Dehydroepiandrosterone-α-2-Deoxyglucoside Exhibits Enhanced Anticancer Effects in MCF-7 Breast Cancer Cells and Inhibits Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase Activity.

1.논문 제목: Dehydroepiandrosterone-α-2-Deoxyglucoside Exhibits Enhanced Anticancer Effects in MCF-7 Breast Cancer Cells and Inhibits Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase Activity.

2.저자명: Hsu-Feng Liu, Shen-Chieh Chou, Sheng-Cih Huang, Tzu-Yu Huang, Po-Yun Hsiao, Feng-Pai Chou, Tung-Kung Wu

3.Publish : 26 August 2024

4.DOI : 10.1111/cbdd.14624

5.Abstract: In the pentose phosphate pathway, dehydroepiandrosterone (DHEA) uncompetitively inhibits glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD), reducing NADPH production and increasing oxidative stress, which can influence the onset and/or progression of several diseases, including cancer. 2-Deoxy-D-glucose (2-DG), a glucose mimetic, competes with glucose for cellular uptake, inhibiting glycolysis and competing with glucose-6-phosphate (G-6-P) for G6PD activity. In this study, we report that DHEA-α-2-DG (5), an α-covalent conjugate of DHEA and 2-DG, exhibits better anticancer activity than DHEA, 2-DG, DHEA +2-DG, and polydatin in MCF-7 cells, and reduces NADPH/NADP+ ratio in cellular assays. In vitro enzyme kinetics and molecular docking studies showed that 5 uncompetitively inhibits human G6PD activity and binds to the structural NADP+ site but not to the catalytic NADP+ site. Further combining 5 with the FDA-approved drug tamoxifen enhanced its cytotoxicity against MCF-7 cells, suggesting that it could serve as a candidate for combination of drug strategies.

6.한글 초록: 펜토스 인산 경로에서 dehydroepiandrosterone(DHEA)는 glucose-6-phosphate dehydrogenase(G6PD)를 비경쟁적으로 억제하여 NADPH 생성을 감소시키고 산화 스트레스를 증가시킴. 이는 암을 포함한 여러 질환의 발생 및/또는 진행에 영향을 줄 수 있음. 2-Deoxy-D-glucose(2-DG)는 포도당 유사체로서 세포 내 유입 과정에서 포도당과 경쟁하며, 해당과정을 억제하고 glucose-6-phosphate(G-6-P)와 G6PD 활성에 대해 경쟁함. 본 연구에서는 DHEA와 2-DG의 α-공유 결합 접합체인 DHEA-α-2-DG(5)가 MCF-7 세포에서 DHEA, 2-DG, DHEA + 2-DG, 그리고 polydatin보다 더 우수한 항암 활성을 나타내며, 세포 실험에서 NADPH/NADP⁺ 비율을 감소시킴을 보고함. 시험관 내 효소 반응 속도 분석과 분자 도킹 연구 결과, 화합물 5는 인간 G6PD 활성을 비경쟁적으로 억제하며, 촉매적 NADP⁺ 결합 부위에는 결합하지 않고 구조적 NADP⁺ 결합 부위에 결합함을 확인함. 또한 5를 FDA 승인 약물인 tamoxifen과 병용하였을 때 MCF-7 세포에 대한 세포독성이 더욱 증가함을 확인함. 이는 5가 병용 약물 전략을 위한 후보 물질로 활용될 수 있음을 시사함.

7.한글 요약본

Introduction: 암세포는 Warburg effect(해당 증가)로 빠르게 증식하며, 동시에 ROS 해독을 위해 NADPH 수요가 큼 → NADPH 공급원으로 PPP와 G6PD가 중요함. DHEA는 포유류 G6PD의 uncompetitive 억제제로 알려져 있으나, 임상적 적용엔 고용량 필요/androgenic 성질 등의 한계가 제기됨. 2-DG는 glycolysis를 억제하고 NADPH/NADP⁺ 균형에도 영향을 주지만, G6PD 특이 억제제는 아님.

Results and Discussion :

∙ ‘DHEA-(α/β)-당 결합체(2–8)’를 효소적 one-pot 시스템으로 합성하고 구조 확인. (p.2–3, Fig.1–2, Supplementary)

∙ ‘MCF-7에서 α-형 중 특히 DHEA-α-2-DG(5)’가 가장 강한 세포독성을 보이며, 정상 유방 상피세포(H184 B5/F5)에는 독성이 거의 없음. (p.3–4, Fig.3)

∙ G6PD 활성 억제 실험에서 5가 가장 강력(거의 complete inhibition 수준)이며, kinetics로 uncompetitive 억제를 지지. (p.4–5, Fig.5, Fig.7)

∙  세포 기반으로 NADPH/NADP⁺ 비율 감소를 보여 redox imbalance와 연결. (p.5, Fig.6)

∙  도킹으로 5가 catalytic NADP⁺ site가 아니라 structural NADP⁺ site 쪽과 연관된 결합 양상을 제시. (p.5–6, Fig.8)

∙  Tamoxifen과 병용 시 MCF-7 세포 독성이 강화되는 조합 전략 제안. (p.4, Fig.4)

Conclusion: DHEA와 2-DG의 공유결합 결합체(특히 DHEA-α-2-DG, 5)가

∙  MCF-7에서 DHEA/2-DG 단독 및 비공유 혼합(DHEA+2-DG)보다 강한 세포독성을 보이고, (p.4)

∙  human G6PD를 uncompetitive하게 강력 억제하며, (p.5, Fig.5/7)

∙  세포에서 NADPH/NADP⁺ ratio를 낮춰 redox imbalance를 유도하고, (p.5, Fig.6)

∙  도킹상 structural NADP⁺ site 결합 가능성을 제시함. (p.5–6, Fig.8)

단독 효능은 “매우 강력한 top inhibitor” 수준이라기보다는 중등도로 평가하면서도, Tamoxifen과 병용 시 효과가 강화되고, 정상세포에서 독성이 낮을 가능성을 장점으로 제시. (p.4, p.6–7)

8.대표 Figure