлая цепь миозина (Myh2, Myh4); (K) Воспаление (Il6); (L–O) миогенез (Myog, Myod1, Myf5, Myf6); и (P–R) антиоксидантные маркеры (Sod1, Gpx1, Cat). В качестве гена-маркера внутреннего контроля использовался бета-актин (Actb).
Рис. 3. MCL разъединяет мышечную атрофию от опухолевой нагрузки в модели раковой кахексии, индуцированной CT26. A Схема исследования in vivo, иллюстрирующая сроки инокуляции CT26 и введения MCL. B Масса туши после удаления опухоли. C Относительная масса тела во времени. D Масса опухоли относительно массы тела. E Объём опухоли во времени. F Сила захвата относительно массы тела. G–I Масса мышц относительно массы тела (четырёхглавая мышца бедра, икроножная мышца, передняя большеберцовая мышца). J Масса эпидидимальной белой жировой ткани (eWAT) по отношению к массе тела. K Масса селезенки по отношению к массе тела. L Типичные изображения ткани икроножной мышцы, окрашенной по Гимзе (увеличение 200×). M Средняя площадь поперечного сечения (CSA) волокон икроножной мышцы. N–P Биохимический профиль плазмы, включая уровни глюкозы, триглицеридов и общего холестерина. Уровни экспрессии мРНК генов (Q) атрофии (Fbxo32, Trim63, Mstn), (R) миогенеза (Myog, Myod1, Myf5, Myf6) и (S) антиоксидантных маркеров (Sod1, Gpx1, Cat) в ткани передней большеберцовой мышцы. В качестве гена-маркера экспрессии использовался бета-актин (Actb). T Типичные изображения вестерн-блоттинга и (U–X) денситометрическая количественная оценка экспрессии изоформ тяжёлой цепи миозина (MHC) (MHC типа I, MHC типа IIa, MHC типа IIb) в ткани передней большеберцовой мышцы. В качестве контроля загрузки использовался GAPDH.
Рис. 4. MCL смягчает системное воспаление за счет устранения выраженного истощения и гиперактивации CD4+ Т-клеток селезенки. A Частоты подгрупп Т-клеток TCRαβ+, CD4+ и CD8+ в пределах группы живых лимфоцитов. B Абсолютное количество всех спленоцитов, CD4+ и CD8+ Т-клеток. C–K Типичные графики проточной цитометрии с указанием соответствующих частот и абсолютного числа активированных Т-клеток CD4+ CD25+ (C–E), CD4+ PD-1+ (F–H) и CD4+ TIM-3+ (I–K). L, M Уровни экспрессии мРНК маркеров воспаления (Tnfa, Il1b) в ткани передней большеберцовой мышцы. N–P Типичные изображения вестерн-блоттинга (N) и денситометрическая количественная оценка уровней общего NF-κB p65 (O) и фосфо-NF-κB p65 (p-p65) (P) в ткани передней большеберцовой мышцы. Все данные представлены в виде среднего значения ± SEM (n = 8–10) с индивидуальными точечными диаграммами.
Рис. 5. MCL восстанавливает метаболически-защитную экосистему кишечника путем избирательного обогащения Phocaeicola vulgatus и восстановления продукции короткоцепочечных жирных кислот (SCFA). A Показатели альфа-разнообразия (индекс Шеннона и наблюдаемые ASV) в моделях CT26 и LLC. B Графики анализа главных координат (PCoA) бета-разнообразия, построенные на основе невзвешенных расстояний UniFrac в обеих моделях. Эллипсы обозначают 95 %-ные доверительные интервалы вокруг центроида для каждой группы. Статистическая значимость кластеризации бета-разнообразия оценивалась с помощью PERMANOVA (adonis2); коэффициенты R2 и значения p (p) указаны на графиках. C, D Относительная численность 20 наиболее распространенных видов бактерий в моделях CT26 (C) и LLC (D). E, F Относительная численность выбранных путей биосинтеза биотина и метаболизма короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) в моделях CT26 (E) и LLC (F). G, H Концентрации короткоцепочечных жирных кислот (ацетат, пропионат, бутират и общие SCFA) в слепой кишке в моделях CT26 (G) и LLC (H). I, J Сетевой анализ, иллюстрирующий коэффициенты корреляции Спирмена между относительной численностью ключевых видов (P. vulgatus, Enterococcus faecalis и Streptococcus acidominimus) и параметрами мышц, популяциями иммунных клеток, опухолевой нагрузкой и содержанием короткоцепочечных жирных кислот в слепой кишке в моделях CT26 (I) и LLC (J). Красный цвет обозначает положительную корреляцию, а синий — отрицательную. Интенсивность цвета отражает силу корреляции.
Все данные представлены в виде среднего значения ± SEM (n = 8–10 мышей в группе) с индивидуальными точечными диаграммами.
Рис. 8. Пероральное введение Phocaeicola vulgatus достаточно для воспроизведения антикахектических и метаболически защитных эффектов MCL. A Схема исследования in vivo с указанием графика введения P. vulgatus (PV) и проверки приживления. B Масса туши после удаления опухоли. C Относительная масса тела во времени. D Масса опухоли по отношению к массе тела. E Объем опухоли во времени. F Сила захвата относительно массы тела. G–I Масса мышц относительно массы тела (четырёхглавая, икроножная, передняя большеберцовая). J Масса eWAT относительно массы тела. K Масса селезенки относительно массы тела. L Типичные изображения ткани икроножной мышцы, окрашенной по Гимзе (увеличение 200 ×). M Средняя площадь поперечного сечения (CSA) волокон икроножной мышцы. N–P Биохимический профиль плазмы, включая глюкозу, триглицериды и общий холестерин. Q Тепловая карта транскрипции, интегрирующая экспрессию мРНК маркеров атрофии, тяжёлой цепи миозина, миогенеза, воспаления и антиоксидантов в передней большеберцовой мышце. Уровни экспрессии мРНК генов (R) атрофии (Fbxo32, Trim63, Foxo3), (S) тяжёлой цепи миозина (Myh2, Myh4), (T) миогенеза (Myog, Myod1, Myf5, Myf6), (U) воспаления (Tnfa, Il1b); и (V) антиоксидантных маркеров (Sod1, Gpx1, Cat) в ткани передней большеберцовой мышцы. В качестве гена-маркера использовался бета-актин (Actb).
Рис. 9. Пероральное введение Phocaeicola vulgatus изменяет экосистему кишечника, ослабляя системное воспаление через ось «кишечник–селезенка». A Схематическое изображение предлагаемой оси «кишечник–селезенка», связывающей введение P. vulgatus (PV) с системной иммунной модуляцией. B Концентрация бутирата в слепой кишке. C Показатели альфа-разнообразия (индекс Шеннона и наблюдаемые ASV) и (D) графики PCoA бета-разнообразия, построенные на основе невзвешенных расстояний UniFrac. Эллипсы обозначают 95 %-ные доверительные интервалы вокруг центроида для каждой группы. Статистическая значимость кластеризации бета-разнообразия оценивалась с помощью PERMANOVA (adonis2); значения R2 и p указаны на графике. E, F Тепловая карта, показывающая относительную численность 10 наиболее распространённых видов бактерий (E) и относительную численность ключевых бактериальных таксонов (например, P. vulgatus, Enterococcus faecalis) (F). G Анализ с помощью проточной цитометрии, подробно отражающий частоту подгрупп Т-клеток (Т-клетки TCRαβ+, CD4+, CD8+). H Абсолютное количество всех спленоцитов, CD4+ и CD8+ Т-клеток. I–K Типичные графики проточной цитометрии (I), частота (J) и абсолютное количество активированных CD4+ CD25+ Т-клеток (K). L–N Типичные графики проточной цитометрии (L), частота (M) и абсолютное количество CD4+ PD-1+ Т-клеток (N). O–S Анализ респондентов, иллюстрирующий корреляции по Спирмену между относительной численностью P. vulgatus и массой туши (O), силой захвата/массой тела (P), массой четырехглавой мышцы/массой тела (Q), массой селезенки/массой тела (R) или количеством CD4+ PD-1+ Т-клеток (S). Отдельные точки обозначены цветовой кодировкой по группам лечения, на них нанесена общая линейная регрессионная кривая и 95 %-ные доверительные интервалы. Указаны коэффициент ранговой корреляции Спирмена (R) и значение p (p).
Рис. 10. Микробиота кишечника играет незаменимую роль в обеспечении защиты мышц и метаболического перепрограммирования, опосредованных MCL, при раковой кахексии. A Схематическое изображение экспериментальной схемы с подробным описанием получения псевдобезмикробных (псевдо-GF) мышей с помощью коктейля антибиотиков широкого спектра действия (Abx) и графиком введения MCL мышам с опухолями CT26. B Масса туши после удаления опухоли. C Относительная масса тела во времени. D Потребление пищи во времени. E Объем опухоли во времени. F Масса опухоли относительно массы тела. G Масса eWAT относительно массы тела. H Масса селезенки относительно массы тела. I Сила захвата относительно массы тела. J–M Масса мышц относительно массы тела (четырехглавая, икроножная, икроножно-голенная, передняя большеберцовая).
Рис. 11. Активная метаболическая секреция, а не структурное распознавание, лежит в основе защиты мышц, опосредованной Phocaeicola vulgatus. A Схематическое представление схемы эксперимента in vitro, в котором сравниваются эффекты бесклеточного супернатанта P. vulgatus (PV-CFS) и термически инактивированного P. vulgatus (PV-HK) на миотубы C2C12, подвергнутые воздействию CM CT26. B, C Внутриклеточные уровни АТФ в миотубах, обработанных градиентами концентрации PV-CFS (1, 5 или 10 %) (B) и PV-HK (107, 108 или 109 клеток) (C). D Типичные иммунофлюоресцентные изображения миотубов C2C12, окрашенных по MHC, в различных группах: контроль, CT26, CT26 + PV-CFS (10 %) и CT26 + PV-HK (109 клеток). Масштабная линейка = 300 мкм. E, F Относительная интенсивность флуоресценции MHC (% от контроля) после обработки различными концентрациями PV-CFS (E) и PV-HK (F). (G–L) Относительные уровни экспрессии мРНК маркера атрофии Fbxo32 (G, H) и маркеров мышечных волокон Myh2 (I, J) и Myh4 (K, L) в миотубах, обработанных PV-CFS (G, I, K) или PV-HK (H, J, L).
Было установлено, что MCL восстанавливает функцию Т-клеток, ослабленную в результате рака, и подавляет секрецию воспалительных цитокинов. По результатам анализа, сработал иммуномодулирующий механизм, снижающий вызываемую раком воспалительную реакцию и предотвращающий разрушение мышц.
В частности, исследователи подтвердили, что действие MCL тесно связано с кишечной микрофлорой. У мышей, которым вводили антибиотики для уничтожения кишечной микрофлоры, улучшающее действие MCL на мышцы не наблюдалось.
Анализ кишечной микрофлоры показал, что MCL избирательно увеличивает количество полезных бактерий «Phocaeicola vulgatus». Затем исследователи проанализировали метаболиты, вырабатываемые этим штаммом, и обнаружили 11 новых циклопептидов, которые стимулируют синтез мышечной ткани и подавляют воспалительную реакцию.
Данное исследование имеет важное значение тем, что предлагает новую терапевтическую стратегию, позволяющую смягчить состояние онкологической кахексии путем регуляции кишечной микрофлоры и иммунной системы, отходя от существующих методов противораковой терапии, направленных на прямой удар по раковым клеткам.
В частности, поясняется, что в случае разработки препарата на основе натуральных веществ для перорального применения он может использоваться для поддержания физической формы и качества жизни пациентов, проходящих противораковое лечение, а также для повышения эффективности терапии при комбинации с существующими противораковыми препаратами.
«Данное исследование продемонстрировало возможность улучшения онкологического кахексии посредством взаимодействия природных веществ и микробиоты кишечника» - заявил доктор Ким Мён Сок, добавив: «В будущем станет возможной разработка инновационных препаратов, ориентированных на организм-хозяина, которые позволят сохранить физическую форму и иммунитет пациентов с трудноизлечимыми формами рака и повысить эффективность комбинированной противораковой терапии».
Результаты данного исследования опубликованы в последнем номере международного научного журнала «Microbiome».
Комментарии