DOI: https://doi.org/10.1042/bcj20253246
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41823303
تاريخ النشر: 2026-03-13
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: التربتوفان واضطرابات الدماغ
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور استقلاب L-Tryptophan (Trp)، وخاصة من خلال مسار الكينورينين، في مختلف الأمراض، بما في ذلك السرطان. تعتبر الإنزيمات المعنية في هذا المسار، مثل indoleamine-2,3-dioxygenase 1 (IDO1)، IDO2، وtryptophan-2,3-dioxygenase (TDO)، حاسمة في تحلل Trp. من الجدير بالذكر أن IDO1 يعمل كنقطة تفتيش مناعية تمنع نشاط خلايا T الفعالة، لكن التثبيط المباشر لـ IDO1 أظهر فعالية محدودة في الإعدادات السريرية، مما يبرز الحاجة إلى استراتيجيات علاجية بديلة تستهدف استقلاب Trp.
في فحص لـ 597 منتجًا طبيعيًا (NPs) ومشتقاتها، حددت الدراسة 24 مثبطًا مرشحًا لإنتاج الكينورينين في خلايا سرطان الثدي الثلاثي السلبي. من بين هذه المركبات، وُجد أن الأرتيميثير، وهو دواء مضاد للملاريا من عائلة الأرتيميسينين، يثبط إنتاج الكينورينين، ربما من خلال آلية تتضمن جسرًا من الإندوبيروكسيد. بالإضافة إلى ذلك، تم ملاحظة أن المركب Euphorbia factor L9 (EFL9) يثبط إنتاج الكينورينين، على الأرجح عبر آلية تعتمد على C7. تشير هذه النتائج إلى طرق واعدة للتدخل العلاجي في السرطان من خلال تعديل استقلاب Trp.
مقدمة
تناقش المقدمة تحلل L-Tryptophan (Trp) من خلال مسار الكينورينين، مع تسليط الضوء على أهميته كنقطة تفتيش مناعية استقلابية ذات آثار علاجية. يُعتبر Trp، وهو حمض أميني أساسي، يتم استقلابه بشكل أساسي بواسطة إنزيم indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO)، مع تعبير الأيزومرات IDO1 وIDO2 في أنسجة مختلفة، بما في ذلك الكبد. تلعب المستقلبات اللاحقة في المسار أدوارًا حاسمة في استقلاب الطاقة، وتعديل الأعصاب، وتنظيم المناعة. يُقترح تثبيط استقلاب Trp كاستراتيجية لمواجهة الآثار المثبطة للمناعة للكينورينين، والتي يمكن أن تعيق نشاط خلايا T السامة وتروج لتمايز خلايا T التنظيمية.
تؤكد هذه الفقرة أيضًا على زيادة تعبير IDO1 في الأورام الصلبة، وخاصة سرطان الثدي، حيث يعمل كعلامة حيوية تنبؤية. يتم تحفيز تعبير IDO1 بواسطة المحفزات الالتهابية عبر مسار JAK1/2-STAT1، مما يؤدي إلى استنفاد Trp وهروب المناعة من الورم. كما تشير المقدمة إلى تطوير مثبطات صغيرة تستهدف IDO1 وإمكانية المنتجات الطبيعية كعوامل علاجية. يبرز المؤلفون عملهم السابق في تحديد الجليكوسيدات القلبية كمعدلات لإنتاج الكينورينين ويقدمون نتائج جديدة من فحص 597 منتجًا طبيعيًا، مما أدى إلى تحديد الأرتيميثير وEuphorbia factor L9 (EFL9) كمثبطات لإنتاج الكينورينين، مع عمل الأرتيميثير من خلال آلية تعتمد على الهيم.
طرق
في قسم الطرق، يوضح المؤلفون الحصول على المواد والمنتجات الطبيعية المستخدمة في بحثهم. تم الحصول على ما مجموعه 403 منتجًا طبيعيًا (NPs) من MedChemExpress، بينما تم توليد مركبات إضافية داخليًا أو الحصول عليها من موردين مختلفين، بما في ذلك Merck وInsight Biotechnology وآخرين، كما هو موضح في الشكل التكميلي S1. تم تحديد المواد الكيميائية الرئيسية مثل مجموعة اختبار قابلية الخلايا العميقة الزرقاء من BioLegend، وIFNγ البشري المعاد تركيبه من PeproTech، وTNF من أنظمة Biotechne R&D.
علاوة على ذلك، تم الحصول على عدة مركبات كيميائية من Sigma Aldrich، بما في ذلك ouabain octahydrate وL-kynurenine وp-dimethylaminobenzaldehyde. تم الحصول على حمض ثلاثي كلورو الأسيتيك وحمض الأسيتيك الجليدي من Fisher Scientific، بينما تم شراء DMSO من درجة زراعة الخلايا من AppliChem. تذكر الفقرة أيضًا الحصول على صبغة التريبان الزرقاء وCountess™ Cell Counting Chamber Slides من Thermo Fisher Scientific، بالإضافة إلى الميثانول من Honeywell. تسلط هذه القائمة الشاملة الضوء على الاختيار الدقيق للمواد الحيوية للإجراءات التجريبية الموضحة في الدراسة.
نتائج
في هذه الدراسة، حدد فحص 597 منتجًا طبيعيًا فريدًا (NPs) ومشتقاتها 24 مثبطًا و1 معزز لإنتاج الكينورينين في خلايا سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC)، تحديدًا MDA-MB-231، بعد العلاج بـ IFNγ وTNF. باستخدام اختبار لوني، وضع الباحثون معايير لاختيار المركبات ذات الاهتمام (COIs) بناءً على التغير النسبي في مستويات الكينورينين والانحراف المعياري عن التحكم في DMSO. كشف الفحص عن 50 COIs، مع 44 منها تظهر انخفاضًا في إنتاج الكينورينين. أكدت مرحلة التحقق 24 مركبًا مثبطًا ومعززًا واحدًا، Forskolin، جميعها تحتفظ بدرجة قابلية فوق 0.7.
من بين المركبات المحددة، تم تسليط الضوء على مشتقات الأرتيميسينين لتأثيراتها المثبطة على إنتاج الكينورينين، وخاصة تلك التي تحتوي على هيكل إندوبيروكسيد. من الجدير بالذكر أن الأرتيميثير أظهر انخفاضًا يعتمد على التركيز في مستويات الكينورينين دون التأثير على قابلية الخلايا أو تعبير IDO1 ومسارات إشارة JAK/STAT. يشير هذا إلى أن آلية عمل الأرتيميثير تختلف عن تلك الخاصة بـ ouabain، حيث إنه لا يتداخل مع إشارة IFNγ. تشير النتائج إلى وجود رابط محتمل بين هياكل كيميائية معينة للمركبات ونشاطها البيولوجي في تعديل استجابة الكينورينين، مما يستدعي مزيدًا من الدراسات الآلية على المرشحين المختارين.
مناقشة
في هذه الدراسة، استكشفنا تأثيرات مختلف المنتجات الطبيعية، مع التركيز بشكل خاص على عوامل Euphorbia ومشتقات الأرتيميسينين، على إنتاج الكينورينين في خلايا سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC). حددنا EFL2 وEFL9 من Euphorbia sp. كمثبطات هامة لإنتاج الكينورينين، والتي تعمل بشكل مستقل عن تعبير IDO1 ومسار JAK/STAT. من الجدير بالذكر أن كلا المركبين يظهران تثبيطًا يعتمد على الجرعة لمستويات الكينورينين، على الأرجح من خلال آلية تعتمد على C7-benzoylation. بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن الأرتيميثير، وهو مركب آخر تم اختباره، يقلل من مستويات الكينورينين من خلال احتجاز الهيم، مما يشير إلى دور جديد لمشتقات الأرتيميسينين في تنظيم استقلاب المناعة.
كشف التحليل الاستقلابي عن تأثيرات مميزة للأرتيميثير وEFL9 على استقلاب التريبتوفان (Trp)، حيث أدى كلا المركبين إلى تغييرات كبيرة في مستقلبات مختلفة. بينما أثر الأرتيميثير بشكل أساسي على مستويات الهيم، أظهر EFL9 تأثيرًا أوسع على تحلل Trp، بما في ذلك تقليل N-formylkynurenine وحمض الكينورينيك. بالمقارنة، أظهر المثبط المباشر IDO1 Linrodostat ملفًا استقلابيًا فريدًا، مما يبرز الآليات المميزة التي تعدل بها هذه المركبات إنتاج الكينورينين. بشكل عام، تؤكد نتائجنا على إمكانية هذه المنتجات الطبيعية كعوامل علاجية لتنظيم استقلاب Trp في السرطان وأمراض أخرى، مما يمهد الطريق لمزيد من التحقيقات في آلياتها وتطبيقاتها.
DOI: https://doi.org/10.1042/bcj20253246
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41823303
Publication Date: 2026-03-13
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Tryptophan and brain disorders
Overview
The research investigates the role of L-Tryptophan (Trp) metabolism, particularly through the kynurenine pathway, in various pathologies, including cancer. The enzymes involved in this pathway, such as indoleamine-2,3-dioxygenase 1 (IDO1), IDO2, and tryptophan-2,3-dioxygenase (TDO), are critical for Trp catabolism. Notably, IDO1 functions as an immune checkpoint that inhibits effector T cell activity, but direct inhibition of IDO1 has shown limited efficacy in clinical settings, highlighting the need for alternative therapeutic strategies targeting Trp metabolism.
In a screening of 597 natural products (NPs) and their derivatives, the study identified 24 candidate inhibitors of kynurenine production in triple negative breast cancer cells. Among these, artemether, an anti-malarial drug from the artemisinin family, was found to suppress kynurenine production, potentially through a mechanism involving an endoperoxide bridge. Additionally, the compound Euphorbia factor L9 (EFL9) was noted to inhibit kynurenine production, likely via a C7-dependent mechanism. These findings suggest promising avenues for therapeutic intervention in cancer by modulating Trp metabolism.
Introduction
The introduction discusses the catabolism of L-Tryptophan (Trp) through the kynurenine pathway, highlighting its significance as a metabolic immune checkpoint with therapeutic implications. Trp, an essential amino acid, is predominantly metabolized by the enzyme indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO), with IDO1 and IDO2 isoforms expressed in various tissues, including the liver. The pathway’s downstream metabolites play crucial roles in energy metabolism, neuromodulation, and immunoregulation. Inhibiting Trp metabolism is proposed as a strategy to counteract the immunosuppressive effects of kynurenine, which can hinder cytotoxic T cell activity and promote regulatory T cell differentiation.
The section further emphasizes the upregulation of IDO1 in solid tumors, particularly breast cancer, where it serves as a prognostic biomarker. IDO1 expression is induced by proinflammatory stimuli via the JAK1/2-STAT1 pathway, leading to Trp depletion and subsequent tumor immune evasion. The introduction also notes the development of small molecule inhibitors targeting IDO1 and the potential of natural products as therapeutic agents. The authors highlight their previous work identifying cardiac glycosides as modulators of kynurenine production and present new findings from a screening of 597 natural products, which led to the identification of artemether and Euphorbia factor L9 (EFL9) as inhibitors of kynurenine production, with artemether acting through a heme-dependent mechanism.
Methods
In the Methods section, the authors detail the procurement of materials and natural products utilized in their research. A total of 403 natural products (NPs) were sourced from MedChemExpress, while additional compounds were either generated in-house or acquired from various suppliers, including Merck, Insight Biotechnology, and others, as illustrated in Supplementary Figure S1. Key reagents such as the Deep Blue Cell Viability Kit from BioLegend, human recombinant IFNγ from PeproTech, and TNF from Biotechne R&D systems were also specified.
Furthermore, several chemical compounds were obtained from Sigma Aldrich, including ouabain octahydrate, L-kynurenine, and p-dimethylaminobenzaldehyde. Trichloroacetic acid and glacial acetic acid were sourced from Fisher Scientific, while cell culture grade DMSO was purchased from AppliChem. The section also mentions the acquisition of trypan blue and Countess™ Cell Counting Chamber Slides from Thermo Fisher Scientific, along with methanol from Honeywell. This comprehensive listing underscores the meticulous selection of materials critical for the experimental procedures outlined in the study.
Results
In this study, a screening of 597 unique natural products (NPs) and derivatives identified 24 inhibitors and 1 enhancer of kynurenine production in triple-negative breast cancer (TNBC) cells, specifically MDA-MB-231, following treatment with IFNγ and TNF. Utilizing a colorimetric assay, the researchers established criteria for selecting compounds of interest (COIs) based on fold-change in kynurenine levels and standard deviation from a DMSO control. The screening revealed 50 COIs, with 44 exhibiting a reduction in kynurenine production. The validation phase confirmed 24 inhibitory compounds and one enhancer, Forskolin, all maintaining a viability score above 0.7.
Among the identified compounds, artemisinin derivatives were highlighted for their inhibitory effects on kynurenine production, particularly those containing an endoperoxide structure. Notably, artemether demonstrated a concentration-dependent decrease in kynurenine levels without affecting cell viability or the expression of IDO1 and JAK/STAT signaling pathways. This suggests that artemether’s mechanism of action differs from that of ouabain, as it does not interfere with IFNγ signaling. The findings indicate a potential link between specific chemical structures of compounds and their biological activity in modulating the kynurenine response, warranting further mechanistic studies on the selected candidates.
Discussion
In this study, we explored the effects of various natural products, particularly focusing on Euphorbia factors and artemisinin derivatives, on kynurenine production in triple-negative breast cancer (TNBC) cells. We identified EFL2 and EFL9 from Euphorbia sp. as significant inhibitors of kynurenine production, which operate independently of IDO1 expression and the JAK/STAT pathway. Notably, both compounds exhibit a dose-dependent suppression of kynurenine levels, likely mediated by a C7-benzoylation-dependent mechanism. Additionally, artemether, another compound tested, was found to decrease kynurenine levels through heme sequestration, suggesting a novel role for artemisinin derivatives in regulating immune metabolism.
The metabolic profiling revealed distinct effects of artemether and EFL9 on tryptophan (Trp) metabolism, with both compounds leading to significant changes in various metabolites. While artemether primarily affected heme levels, EFL9 demonstrated a broader impact on Trp catabolism, including downregulation of N-formylkynurenine and kynurenic acid. Comparatively, the direct IDO1 inhibitor Linrodostat exhibited a unique metabolic profile, highlighting the distinct mechanisms by which these compounds modulate kynurenine production. Overall, our findings underscore the potential of these natural products as therapeutic agents for regulating Trp metabolism in cancer and other pathologies, paving the way for future investigations into their mechanisms and applications.