法尼塞酚C通过靶向拓扑异构酶IIα，增强了化疗和电离辐射在人类黑色素瘤细胞中的治疗效果

《Journal of Environmental Science and Health, Part B》：Farnesiferol C enhances the effects of chemotherapy and ionising radiation in human melanoma cells via targeting topoisomerase II alpha

选择性诱导凋亡的天然化合物Farnesiferol C通过靶向拓扑异构酶IIα增强黑色素瘤化疗放疗协同效应

　　本研究围绕一种名为Farnesiferol C（FC）的天然香豆素展开，探讨其作为拓扑异构酶IIα（TOP2A）抑制剂的潜力，以增强黑色素瘤细胞对化疗和电离辐射（IR）的敏感性。研究首先通过计算生物学手段识别了与黑色素瘤相关的分子靶点，并结合基因表达分析和分子对接模拟，评估了FC与TOP2A之间的相互作用。随后，通过体外实验，对FC单独使用或与IR或替莫唑胺（TMZ）联合使用时对黑色素瘤细胞和正常成纤维细胞的毒性进行了系统分析，并通过流式细胞术评估了细胞凋亡情况。研究结果表明，FC能够有效抑制TOP2A活性，且在黑色素瘤细胞中表现出较高的选择性毒性，同时显著增强IR和TMZ的治疗效果。这些发现为FC在黑色素瘤治疗中的应用提供了理论基础和实验依据。

黑色素瘤作为皮肤癌中最具有侵袭性和致命性的亚型，其治疗一直是医学界关注的重点。尽管早期黑色素瘤可以通过手术切除获得较好的治疗效果，但晚期或转移性黑色素瘤的治疗则面临诸多挑战。现有的治疗手段包括化疗、放疗、免疫治疗和靶向治疗等，但这些方法在临床应用中仍存在一定的局限性。例如，化疗药物如TMZ虽然在治疗中发挥重要作用，但其半衰期较短，往往需要高剂量才能达到治疗效果，这不仅增加了治疗的副作用，还可能导致耐药性的产生。此外，免疫治疗和靶向治疗虽然在某些患者中显示出良好的疗效，但其成本高昂且在部分患者中效果有限。因此，寻找更安全、有效且成本较低的治疗手段，尤其是来源于天然产物的药物，成为当前研究的重要方向。

FC是一种从Ferula属植物根部提取的倍半萜香豆素，具有1-苯并吡喃核心结构和C2位的酮基官能团。这种化合物在药理学上表现出广泛的生物活性，包括抗病毒、抗炎和神经保护作用。同时，FC在多种癌细胞系中显示出显著的细胞毒性，不仅能够作为单药使用，还能与传统化疗药物形成协同效应。例如，FC在人乳腺癌、宫颈癌和食管癌细胞中能够诱导细胞凋亡并显著抑制细胞增殖；在慢性髓系白血病模型中，FC能够引起细胞周期阻滞，促进PARP和caspase 9、3的切割，同时降低cyclin D1、E和B1的表达，增强Imatinib的凋亡效应。在非小细胞肺癌细胞中，FC通过抑制抗凋亡蛋白如BCL-2、BCL-xL、Survivin和procaspase-3，促进了细胞凋亡和细胞周期阻滞。此外，FC还被发现能够逆转多药耐药，提高多柔比星在乳腺癌细胞中的细胞毒性。尽管FC在多种癌症中的抗肿瘤作用已有一定研究基础，但其对黑色素瘤的具体影响尚未得到充分探索。

为了填补这一知识空白，本研究首次系统地评估了FC作为TOP2A抑制剂在黑色素瘤细胞中的作用。TOP2A是一种关键的DNA拓扑异构酶，主要在快速增殖的细胞中表达，其功能依赖于ATP的水解和Mg2?离子的存在。TOP2A通过调节DNA拓扑结构，在细胞分裂过程中发挥重要作用。目前，TOP2A抑制剂已被广泛应用于抗肿瘤药物的研发，其中约50%的抗癌药物具有抑制TOP2A的特性。研究通过整合多个数据库，分析了TOP2A在黑色素瘤组织中的表达情况，并结合Kaplan-Meier生存分析，评估了其与患者预后之间的关系。结果显示，TOP2A在黑色素瘤组织中显著上调，并且其高表达与患者生存率下降存在负相关，进一步证实了TOP2A在黑色素瘤治疗中的重要性。

为了验证FC是否能够有效靶向TOP2A，研究采用了分子对接和分子动力学模拟等计算方法。分子对接结果显示，FC在TOP2A的ATP结合位点表现出较高的结合亲和力，其结合评分优于已知的TOP2A抑制剂Etoposide。通过分析FC与TOP2A之间的相互作用，研究发现FC能够通过氢键和疏水作用与关键残基如Ser148、Ser149、Arg162和Lys378形成稳定的结合，这表明FC能够有效干扰TOP2A的酶活性。进一步的分子动力学模拟则验证了FC与TOP2A结合的稳定性，结果显示在100纳秒的模拟过程中，FC-TOP2A复合物的均方根偏差（RMSD）和均方根波动（RMSF）均保持较低水平，表明复合物结构稳定。同时，半径为质心（Rg）和溶剂可及表面积（SASA）的分析也显示FC能够显著改变TOP2A的构象，促进其与DNA的结合，从而增强DNA损伤效应。这些计算分析的结果为后续的实验研究提供了坚实的理论基础。

在实验部分，研究从Ferula szowitsiana中提取了FC，并评估了其对A375黑色素瘤细胞和HFF-3正常成纤维细胞的毒性。结果表明，FC对A375细胞表现出显著的细胞毒性，其半数抑制浓度（IC??）为76.9 μM，而对HFF-3细胞的IC??则显著更高，分别为403.87 μM和309.13 μM。这一结果表明FC对黑色素瘤细胞具有较高的选择性毒性，能够有效区分癌细胞与正常细胞，从而减少对健康组织的损伤。此外，FC与IR或TMZ联合使用时，其细胞毒性显著增强，特别是在高剂量IR（如8 Gy）或高剂量TMZ（如400 μM）的条件下，细胞存活率明显下降。这表明FC能够通过抑制TOP2A的活性，增强IR和TMZ对DNA双链断裂的修复抑制作用，从而提高细胞死亡率。

为了进一步探讨FC的细胞毒性机制，研究通过流式细胞术评估了其对A375细胞凋亡的影响。结果显示，FC单独使用时能够显著诱导细胞凋亡，其中晚期凋亡细胞的比例从14.4%上升至24.4%。而当FC与TMZ联合使用时，晚期凋亡细胞的比例进一步增加至37%，表明FC能够增强TMZ的凋亡诱导作用。同时，细胞形态学观察也支持了这一结论，显示在FC与TMZ联合处理后，A375细胞的附着性和存活率显著下降，而正常细胞则未受到明显影响。这些结果不仅揭示了FC在黑色素瘤治疗中的潜在作用，还为其作为化疗和放疗的增敏剂提供了实验依据。

综上所述，本研究通过计算生物学和实验生物学相结合的方法，系统评估了FC作为TOP2A抑制剂在黑色素瘤治疗中的潜力。结果显示，FC能够有效靶向TOP2A，干扰其对DNA拓扑结构的调控，从而增强IR和TMZ的治疗效果。同时，FC对黑色素瘤细胞表现出较高的选择性毒性，能够减少对正常细胞的损害。这些发现为FC在黑色素瘤治疗中的应用提供了新的思路，并为未来的研究指明了方向。尽管本研究取得了初步成果，但仍需进一步探索FC在其他黑色素瘤细胞系中的作用机制，以及其与其他化疗药物的协同效应。此外，研究还应关注FC在体内环境中的药代动力学和安全性，以评估其在临床转化中的可行性。未来的研究可以结合更多的实验模型和临床数据，进一步验证FC的抗癌潜力，并探索其作为新型抗癌药物的可能性。