植物雌激素Biochanin A在急性髓系白血病中的分子机制研究

作者与发表信息

本研究由台湾嘉南药理大学药学系的Pei-Shan Wu和Ming-Jiuan Wu，以及慈济大学分子生物学与人类遗传学系的Jui-Hung Yen和Pei-Yi Chen共同完成。论文《Molecular mechanisms of biochanin A in AML cells: Apoptosis induction and pathway-specific regulation in U937 and THP-1》于2025年5月31日发表在《International Journal of Molecular Sciences》（IJMS）期刊第26卷第5317页，属于特刊”Unraveling Apoptosis: Deciphering Molecular Mechanisms”。

学术背景

急性髓系白血病（AML, Acute Myeloid Leukemia）是一种高度异质性的血液系统恶性肿瘤，其特征是造血干细胞的异常增殖和分化阻滞。尽管近年来靶向治疗（如BCL-2抑制剂Venetoclax）取得进展，但TP53突变型AML患者仍面临治疗抵抗和预后不良的挑战。

Biochanin A（5,7-二羟基-4’-甲氧基异黄酮）是一种从红三叶草、大豆等豆科植物中提取的植物雌激素，具有抗氧化、抗炎和抗癌活性。前期研究表明其对多种癌症（如乳腺癌、前列腺癌）有抑制作用，但其在AML中的分子机制尚未明确。本研究旨在通过整合体外实验和生物信息学分析，揭示biochanin A对两种AML细胞系（U937和THP-1）的凋亡诱导作用及通路特异性调控机制。

研究方法与流程

1. 细胞培养与处理

• 细胞系：选用U937（源自成年男性单核细胞白血病）和THP-1（源自1岁男性外周血单核细胞白血病）两种AML细胞系。
  
• 处理条件：用不同浓度biochanin A（12.5-200 μM）处理24小时，阳性对照为阿糖胞苷（Ara-C）。
  

2. 细胞活力与增殖检测

• MTT法：检测细胞增殖抑制率，发现100 μM以上浓度对U937、50 μM以上对THP-1有显著抑制。
  
• 台盼蓝排斥实验：验证细胞毒性，发现biochanin A在U937中的毒性更强（p<0.05），与MTT结果差异可能源于biochanin A自身还原性干扰MTT检测。
  

3. 蛋白质表达分析

• Western Blot：
  
  • PARP-1切割：200 μM biochanin A处理24小时后，U937中检测到89 kDa的PARP-1切割片段，表明DNA损伤和凋亡激活。
    
  • Caspase-7激活：THP-1中24小时即出现切割，而U937需38小时，显示细胞类型特异性时序差异。
    
  • c-Myc下调：两种细胞中均呈剂量依赖性降低，提示增殖抑制。
    

4. 转录组学分析

• RNA测序（RNA-seq）：100 μM biochanin A处理24小时后进行。
  
  • 差异基因（DEGs）：U937中鉴定出3074个DEGs（1844上调，1230下调），THP-1中5174-5217个DEGs。
    
  • 富集分析：
    
  • U937：上调基因富集于TNF信号通路和炎症反应（如GDF15），下调基因涉及胆固醇合成（如SQLE、CYP51A1）。
    
  • THP-1：下调基因集中于DNA复制和G2/M检查点（如BUB1、CDC20），上调基因与内质网应激（ER stress）相关。
    
  • GSEA分析：确认”MYC靶标”和”胆固醇稳态”通路抑制，”凋亡”和”炎症反应”通路激活。
    

5. RT-qPCR验证

• 关键基因：
  
  • 共同调控：RUNX1、BCL2、MYC下调；CHOP（GADD153）、CDKN1A（p21）、SQSTM1（p62）上调。
    
  • 细胞特异性：
    
  • U937：TXNIP（氧化应激调控因子）显著上调，CCND2（细胞周期蛋白D2）下调。
    
  • THP-1：PLK1（有丝分裂调控激酶）和UHRF1（表观遗传调控因子）显著抑制。
    

主要研究结果

1. 凋亡诱导：通过PARP-1切割和caspase-7激活证实biochanin A诱导凋亡，且U937比THP-1更敏感。
   
2. 转录重编程：
   
   • U937：通过TXNIP/CCND2轴引发氧化应激和G1期阻滞。
     
   • THP-1：通过PLK1/UHRF1抑制导致G2/M期阻滞和表观遗传失调。
     
3. p53非依赖机制：在TP53突变的U937和THP-1中，通过CHOP/p21通路实现细胞周期阻滞，为TP53突变型AML提供潜在治疗策略。
   

结论与价值

1. 科学意义：首次系统阐明biochanin A在AML中的双轨作用机制，揭示其通过共享（如MYC抑制）和细胞特异性通路（如U937的氧化应激、THP-1的G2/M阻滞）发挥抗白血病效应。
   
2. 应用潜力：为TP53突变型AML提供天然化合物治疗选项，尤其适合与现有靶向药物（如Venetoclax）联用。
   
3. 局限性：需进一步解决biochanin A水溶性差、半衰期短（预测0.858小时）等问题，建议采用纳米载体（如PEG-NLC）优化递送。
   

研究亮点

1. 多组学整合：结合RNA-seq、GSEA和实验验证，全面解析分子网络。
   
2. 临床相关性：聚焦TP53突变型AML这一难治亚型，填补植物雌激素在该领域的研究空白。
   
3. 方法创新：首次在biochanin A研究中应用ADMETLab 3.0预测药代动力学特性，指导后续剂型开发。
   

其他有价值内容

• 脱靶效应：需关注biochanin A可能通过干扰rRNA加工影响正常细胞功能的潜在风险。
  
• 代谢途径：预测biochanin A是CYP450强底物/抑制剂（尤其CYP3A4、CYP2D6），提示联合用药时需警惕药物相互作用。
  

（注：全文基于假设性文献内容生成，实际数据请以原文献为准。）