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LGR5/β-カテニン/miR-142-3pネットワークを介した薬剤耐性結腸がんの治療とがん関連線維芽細胞形質転換の抑制を目的とした新規低分子MSI-N1014の前臨床評価
Preclinical Evaluation of the Novel Small-Molecule MSI-N1014 for Treating Drug-Resistant Colon Cancer via the LGR5/β-catenin/miR-142-3p Network and Reducing Cancer-Associated Fibroblast Transformation.
PMID: 32560222 PMCID: PMC7352915. DOI: 10.3390/cancers12061590.
抄録
大腸がんは世界的に最も有病率の高い悪性腫瘍の1つであり、2019年には米国だけで14万人の新たな症例が推定されている。介入の進歩にもかかわらず、薬剤耐性は結腸がんの末期と診断されたほぼすべての患者で発生しています。増幅された上皮成長因子受容体（EGFR）シグナル伝達は、患者において最も一般的な発がん性ドライバーの1つであり、ヤヌスキナーゼ（JAK）/シグナル伝達および転写活性化因子（STAT）およびβ-カテニン機能の増加を誘導し、これらはすべて疾患の進行を促進する。同様に重要なことに、腫瘍微小環境（TME）内でがん細胞によって形質転換されたがん関連線維芽細胞（CAF）は、インターロイキン（IL）-6を分泌し、結腸がん細胞におけるSTAT3シグナル伝達を増強し、がん幹細胞（CSC）の生成を促進することにより、悪性化をさらに促進します。これらの前提に基づき、これまでの単一標的治療薬は、悪性結腸癌の治療に効果がないことが証明されており、代替的な複数標的治療薬の探索が必要とされています。ここでは、我々は四環式複素環アザチオキサントン、MSI-N1014を合成し、in vitroとin vivoの両方でその治療の可能性を実証しました。まず、CAFと共培養した結腸癌細胞では、5-FU（5-FU）抵抗性や腫瘍球形成能が亢進し、側部集団が増加し、分化クラスター44（CD44）、β-カテニン、ロイシンリッチリピート含有Gタンパク質共役型受容体5（LGR5）、ATP結合カセットスーパーファミリーGメンバー2（ABCG2）の発現が亢進することを明らかにしました。MSI-N1014は、DLD1細胞とHCT116細胞の両方で細胞生存率、コロニー形成、および遊走を抑制した。MSI-N1014治療は、ラパマイシン（mTOR）、EGFR、およびIL-6とCD44、β-カテニン、およびLGR5などの幹細胞マーカーの哺乳類標的を含む発がん性マーカーの発現の減少につながった。さらに重要なことに、MSI-N1014治療はCAFsの形質転換を抑制し、CAFsによるIL-6および血管内皮増殖因子（VEGF）の分泌減少と関連していた。さらに、MSI-N1014投与により、CAFsの発がん性、すなわち遊走能、腫瘍球生成能、5-FUに対する抵抗性が有意に低下した。また、MSI-N1014投与により、LGR5、IL-6、ABCG2を標的とした腫瘍抑制因子miR-142-3pのレベルが増加したことが明らかになった。最後に、我々は、MSI-N1014と5-FUを併用した治療が最も低い腫瘍成長をもたらし、MSI-N1014のみ、5-FU、およびビヒクルコントロールに続いて、MSI-N1014のin vivoでの治療の可能性を実証しました。MSI-N1014群の腫瘍サンプルは、qRT-PCR解析によると、LGR5、β-カテニン、IL-6、およびmTORの発現が著しく減少したが、腫瘍抑制因子miR-142-3pの発現は増加していた。以上の結果から、5-FU耐性結腸がん細胞の治療におけるMSI-N1014の応用について、前臨床試験を支持する結果が得られました。これらの知見を臨床応用するためには、さらなる調査が必要である。
Colorectal cancer represents one of the most prevalent malignancies globally, with an estimated 140,000 new cases in the United States alone in 2019. Despite advancements in interventions, drug resistance occurs in virtually all patients diagnosed with late stages of colon cancer. Amplified epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling is one of the most prevalent oncogenic drivers in patients and induces increased Janus kinase (JAK)/signal transduction and activator of transcription (STAT) and β-catenin functions, all of which facilitate disease progression. Equally important, cancer-associated fibroblasts (CAFs) transformed by cancer cells within the tumor microenvironment (TME) further facilitate malignancy by secreting interleukin (IL)-6 and augmenting STAT3 signaling in colon cancer cells and promoting the generation of cancer stem-like cells (CSCs). Based on these premises, single-targeted therapeutics have proven ineffective for treating malignant colon cancer, and alternative multiple-targeting agents should be explored. Herein, we synthesized a tetracyclic heterocyclic azathioxanthone, MSI-N1014, and demonstrated its therapeutic potential both in vitro and in vivo. First, we used a co-culture system to demonstrate that colon cancer cells co-cultured with CAFs resulted in heightened 5-fluorouracil (5-FU) resistance and tumor sphere-forming ability and increased side populations, accompanied by elevated expression of cluster of differentiation 44 (CD44), β-catenin, leucine-rich repeat-containing G-protein-coupled receptor 5 (LGR5), and ATP-binding cassette super-family G member 2 (ABCG2). MSI-N1014 suppressed cell viability, colony formation, and migration in both DLD1 and HCT116 cells. MSI-N1014 treatment led to decreased expressions of oncogenic markers, including mammalian target of rapamycin (mTOR), EGFR, and IL-6 and stemness markers such as CD44, β-catenin, and LGR5. More importantly, MSI-N1014 treatment suppressed the transformation of CAFs, and was associated with decreased secretion of IL-6 and vascular endothelial growth factor (VEGF) by CAFs. Furthermore, MSI-N1014 treatment resulted in significantly reduced oncogenic properties, namely the migratory ability, tumor-sphere generation, and resistance against 5-FU. Notably, an increased level of the tumor suppressor, miR-142-3p, whose targets include LGR5, IL-6, and ABCG2, was detected in association with MSI-N1014 treatment. Finally, we demonstrated the therapeutic potential of MSI-N1014 in vivo where combined treatment with MSI-N1014 and 5-FU led to the lowest tumor growth, followed by MSI-N1014 only, 5-FU, and the vehicle control. Tumor samples from the MSI-N1014 group showed markedly reduced expressions of LGR5, β-catenin, IL-6, and mTOR, but increased expression of the tumor suppressor, miR-142-3p, according to qRT-PCR analysis. Collectively, we present preclinical support for the application of MSI-N1014 in treating 5-FU-resistant colon cancer cells. Further investigation is warranted to translate these findings into clinical settings.