มะเร็งร้ายสองเท่า: แมงกานีสกระตุ้นเซ็นเซอร์ความเครียดมากเกินไปและฆ่าเนื้องอก

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันชีวฟิสิกส์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (CAS) มหาวิทยาลัยมินนิโซตา และสถาบันมะเร็งแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NCI) นำโดยศาสตราจารย์หวาง ลี่คุน ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาในวารสาร iScienceซึ่งแสดงให้เห็นว่าไอออนแมงกานีสที่มีประจุสอง (Mn²⁺) สามารถ "ผลักดันเซลล์มะเร็งให้ทำลายตัวเอง" ได้อย่างแท้จริง โดยการกระตุ้นเซ็นเซอร์ความเครียด ER IRE1α มากเกินไป และเหนี่ยวนำให้เกิดอะพอพโทซิสผ่านทางเส้นทาง RIDD และ JNK

เบื้องหลัง: UPR และบทบาทของ IRE1α

1. การควบคุมคุณภาพโปรตีน โปรตีนที่พับผิดรูปจะสะสมอยู่ภายในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER) ของเซลล์ กระตุ้นให้เกิด “การตอบสนองต่อความเครียดของ ER” (UPR) ผ่านเซ็นเซอร์สามตัว ได้แก่ IRE1α, PERK และ ATF6

2. ธรรมชาติสองด้านของ IRE1α

• การกระตุ้นแบบปรับตัว: ความเครียด ER ปานกลางทำให้เกิดการตัดต่อของ XBP1 → การฟื้นฟูภาวะสมดุล
• การตอบสนองขั้นสุดท้าย: ภายใต้ความเครียดที่รุนแรงหรือยาวนาน IRE1α จะทำให้สาขา XBP1 ไม่ทำงานและกระตุ้นให้เกิด RIDD (การสลายตัวที่ขึ้นอยู่กับ IRE1α ที่ควบคุม) และ JNK แทน → อะพอพโทซิส

ภาวะคู่ตรงข้ามนี้สร้างความหลงใหลให้กับนักวิทยาเนื้องอกมานานแล้ว แต่แนวคิดที่แพร่หลายคือการยับยั้ง IRE1α เพื่อลดความสามารถในการป้องกันของเนื้องอก งานวิจัยใหม่นี้เสนอแนวทางที่ตรงกันข้าม นั่นคือ การทำให้ IRE1α ทำงานได้มากเกินไป

โปรโตคอลการทดลองและวิธีการสำคัญ

1. การเพาะเลี้ยงเซลล์:

   • มะเร็งเต้านม (MCF-7), มะเร็งเซลล์ตับ (HepG2) และเซลล์ควบคุมปกติ (HEK293)

   • การเติม MnCl₂ (0–200 µM) เป็นเวลา 24–48 ชั่วโมง

2. การตรวจสอบทางชีวเคมีของการเปิดใช้งาน IRE1α:

   • การฟอสโฟรีเลชันของ IRE1α (บล็อตเวสเทิร์น) เพิ่มขึ้นตามขนาดยาที่ 50–100 µM Mn²⁺

   • กิจกรรม RNase (RIDD): การสลายตัวของ mRNA เป้าหมาย (Blos1, Sparc) วัดโดย qPCR

   • เส้นทาง JNK: ระดับของ p-JNK และสารตั้งต้น (c-Jun) เพิ่มขึ้น 2-3 เท่า

3. การต่อ XBP1s:

   • การทดสอบ RT-PCR แสดงให้เห็นว่า Mn²⁺ ไม่เพิ่มระดับของตัวแปรสไปซ์ XBP1s กล่าวคือ จะไปโอเวอร์โหลดที่สาขาปลายทางของ UPR โดยเฉพาะ

4. อะพอพโทซิสและการอยู่รอดของเซลล์:

   • การไหลเวียนของเซลล์ (Annexin V/PI) เผยให้เห็นเซลล์ที่กำลังจะตายสูงถึง 60% หลังจากการรักษาด้วย Mn²⁺ 100 µM เป็นเวลา 48 ชั่วโมง

   • การวิเคราะห์ MTT ยืนยันว่ามีการลดลงของความสามารถในการมีชีวิตรอดถึง 30% ในเซลล์มะเร็งที่ปริมาณเท่ากัน ในขณะที่เซลล์ปกติยังคงมีอัตราการรอดชีวิต 80%

5. การควบคุมโมเลกุล:

   • การน็อคเอาท์ทางพันธุกรรมของ IRE1α (CRISPR–Cas9) ทำให้ความเป็นพิษต่อเซลล์ของ Mn²⁺ หมดไปอย่างสมบูรณ์ แสดงให้เห็นถึงการพึ่งพา IRE1α

   • การบริหารด้วยสารยับยั้ง JNK โมเลกุลขนาดเล็ก (SP600125) ช่วยลดการเกิดอะพอพโทซิสได้ประมาณ 50% ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีส่วนเกี่ยวข้องของสาขานี้

แบบจำลองก่อนการทดลองทางคลินิกในร่างกาย

1. แบบจำลองเมาส์ของมะเร็งเต้านม:

   • การให้ MnCl₂ (1 mM, 20 µL) เข้าในเนื้องอก สัปดาห์ละ 2 ครั้ง เป็นเวลา 3 สัปดาห์

   • การเติบโตของเนื้องอก: ในมากกว่า 80% ของกรณี เนื้องอกหดตัวหรือคงที่ ส่วนกลุ่มควบคุมยังคงดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง

2. ความเป็นพิษและความปลอดภัย:

   • ระดับชีวเคมีในเลือด (ALT, AST, ครีเอตินิน) ยังคงอยู่ในเกณฑ์ปกติ

   • การตรวจชิ้นเนื้ออวัยวะต่างๆ (ตับ ไต หัวใจ) โดยไม่พบความเสียหาย

3. การแสดงออกของเครื่องหมายอะพอพโทซิส:

   • เพิ่มกิจกรรมของเซลล์คาสเปส-3 และ TUNEL-positive ในบริเวณเนื้องอก

ความหมายและแนวโน้ม

“เราได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าการกระตุ้น IRE1α มากเกินไปแบบเลือกสรรด้วย Mn²⁺ ช่วยย้อนกลับโปรโตคอล UPR ในเซลล์เนื้องอก โดยให้ความสำคัญกับการเกิดอะพอพโทซิส” ศาสตราจารย์หวัง ลี่คุน อธิบาย “สิ่งนี้เปิดสาขาใหม่ของการรักษามะเร็ง ซึ่งแทนที่จะยับยั้งวิถีป้องกัน เราจะ ‘รับภาระ’ พวกมันมากเกินไป”

• สารทึบรังสีและยาต้านมะเร็ง? แมงกานีสถูกนำมาใช้ในสารทึบรังสี MRI แล้ว ซึ่งอาจช่วยให้การแปลผลการรักษารวดเร็วขึ้น
• การพัฒนาผู้บริจาค Mn²⁺: นาโนผู้บริจาคที่กำหนดเป้าหมายเพื่อส่ง Mn²⁺ ไปยังเนื้องอกโดยเฉพาะ ลดการสัมผัสกับระบบให้น้อยที่สุด
• การใช้ร่วมกับภูมิคุ้มกันบำบัด: การเพิ่มขึ้นของอะพอพโทซิสอาจเพิ่มการผลิตนีโอแอนติเจนและปรับปรุงการตอบสนองต่อสารยับยั้งจุดตรวจสอบ

ผู้เขียนเน้นย้ำประเด็นสำคัญหลายประการ:

• แนวคิดใหม่สำหรับการบำบัดด้วย UPR
  “เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่า แทนที่จะยับยั้งเซ็นเซอร์ UPR IRE1α เราสามารถบรรลุผลต่อต้านเนื้องอกได้โดยการกระตุ้นเซ็นเซอร์ให้ทำงานมากเกินไป” ศาสตราจารย์หวัง ลี่คุน (CAS) กล่าว “สิ่งนี้เปิดทางสู่กลยุทธ์ใหม่สำหรับการบำบัดมะเร็งโดยอาศัย 'การรับภาระหนักเกินไป' ของความเครียดในห้องฉุกเฉิน”

• ความจำเพาะของกลไก
  “Mn²⁺ กระตุ้นกิ่ง RIDD และ JNK ของ IRE1α อย่างเฉพาะเจาะจงโดยไม่กระตุ้นวิถี XBP1s แบบปรับตัว” ดร. หลี่ ชาง (NCI) กล่าว “การตอบสนองแบบ ‘ลำเอียง’ นี้ทำให้เกิดอะพอพโทซิสของเซลล์เนื้องอกโดยมีผลกระทบต่อเซลล์ปกติน้อยที่สุด”

• โอกาสสำหรับการแปลผลทางคลินิก
  “เนื่องจากแมงกานีสถูกนำมาใช้เป็นสารทึบรังสีใน MRI อยู่แล้ว เราจึงมีโอกาสทุกวิถีทางที่จะปรับใช้ผู้บริจาค Mn²⁺ ให้เข้ากับคลินิกได้อย่างรวดเร็ว” ศาสตราจารย์ซาราห์ ลี (มินนิโซตา) ให้ความเห็น “ขั้นตอนต่อไปคือการพัฒนาระบบนำส่งแบบกำหนดเป้าหมายไปยังเนื้องอก”

• ศักยภาพสำหรับการบำบัดแบบผสมผสาน
  “การกระตุ้น IRE1α มากเกินไปอาจช่วยเพิ่มการผลิตนีโอแอนติเจนและปรับปรุงการตอบสนองต่อภูมิคุ้มกันบำบัด” ดร. ทานากะ (CAS) กล่าวเสริม “การใช้ Mn²⁺ ร่วมกับสารยับยั้งจุดตรวจสอบมีแนวโน้มที่จะให้ผลเสริมฤทธิ์กัน”

• ความปลอดภัยและการคัดเลือก
  “ในแบบจำลองก่อนทางคลินิกของเรา Mn²⁺ ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อปกติหรือเพิ่มความเป็นพิษต่อระบบ” ดร. มาร์ติเนซ (มินนิโซตา) กล่าว “สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำเนินการทดลองทางคลินิก”

การศึกษาครั้งนี้กำหนดแนวทางใหม่สำหรับการรักษามะเร็งผ่านการกระตุ้นการตอบสนองต่อความเครียดของเซลล์ที่ควบคุมได้ และแนะนำแมงกานีสเป็นสารต่อต้านเนื้องอกที่สามารถเพิ่มภาระให้กับกลไกการอยู่รอดของเซลล์มะเร็งได้