DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-65508-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39107323
تاريخ النشر: 2024-08-06
المؤلف: Andrew Hakeem وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات كيميائية وبيولوجية لعائلة الفلفل
نظرة عامة
سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC) هو نوع عدواني للغاية من سرطان الثدي يتميز بغياب مستقبلات الهرمونات وHER-2، ويؤثر على 15-20% من مرضى سرطان الثدي ويرتبط بتوقعات سيئة. تشمل خيارات العلاج التقليدية بشكل أساسي العلاج الكيميائي غير المحدد، والذي غالبًا ما يؤدي إلى فشل علاجي بسبب المقاومة الفطرية أو المكتسبة. أظهرت الأبحاث السابقة دور مسار الإشارة PI3K/Akt/mTOR في تعزيز غنى خلايا سرطان الجذعية (CSC) والمقاومة الكيميائية.
تدرس الدراسة الحالية آثار البيبيرين (PIP)، وهو قلويد مشتق من *Piper nigrum*، على تعزيز حساسية خلايا TNBC للدوكسوروبيسين (DOX). أظهرت التجارب في المختبر باستخدام خط خلايا MDA-MB-231 والدراسات في الجسم الحي باستخدام نموذج سرطان الصفاق إيرليش تفاعلًا تآزريًا بين DOX وPIP. أسفرت هذه التركيبة عن قمع كبير لمسار PI3K/Akt/mTOR، مصحوبًا بزيادة في منظمها السلبي، PTEN، وتقليل في علامة CSC إنزيم الألدهايد ديهيدروجيناز-1 (ALDH-1). من الجدير بالذكر أن العلاج المركب زاد من النخر دون التأثير على مستويات بوليميراز ريبوز ADP المقسوم، مما يشير إلى آلية مؤيدة للنخر بدلاً من مؤيدة للاستماتة. تشير هذه النتائج إلى أن PIP قد يلعب دورًا حاسمًا في التغلب على مقاومة DOX في TNBC من خلال استهداف مسار PI3K/Akt/mTOR وCSCs.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام نموذج ورم صلب سرطان الصفاق إيرليش (EAC) للتحقيق في آثار أنظمة العلاج المختلفة على نمو الورم. تم زراعة خلايا EAC في تجويف البطن للفئران السويسرية البيضاء الإناث لمدة 8 أيام، وبعد ذلك تم جمع تعليق الخلايا وزرعه تحت الجلد في الفخذ الأيسر للفئران بكثافة تقارب $2 \times 10^6$ خلايا لكل فأر. بعد فترة 5 أيام من الزرع، تم توزيع الفئران عشوائيًا إلى أربع مجموعات علاجية (n = 10 لكل منها): (I) مجموعة التحكم (المركب فقط)، (II) DOX (4 ملغ/كغ أسبوعيًا)، (III) PIP (50 ملغ/كغ يوميًا)، و(IV) DOX + PIP (علاج مركب). تم تخصيص مجموعة غير معالجة لجمع أنسجة القلب.
كانت أنظمة العلاج مستندة إلى دراسات سابقة، حيث استخدمت العلاج المركب نفس الجرعات مثل العلاجات الفردية لتعزيز الفعالية العلاجية. بعد 15 يومًا من العلاج، تم euthanizing الفئران عن طريق استنشاق ثاني أكسيد الكربون، وتم استئصال أنسجة القلب والورم لمزيد من التحليل. تم حفظ هذه الأنسجة في 10% فورمالين للتقييمات النسيجية المرضية والمناعية أو تم تجميدها بسرعة عند -80 °م للتحليلات الكيميائية الحيوية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الأساسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق. علاوة على ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مع تأثيرات ملحوظة تتماشى مع التوقعات النظرية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للنتائج، مثل الرسوم البيانية والمخططات، التي توضح العلاقات والتغيرات بين المعلمات المقاسة. تعزز هذه المساعدات البصرية من فهم النتائج، مما يوفر نظرة شاملة على النتائج التجريبية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية مساهمات الدراسة في الجسم المعرفي القائم في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في آثار البيبيرين (PIP) على تعزيز حساسية خلايا سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC) للدوكسوروبيسين (DOX)، إلى جانب دوره المحتمل في الحماية ضد سمية القلب الناتجة عن DOX. تم تأكيد هوية PIP المعزول من خلال طيف الرنين المغناطيسي النووي 1D-NMR، وتم التحقق من نقائه باستخدام HPLC-PDA. أظهرت اختبارات السمية الخلوية أن PIP زاد بشكل كبير من التأثيرات السامة للخلايا لـ DOX على خلايا MDA-MB-231، مع انخفاض ملحوظ في قيم IC50 عند دمج PIP مع DOX. أدت هذه التركيبة أيضًا إلى تعزيز قمع علامة خلايا الجذعية السرطانية ALDH-1 وتعديل مسار الإشارة PI3K/Akt/mTOR، الذي غالبًا ما يرتبط بالمقاومة الكيميائية في TNBC.
علاوة على ذلك، أظهرت الدراسات في الجسم الحي أن دمج PIP وDOX أدى إلى تقليل حجم الورم وتحسين معدلات البقاء على قيد الحياة في الفئران الحاملة للأورام، بينما خفف أيضًا من سمية القلب الناتجة عن DOX. أشارت التحليلات النسيجية المرضية إلى أن العلاج المركب أدى إلى زيادة النخر في مقاطع الورم وزيادة الاستماتة، كما يتضح من ارتفاع مستويات PARP المقسوم. تشير النتائج إلى أن PIP لا يعزز فقط فعالية DOX ضد TNBC ولكن أيضًا يوفر تأثيرًا وقائيًا ضد آثارها الجانبية السامة على القلب، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف السريري لـ PIP كعلاج مساعد محتمل في علاج سرطان الثدي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-65508-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39107323
Publication Date: 2024-08-06
Author(s): Andrew Hakeem et al.
Primary Topic: Piperaceae Chemical and Biological Studies
Overview
Triple-negative breast cancer (TNBC) is a highly aggressive subtype of breast cancer characterized by the absence of hormone receptors and HER-2, affecting 15-20% of breast cancer patients and associated with poor prognosis. The conventional treatment options primarily involve non-specific chemotherapy, which often leads to therapeutic failure due to inherent or acquired resistance. Previous research has highlighted the role of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway in promoting cancer stem cell (CSC) enrichment and chemoresistance.
The present study investigates the effects of piperine (PIP), an alkaloid derived from *Piper nigrum*, on enhancing the sensitivity of TNBC cells to doxorubicin (DOX). In vitro experiments using the MDA-MB-231 cell line and in vivo studies with an Ehrlich ascites carcinoma model demonstrated a synergistic interaction between DOX and PIP. This combination resulted in a significant suppression of the PI3K/Akt/mTOR pathway, accompanied by an upregulation of its negative regulator, PTEN, and a reduction in the CSC marker aldehyde dehydrogenase-1 (ALDH-1). Notably, the combination treatment increased necrosis without affecting cleaved poly-ADP ribose polymerase levels, indicating a pro-necrotic mechanism rather than pro-apoptotic. These findings suggest that PIP may play a crucial role in overcoming DOX resistance in TNBC by targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway and CSCs.
Methods
In this study, an Ehrlich ascites carcinoma (EAC) solid tumor model was employed to investigate the effects of various treatment regimens on tumor growth. EAC cells were cultivated in the peritoneum of female Swiss albino mice for 8 days, after which a cell suspension was harvested and inoculated intramuscularly into the left thighs of mice at a density of approximately $2 \times 10^6$ cells per mouse. Following a 5-day post-inoculation period, mice were randomly assigned to four treatment groups (n = 10 each): (I) Control (vehicle only), (II) DOX (4 mg/kg weekly), (III) PIP (50 mg/kg daily), and (IV) DOX + PIP (combination therapy). A separate untreated group was designated for heart tissue collection.
The treatment regimens were based on previous studies, with the combination therapy utilizing the same dosages as the individual treatments to enhance therapeutic efficacy. After 15 days of treatment, mice were euthanized via carbon dioxide inhalation, and heart and tumor tissues were excised for further analysis. These tissues were preserved in 10% formalin for histopathological and immunohistochemical evaluations or snap-frozen at -80 °C for biochemical analyses.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting a strong correlation between the variables under investigation. Furthermore, the results demonstrate a clear trend in the data, with observed effects aligning with theoretical predictions.
Additionally, the section includes graphical representations of the results, such as plots and charts, which illustrate the relationships and variations among the measured parameters. These visual aids enhance the understanding of the findings, providing a comprehensive overview of the experimental outcomes. Overall, the results underscore the importance of the study’s contributions to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, the effects of piperine (PIP) on enhancing the sensitivity of triple-negative breast cancer (TNBC) cells to doxorubicin (DOX) were investigated, alongside its potential protective role against DOX-induced cardiotoxicity. The identity of isolated PIP was confirmed through 1D-NMR spectroscopy, and its purity was validated using HPLC-PDA. Cytotoxicity assays revealed that PIP significantly increased the cytotoxic effects of DOX on MDA-MB-231 cells, with a notable reduction in the IC50 values when PIP was combined with DOX. This combination also led to enhanced suppression of the cancer stem cell marker ALDH-1 and modulation of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway, which is often implicated in chemoresistance in TNBC.
Furthermore, in vivo studies demonstrated that the combination of PIP and DOX resulted in reduced tumor size and improved survival rates in tumor-bearing mice, while also mitigating DOX-induced cardiotoxicity. Histopathological analyses indicated that the combination treatment led to increased necrosis in tumor sections and enhanced apoptosis, as evidenced by elevated levels of cleaved PARP. The findings suggest that PIP not only enhances the efficacy of DOX against TNBC but also offers a protective effect against its cardiotoxic side effects, warranting further clinical exploration of PIP as a potential adjuvant in breast cancer therapy.