Double Whammy untuk Kanser: Mangan Hiperaktifkan Penderia Tekanan dan Membunuh Tumor

Para saintis dari Institut Biofizik Akademi Sains China (CAS), Universiti Minnesota dan Institut Kanser Kebangsaan (NCI) AS, yang diketuai oleh Profesor Wang Likun, menerbitkan satu kajian dalam iScience yang menunjukkan bahawa ion mangan divalen (Mn²⁺) secara literal boleh "memacu sel-sel kanser kepada kemusnahan diri" dengan mengaktifkan terlalu banyak tekanan ER laluan penderia IRE1α dan iNK.

Latar Belakang: UPR dan peranan IRE1α

1. Kawalan kualiti protein. Protein tersalah lipat terkumpul dalam retikulum endoplasma (ER) sel, mencetuskan "tindak balas tekanan ER" (UPR) melalui tiga sensor: IRE1α, PERK dan ATF6.

2. Sifat dwi IRE1α.

• Pengaktifan penyesuaian: tekanan ER sederhana mendorong penyambungan XBP1 → pemulihan homeostasis.
• Tindak balas terminal: Di bawah tekanan yang teruk atau berpanjangan, IRE1α menyahaktifkan cawangan XBP1 dan sebaliknya mencetuskan RIDD- (Regulated IRE1α-Dependent Decay) dan lata pengantara JNK → apoptosis.

Dualitas ini telah lama menarik perhatian ahli onkologi, tetapi idea yang lazim adalah untuk menekan IRE1α untuk melemahkan pertahanan adaptif tumor. Kajian baru mencadangkan pendekatan yang bertentangan: hiperaktif IRE1α.

Protokol eksperimen dan kaedah utama

1. Kultur sel:

   • Kanser payudara (MCF-7), karsinoma hepatoselular (HepG2) dan garisan sel kawalan normal (HEK293).

   • Penambahan MnCl₂ (0–200 µM) selama 24–48 jam.

2. Pengesahan biokimia pengaktifan IRE1α:

   • Fosforilasi IRE1α (Western blot) meningkat bergantung kepada dos pada 50–100 µM Mn²⁺.

   • Aktiviti RNase (RIDD): Pereputan mRNA sasaran (Blos1, Sparc) diukur oleh qPCR.

   • Laluan JNK: tahap p-JNK dan substratnya (c-Jun) meningkat 2-3 kali ganda.

3. Penyambungan XBP1s:

   • Ujian RT-PCR menunjukkan bahawa Mn²⁺ tidak meningkatkan tahap varian sambatan XBP1s, iaitu ia secara khusus membebankan cawangan terminal UPR.

4. Apoptosis dan survival sel:

   • Sitometri aliran (Annexin V/PI) mendedahkan sehingga 60% sel apoptosis selepas 48 jam rawatan dengan 100 µM Mn²⁺;

   • Analisis MTT mengesahkan pengurangan daya maju sehingga 30% dalam barisan kanser pada dos yang sama, manakala sel normal mengekalkan 80% kelangsungan hidup.

5. Kawalan molekul:

   • Kalah mati genetik IRE1α (CRISPR–Cas9) memansuhkan sepenuhnya sitotoksisiti Mn²⁺, menunjukkan pergantungan IRE1α.

   • Pentadbiran perencat JNK molekul kecil (SP600125) mengurangkan apoptosis sebanyak kira-kira 50%, menunjukkan penglibatan cawangan ini.

Model in vivo praklinikal

1. Model tikus kanser payudara:

   • Pentadbiran intratumoral MnCl₂ (1 mM, 20 μL) dua kali seminggu selama 3 minggu.

   • Pertumbuhan tumor: Dalam lebih daripada 80% kes, tumor mengecut atau stabil; kawalan terus berkembang.

2. Ketoksikan dan Keselamatan:

   • Biokimia darah (ALT, AST, kreatinin) kekal dalam had biasa.

   • Histologi organ (hati, buah pinggang, jantung) tanpa kerosakan yang dikesan.

3. Ungkapan penanda apoptosis:

   • Peningkatan aktiviti sel caspase-3 dan TUNEL-positif di tapak tumor.

Maksud dan Prospek

"Kami telah menunjukkan buat kali pertama bahawa pengaktifan berlebihan terpilih IRE1α dengan Mn²⁺ membalikkan protokol UPR dalam sel tumor, mengutamakan apoptosis," jelas Prof. Wang Likun. "Ini membuka satu cabang terapi kanser yang baharu, di mana bukannya menyekat laluan pertahanan, kami 'membebani' mereka."

• Ejen kontras dan onkoterapi? Mangan telah digunakan dalam agen kontras MRI, yang boleh memudahkan terjemahan terapi yang cepat.
• Pembangunan penderma Mn²⁺: penderma nano disasarkan yang menyampaikan Mn²⁺ khusus kepada tumor, meminimumkan pendedahan sistemik.
• Gabungan dengan imunoterapi: apoptosis yang dipertingkatkan boleh meningkatkan pengeluaran neoantigen dan meningkatkan tindak balas terhadap perencat pusat pemeriksaan.

Penulis menekankan beberapa perkara penting:

• Paradigma baharu untuk terapi UPR
  "Kami telah menunjukkan bahawa bukannya menekan sensor UPR IRE1α, adalah mungkin untuk mencapai kesan antitumor dengan terlalu mengaktifkannya," kata Prof. Wang Likun (CAS). "Ini membuka strategi baharu untuk terapi kanser berdasarkan tekanan ER yang 'terlebih'."

• Kekhususan mekanisme
  “Mn²⁺ secara selektif merangsang cawangan RIDD dan JNK IRE1α tanpa mengaktifkan laluan XBP1s adaptif,” kata Dr. Li Chang (NCI). "Tindak balas 'berat sebelah' ini memastikan apoptosis sel tumor dengan kesan minimum pada sel normal."

• Prospek untuk terjemahan klinikal
  "Memandangkan mangan telah digunakan sebagai agen kontras dalam MRI, kami mempunyai setiap peluang untuk menyesuaikan penderma Mn²⁺ dengan cepat untuk klinik," komen Prof. Sarah Lee (Minnesota). "Langkah seterusnya adalah untuk membangunkan sistem penghantaran yang disasarkan kepada tumor."

• Potensi untuk terapi gabungan
  "Pengaktifan berlebihan IRE1α boleh meningkatkan pengeluaran neoantigen dan meningkatkan tindak balas kepada imunoterapi," tambah Dr. Tanaka (CAS). “Gabungan Mn²⁺ dengan perencat pusat pemeriksaan menjanjikan kesan sinergistik.”

• Keselamatan dan Selektif
  "Dalam model praklinikal kami, Mn²⁺ tidak menyebabkan kerosakan pada tisu normal atau meningkatkan ketoksikan sistemik," kata Dr. Martinez (Minn.). "Ini penting untuk beralih ke ujian klinikal."

Kajian ini menetapkan kursus baru untuk rawatan kanser melalui pengaktifan terkawal tindak balas tekanan selular dan memperkenalkan mangan sebagai agen antitumor yang mampu membebankan mekanisme survival sel kanser.