Background: Accumulating evidence has implicated ALDH+ cancer cells that exhibit many features of cancer stem cells as a cause of metastasis and recurrence in breast cancer because of their unique characteristics, including quiescent proliferation status, self-renewal capacity and pluripotency. Disulfiram (DSF), which is an inhibitor of ALDH, is inexpensive, accessible worldwide, and an approved drug. Investigation of the inhibitory effect of DSF and combination effect of DSF/cisplatin will potentially improve the therapeutic outcomes of patients. Methods: The cytotoxic effect of DSF on breast cancer cells was demonstrated by MTT assay. Spheroid formation, ALDH activity assay by FACS, and stemness-related transcription factor expression (Sox2, Oct3/4 and Nanog) by RT-PCT were performed to investigate the inhibitory effect on breast cancer stem cells. Cell sorting was used to further assess the effect of DSF on ALDH+/- cells. Cellular apoptosis, cell cycle, and intracellular reactive oxygen species (ROS) were detected by flow cytometry to further explore the mechanisms of DSF/cisplatin combination. Results: Disulfiram exhibited dose-dependent cytotoxicity on breast cancer cell lines in vitro. 1 μM DSF was found to be adequate to inhibit spheroid formation. The average spheroid number decreased from 5 to 1 in MCF7, from 5 to 0 in MDA-MB-435S, and from 3 to 1 in SKB-R3 compared with untreated control cells, respectively (P<0.05). The mRNA levels of Sox2, Oct3/4, and Nanog of SDCs after DSF treatment were all significantly decreased, and even lower than those observed in MDCs (P<0.05). DSF sensitized breast cancer cells for cisplatin treatment, and induced more cellular apoptosis when combined with cisplatin. DSF overcame cisplatin resistance in ALDH+ cells and yielded a synergistic effect in combination with cisplatin (CI<1). DSF/cisplatin enhanced the accumulation of more ROS than by single drug treatment. DSF showed a concentration-dependent and time-dependent effect on ROS accumulation. ROS production in ALDH+/- cells reached the same level after DSF treatment. Conclusion: Our findings provided strong evidence that DSF modulates ALDH activity and increases sensitivity to cisplatin treatment in breast cancer cells. Our results indicated that CSC- mediated cisplatin-resistance in breast cancer could be abrogated by DSF. Thus, DSF, as a synergistic agent, could be considered to be investigated as a novel candidate adjuvant chemotherapeutic agent combined with cisplatin in breast cancer treatment.
Hintergrund: Mit zunehmender Evidenz werden ALDH+ Tumorzellen, die viele Eigenschaften mit Tumorstammzellen (CSC) teilen, als Ursache für Metastasierung und Rezidivierung bei Brustkrebspatientinnen identifiziert; wegen ihrer einzigartigen Eigenschaften, die proliferative Quieszenz, Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Pluripotenz einschließen. Disulfiram (DSF), ein Inhibitor der ALDH, ist preiswert, weltweit verfügbar und ein zugelassenes Medikament. Untersuchungen zu den inhibitorischen Effekten von DSF und Kombinationen von DSF/Cisplatin könnten potentiell die therapeutischen Ergebnisse für Patienten verbessern. Methoden: Der zytotoxische Effekt von DSF auf Brustkrebszellen wurde mittels MTT Test gezeigt. Spheroidbildung, ALDH Aktivitätstest durch FACS Analyse und stemness-bezogene Transkriptionsfaktorexpression (Sox2, Oct3/4 und Nanog), gemessen durch RT-PCR, wurden zur Untersuchung des inhibitorischen Effekts auf Brustkrebsstammzellen durchgeführt. Zellsortierung wurde zur weiteren Bestimmung des Effekts von DSF auf ALDH+/- Zellen benutzt. Zelluläre Apoptose, Zellzyklus und intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wurden durchflusszytometrisch detektiert, um die Mechanismen von DSF/Cisplatin in Kombination zu untersuchen. Ergebnisse: DSF zeigte eine dosisabhängige Zytotoxizität auf Brustkrebszellen in vitro. 1 μM DSF war ausreichend, um Spheroidbildung zu inhibieren. Die durchschnittliche Spheroidanzahl sank von 5 auf 1 in MCF7, von 5 auf 0 in MDA-MB-435S und von 3 auf 1 in SKB-R3 Zellen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen. Die mRNA Menge von Sox2, Oct3/4 und Nanog der SDCs nach DSF Behandlung waren alle signifikant reduziert und sogar niedriger als die in MDCs beobachteten (P<0.05). DSF sensitivierte Brustkrebszellen für Cisplatinbehandlung und induzierte mehr zelluläre Apoptose in Kombination mit Cisplatin. DSF überwand Cysplatinresistenz in ALDH+ Zellen und erreichte einen synergistischen Effekt in Kombination mit Cisplatin (CI<1). DSF/Cisplatin verstärkte die Ansammlung von mehr ROS als jede der Substanzbehandlungen alleine. DSF zeigte einen konzentrations- und zeitabhängigen Effekt auf ROS Akkumulation. ROS Produktion in ALDH+/- Zellen erreichte die gleiche Höhe nach DSF Behandlung. Schlussfolgerung: Unsere Resultate liefern einen Beweis dafür, dass DSF die ALDH Aktivität moduliert und die Sensitivität für Cisplatin Behandlung bei Brustkrebszellen erhöht. Sie zeigen an, dass CSC-vermittelte Cisplatinresistenz in Brustkrebs durch DSF aufgehoben werden könnte. Demnach könnte DSF, als synergistisch wirkendes Medikament, für die Untersuchung als neuer Kandidat für eine adjuvante Chemotherapie in Kombination mit Cisplatin für Brustkrebstherapie in Betracht gezogen werden.
