《Pharmacological Research - Natural Products》：The
Pegaeophyton Scapiflorum Inhibited Lung Cancer Cells’ proliferation and induced apoposis by Suppressing the JAK2-STAT3 Signaling Pathway
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肺癌是全球死亡率最高的癌症之一，约80%为非小细胞肺癌（NSCLC）。本研究发现滇重楼中两种异硫氰酸酯化合物BI和IBITC通过抑制JAK2/STAT3信号通路诱导肺癌细胞凋亡和自噬，并调控下游IL-6、SOCS3基因表达。同时，靶向MIF通路调控ERK和NFκB活性，首次证实BI和IBITC具有协同抗肺癌效应，为开发新型肺癌药物奠定基础。
周巧巧|李子涵|岳文鑫|戴金宇|陈功轩|张洪全|张磊|张斌|匡正坤|黄青|吴天|王远|邹有全|周世一
中国湖北省武汉市湖北教育学院化学与生命科学学院，430205
摘要
肺癌是全球死亡率最高的癌症类型。大约80%的肺癌病例是非小细胞肺癌（NSCLC）。为了探究Pegaeophyton Scapiflorum的抗肺癌作用，我们使用CCK8实验发现N-丁基异硫氰酸酯（BI）和异丁基异硫氰酸酯（IBITC）具有抗癌效果。进一步的生物信息学分析表明，BI和IBITC可能作用于MIF、TRPA1和PPIA蛋白，并影响细胞凋亡及JAK/STAT信号通路。研究表明，BI和IBITC通过抑制JAK2/STAT3信号通路诱导细胞凋亡和自噬，并抑制细胞迁移。此外，抑制STAT3的活性还能下调IL-6和SOCS3的转录。同时，BI通过调控ERK和NFκB等转录因子的活性也表现出抗癌作用。总之，本研究首次报道了同一种植物Pegaeophyton scapiflorum中的两种异硫氰酸酯化合物具有协同抗癌效果，为进一步研究其作为新型抗肺癌药物的潜力奠定了基础。
引言
肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，约80%的肺癌病例为非小细胞肺癌（NSCLC）[1] [2]。除了放疗、化疗和手术外，表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKIs）是应用最广泛的肺癌靶向治疗手段[3]。尽管约60%的肺癌患者能够达到缓解，但高复发率和药物耐药性仍然是重大挑战[4]。约50%的NSCLC患者存在TP53突变，20-30%的患者存在KRAS（Kirsten鼠肉瘤病毒癌基因同源物）突变[5]。野生型p53蛋白能维持正常的细胞周期并参与细胞凋亡，而突变型p53蛋白则具有致癌性[6]。突变的KRAS蛋白无法水解GTP，导致下游RAF/MEK/ERK信号通路持续激活[7]，这会干扰细胞周期和凋亡相关蛋白的表达，从而导致细胞增殖失控和癌症发展[6]。具有TP53和KRAS突变的NSCLC患者生存期较短，因为他们对现有治疗（包括化疗和放疗）不敏感[5]。
开发新型高效肺癌药物仍是当前的重要课题。在这方面，天然产物衍生的药物因其低毒性而具有优势[8] [9]。临床研究表明，某些中药如黄芩、黄连和熟地黄可以降低顺铂（DDP）的毒性并增强患者免疫力[10] [11] [12]，因此研究中药的抗癌效果和机制对于新药开发具有重要意义。
Pegaeophyton Scapiflorum属于十字花科植物，主要分布于中国云南西北部和西藏的高山草甸地区。根据藏医药典记载，该草药传统上用于治疗由肺部疾病引起的咳嗽、咯血和肺水肿[13]，还具有改善肺功能、清热解毒、止咳退烧的功效。先前研究显示，异硫氰酸酯（ITCs）占从Pegaeophyton Scapiflorum中分离出的化合物的约26%[14]，它们是细胞受损后由黑芥子酶催化葡萄糖苷反应产生的次级代谢产物[15]。研究表明，来自十字花科植物的ITCs具有显著的抗癌作用，尤其是苯乙基异硫氰酸酯（PEITC）、苯基异硫氰酸酯（PITC）和烯丙基异硫氰酸酯（AITC）[16] [17] [18] [19]。
ITCs的抗癌机制较为复杂，其中磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）和Janus酪氨酸激酶（JAK）/信号转导子和转录激活因子（STAT）通路是研究最多的靶点[20]。ITCs可通过抑制JAK/STAT通路抑制细胞存活[16]。除了STAT3外，NFκB也是调控肺癌肿瘤发生的关键转录因子。NFκB家族包含五个成员，它们作为NFκB靶基因的转录因子发挥作用[21]。在正常情况下，NFκB的活性受到κBα抑制剂（IκBα）的严格调控，后者与NFκB亚基结合阻止其进入细胞核[22]。IκBα磷酸化后会被泛素化并通过蛋白酶体降解，释放NFκB亚基进入细胞核调控下游基因的转录[23]。STAT3和NFκB的活性还受到氧化还原平衡的影响[24]，氧化水平升高或抗氧化能力下降会导致细胞内活性氧（ROS）增多[25]，过多的ROS会破坏细胞代谢和功能，引发氧化应激[25]。氧化损伤在癌细胞存活、凋亡、迁移和自噬等过程中也起着重要作用[26]。与DDP等化疗药物相比，天然产物衍生的ITCs具有低毒性和较低的耐药性[27]，因此亟需分离和鉴定新的ITCs。本研究从Pegaeophyton Scapiflorum中分离出两种ITCs（BI和IBITC），发现它们能有效抑制肺癌细胞的增殖和迁移，并且不同肺癌细胞系对这两种ITCs的敏感性存在差异。通过一系列生化及分子实验阐明了BI和IBITC的细胞毒性作用及抗转移机制。
实验设备
本研究使用了以下仪器：流式细胞仪（NovoCyte，Agilent，美国）、倒置显微镜（Olympus，日本）、Western blot成像系统（ChemiDoc XRS+，Bio-rad，美国）以及蛋白质电泳和转移系统（PowerPac?，Mini-PROTEAN? Tetra，Bio-rad，美国）。
细胞系、试剂和抗体
SKLU1、MRC5、A549、H460和HEK 293细胞系均来自中国湖北武汉的中国典型培养物中心（CCTCC）。BI（CAS: 592-82-5，B802872）和IBITC（CAS: 591-82-2，I856318）
BI和IBITC抑制SKLU1细胞的增殖
我们之前的研究表明，从Pegaeophyton Scapiflorum中提取的挥发油具有抗癌作用（通过CCK8实验验证）。气相色谱-质谱（GC-MS）分析确定了82种成分，其中六种关键化合物被重点关注：BI、IBITC、2-呋喃甲醛、1H-吡咯并吡啶-2,3-二酮-3-氢腙、二甲基三硫化物和二甲基二硫化物。值得注意的是，BI和IBITC显著抑制了细胞增殖
讨论
综上所述，我们发现BI和IBITC是Pegaeophyton Scapiflorum中的活性成分，具有协同抗癌效果。研究证实BI和IBITC均能有效抑制JAK2/STAT3信号通路。为进一步阐明这种抑制作用的功能机制，我们检测了STAT3下游关键转录靶基因的表达情况。在蛋白质水平上，观察到Bcl-2、Cyclin D1和c-Myc的表达显著降低。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了湖北省教育厅科技研究项目（D20233002）和湖北省植物抗癌活性成分纯化与应用重点实验室开放项目（HLPAI2023006和HLPAI2023007）的支持。
