肿瘤恶病质是一种非常复杂的代谢综合征，以体重减轻、肌肉萎缩、脂肪组织消耗和生活质量下降为特征。在晚期肿瘤患者中肿瘤恶病质的发病率高达50-80%，不幸的是目前尚没有任何药物获得FDA的批准用于治疗肿瘤恶病质。已有研究表明肿瘤细胞会产生外泌体，外泌体携带着大量的致恶病质因子，在外泌体的保护下，这些因子通过血液或其他体液传输到肌肉和脂肪组织等，这些组织细胞将外泌体内吞，加剧了肿瘤恶病质，因此抑制肿瘤外泌体分泌可能是一种有效的治疗策略。
近日，上海中医药大学交叉科学研究院刘璇研究员团队联合华东师范大学化学与分子工程学院上海分子治疗与新药创制工程技术研究中心章雄文教授研究团队以“Atractylenolide I ameliorates cancer cachexia through inhibiting biogenesis of IL-6 and tumour-derived extracellular vesicles”为题在J Cachexia Sarcopenia Muscle杂志（医学一区，IF=12.1）上发表研究论文，系统阐释了中药白术活性成分白术内酯I通过抑制STAT3/PKM2/SNAP23通路减少肿瘤细胞外泌体及IL-6分泌，从而缓解肿瘤恶病质的作用机制。华东师范大学博士后范萌为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金(81872496和81873056)、上海市科委(20S11902200和16DZ2280100)和上海中医药大学产业发展中心医养结合科创项目(YYKC-2021-01-119)的资助。
首先，该研究的结果显示白术内酯I可明显缓解C26荷瘤小鼠的肿瘤恶病质症状。研究者采用小鼠结肠癌C26细胞构建了小鼠恶病质模型，并通过腹腔注射白术内酯I给药，考察白术内酯I的药效，结果显示白术内酯I可以改善小鼠肿瘤恶病质症状（体重、摄食量、肌萎缩、脂解等），改善恶病质小鼠的拉力；给药后恶病质小鼠血清中的外泌体含量以及IL-6含量下降，白术内酯Ⅰ可能通过调节C26荷瘤小鼠肿瘤外泌体及IL-6的分泌来缓解肿瘤恶病质。该研究的体外实验结果也显示白术内酯I可以通过抑制小鼠结肠癌C26细胞外泌体及IL-6的分泌，使C26细胞培养上清诱导C2C12肌管萎缩和3T3-L1脂肪细胞脂解的能力显著减弱。随后，该研究揭示白术内酯I可通过STAT3/PKM2/SNAP23通路发挥抑制C26结肠癌细胞外泌体和IL-6分泌的作用。白术内酯I是一种具有STAT3抑制作用的天然产物，STAT3属于STAT蛋白质家族，通常将激活受体或细胞内激酶的信号传递到细胞核中，以激活和调控基因转录，STAT3信号的过度激活发生在大多数种类的人类癌症中，也与不良预后成正相关。白术内酯Ⅰ通过抑制C26结肠癌细胞STAT3和PKM2（一种参与肿瘤细胞有氧糖酵解的酶）的磷酸化，下调糖酵解作用和p-SNAP23（是SNARE复合物结构形成和多泡体与细胞膜结合从而释放外泌体的关键）的表达，从而降低了C26结肠癌细胞外泌体的产生。STAT3是IL-6的转录因子，白术内酯I对STAT3磷酸化的抑制也引起了IL-6分泌的减少。进一步，该研究利用STAT3过表达（OE）和敲除（KO）的C26肿瘤细胞对白术内酯I抑制外泌体及IL-6分泌的作用机制进行了验证。白术内酯I抑制了C26细胞的STAT3/PKM2/SNAP23通路的激活、外泌体分泌、糖酵解以及C26培养上清诱导肌肉萎缩和脂解的作用。过表达STAT3可拮抗白术内酯I对这些指标的抑制作用，而敲除STAT3则可增强白术内酯I对这些指标的抑制作用。这些结果进一步提示STAT3通路参与了肿瘤细胞外泌体的产生和恶病质的诱导能力，也证实了白术内酯I通过抑制STAT3激活可以减少外泌体分泌和IL-6分泌从而缓解肿瘤恶病质的作用机制。
白术内酯I缓解肿瘤恶病质机制图该研究成果与研究团队之前已发表的多项系列性研究成果，一方面对肿瘤细胞的外泌体分泌机制进行了研究，另一方面对外泌体在肿瘤恶病质发生发展中的参与地位及机制进行了多方面深入的探索。已发表的研究成果包括：（1）证实肿瘤组织来源的外泌体参与了肿瘤恶病质的发展，肿瘤外泌体中所含的microRNAs具有诱导恶病质肌萎缩的能力（Mol. Ther. Nucleic Acids. 2021;24:923–38. doi: 10.1016/j.omtn.2021.04.015. IF 8.886）；（2）发现肿瘤外泌体中所含的蛋白类成分也参与了对肿瘤恶病质的诱导（Cell Death Discov. 2022;8(1):162. doi: 10.1038/s41420-022-00972-z. IF:7.1）；（3）系统地揭示了STAT3及其下游信号通路在调控C26小鼠结肠癌细胞外泌体分泌中的作用及其对肿瘤恶病质的促进作用（Oncogene. 2022;41(7):1050-1062. doi:10.1038/s41388-021-02151-3. IF：9.867）。该研究成果也为传统中药如白术在肿瘤恶病质中的运用提供了支持。包括中国在内的亚洲国家在肿瘤恶病质的临床治疗中常使用各种中药复方或植物药，比如中国的四君子汤、韩国的Yukgunja-tang、日本的Sipjeondaebo-tang等，均被广泛用于改善肿瘤患者的恶病质症状。有趣的是，在四君子汤、Yukgunja-tang和Sipjeondaebo-tang中均含有白术。白术内酯Ⅰ（Atractylenolide I）是白术的主要活性成分。在该研究团队之前的研究中，已经发现白术内酯Ⅰ可以改善虚症肿瘤恶病质小鼠的恶病质症状（Acta Pharmacol Sin. 2020;41(2):237-248. doi:10.1038/s41401-019-0275-z）。该研究成果进一步探索了白术内酯I的作用机制，阐释了白术内酯I通过抑制STAT3和PKM2的磷酸化，导致糖酵解作用和p-SNAP23表达下调，减少外泌体分泌和IL-6分泌，从而改善肌肉萎缩和脂肪降解的作用机制。总之，该研究结果提示了肿瘤细胞外泌体在肿瘤恶病质发生发展中的重要参与作用，并展示了以小分子化合物如中药活性小分子靶向肿瘤细胞的细胞因子和外泌体分泌从而治疗肿瘤恶病质的可行性。
参考文献：1. Fan M, Gu X, Zhang W, Shen Q, Zhang R, Fang Q, et al. Atractylenolide I ameliorates cancer cachexia through inhibiting biogenesis of IL-6 and tumour-derived extracellular vesicles. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2022;Online ahead of print2. Miao C, Zhang W, Feng L, Gu X, Shen Q, Lu S, et al. Cancer-derived exosome miRNAs induce skeletal muscle wasting by Bcl-2-mediated apoptosis in colon cancer cachexia. Mol Ther Nucleic Acids. 2021;24:923-383. Zhang W, Sun W, Gu X, Miao C, Feng L, Shen Q, et al. GDF-15 in tumor-derived exosomes promotes muscle atrophy via Bcl-2/caspase-3 pathway. Cell Death Discov. 2022;8:1624. Fan M, Sun W, Gu X, Lu S, Shen Q, Liu X, et al. The critical role of STAT3 in biogenesis of tumor-derived exosomes with potency of inducing cancer cachexia in vitro and in vivo. Oncogene. 2022;41:1050-625. Zhang WL, Li N, Shen Q, Fan M, Guo XD, Zhang XW, et al. Establishment of a mouse model of cancer cachexia with spleen deficiency syndrome and the effects of atractylenolide I. Acta Pharmacol Sin. 2020;41:237-48研究团队简介：刘璇研究员课题组：上海中医药大学交叉科学研究院刘璇课题组长期从事中药及其活性成分的药理作用和分子机制的中药药理学研究，近期基于临床中医药治疗肿瘤恶病质的良好疗效，重点开展了对肿瘤恶病质的病理机制的研究及中药活性成分的筛选和作用机制的研究工作。获得了国自然和上海市科委的基金项目支持，建立了脾虚症肿瘤恶病质模型（专利CN201710860270.3），对白术等多种中药的提取物、活性成分以及结构修饰物等进行了相关的药效筛选和机制研究；同时与临床医生合作开展肿瘤恶病质的中药复方治疗的探索研究。基于在所在研究领域的科学影响力，刘璇研究员于2021年入选斯坦福大学和爱思唯尔出版集团共同发布的World’s Top 2% Scientists （世界顶尖2%科学家）的“2020年度科学影响力排行榜”。章雄文教授课题组：华东师范大学化学与分子工程学院上海分子治疗与新药创制工程技术研究中心章雄文课题组主要开展分子肿瘤药理学研究，获得了国自然和上海市科委的基金项目支持。针对抗肿瘤恶病质开展新药研发，建立并完善了肿瘤恶病质分子-细胞-动物循序互动的发现平台，研究发现数个安全高活性的全新化合物，及数个安全高活性的天然来源化合物，发表肿瘤恶病质相关的SCI研究论文11篇、综述2篇、申请专利6项（4项授权）。在恶病质研究领域顶级刊物Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle（医学一区，IF 12.91）上已经发表多篇研究性论文（如“Carnosol and its analogues attenuate muscle atrophy and fat lipolysis induced by cancer cachexia”和“Bile acid metabolism dysregulation associates with cancer cachexia: roles of liver and gut microbiome”等）。
外泌体资讯网 J CACHEXIA SARCOPENI|上海中医药大学刘璇/华东师范大学章雄文：白术内酯I抑制肿瘤细胞外泌体分泌改善肿瘤恶病质
