Discovery and Validation of Nitroxoline as a Novel STAT3 Inhibitor in Drug-resistant Urothelial Bladder Cancer

Abstract

Repeated cycles of first-line chemotherapy drugs such as doxorubicin (DOX) and cisplatin (CIS) trigger frequent chemoresistance in recurrent urothelial bladder cancer (UBC). Nitroxoline (NTX), an antibiotic to treat urinary tract infections, has been recently repurposed for cancer treatment. Here we aimed to investigate whether NTX suppresses drug-resistant UBC and its molecular mechanism. The drug-resistant cell lines T24/DOX and T24/CIS were established by continual exposure of parental cell line T24 to DOX and CIS, respectively. T24/DOX and T24/CIS cells were resistant to DOX and CIS, respectively, but they were sensitive to NTX time- and dose-dependently. Overexpressions of STAT3 and P-glycoprotein (P-gp) were identified in T24/DOX and T24/CIS, which could be reversed by NTX. Western blot revealed that NTX downregulated p-STAT3, c-Myc, Cyclin D1, CDK4, CDK6, Bcl-xL, Mcl-1, and Survivin, which were further confirmed by Stattic, a selective STAT3 inhibitor. In vivo, NTX exhibited the significant anti-tumor effect in T24/DOX and T24/CIS tumor-bearing mice. These results suggested that NTX-induced P-gp reversal, G0/G1 arrest, and apoptosis in drug-resistant UBC were mediated by inhibition of STAT3 signaling. Our findings repurpose NTX as a novel STAT3 inhibitor to induce P-gp reversal, G0/G1 arrest, and apoptosis in drug-resistant UBC.

Multipotential use of an old drug, as a new solution for anticancer therapy and multidrug-resistant urinary tract infections

“…Nitroksolina (NTX) jest to chemioterapeutyk o powszechnie znanym działaniu przeciwbakteryjnym, przeciwgrzybiczym, który stosowany jest w Europie od kilku dekad. Największe zastosowanie znalazła w leczeniu zakażeń dróg moczowych [1]. Częstość występowania uropatogenów wieloopornych (MDR), czyli bakterii opornych na 1 antybiotyk z co najmniej trzech różnych klas antybiotyków wzrasta na całym świecie zarówno u pacjentów leczonych w warunkach ambulatoryjnych, jak i szpitalnych na zakażenie układu moczowego (UTIs).…”

“…Udowodniono, że nitroksolina ma szerokie działanie przeciwbakteryjne wobec opornych szczepów wielu bakterii [9,20]. Na przestrzeni ostatnich lat stwierdzono, że jest skuteczna również w walce z kilkoma nowotworami [1]. Kilka badań doniosło, że NTX może być potencjalnym lekiem przeciwnowotworowym w leczeniu raka pęcherza moczowego, raka prostaty, glejaka, raka trzustki i innych [2].…”

“…Nitroksolina negatywnie regulowała ekspresję białek związanych z G0/G1 (c-Myc, Cyklina D1, CDK4 i CDK6) w komórkach T24/DOX i T24/CIS. Nitroxolina zwiększała także odsetek apoptozy w komórkach raka pęcherza moczowego [1]. Opisano wiele możliwych mechanizmów jako sposoby przeciwnowotworowego działania nitroksoliny, w tym aktywację apoptozy komórek , downregulację pompy Na/K-ATPaza i β-kateniny oraz hamowanie angiogenezy poprzez regulację funkcji MetAP2.…”

“…Jako mechanizm odpowiedzi immunologicznej, katepsyna B może hamować proliferację limfocytów i pośredniczyć w apoptozie komórek odpornościowych [4]. NTX hamuje również progresję UBC poprzez odwrócenie przejścia epitelialno-mezenchymalnego (EMT) i wzmocnienie odporności przeciwnowotworowej [1]. Wykazano, że nitroksolina zmniejszała zdolność migracji komórek raka pęcherza moczowego, podobne wyniki obserwowano w teście gojenia ran.…”

Nitroxoline suppresses metastasis in bladder cancer via EGR1/circNDRG1/miR-520h/smad7/EMT signaling pathway

“…Recently, several studies have reported that nitroxoline may be a potential antineoplastic drug in bladder cancer, myeloma, glioma, pancreatic cancer, prostate cancer and so on 7 - 11 . Our recent research suggested that nitroxoline, as a novel STAT3 inhibitor, could induce P-gp reversal, G0/G1 arrest, and apoptosis in drug-resistant urothelial bladder cancer 12 . Notably, completed multicenter phase II clinical trials have demonstrated the efficacy and safety of nitroxolines in chemotherapy/BCG instillation unresponsive high-risk NMIBC patients, with significantly better clinical efficacy than the currently clinically used bladder instillation chemotherapeutic agents (e.g., mitomycin) and immunologic agents (e.g., BCG).…”