Curcumin induces a fatal energetic impairment in tumor cells in vitro and in vivo by inhibiting ATP-synthase activity  

姜黃素通過抑制ATP合酶活性在體外和體內誘導腫瘤細胞致命能量損傷  

來源: Carcinogenesis, Volume: 39, Issue: 9, Year: 2018, Pages: 1141-1150

《致癌作用》，卷號：39，期號：9，年份：2018年，頁碼：1141-1150

 

摘要  

摘要部分闡述了姜黃素作為一種多酚，已知通過抑制核因子κB（NFkB）來抑制炎癥、腫瘤生長、血管生成和轉移，但近期研究提示其代謝效應。本研究顯示姜黃素（10μM）在分離線粒體膜中抑制ATP合酶活性，導致ATP急劇下降和氧消耗減少，在體外和體內腫瘤模型中均如此。該效應獨立于NFkB抑制，因為IkB激酶抑制劑SC-514不影響ATP合酶。糖酵解酶活性僅輕微受細胞類型特異性影響。能量損傷導致腫瘤細胞活力下降，姜黃素還通過促進活性氧（ROS）生成和脂質氧化標志物丙二醛（MDA）誘導凋亡和自噬，部分由于AMP激活蛋白激酶（AMPK）激活。在體內，姜黃素（30 mg/kg體重）顯著延遲癌癥生長，可能由于能量損傷和減少腫瘤血管生成。這些結果確立ATP合酶作為姜黃素抗腫瘤作用靶點，導致癌細胞生長抑制和腫瘤代謝重編程。

 

研究目的  

研究目的是探討姜黃素對腫瘤細胞能量代謝的影響，特別是是否通過抑制ATP合酶活性導致能量損傷，從而抑制腫瘤生長，并區(qū)分其是否獨立于已知的NFkB抑制途徑。

 

研究思路  

研究思路基于使用多種小鼠腫瘤細胞系（B16黑色素瘤、CT26結腸癌、L1210淋巴細胞白血病、4T1乳腺癌），在體外用姜黃素處理，測量ATP合酶活性、ATP水平、氧消耗、ROS生成、凋亡、自噬等參數(shù)。使用NFkB抑制劑SC-514驗證獨立性。在體內，建立B16黑色素瘤異種移植模型，注射姜黃素，監(jiān)測腫瘤生長、ATP合酶活性、血管生成等。通過分子和生化分析闡明機制。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義  

1 來自圖1A：姜黃素處理導致ATP合酶活性下降，B16、CT26、L1210和4T1細胞分別下降46%、36%、64%和30%。研究意義是直接證明姜黃素抑制ATP合酶，引發(fā)能量危機。  

 

2 來自圖1B：ATP生成減少，B16、CT26、L1210和4T1細胞分別下降32%、18%、35%和46%。研究意義是證實能量生產受損。  

3 來自圖1C：ATP/AMP比率下降，B16、CT26、L1210和4T1細胞分別下降23%、61%、21%和36%。研究意義是顯示細胞能量狀態(tài)惡化。  

4 來自圖1D和E：氧消耗率下降，在丙酮酸/蘋果酸和琥珀酸存在下均減少。研究意義是表明線粒體呼吸鏈功能受損。  

5 來自圖1F：SC-514不影響ATP合成，而姜黃素抑制。研究意義是證明ATP合酶抑制獨立于NFkB途徑。  

6 來自圖2A和B：體內腫瘤生長延遲，ATP合酶活性和ATP水平下降。研究意義是驗證姜黃素在體內的抗腫瘤效果和能量損傷。  

 

7 來自圖3：血管數(shù)量減少和尺寸減小。研究意義是顯示姜黃素抗血管生成效應。  

 

8 來自圖4A：細胞活力下降，B16、CT26、L1210和4T1細胞分別下降37%、28%、20%和36%。研究意義是能量損傷導致細胞死亡。  

 

9 來自圖4B：凋亡增加，B16、CT26、L1210和4T1細胞分別增加83%、73%、146%和316%。研究意義是姜黃素誘導程序性細胞死亡。  

10 來自圖4C和D：ROS和MDA水平增加。研究意義是氧化應激和脂質氧化參與凋亡機制。  

11 來自圖5：AMPK磷酸化增加、LAMP1和LC3B表達增加、自噬增加。研究意義是能量損傷激活AMPK和自噬通路。  

 

12 來自表1：糖酵解酶活性變化，B16細胞中酶活性增加，其他細胞中減少或不變。研究意義是糖酵解補償因細胞類型而異，B16細胞試圖補償能量損失。

 

 

結論  

結論是姜黃素通過抑制ATP合酶活性導致腫瘤細胞能量損傷，獨立于NFkB抑制，引發(fā)氧化應激、凋亡和自噬。在體內，姜黃素延遲腫瘤生長，部分由于能量損傷和抗血管生成效應。姜黃素可作為熱量限制模擬物，通過代謝干預抑制腫瘤。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義  

使用丹麥Unisense電極（安培傳感器）測量氧消耗數(shù)據(jù)的研究意義在于提供高精度、實時的氧消耗監(jiān)測，直接顯示姜黃素對線粒體呼吸的影響。在研究中，電極數(shù)據(jù)顯示姜黃素處理顯著降低細胞氧消耗率（圖1D和E），證實線粒體功能受損。這種測量增強了實驗的可靠性，避免了間接推定的局限性，支持姜黃素通過抑制電子傳遞鏈導致能量損傷的機制。Unisense電極的靈敏性允許檢測細微變化，強化了姜黃素作為線粒體抑制劑的證據(jù)。