DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s445333
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38317847
تاريخ النشر: 2024-01-31
المؤلف: Ziyi Dong وآخرون
الموضوع الرئيسي: الببتيدات المضادة للميكروبات والأنشطة
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على قيود العلاج الكيميائي التقليدي في علاج السرطان، وخاصة آثاره الجانبية الشديدة والظهور المتكرر لمقاومة الأدوية المتعددة في خلايا السرطان. بالمقابل، يتم تسليط الضوء على الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) كبديل واعد بسبب فعاليتها العالية وسميتها المنخفضة. هذه الببتيدات الصغيرة التي تحدث بشكل طبيعي، والمشتقة من الجهاز المناعي الفطري، يمكن أن تستهدف بشكل انتقائي مجموعة واسعة من خلايا السرطان مع تقليل الضرر على الخلايا الطبيعية. آلية عملها الرئيسية تتضمن تعطيل الأغشية الخلوية، مما يجعلها أيضًا عوامل فعالة ضد خلايا السرطان المقاومة للأدوية.
على الرغم من إمكانياتها، فإن التطبيق السريري للببتيدات المضادة للميكروبات يعيقه مشاكل مثل الاستقرار الضعيف والسُمية الهيموليتية. تقترح الورقة أن الجسيمات النانوية الوظيفية قد تقدم حلولًا لهذه التحديات، مما يعزز الاستخدام العلاجي للببتيدات المضادة للميكروبات في علاج السرطان. يهدف المؤلفون إلى تقديم خصائص ومصادر الببتيدات المضادة للميكروبات، ومراجعة آليات عملها والحالة البحثية الحالية في العلاج المضاد للسرطان، واستكشاف التطبيق المستقبلي لوكلاء النانو المعتمدين على الببتيدات المضادة للميكروبات في مكافحة السرطان.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التحدي الحرج الذي يمثله السرطان، وهو أحد الأسباب الرئيسية للوفيات على مستوى العالم. بينما أدى العلاج الكيميائي، غالبًا بالتزامن مع الجراحة أو العلاج الإشعاعي، إلى تحسين معدلات بقاء المرضى، فإن نقص التخصص يؤدي إلى أضرار جانبية للخلايا السليمة، مما يؤدي إلى آثار جانبية كبيرة. علاوة على ذلك، غالبًا ما تطور خلايا السرطان مقاومة لهذه الأدوية من خلال آليات متنوعة، بما في ذلك تعطيل الأدوية، وتغيرات في البروتينات المستهدفة، وزيادة قدرات إصلاح الحمض النووي، مما يحد بشدة من فعالية العلاج.
استجابةً لهذه التحديات، ظهرت الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) كبديل واعد لعلاج السرطان. هذه الببتيدات الصغيرة ذات الشحنة الإيجابية تمتلك خصائص أمفيباثية تمكنها من استهداف وتعطيل أغشية خلايا السرطان ذات الشحنة السلبية بشكل انتقائي، مما يؤدي إلى موت الخلايا. يمكن أن تتداخل الببتيدات المضادة للميكروبات أيضًا مع العمليات الخلوية الحيوية، مثل تخليق الحمض النووي والبروتين، ويمكن أن يتم امتصاصها بواسطة خلايا السرطان، مما يؤدي إلى تحفيز الموت الخلوي المبرمج (الأبُوبتوسيس) ومنع الالتهام الذاتي. من الجدير بالذكر أن الببتيدات المضادة للميكروبات أقل احتمالًا لتحفيز مقاومة الأدوية، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص في علاج الأورام المقاومة للأدوية المتعددة. تؤكد الورقة على إمكانيات الببتيدات المضادة للميكروبات، سواء كعلاجات مستقلة أو بالاشتراك مع عوامل علاجية أخرى، لمعالجة القضية الملحة للسرطانات المقاومة للأدوية.
نقاش
تعتبر الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs)، المعروفة أيضًا باسم ببتيدات الدفاع المضيف أو الببتيدات المضادة للبكتيريا، مكونات حيوية من الجهاز المناعي الفطري عبر مختلف الكائنات الحية، بما في ذلك البكتيريا والنباتات والثدييات. تتكون عادة من 10-100 حمض أميني، وتكون الببتيدات المضادة للميكروبات بشكل أساسي كاتيونية وتظهر هياكل متنوعة، بما في ذلك الشكل الحلزوني α، واللولبيات الممتدة، وتشكيلات الحلقات. تسهل طبيعتها الأمفيباثية، خاصة في الببتيدات الحلزونية α، التفاعلات مع أغشية الخلايا الميكروبية وخلايا السرطان، مما يؤدي إلى أنشطتها المضادة للميكروبات والمضادة للسرطان. يمكن للببتيدات المضادة للميكروبات استهداف وقتل مجموعة واسعة من مسببات الأمراض بسرعة وقد أظهرت دورًا في الالتهاب، وتنشيط المناعة، وشفاء الجروح. من الجدير بالذكر أن العديد من الببتيدات المضادة للميكروبات تظهر خصائص مضادة للسرطان بشكل انتقائي، تعمل من خلال آليات مثل تعطيل الأغشية، وإتلاف الهيكل الخلوي، وتعديل المناعة.
يمكن تصنيف آليات العمل المضادة للسرطان للببتيدات المضادة للميكروبات إلى تعطيل الأغشية بشكل انتقائي وأفعال غير مدمرة للأغشية. تتضمن الأولى تفاعلات كهربائية مع أغشية خلايا السرطان ذات الشحنة السلبية، مما يؤدي إلى تشكيل ثقوب وموت الخلايا. تشمل الأفعال غير المدمرة للأغشية تثبيط تخليق الحمض النووي والبروتين، وتحفيز الموت الخلوي المبرمج، وتنظيم الاستجابات المناعية. تعزز الخصائص الهيكلية الفريدة لأغشية خلايا السرطان، مثل زيادة الشحنة السلبية وكثافة الزغابات الدقيقة، من تقارب الارتباط للببتيدات المضادة للميكروبات، مما يسمح بسمية خلوية انتقائية تجاه خلايا الورم مع الحفاظ على الخلايا الطبيعية. علاوة على ذلك، أظهرت الببتيدات المضادة للميكروبات وعدًا في التغلب على مقاومة الأدوية في علاج السرطان، حيث يمكنها استهداف خلايا الأورام المقاومة للأدوية المتعددة (MDR) بفعالية من خلال استغلال خصائص أغشيتها.
في التطبيقات السريرية، يتم استكشاف الببتيدات المضادة للميكروبات كعوامل مضادة للسرطان مستقلة أو بالاشتراك مع العلاجات الكيميائية التقليدية لتعزيز الفعالية وتقليل الآثار الجانبية. إن قدرتها على قتل خلايا السرطان بشكل انتقائي وعكس مقاومة الأدوية تجعل الببتيدات المضادة للميكروبات طريقًا واعدًا لعلاج السرطان، خاصة في الحالات التي تفشل فيها العلاجات التقليدية. بشكل عام، تسلط الأدوار المتعددة للببتيدات المضادة للميكروبات في كل من السياقات المضادة للميكروبات والمضادة للسرطان الضوء على إمكانياتها كعوامل علاجية مبتكرة في علم الأورام.
DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s445333
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38317847
Publication Date: 2024-01-31
Author(s): Ziyi Dong et al.
Primary Topic: Antimicrobial Peptides and Activities
Overview
The section provides an overview of the limitations of traditional chemotherapy in cancer treatment, particularly its severe side effects and the frequent emergence of multi-drug resistance in cancer cells. In contrast, antimicrobial peptides (AMPs) are highlighted as a promising alternative due to their high efficacy and low toxicity. These naturally occurring small peptides, derived from the innate immune system, can selectively target a wide range of cancer cells while minimizing harm to normal cells. Their primary mechanism of action involves disrupting cellular membranes, which also positions them as effective agents against drug-resistant cancer cells.
Despite their potential, the clinical application of AMPs is hindered by issues such as poor stability and hemolytic toxicity. The paper suggests that functionalized nanoparticles may offer solutions to these challenges, enhancing the therapeutic use of AMPs in cancer treatment. The authors aim to introduce the characteristics and sources of AMPs, review their mechanisms of action and current research status in anticancer therapy, and explore the future application of AMP-based nano agents in combating cancer.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical challenge posed by cancer, a leading cause of mortality worldwide. While chemotherapy, often in conjunction with surgery or radiotherapy, has improved patient survival rates, its lack of specificity results in collateral damage to healthy cells, leading to significant side effects. Furthermore, cancer cells frequently develop resistance to these drugs through various mechanisms, including drug inactivation, alterations in target proteins, and enhanced DNA repair capabilities, which severely limits treatment efficacy.
In response to these challenges, antimicrobial peptides (AMPs) have emerged as a promising alternative for cancer therapy. These small, positively charged peptides possess amphipathic properties that enable them to selectively target and disrupt negatively charged cancer cell membranes, leading to cell death. AMPs can also interfere with critical cellular processes, such as DNA and protein synthesis, and can be internalized by cancer cells, triggering apoptosis and inhibiting autophagy. Notably, AMPs are less likely to induce drug resistance, making them particularly advantageous in treating multidrug-resistant tumors. The paper emphasizes the potential of AMPs, both as standalone treatments and in combination with other therapeutic agents, to address the pressing issue of drug-resistant cancers.
Discussion
Antimicrobial peptides (AMPs), also known as host defense or antibiotic peptides, are crucial components of the innate immune system across various organisms, including bacteria, plants, and mammals. Typically composed of 10-100 amino acids, AMPs are predominantly cationic and exhibit diverse structures, including α-helical, extended helices, and loop formations. Their amphiphilic nature, particularly in α-helical AMPs, facilitates interactions with microbial and cancer cell membranes, leading to their antimicrobial and anticancer activities. AMPs can rapidly target and kill a wide range of pathogens and have been shown to play roles in inflammation, immune activation, and wound healing. Notably, many AMPs exhibit selective anticancer properties, acting through mechanisms such as membrane disruption, cytoskeletal damage, and immunomodulation.
The anticancer mechanisms of AMPs can be categorized into selective membrane disruption and non-membranolytic actions. The former involves electrostatic interactions with negatively charged cancer cell membranes, leading to pore formation and cell death. Non-membranolytic actions include inhibiting DNA and protein synthesis, inducing apoptosis, and regulating immune responses. The unique structural characteristics of cancer cell membranes, such as increased negative charge and microvilli density, enhance the binding affinity of AMPs, allowing for selective cytotoxicity towards tumor cells while sparing normal cells. Furthermore, AMPs have shown promise in overcoming drug resistance in cancer therapy, as they can effectively target multidrug-resistant (MDR) tumor cells by exploiting their membrane properties.
In clinical applications, AMPs are being explored as standalone anticancer agents or in combination with traditional chemotherapeutics to enhance efficacy and reduce side effects. Their ability to selectively kill cancer cells and reverse drug resistance positions AMPs as a promising avenue for cancer treatment, particularly in cases where conventional therapies fail. Overall, the multifaceted roles of AMPs in both antimicrobial and anticancer contexts highlight their potential as innovative therapeutic agents in oncology.