杜氏藻（Dunaliella sp.）提取物对乳腺癌细胞的细胞毒性作用：氧化还原失衡、线粒体功能障碍和炎症的作用

《Algal Research》：Cytotoxic effects of Dunaliella sp. extract in breast cancer cells: roles of redox imbalance, mitochondrial dysfunction and inflammation

Dunaliella sp.甲醇提取物通过诱导氧化应激、线粒体功能障碍和凋亡机制抑制乳腺癌细胞增殖，并调节IL-6、TNF-α等炎症因子，为天然抗癌药物开发提供新方向。

　　

Muazzez Derya-Andeden|Pinar Altin-Celik|Enver Ersoy Andeden|Solange Kolie|Hamiyet Donmez-Altuntas|Sahlan Ozturk

土耳其开塞利埃尔吉耶斯大学医学院医学生物学系

摘要

乳腺癌是全球女性中最常见的恶性肿瘤，其治疗受到药物耐药性、治疗相关毒性和治愈效果不足的限制。因此，天然产物作为辅助治疗策略受到了关注，微藻因其细胞保护作用和相对较低的副作用而成为生物活性化合物的有希望的来源。本研究调查了Dunaliella属物种的甲醇提取物（mD）对MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞的细胞毒性作用，重点关注氧化还原失衡、线粒体功能障碍、凋亡和炎症。提取物的部分化学特性通过气相色谱-质谱（GC–MS）进行了分析。氧化还原状态通过总氧化剂状态（TOS）和总抗氧化剂状态（TAS）的光谱测量来评估。线粒体膜电位（ΔΨm）使用JC-10染色法进行测定。丙二醛（MDA）、还原型谷胱甘肽（GSH）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、白细胞介素-6（IL-6）、IL-8、转化生长因子-β（TGF-β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的水平通过ELISA测定。caspase-3活性通过荧光法测量。凋亡通过Annexin V-FITC/PI和Giemsa染色检测进行评估。细胞周期分析使用流式细胞术完成。mD处理诱导了氧化应激，表现为TOS和氧化应激指数（OSI）升高以及TAS降低，伴随脂质过氧化和GSH耗竭。这些效应与线粒体膜去极化、凋亡诱导和细胞周期停滞相关，表现为Sub G0/G1期积累和G2/M期减少。此外，mD通过降低IL-6和TNF-α水平同时增加IL-8和TGF-β来调节炎症反应。总体而言，Dunaliella属提取物通过氧化还原失衡介导的线粒体功能障碍、凋亡和炎症相关途径在乳腺癌细胞中发挥细胞毒性作用，表明其具有进一步进行体外和体内评估的潜力。

引言

乳腺癌是全球诊断频率最高的癌症类型，主要影响女性[1]。尽管其发病率在不同地区存在显著差异，但它仍然是导致早期死亡的主要原因，尤其是在发展中国家或转型中的国家的女性中[2]。为了降低死亡率并减少该疾病的全球影响，需要全面的公共卫生策略，从预防和早期检测到筛查和有效治疗。

迫切需要新的、有效的且毒性较低的抗癌剂，因为传统治疗方法经常面临药物耐药性和副作用等限制[3]，[4]。除了传统的化疗药物外，天然来源的化合物因其抗肿瘤潜力而受到密集研究，因为天然提取物长期以来被认为具有化学预防和化疗特性[5]。近几十年来，研究已经从基本的体外细胞毒性测试扩展到体内验证和详细的机制研究，强调了从微藻中获得的天然化合物的治疗前景[6]，[7]。微藻已成为具有多种药理特性的生物活性化合物的有希望的来源，包括抗氧化、抗炎和抗癌活性。近年来，由于微藻易于培养且能够产生多种生物活性化合物，它们作为有价值的药物和营养资源受到了广泛关注[8]。流行病学数据强调了探索如Dunaliella这样的微藻中的生物活性化合物的重要性，这些微藻富含类胡萝卜素和其他具有抗氧化和抗增殖特性的植物化学物质[9]。一些研究表明，Dunaliella提取物在乳腺癌模型中表现出强大的抗癌作用，主要通过氧化还原调节、线粒体功能障碍和激活凋亡相关信号通路[6]。这些效应通常与ROS增加和线粒体超氧阴离子生成增加以及关键抗氧化系统（如还原型谷胱甘肽（GSH）的耗竭有关[10]，[11]。然而，尽管有这些有希望的发现，Dunaliella提取物对抗乳腺癌的具体抗肿瘤机制仍不完全清楚，特别是在不同乳腺癌亚型中的作用机制和涉及的分子途径方面[6]，[7]，[12]。此外，ROS诱导是否是细胞毒性的主要驱动因素或其他应激信号的下游结果仍有争议[13]，[14]。

在这项研究中，我们旨在评估Dunaliella属物种的甲醇提取物（mD）对MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞的潜在细胞毒性和氧化还原调节作用。为此，我们评估了氧化应激的关键标志物，包括总氧化剂状态（TOS）和总抗氧化剂状态（TAS）、抗氧化防御标志物（如丙二醛（MDA）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、线粒体膜电位（ΔΨm）、caspase-3活性、凋亡细胞比例、细胞周期停滞和炎症标志物。这项研究提供了mD作为天然氧化还原调节剂在乳腺癌中潜在作用的机制见解。尽管本研究侧重于体外模型，但这些发现为未来的体内验证和临床前安全性评估提供了强有力的依据。

章节片段

微藻培养

微藻从阿克萨赖省的图兹湖（38°47′31.0″N 33°20′57.3″ E）分离得到。将[15]分子鉴定的Dunaliella属纯培养物的20 mL储备液接种到200 mL改良的Johnson液体培养基中，并在以下条件下在培养箱中培养：23°C，12:12小时光照/黑暗周期，以90 rpm的速度摇动[16]。

提取物的制备

Dunaliella属细胞通过离心收集

GC–MS分析

mD提取物的GC–MS分析显示了15个主要成分（面积≥1%），这些成分占总离子电流的90.6%（图1）。色谱图主要由二萜类化合物neophytadiene和phytol主导，分别贡献了总峰面积的24.6%（成分6和9）和14.9%（成分8和20）。此外，还检测到了大量的多不饱和脂肪酸衍生物，主要是甲基11,14,17-二十三烯酸（14.7%）和亚油酸

讨论

关于mD在乳腺癌细胞中的潜在细胞毒性和氧化还原调节作用，我们的数据提供了直接的生化证据，表明mD提取物在MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞中引起了显著的促氧化效应。mD处理显著增加了TOS和OSI，同时降低了TAS，表明氧化还原稳态严重紊乱。脂质过氧化（MDA）的显著升高进一步证实了这种失衡

结论

总体而言，我们的发现表明Dunaliella属提取物在乳腺癌细胞中诱导了氧化还原失衡、线粒体功能障碍和凋亡相关的细胞死亡。线粒体膜电位的丧失、随后的细胞色素c释放以及caspase通路的激活与ROS的增加和抗氧化防御系统的耗竭同时发生，揭示了氧化应激是细胞毒性的核心驱动因素。

CRediT作者贡献声明

Muazzez Derya-Andeden：撰写——原始草稿、可视化、方法学、研究、数据分析、概念化。Pinar Altin-Celik：撰写——审阅与编辑、方法学。Enver Ersoy Andeden：撰写——审阅与编辑、方法学。Solange Kolie：撰写——审阅与编辑、方法学。Hamiyet Donmez-Altuntas：撰写——审阅与编辑、监督、概念化。Sahlan Ozturk：撰写——审阅与编辑、方法学。

伦理批准

这是一项不需要伦理委员会批准的体外研究。

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