《Molecules》：In Vitro Cytotoxic Activity of Coleus hadiensis Methanolic Extract: Metabolic and Transcriptomic Effects in Lung Cancer Cell Line
Ana L. Valdez-Arellanes,
Mónica A. Ramírez-Cabrera,
Eder U. Arredondo-Espinoza,
Emanuel Hernández-Nú?ez,
Monica N. Sanchez-González,
Isaias Balderas-Rentería and
Karla Ramirez-Estrada
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肺癌具有高死亡率，其肿瘤细胞代谢重编程是维持增殖的关键。为解决寻找新型抗癌策略的需求，研究人员评估了毛喉鞘蕊花（Coleus hadiensis）甲醇提取物对HTB-177肺癌细胞的体外细胞毒性，并通过1H-NMR代谢组学与转录组学多组学方法探究其作用机制。结果表明，该提取物能选择性抑制肺癌细胞生长（IC50= 192.85 μg/mL），并通过逆转Warburg效应、调节Krebs循环、脂质代谢及促凋亡基因HRK上调等多重机制，重塑癌细胞代谢网络，为开发植物源抗癌药物提供了新的分子基础和潜在靶点。
肺癌是全球范围内最致命的癌症之一，其高死亡率与肿瘤的侵袭性行为、晚期诊断以及对常规疗法的耐药性密切相关。尽管靶向治疗和免疫疗法取得了进展，但生存率仍然很低，尤其是在获得专业治疗机会有限的地区，这凸显了对新治疗策略的迫切需求。在癌症的发生发展中，一个核心特征是肿瘤细胞的代谢重编程。与主要依赖氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation）供能的正常细胞不同，肺癌细胞常常增强有氧糖酵解（即Warburg效应），即使在缺氧的肿瘤微环境中也能茁壮成长。这种代谢的灵活性不仅支持增殖，还促进了对细胞死亡机制的抵抗和免疫监视的逃避，从而推动了肿瘤的进展和转移。因此，调节这种有利于癌症特征发展的异常代谢，成为攻击癌细胞的新思路。在此背景下，源自植物的生物活性化合物因其能够破坏细胞能量生产过程而受到广泛关注。
药用植物是人类最常用的治疗选择之一，唇形科（Lamiaceae）植物因其高含量的酚类化合物和具有抗癌活性的萜类化合物而备受关注。毛喉鞘蕊花（Coleus hadiensis）是唇形科的一种半肉质、草本、高芳香性植物，在非洲传统医学中用于消化系统和呼吸道疾病。该植物富含萜烯和酚类化合物，具有包括抗菌、抗真菌和抗炎在内的多种生物活性。近年来的研究表明，该植物的提取物对结肠癌和宫颈癌细胞系具有抗增殖作用，但其对肺癌的潜力尚未被充分探索。为了填补这一空白，并深入探究其作用机制，本研究评估了毛喉鞘蕊花甲醇提取物对HTB-177肺癌细胞的体外细胞毒性，并采用代谢组学与转录组学相结合的多组学方法，系统揭示了该提取物如何扰动维持肿瘤生长的代谢网络和基因表达，为开发新型植物源抗癌药物提供科学依据。相关研究成果发表在《Molecules》期刊上。
为开展此项研究，作者主要运用了以下几项关键技术方法：首先，对毛喉鞘蕊花进行了甲醇提取，并进行了定性和定量（高效液相色谱HPLC-DAD）植物化学分析，以鉴定其主要酚酸成分。其次，使用MTT法测定了提取物对HTB-177肺癌细胞和非癌性Vero细胞的细胞毒性，并计算了IC50和选择性指数。接着，通过基于核磁共振氢谱（1H-NMR）的代谢组学技术，分析了经提取物处理后细胞内（极性和亲脂性）及细胞外代谢物的变化。最后，利用微阵列（Microarray）技术进行了转录组学分析，以评估基因表达变化，并整合代谢组学与转录组学数据进行通路富集分析，以揭示其作用的分子机制。
研究结果
2.1. 植物化学筛选
甲醇提取物产率为6.71%，植物化学筛查显示其含有甾醇、萜类、生物碱、单宁、皂苷和酚类等多种次生代谢物。定量分析显示总酚含量为127.8 mg GAE/g样品。HPLC分析进一步鉴定出三种主要的酚酸：没食子酸（GA）、阿魏酸（FA）和迷迭香酸（RA），其中迷迭香酸含量最高（9.73 mg/g DW）。
2.2. 毛喉鞘蕊花甲醇提取物的细胞毒性效应
MTT实验显示，提取物对HTB-177肺癌细胞具有剂量依赖性的细胞毒性，其IC50为192.85 μg/mL，而对非癌性Vero细胞的IC50为618 μg/mL。提取物对肺癌细胞的选择性指数为3.20，表明其对癌细胞具有高选择性。参考药物长春新碱（Vincristine）显示出更强的细胞毒性，但提取物展示了良好的选择性活性。
2.3. 毛喉鞘蕊花甲醇提取物对细胞代谢谱的非靶向代谢组学效应
1H NMR谱图显示，经提取物处理后，HTB-177细胞的碳水化合物区域信号减弱，脂质区域信号发生变化。主成分分析（PCA）表明，处理后HTB-177癌细胞的极性代谢物和细胞外代谢物谱向非癌性Vero细胞的谱图靠拢，提示提取物诱导了癌细胞的代谢“正常化”。
2.4. 靶向代谢组学——毛喉鞘蕊花提取物诱导的代谢变化
通过靶向分析鉴定出34种代谢物。热图和倍数变化分析显示，提取物处理后，HTB-177细胞的糖酵解、Krebs循环和脂质代谢发生显著改变。具体表现为：细胞内葡萄糖和乳酸水平下降，而丙酮酸水平上升，提示Warburg效应被逆转；柠檬酸和琥珀酸水平下降，表明Krebs循环和脂质合成受限；多种氨基酸（如亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸）水平降低；酮体（如3-羟基丁酸）和磷酸胆碱水平也下降。这些变化共同指向癌细胞增殖所需的生物合成前体供应受阻。
2.5. 转录组谱
微阵列分析发现，提取物处理后HTB-177细胞中有673个基因上调和500个基因下调。通路富集分析揭示了糖酵解、丙酮酸代谢、氨基酸降解等通路受到显著影响。关键基因变化包括：苹果酸酶1（ME1）基因上调，这与观察到的丙酮酸水平增加相关；醛脱氢酶7家族成员A1（ALDH7A1）和天冬酰胺酶（ASRGL1）基因下调，与氨基酸分解代谢改变有关；尤为重要的是，促凋亡基因HRK显著上调，这可能是诱导癌细胞凋亡的关键机制。
结论与讨论
本研究表明，毛喉鞘蕊花甲醇提取物对HTB-177肺癌细胞表现出选择性的体外细胞毒性。其抗癌机制是一个多靶点协同作用的过程。在代谢层面，提取物通过逆转Warburg效应（降低乳酸，增加丙酮酸）、抑制Krebs循环的异常流动（降低柠檬酸和琥珀酸）、干扰脂质合成（降低磷酸胆碱和酮体）以及减少氨基酸可用性，全面扰乱了癌细胞增殖所依赖的中央代谢途径。在基因表达层面，提取物上调了促凋亡基因HRK，同时调节了ME1、ALDH7A1、ASRGL1等多个代谢相关基因的表达，这些转录变化与观察到的代谢物改变相互印证。
综上所述，这项研究首次整合代谢组学与转录组学，系统阐明了毛喉鞘蕊花提取物通过多靶点调控肺癌细胞代谢重编程和基因表达，从而发挥选择性抗肿瘤活性的分子机制。该提取物，特别是其中高含量的迷迭香酸等酚类成分，能够使癌细胞的异常代谢向正常化方向逆转，并激活内在凋亡通路。这些发现不仅为毛喉鞘蕊花的传统药用价值提供了现代科学依据，更重要的是，揭示了其作为新型抗癌先导化合物或辅助治疗剂的巨大潜力，为针对肺癌代谢脆弱性的药物研发提供了新的思路和具体的分子靶点。未来的研究可进一步分离鉴定其中的活性单体成分，并在体内模型中验证其疗效与安全性。
