Двойной удар по раку: марганец гиперакти­витирует стрессовый датчик и убивает опухоль

Учёные из Института биофизики Китайской академии наук (CAS), Университета Миннесоты и Национального института рака США (NCI) во главе с проф. Ван Ликунем опубликовали в iScience исследование, в котором продемонстрировали, что двухвалентные ионы марганца (Mn²⁺) способны буквально «довести до самоуничтожения» раковые клетки, чрезмерно активируя датчик ER-стресса IRE1α и вызывая апоптоз через RIDD- и JNK-пути .

Фон: UPR и роль IRE1α

1. Управление качеством белков. Внутри эндоплазматического ретикулума (ER) клетки накапливаются неправильно свернутые белки, что запускает «ответ на ER-стресс» (UPR) через три сенсора: IRE1α, PERK и ATF6.

2. Двойная природа IRE1α.

• Адаптивная активация: умеренный ER-стресс вызывает сплайсинг XBP1 → восстановление гомеостаза.
• Терминальный ответ: при тяжёлом или продолжительном стрессе IRE1α дезактивирует XBP1-ветвь и вместо этого запускает RIDD- (Regulated IRE1α-Dependent Decay) и JNK-посредованные каскады → апоптоз.

Эта двойственность давно привлекала внимание онкологов, но преобладала идея подавлять IRE1α для ослабления адаптивной защиты опухоли. Новое исследование предлагает обратный подход — гиперактивацию IRE1α.

Экспериментальный протокол и ключевые методы

1. Культура клеток:

   • Линии рака молочной железы (MCF-7), гепатоцеллюлярной карциномы (HepG2) и нормальные контрольные клетки (HEK293).

   • Добавление MnCl₂ (0–200 µM) на 24–48 ч.

2. Биохимическая верификация IRE1α-активации:

   • Фосфорилирование IRE1α (Western blot) росло дозозависимо при 50–100 µM Mn²⁺.

   • RNase-активность (RIDD): измеряли распад мРНК-мишеней (Blos1, Sparc) с помощью qPCR.

   • JNK-путь: уровни p-JNK и его субстратов (c-Jun) увеличивались в 2–3 раза.

3. Сплайсинг XBP1s:

   • Тест RT-PCR показал, что Mn²⁺ не повышает уровень сплайс-варианта XBP1s, т.е. специфически перегружает терминальную ветвь UPR.

4. Апоптоз и выживаемость клеток:

   • Flow-cytometry (Annexin V/PI) выявил до 60 % апоптотических клеток после 48 ч обработки 100 µM Mn²⁺;

   • MTT-анализ подтвердил снижение жизнеспособности до 30 % в раковых линиях при той же дозе, тогда как нормальные клетки сохраняли 80 % выживаемости.

5. Молекулярный контроль:

   • Генетический нокаут IRE1α (CRISPR–Cas9) полностью отменял цитотоксичность Mn²⁺, доказывая зависимость от IRE1α.

   • Назначение малых молекул-ингибиторов JNK (SP600125) снижало апоптоз примерно на 50 %, указывая на участие этой ветви.

Предклинические модели in vivo

1. Мышиная модель рака молочной железы:

   • Внутритуморное введение MnCl₂ (1 мМ, 20 µL) дважды в неделю в течение 3 недель.

   • Рост опухоли: более чем в 80 % случаев опухоли сокращались или стабилизировались, контрольные продолжали прогрессировать.

2. Токсичность и безопасность:

   • Биохимия крови (ALT, AST, креатинин) оставалась в пределах нормы.

   • Гистология органов (печень, почки, сердце) без выявленных повреждений.

3. Экспрессия апоптотических маркёров:

   • Повышение активности caspase-3 и TUNEL-положительных клеток в опухолевых участках.

Значение и перспективы

«Мы впервые показали, что селективное гиперактивирование IRE1α с помощью Mn²⁺ переворачивает протокол UPR в опухолевых клетках, отдавая приоритет апоптозу, — поясняет проф. Ван Ликунь. — Это открывает новую ветвь онкотерапии, где вместо подавления защитных путей мы их “перегружаем”» .

• Контрастный агент и онкотерапия? Марганец уже используется в МРТ-контрастах, что может облегчить быструю трансляцию терапии.
• Разработка доно­ров Mn²⁺: целевые нанодоно­ры, доставляющие Mn²⁺ именно в опухоль, минимизируя системное воздействие.
• Комбинация с иммунотерапией: усиленный апоптоз может повысить образование неоантигенов и улучшить ответ на чек-пойнт-ингибиторы.

Авторы подчёркивают несколько ключевых моментов:

• Новая парадигма UPR-терапии
  «Мы показали, что вместо подавления UPR-сенсора IRE1α можно добиться противоопухолевого эффекта его чрезмерной активацией, — говорит проф. Ван Ликунь (CAS). — Это открывает новую стратегию терапии рака, основанную на “перегрузке” стресса ER» .

• Специфичность механизма
  «Mn²⁺ селективно стимулирует RIDD- и JNK-ветвь IRE1α без активации адаптивного XBP1s-пути, — отмечает д-р Ли Чан (NCI). — Такой «смещённый» ответ гарантирует апоптоз опухолевых клеток при минимальном влиянии на нормальные» .

• Перспективы клинической трансляции
  «Поскольку марганец уже применяется как контраст в МРТ, у нас есть все шансы быстро адаптировать Mn²⁺-доноры для клиники, — комментирует проф. Сара Ли (Миннесота). — Следующий шаг — разработать таргетированные системы доставки в опухоль» .

• Потенциал комбинированной терапии
  «Гиперактивация IRE1α может усилить образование неоантигенов и улучшить ответ на иммунотерапию, — добавляет д-р Танака (CAS). — Комбинация Mn²⁺ с чек-пойнт-ингибиторами обещает синергетический эффект» .

• Безопасность и селективность
  «В наших доклинических моделях Mn²⁺ не вызывал повреждений в нормальных тканях и не повышал системную токсичность, — отмечает д-р Мартинес (Миннесота). — Это критично для перехода к клиническим испытаниям» .

Это исследование задаёт новый курс лечения рака через управляемую активацию клеточного стресс-ответа и представляет марганец как противоопухолевый агент, способный чрезмерно нагрузить механизмы выживания раковых клеток.