Biological effects of phytocannabinoids and endocannabinoids on oestrogen receptor-positive (ER+) breast cancer cells

Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2018Breast cancer is one of the most common forms of cancer worldwide and the second leading cause of cancer-related death. Oestrogen receptor positive (ER+) breast cancer makes up the majority of breast cancer cases, where oestrogens play a key role in promoting cancer cell growth and tumour progression. Besides the therapeutic success of the endocrine therapies and their clinical effectiveness in the treatment of this type of tumours, the side effects associated with these therapies, along with the development of endocrine resistance, emphasise the importance and the need to find new and improved therapies. In recent years, several studies on different cancer cell models, including breast cancer, have demonstrated and enhanced the anticancer properties of cannabinoids. Considering this, in this study, the in vitro effects of the phytocannabinoids, cannabidiol (CBD) and Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), as well as of the endocannabinoid anandamide (AEA), were investigated on an ER+ breast cancer cell line that overexpresses the enzyme aromatase (MCF-7aro) and on a resistant ER+ breast cancer cell line (LTEDaro), which mimics the late-stage of resistance to endocrine therapy. A non-tumour fibroblastic cell line (HFF-1) was also used to explore whether these compounds are toxic towards non-cancerous cells. Our results demonstrate that AEA, CBD and THC are non-toxic towards the non-cancerous cells, and have the ability to reduce MCF-7aro cell viability and inhibit and decrease the levels of aromatase, as well as ERα, in these cells. Moreover, in MCF-7aro cells, these compounds also caused cell cycle arrest and induced apoptotic cell death in, through the mitochondrial pathway. Curiously, AEA and CBD also caused an up-regulation of ERβ levels in these cells, which along with aromatase inhibition may be a therapeutic advantage for this type of tumour. Contrary to CBD, the effects induced by THC on these cells were dependent on cannabinoid receptors CB1 and CB2, while for AEA were only CB2-dependent. In addition, it was also shown that CBD induced autophagy in MCF-7aro cells as a promoter mechanism of apoptosis. Interestingly, the resistant LTEDaro cells were sensitive to cannabinoid treatment. In conclusion, these cannabinoids show promising anti-tumour properties regarding ER+ breast cancer treatment, and even in cases of late-stage resistance. Thus, the results from this study will provide relevant information for future research involving cannabinoids and cancer, which may lead to their potential use in the clinic for the treatment of this disease.O cancro de mama é uma das formas mais comuns de cancro em todo o mundo e a segunda principal causa de morte relacionada com cancro. A maioria dos casos de cancro de mama são recetor de estrogénio positivo (ER+), onde os estrogénios desempenham um papel fundamental na promoção do crescimento e progressão do tumor. No entanto, apesar do sucesso terapêutico e da eficácia clínica das terapias endócrinas utilizadas neste tipo de tumores, os efeitos adversos associados a estas terapias, juntamente com o desenvolvimento de resistência endócrina, realçam a importância e a necessidade da procura de novas terapias mais eficazes. Nos últimos anos, vários estudos em diferentes modelos celulares, incluindo cancro de mama, demonstraram a possível relevância das propriedades anticancerígenas dos canabinóides. Tendo isto em consideração, neste trabalho foram estudados os efeitos in vitro dos fitocanabinóides, canabidiol (CBD) e Δ9-tetrahidrocanabinol (THC), assim como do endocanabinóide anandamida (AEA), numa linha celular de cancro de mama ER+ que sobreexpressa a enzima aromatase (MCF-7aro) e numa linha celular resistente de cancro de mama ER+ (LTEDaro), que mimetiza a fase tardia da resistência à terapia endócrina. Uma linha celular de fibroblastos não-tumoral (HFF-1) foi também utilizada, de forma a explorar se estes compostos são tóxicos para células não-cancerígenas. Os nossos resultados demonstram que AEA, CBD e THC não são tóxicos para as células não-cancerígenas, contudo têm a capacidade de reduzir a viabilidade das células MCF-7aro e inibir e diminuir os níveis da aromatase, bem como do ERα. Além disso, em células MCF-7aro, estes compostos causaram uma paragem do ciclo celular e induziram a morte celular por apoptose, através da via mitocondrial. Curiosamente, AEA e CBD também causaram um aumento dos níveis do ERβ nessas células, o que, juntamente com a inibição da aromatase, poderá ser uma vantagem terapêutica para esse tipo de tumores. Ao contrário do CBD, os efeitos induzidos pelo THC nestas células foram dependentes dos recetores canabinóides CB1 e CB2, enquanto que para a AEA foram apenas dependentes do CB2. Para além disso, foi demonstrado também que o CBD induziu autofagia nas células MCF-7aro como um mecanismo promotor da apoptose. Curiosamente, as células resistentes LTEDaro foram sensíveis ao tratamento com os canabinóides. Em conclusão, estes canabinóides apresentaram propriedades anti-tumorais promissoras para o tratamento do cancro de mama ER+, até mesmo em casos de uma resistência tardia. Assim, os resultados deste estudo poderão fornecer informações relevantes para pesquisas futuras envolvendo canabinóides e cancro, o que poderá conduzir ao seu potencial uso na clínica para o tratamento desta doença.This project had the financial support from Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), through the attribution of the Post-Doc grant to Cristina Amaral (SFRH/BPD/98304/2013) and by the project FCT/MEC (UID/MULTI/04378/2013 – POCI/01/0145/FEDER/007728), co-financed by FEDER and by national funds, under the Partnership Agreement PT2020