美國:靈芝萃取物打擊癌幹細胞,有效對付三陰性乳癌

靈芝不只能抗癌,還能對抗難纏的癌幹細胞,而且還是三陰性乳癌中的癌幹細胞!美國加勒比中央大學醫學院、紐約大學醫學院組成的研究團隊發現,靈芝萃取物能降低三陰性乳癌中癌幹細胞的存活率、減少癌幹細胞的比率,並且抑制三陰性乳癌小鼠的腫瘤生長,其作用機制與靈芝萃取物抑制STAT3訊息傳遞路徑的活性有關。這項研究成果已被發表在2018年11月的《Oncotarget》期刊。

文/黃揚哲、李奕柔(臺灣大學生化科技學系碩士班一年級)

20190212-0

 

文章版本一

文/黃揚哲(臺灣大學生化科技學系碩士班一年級)

 

靈芝對抗癌症的功效已經被許多研究證實,大家也都不陌生,不過你可知道靈芝也具有對抗癌幹細胞的能力?

眾所周知,癌幹細胞是形成腫瘤、使腫瘤具有抗藥性、轉移以及復發的元凶之一,原因在於這群細胞擁有許多幹細胞的特性,會表現很多幫浦蛋白,導致許多抗癌藥物無法將它們趕盡殺絕,而存活下來的癌幹細胞又會長成另一個完整的腫瘤。因此,若是能夠有效的殺死這群癌症當中的幹細胞,就可大大提高癌症的治療效果。

美國加勒比中央大學醫學院、紐約大學醫學院組成的研究團隊,成功利用靈芝萃取物來殺死「三陰性乳癌」這種在臨床上很難成功治癒的癌症當中的癌症幹細胞。

該研究發現,靈芝萃取物不但能降低三陰性乳癌中癌幹細胞的存活率、減少癌幹細胞的比率,也能在三陰性乳癌小鼠的動物模式中抑制腫瘤生長。進一步分析其作用機制則發現,靈芝萃取物是透過STAT3這條訊息傳遞路徑來抑制腫瘤中的癌幹細胞。這項研究成果已被發表於2018年11月的《Oncotarget》期刊。

 

靈芝萃取物降低三陰性乳癌細胞的存活率

研究者先觀查靈芝萃取物GLE對三陰性乳癌細胞株MDA-MB-231的影響,結果發現,隨著靈芝萃取物濃度的上升,癌細胞的存活率愈降愈低(如下圖)。

20190212-1

 

靈芝萃取物削弱癌幹細胞的特徵

CD24+/CD24-、ALDH1為乳癌幹細胞的標記,其他像是OCT4、SOX2、NANOG則為常見的幹細胞標記。研究團隊發現,經過靈芝萃取物GLE處理後,三陰性乳癌細胞株MDA-MB-231中的許多癌幹細胞標記都有變少的趨勢(如下圖)。換句話說,靈芝萃取物GLE能夠降低癌幹細胞在整體癌細胞中的比例。

20190212-2

20190212-3

20190212-4

(Vehicle為未使用靈芝萃取物的溶劑對照組)

 

靈芝萃取物削弱癌幹細胞的能力

此外,該團隊的研究亦發現,不論是MDA-MB-231或SUM-149哪種三陰性乳癌細胞株,在經過靈芝萃取物GLE處理後,形成球體(mammosphere)的能力明顯受到抑制(如下圖)。

由於形成球體是乳癌幹細胞的才會幹的事,一般乳癌細胞並沒有這樣的能力,因此這個實驗結果證明了,靈芝萃取物不只能削弱癌幹細胞的表面特徵,還能削弱癌幹細胞的實質能力。

20190212-5

 

靈芝萃取物調控乳癌幹細胞的作用機制

由STAT3調控的訊息傳遞路徑與癌幹細的發展和惡化息息相關,而根據該團隊的研究發現,經靈芝萃取物處理的三陰性乳癌細胞株,STAT3的基因表現明顯減少(如下圖),其訊息傳遞路徑的活化程度亦大幅下降,此結果暗示這條路徑很可能與靈芝萃取物調控三陰性乳癌幹細胞的作用機制相關。

20190212-6

 

靈芝萃取物可抑制三陰性乳癌的腫瘤生長

在三陰性乳癌小鼠的動物實驗當中,研究團隊也確認利用28mg/kg劑量的靈芝萃取物的確能夠有效抑制腫瘤的生長,此結果證實了靈芝萃取物在動物體內的效用。

20190212-8

〔說明〕把三陰性乳癌細胞株MDA-MB-231接種在雌性小鼠的乳腺組織,一週後再以口服方式給予實驗小鼠靈芝萃取物,每天劑量28 mg/kg,持續十週。實驗結束時溶劑對照組(Vehicle)和靈芝萃取物組(GLE)的腫瘤重量有顯著差異。

 

靈芝萃取物是三陰性乳癌的救星?

儘管研究團隊有如此正向的結果,但以靈芝萃取物用來治療三陰性乳癌可能還有一段路要走,除了還需要更多、更關鍵的實驗證據支持之外,如何將靈芝萃取物中的有效成分分離出來也是將其開發為治療藥物的必須過程,如此才能大大提升靈芝對於乳癌的功效。若能成功達陣,此靈芝萃取物中有效成分「能直搗癌幹細胞」的作用,勢必能成為治療三陰性乳癌的利器。

 

【註1】該研究使用的靈芝萃取物GLE含有萃取自靈芝子實體的多醣(13.%)和三萜(6%),以及1%的靈芝破壁孢子粉。

【註2】上述細胞實驗中處理SUM-149、MDA-MB-231的靈芝萃取物GLE劑量分別為0.5 mg/mL和0.96 mg/mL,此為靈芝萃取物GLE造成這兩種三陰性乳癌細胞半數死亡的劑量(IC50)。
 

〔資料來源〕Rios-Fuller TJ, et al. Ganoderma lucidum extract (GLE) impairs breast cancer stem cells by targeting the STAT3 pathway. Oncotarget. 2018 Nov 13; 9 (89) : 35907-35921.

..........................................................................................................................................................................................................

文章版本二

文/李奕柔(臺灣大學生化科技學系碩士班一年級)

 

乳癌是全球女性癌症死亡的首要原因,估計每年超過45萬人死與此疾病。乳癌的臨床上分為不同的亞型,如三陰性乳癌(Triple-Negative Breast cancer , TNBC)。TNBC是一種較難治療的乳癌,佔所有乳癌病例的15~20%,主要發生在年輕患者(<50歲),與其他乳癌相比,確診治療後五年的總生存率較低。

迄今為止,TNBC患者的治療方式為化療和乳房保留治療(breast conserving therapy),目前尚沒有證明有效的靶向治療法。TNBC腫瘤如此具有侵襲性的原因之一可能是乳癌幹細胞(breast cancer stem cells, BCSCs)的存在。BCSCs是一種細胞亞群,其參與腫瘤的起始、生長、轉移、復發和對治療的抵抗性。此外BCSCs可藉由細胞表面標誌物CD44的表達和CD24(CD44/ CD24)的缺失來鑑定,並且與治療後低生存率有關。CD44的存在促進乳癌的腫瘤發生和轉移,CD24的缺失也是如此。

此外,其他的BCSC標誌物是醛脫氫酶1(Aldehyde Dehydrogenase 1, ALDH1),其與BCSCs的惡性程度增加、轉移有關,而且許多分子信號傳導途徑有助於BCSCs的生長,包括自我更新,增殖,存活和分化。據文獻1, 2指出,信號轉導和轉錄因子3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)的活化參與許多細胞過程,如增殖、存活、抗細胞凋亡、血管生成和轉移,STAT3已被證明高度參與BCSCs的生長【1】

有證據表明,與其他乳腺腫瘤細胞相比,具有CD44/ CD24表型的BCSCs受Janus激酶2(JAK2)/ STAT3途徑的調控【1。此外,ALDH1陽性的乳癌細胞亞群表達的磷酸化STAT3水平高於不表達該幹細胞標誌物的細胞【3】。研究表明,NANOG與OCT4和SOX2是胚胎幹細胞自我更新的關鍵轉錄因子,其中OCT4和SOX2在功能上依賴於STAT3【4】,NANOG用STAT3維持多能性和自我更新的細胞。

本研究作者探討靈芝萃取物(Ganoderma lucidum extract,GLE)的新作用,證明它能通過抑制JAK2/STAT3途徑和BCSC存活信號傳導來抑制BCSCs。鑑於STAT3參與腫瘤發生,針對STAT3的新型治療靶項標的開發成為預防人類惡性腫瘤,特別是TNBC的潛在機會【5

 

靈芝萃取物降低三陰性乳癌細胞株的存活率

作者發現靈芝萃取物GLE會顯著降低三陰性乳癌細胞株MDA-MB-231的細胞存活率,當對細胞株施以GLE 24小時,可見GLE隨著劑量越高,越能顯著降低細胞存活率(圖1),此證明GLE顯著降低三陰性乳癌中的癌細胞活力。

20190212-1

圖1  靈芝萃取物GLE對三陰性乳癌細胞存活率的影響

 

靈芝萃取物靶向STAT3和參與癌幹細胞的轉錄因子

STAT3是STAT蛋白家族的成員,能夠調控基本訊息傳導路徑,如增殖、分化、血管生成、細胞死亡和免疫反應。STAT3通過各種配體與它們各自的受體,包括介白素-6(IL-6),與其受體的結合,形成二聚化的受體並將JAK蛋白,特別是JAK1和JAK2組裝到受體的細胞質結構域,啟動JAK蛋白的磷酸化和活化。然後,活化的酪氨酸激酶JAK促進STAT3的召集,最終啟動目標基因的轉錄。臨床和臨床前研究表明,JAK2 / STAT3訊息傳導路徑在大多數乳癌病例中被連續性活化,包括TNBC。據了解,STAT3在維持對幹細胞表型的基因的表現方面具有重要作用,並用作CSCs的標誌物;更重要的是,多年的調查和最近的一篇文章表明【6,可能受STAT3激活的調控影響,轉錄因子NANOG、OCT4與SOX2一起在惡性表型細胞的發育中起重要作用。

鑑於靈芝萃取物GLE對腫瘤生長的顯著抑制以及CSCs在這方面的作用,作者確定了GLE對JAK / STAT3信號傳導的表達和活性以及參與自我更新的轉錄因子的影響,包括OCT4、NANOG和SOX2。

如圖2A所示,以靈芡萃取物GLE的處理SUM-149細胞株(另一種三陰性乳癌細胞株)24小時,GLE可以顯著降低STAT3、OCT4、NANOG和SOX2的基因表達;以GLE的處理MDA-MB-231細胞株,結果顯示GLE也顯著降低JAK2、STAT3和SOX2的基因表達,但增加NANOG的表達(圖2B)。

因此,可證明靈芝萃取物GLE在作者的TNBC細胞株中降低STAT3的表達並活化STAT3的磷酸化,這可能調控降低參與自我更新的轉錄因子的表達。

20190212-9

圖2  靈芝萃取物GLE對三陰性乳癌細胞株
STAT3、OCT4和SOX2的基因表達影響

 

靈芝萃取物降低ALDH1活性及CD44/ CD24表達

STAT3已被證明是高度地參與BCSCs的生長,BCSCs可通過其標記物進行鑑定和分離:CD44/ CD24和增加的醛脫氫酶1(ALDH1)活性。此外,STAT3磷酸化抑製劑(LLL12)通過凋亡誘導降低ALDH陽性群體、以及BCSC細胞活力、腫瘤形成能力和ALDH乳癌細胞的腫瘤生長。因此,作者檢查了靈芝萃取物GLE抑制STAT3對BCSC特性的影響,包括靶向ALDH1陽性群體。GLE顯著降低ALDH1活性(圖3A);而作者測量了兩種TNBC細胞株中表達CD44和CD24的細胞的百分比。作者發現,CD44/ CD24表達百分比皆降低(圖3B)。

20190212-10

圖3  靈芝萃取物GLE對三陰性乳癌細胞株
ALDH1活性和CD44+ / CD24表達的影響

 

靈芝萃取物抑制三陰性乳癌腫瘤生長和抑制STAT3信號傳導途徑

如先前所述,STAT3途徑在維護BCSCs的至關重要的作用,如同 IL-6 / JAK2 / STAT3的途徑和增加ALDH1的表達。在小鼠的動物實驗中,若抑制STAT3,則也抑制腫瘤生長並減少ALDH陽性乳癌幹細胞群。

正如作者已經表明在本研究及文獻中,MDA-MB-231細胞有90%以上的CD44/ CD24群體和比其它乳癌細胞株具有更高的STAT3活化。因此,作者觀察靈芝萃取物GLE對MD3-MB-231細胞中STAT3信號傳導和BCSC幹細胞活力的腫瘤治療潛力。作者發現,在小鼠中注射CD44/ CD24乳癌幹細胞,GLE顯著抑制腫瘤體積(圖4A)和腫瘤重量(圖4B)。正如作者在體外結果中所示,GLE抑制STAT3信號傳導途徑,顯著降低TNBC細胞株MDA-MB-231的BCSC的腫瘤體積和重量。

20190212-11

圖4  靈芝萃取物GLE抑制三陰性乳癌小鼠的腫瘤生長

 

總之,上述研究成果顯示,靈芝萃取物GLE藉由計畫性細胞凋亡的方式殺死TNBC細胞,而GLE顯著抑制BCSCs,如降低ALDH1 population和CD44/ CD24stem-like population,藉由抑制STAT3信號傳導以阻斷自我更新的轉錄因子的表達。

此外,GLE顯著降低了注射CD44/ CD24乳癌幹細胞的小鼠的腫瘤體積和重量,並顯著降低了這些異種移植物腫瘤中STAT3的活化。這些結果表明,通過靶向BCSCs population,GLE可能是體外和體內TNBC的潛在新型治療方法。

 

參考文獻

1. Pires BR, et al. Targeting Cellular Signaling Pathways in Breast Cancer Stem Cells and its Implication for Cancer Treatment. Anticancer Res. 2016; 36: 5681-91.

2. Banerjee K, Resat H. Constitutive activation of STAT3 in breast cancer cells: A review. Int J Cancer. 2016; 138: 2570-78.

3. Lin L, et al. Evaluation of STAT3 signaling in ALDH+ and ALDH+/CD44+/CD24- subpopulations of breast cancer cells. PLoS One. 2013;8: e82821.

4. Wang ML, et al. Targeting cancer stem cells: emerging role of Nanog transcription factor. Onco Targets Ther. 2013; 6: 1207-20.

5. Rios-Fuller TJ, et al. Ganoderma lucidum extract (GLE) impairs breast cancer stem cells by targeting the STAT3 pathway. Oncotarget. 2018 Nov 13; 9 (89) : 35907-35921.

6. Galoczova M, et al. STAT3, stem cells, cancer stem cells and p63. Cell Mol Biol Lett. 2018;23:12.