Přeměna metabolického přeprogramování na nové cíle pro rakovinu ledvin

Omran Abu Abouda a Robert H. Weiss,^b,c,∗a kol

Abstraktní.V době bioinformatiky a s příchodem vysoce výkonných výpočtů za posledních zhruba deset let se krajina biomedicínského výzkumu radikálně změnila. Zatímco před generací vyšetřovatelé studovali svůj „oblíbený“ protein nebo gen a vyčerpávajícím způsobem katalogizovali roli této sloučeniny v jejich zájmové chorobě, výskyt omiksů změnil tvář medicíny tak, že většina špičkových (a financovatelných)! ) lékařský výzkum nyní hodnotí biologii nemoci téměř v její celistvosti. Spojte to s uvědoměním, želedvinarakovinaje „metabolické onemocnění“ kvůli jeho četným poruchám v biochemických drahách [1, 2] a karcinom z ledvinových buněk z jasných buněk (ccRCC) je zralý pro dolování dat pomocí více omických přístupů.

Cistanchepatří ve starověku k císařovým oblíbeným poctám. Má pověst "pouštní ženšen“. Proč se císaři líbiloCistanche? Vždyť v harému jsou tři tisíce krásek.Cistanchemá povzbuzující účinkyledviny, vyživující dřeň, povzbuzující esence, vyživující střeva a laxativa. Zároveň se dá využít i pro dietoterapii. Při vaření kaše lze přidat přiměřené množství cistanche, která je účinná i pro těhotné ženy se slabou konstitucí a poporodní zácpou s nedostatkem krve, prolapsem hemoroidů a krvácením.

klíčová slova:ledvinyrakovina, metabolomika, cistanche,terapeutické cíle, přeprogramování

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Cistanche tubulosa zabraňuje onemocnění ledvin, kliknutím sem získáte vzorek

TĚLO

I z toho, co již bylo napsáno na stránkách tohoto nového časopisu, je dobře známo, že ccRCC je onemocnění, které postrádá dostatečné terapeutické možnosti. Zatímco v minulosti bylo hledání nových chemoterapií u rakoviny (a mnoha dalších nemocí) cvičením v přístupu hrubou silou pokus-omyl nových toxických terapií a pouhé štěstí na straně pacienta a jeho lékaře nyní máme schopnost předvídat, co bude pravděpodobně fungovat pro nemoc každého pacienta, na základě genomiky nebo specifické mutační analýzy (jak tomu bylo již několik let) a v poslední době na základě metabolomiky. Zatímco mutace byly s vysokým stupněm úspěchu zaměřeny na jiné druhy rakoviny, u ccRCC tomu tak nebylo a v tomto komentáři to nebude dále diskutováno. Na druhou stranu, objev využívající převážně omické technologie přeprogramovaného metabolismu jako nedílné součásti tohoto metabolického onemocnění vyústil v několik cest, které „nedodržují pravidla“, a proto jsou nebo by mohly být využívány pro nová terapeutická paradigmata s pravděpodobným daleko nižší toxicita než u nespecifických terapií hrubou silou. Tyto cesty budou podrobněji popsány dále v tomto článku.

Při objevování a ověřování nového nebo přeprogramovaného metabolismu je přirozeně technika, která s největší pravděpodobností přinese nové poznatky, technika metabolomiky, protože tato oblast se zabývá signaturami v podstatě všech současných a měřitelných metabolických procesů [3, 4]. Stejně jako u všech omických metod se i praxe metabolomiky ("necílené" ve své nejužitečnější iteraci) snaží objevit všechny metabolity s malými molekulami přítomné v daném biologickém systému, ale samozřejmě jen relativně malá část z nich bude skutečně nalézt a chemicky identifikovat. Po biologické validaci (například v kultivovaných buňkách nebo lépe v celých organismech) lze ty metabolity, u kterých se zjistí, že jsou pozměněné, studovat v kontextu jejich sousedů upstream a downstream [5]. Jakmile je toto provedeno pomocí v mnoha případech komerčně dostupného softwaru, mohou být zobrazeny zavedené a nové přeprogramované cesty, které po inspekci povedou ke konvergencím cest nebo "uzlům" vedoucím k intervenci. V mnoha z těchto případů lze při zkoumání publikovaných seznamů malých molekul, u kterých bylo prokázáno, že ovlivňují nesčetné dráhy, zjistit, že tyto dráhy byly dříve studovány a zaměřeny na léčiva určená pro jiná onemocnění a v mnoha případech byly dávno vyřazené [6]. Z těchto důvodů je spravedlivé říci, že metabolomika vede k přeprogramování náhledů, které vedou k novým terapeutickým cílům.

Zatímco stanovení přeprogramovaných drah u RCC pomocí metabolomiky je velmi výkonná metoda s vysokou klinickou výtěžností, jedná se o techniku ​​s více než jen svými úskalími především díky skutečnosti, že je díky své komerční dostupnosti snadno dostupná. Protože každý výzkumník, který má k dispozici vzorky tkáně a/nebo biotekutiny (a dostatečné finanční prostředky!), může teoreticky provést studii metabolomiky na holé kosti a tím vytvořit hypotézy, je důležité, aby před šířením práce výzkumník biologicky ověřil jakoukoli nálezy využívající systémy in vitro nebo in vivo, aby později nebylo zjištěno, že jsou pouze artefakty nebo mají malý či žádný biologický význam. Šíření metabolomických publikací, které mají za cíl ukázat nové cesty a biomarkery, je tedy třeba hodnotit velmi kritickým okem a otevřenou myslí.

Ve světle nedávného zjištění, že RCC je ve skutečnosti metabolické onemocnění, jak bylo diskutováno výše, existuje řada dobře navržených omických studií využívajících tkáně a biofluidy RCC, které ukazují nové a přeprogramované metabolické dráhy (obr. 1). V následujících odstavcích shrnujeme nejrelevantnější studie vedoucí k možným novým terapiím.

Glykolýza

Clear cell RCC (ccRCC) je nyní dobře zaveden pro využití Warburgova metabolismu. Studie provedené na buňkách a tkáních ccRCC myší a pacientů pomocí metabolomiky [7, 8], proteomiky [8–10] a transkriptomiky [11] prokázaly výrazný příznak zvýšené glykolýzy u ccRCC. Hladiny enzymů zapojených do glykolýzy, jako je hexokináza-1 (HK-1), pyruvátkináza (PK-2) a laktátdehydrogenáza A (LDH–A), byly významně zvýšeny v buňkách ccRCC a tkáně [9]. Zatímco chemicky modifikovaný analog glukózy 2- deoxy-D-glukóza (2-DG) působí jako substrát pro inhibici hexokinázy [12], 3-brompyruvát (3-BrPa) je věřili, že zasahují

přímo s enzymatickou aktivitou HK a váží se na hexokinázu 2 [13]. V ccRCC hraje HIF hlavní roli při aktivaci LDH-A, což je kritický enzym při glykolýze. Nedávné studie zaměřené na HIF s použitím PT2385 vedly k inhibici růstu nádoru u několika různých RCC buněčných linií [7] a nyní je testován v klinických studiích [14].

Oxidace mastných kyselin a syntéza lipidů

Metabolomické studie u ccRCC odhalily zvýšené využití mastných kyselin [15]. Inhibitory oxidace mastných kyselin, jako je antagonista PPAR, byly testovány na modelech ccRCC a bylo zjištěno, že inhibují růst nádoru [16, 17]. Navíc bylo zjištěno, že syntáza mastných kyselin (FASN), která se podílí na tvorbě mastných kyselin s dlouhým řetězcem a cholesterolu, je v ccRCC nadměrně exprimována a je spojena s agresivitou nádoru a špatnou prognózou tohoto onemocnění [18]. Inhibice FASN cerulinem nebo jeho derivátem C75 vyvolala rychlý nárůst malonyl-CoA s výrazným snížením lipogeneze u více modelů rakoviny, včetně buněk RCC [19, 20].

tryptofan

Tryptofan je esenciální aminokyselina a je katabolizován prostřednictvím kynureninové dráhy prostřednictvím enzymatické aktivity indoleamin 2,3-dioxygenázy (IDO) s omezenou rychlostí [21]. Jedním z nejčastěji uváděných účinků metabolismu tryptofanu je imunosuprese v důsledku deplece tryptofanu [22] doprovázená zvýšením imunosupresivních metabolitů v kynureninové dráze [23]. U ccRCC je hladina tryptofanu snížena, což naznačuje upregulaci této dráhy vedoucí k imunosupresi [10]. Inhibice IDO zabraňuje údajnému imunosupresivu

a umožňuje aktivaci T-buněk v myším modelu RCC [24]. Selektivní inhibitor IDO epacadostat byl testován v ccRCC a bylo zjištěno, že zvyšuje lytickou schopnost T buněk specifických pro nádorový antigen v preklinických modelech [25].

Glutamin

Několik nezávislých studií ukázalo, že využití glutaminu je u ccRCC ve srovnání s normálními ledvinovými tkáněmi zvýšené [10, 11, 26]. Testuje se cílení na enzymy zapojené do metabolismu glutaminu, jako je glutamináza (GLS). V klinické studii vykazoval malomolekulární inhibitor glutaminázy, CB-839, buď samotný, nebo v kombinaci s inhibitorem mTOR everolimus, příznivé výsledky u pacientů s ccRCC [27]. Navíc glutamin v ccRCC napájí dráhu glutathion/oxidovaný glutathion (GSH/GSSG), důležitou dráhu pro neutralizaci ROS v buňkách [10, 11]. Inhibitory syntézy NADPH, jako je KPT-9274, prokázaly sníženou nádorovou zátěž na myším modelu RCC [28].

arginin

Argininosukcinátsyntáza-1 (ASS1) je enzym omezující rychlost přeměny citrulinu na arginin pro detoxikaci amoniaku močovinovým cyklem v ledvinách [29]. U ccRCC není ASS1 exprimován nebo je v nádorech downregulován [30]. Toto zjištění je potvrzeno u všech stupňů ccRCC v proteomické studii [9]. V souladu s tímto modelem inhibovala deprivace argininu růst nádoru u myšího modelu RCC RENCA [30]. Pegylovaná forma arginindeaminázy (ADI-PEG20) může být použita k depleci argininu prostřednictvím deaminace argininu na citrulin [30, 31].

Stručně řečeno, inteligentní použití výkonné techniky metabolomiky pro objev a validaci přeprogramovaných metabolických drah u RCC zatím vedlo k množství nových terapeutických cílů pro onemocnění, u kterých vážně chybí. Vzhledem k tomu, že takto změněné biochemické dráhy jsou ve většině případů omezeny na nádor a nejsou nezbytné pro okolní normální tkáň, zvyšuje se pravděpodobnost, že interference s těmito dráhami navrhovanými terapeutickými cíli nepovede k vážným nepříznivým účinkům. Nyní je tedy připravena fáze pro klinické zkoušky těchto nových sloučenin buď samostatně, nebo v kombinaci se zavedenými terapiemi. I když jde o poněkud vysoce rizikový podnik, protože v mnoha případech není funkce přeprogramování v normálních tkáních známa, potenciální přínos v oblasti tohoto přístupu má potenciál být revoluční a otevřít nová terapeutická paradigmata.

Divize nefrologie, University of California Davis, Davis, CA, USA

b Comprehensive Cancer Center, University of California Davis, Sacramento, CA, USA

c Medical Service, VA Northern California Health Care System, Sacramento, CA, USA

REFERENCE

[1] Hu SL, Chang A, Perazella MA, Okusa MD, Jaimes EA, Weiss RH. Nádor nefrologa: Základní biologie a léčba renálního karcinomu. J Am Soc Nephrol 2016;27(8):2227-37.

[2] Wettersten HI, Aboud OA, Lara Jr PN, Weiss RH. Metabolické přeprogramování u jasnobuněčného renálního karcinomu. Nature Reviews Nephrology 2017;13(7):410-419.

[3] Weiss RH, Kim K. Metabolomika ve studiu onemocnění ledvin. Nat Rev Nephrology 2011;8:22-33.

[4] Ventilátor TW, Lane AN, Higashi RM. Příslib metabolomiky v molekulární terapii rakoviny. Curr Opin Mol Ther 2004;6:584-92.

[5] Hwang VJ, Weiss RH. Metabolomické profilování pro včasnou detekci rakoviny: současný stav a vyhlídky do budoucna. Odborný názor na metabolismus a toxikologii léčiv 2016:1-3.

[6] Held MA, Langdon CG, Platt JT, Graham-Steed T, Liu Z, Chakraborty A a kol. Genotypově selektivní kombinační terapie pro melanom identifikovaný vysoce výkonným screeningem léků. Cancer Discov 2013;3:52-67.

[7] Chen W, Hill H, Christie A, Kim MS, Holloman E, Pavia-Jimenez A, et al. Cílení na karcinom ledvin pomocí antagonisty HIF-2. Příroda 2016;539:112-7.

[8] Perroud B, Lee J, Valkova N, Dhirapong A, Lin PY, Fiehn O a kol. Analýza dráhy rakoviny ledvin pomocí proteomiky a metabolického profilování. Mol Cancer 2006;5:64.

[9] Perroud B, Ishimaru T, Borowsky AD, Weiss RH. Grade-dependentní proteomická charakterizace rakoviny ledvin. Mol Cell Proteomics 2008;8:971-85.

[10] Wettersten HI, Hakimi AA, Morin D, Bianchi C, Johnstone ME, Donohoe DR a kol. Metabolické přeprogramování závislé na stupni u karcinomu ledvin odhalené kombinovanou proteomickou a metabolomickou analýzou. Cancer Res 2015;75:2541-52.

[11] Hakimi AA, Reznik E, Lee CH, Creighton CJ, Bran-non-AR, Luna A, et al. Integrovaný metabolický atlas jasnobuněčného renálního karcinomu. Cancer Cell 2016;29: 104-16.

[12] Raez LE, Papadopoulos K, Ricart AD, Chiorean EG, Dipaola RS, Stein MN, et al. Studie fáze I s eskalací dávky 2-deoxy-D-glukózy samotné nebo v kombinaci s docetaxelem u pacientů s pokročilými solidními nádory. Chemoterapie a farmakologie rakoviny 2013;71:523-30.

[13] Chen Z, Zhang H, Lu W, Huang P. Role hexokinázy II asociované s mitochondriemi při smrti rakovinných buněk vyvolané 3-brompyruvátem. Biochimica et Biophysica Acta 2009;1787:553-60.

[14] Medicína UNLo. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT 02293980 2017.

[15] Ganti S, Taylor SL, Abu AO, Yang J, Evans C, Osier MV a kol. Biomarkery nádoru ledvin odhalené simultánní analýzou metabolomiky více matric. Cancer Res 2012;72:3471-9.

[16] Abu Aboud O, Wettersten HI, Weiss RH. Inhibice PPAR-alfa indukuje zástavu buněčného cyklu a apoptózu a synergizuje s inhibicí glykolýzy v buňkách rakoviny ledvin. PLoS One 2013;8:e71115.

[17] Abu AO, Donohoe D, Bultman S, Fitch M, Reiff T, Hellerstein M a kol. Inhibice PPARalfa moduluje mnohočetné přeprogramované metabolické dráhy u rakoviny ledvin a zpomaluje růst nádoru. Am J Physiol Cell Physiol 2015;308:C890-C8.

[18] Horiguchi A, Asano T, Asano T, Ito K, Sumitomo M, Hayakawa M. Nadměrná exprese syntázy mastných kyselin je indikátorem agresivity nádoru a špatné prognózy u renálního karcinomu. J Urol 2008;180:1137-40.

[19] Pizer ES, Thupari J, Han WF, Pinn ML, Chrest FJ, Freywot GL a kol. Malonyl-koenzym-A je potenciálním mediátorem cytotoxicity indukované inhibicí syntázy mastných kyselin v lidských buňkách rakoviny prsu a xenograftech. Cancer Research 2000;60:213-8.

[20] Horiguchi A, Asano T, Asano T, Ito K, Sumitomo M, Hayakawa M. Farmakologický inhibitor syntázy mastných kyselin potlačuje růst a invazivitu buněk rakoviny ledvin. The Journal of urology 2008;180:729-36.