海洋溴酚化合物抗肿瘤活性筛选及作用机制研究

发布时间：2020-11-18 23:24

　　 肿瘤是威胁人类健康的第二大杀手,其中以肺癌的发病率和死亡率最高。目前针对肺癌的药物大多为靶向药物,如吉非替尼等。虽然针对肺癌的抗肿瘤药物研发取得了一定的进展,但是目前的上市药物普遍存在着耐药性,这限制了这些药物的应用。因此,寻找针对特异性靶点的药物成为抗肿瘤药物研发的重点。海洋中具有丰富的生物资源,部分海洋来源的天然产物体现出优异的生物学活性。其中,溴酚类化合物是海洋来源独具特色的一类化合物,具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤等生物活性。课题组将溴酚与含氮杂环组合,设计合成出一系列的溴酚-吲哚酮化合物。经体外MTT筛选发现,这一系列化合物具有显著的抑制肿瘤细胞增殖作用。其中化合物BOS-102可显著抑制A549细胞增值及克隆形成,诱导A549凋亡和G0/G1期周期阻滞,作用机制研究显示BOS-102可激活活性氧介导的线粒体凋亡途径,并通过PI3K/Akt及MAPK信号通路发挥作用。真核细胞翻译起始因子4E(eIF4E)在调控真核细胞翻译起始阶段起关键作用。并且eIF4E在肿瘤细胞信号转导途径中处于关键节点位置,使得eIF4E成为抗肿瘤药物研发的热门靶点。课题组根据目前在研的靶向eIF4E的化合物的结构特点,将溴酚基团与氨基-噻唑基团结合,设计合成了一系列的溴酚-噻唑类化合物。我们研究发现化合物EGPI-1可显著抑制肿瘤细胞生长,并可靶向调控eIF4E。Duolink PLA及western blot结果显示化合物EGPI-1可干扰eIF4E/eIF4G相互作用。进一步研究发现,EGPI-1可抑制eIF4E磷酸化并抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路。经流式细胞术检测发现EGPI-1可诱导A549凋亡并发生G0/G1期周期阻滞,诱导线粒体损伤及膜电位下降。体内裸鼠移植瘤实验证明EGPI-1在体内同样具有抗肿瘤活性,急性及亚急性毒性实验证明EGPI-1安全性良好。以上研究表明EGPI-1具有开发成新型抗肿瘤药物的潜力。卵巢癌严重威胁着女性健康,其死亡率高于乳腺癌。近几年随着PARP抑制剂(olaparib、rucaparib、niraparib、talazoparib)的接连上市,给卵巢癌患者带来了希望。PARP是一种DNA修复酶,在细胞DNA单链损伤修复过程中起关键作用。抑制PARP(主要是PARP-1)可导致细胞发生双链损伤,并可导致BRCA缺陷型细胞的死亡。课题组根据PARP抑制剂上市药物的结构特点,将缩胺基硫脲基团与溴酚基团结合,合成出一系列溴酚-缩胺基硫脲化合物。体外酶活实验证明其中四个化合物可选择性抑制PARP-1活性,其中化合物11对PARP-1的IC_(50)为29.5 nM,对PARP-2的IC_(50)1000 nM。MTT检测发现化合物11可显著抑制卵巢癌细胞SK-OV-3增值,诱导SK-OV-3凋亡,ROS积累和G2/M期周期阻滞。进一步实验表明化合物11可诱导DNA双链损伤及H2AX磷酸化,并抑制H_2O_2所导致的PAR形成。蛋白质组学研究表明化合物11可抑制细胞DNA修复功能。体内裸鼠移植瘤实验表明化合物11可显著抑制裸鼠移植瘤生长,安全性良好;作用机制表明化合物11体内抗肿瘤活性是通过抑制PARP-1实现的。以上实验为开发具有选择性的PARP-1抑制剂提供了有力的实验依据,为研究新型的治疗卵巢癌药物提供了理论依据。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R914;R96
【部分图文】：

eIF4E 在细胞内主要受以下几个方面的调节：eIF4F 复合物；eIF4E酸化水平；PI3K/Akt/mTOR 信号通路和 Ras/ERK/MNK 信号通路。.2.2.1 eIF4E/eIF4G 复合物eIF4E 在细胞内与 eIF4G 和 eIF4A 形成复合物 eIF4F 后开始翻译过程。在正条件下，eIF4F 复合物受到阻遏蛋白 4EBPs（主要是 4EBP1）的抑制。4EBP1与 eIF4E 竞争，抑制 eIF4F 的形成，细胞 mRNA 翻译处于低水平，即维持细正常需求（图 1.1）(Alain et al., 2012) 。当细胞受到外界刺激，如外界压力、养因子、生长因子等刺激时，4EBPs 会发生磷酸化，磷酸化是的 4EBP1 从 eIF4F合物上脱落下来，使得 eIF4F 复合物启动翻译过程(Richter and Sonenberg,005) 。研究发现，4EBP1 的磷酸化增加与癌症的发生、发展及患者的存活率差关(Castellvi et al., 2006; Dumstorf et al., 2010; Graff et al., 2009; Rojo et al.,007) 。

4EBP1 的磷酸化受到 PI3K/Akt/mTOR 信号通路的调节。mTOR 是一种多功能的丝氨酸/苏氨酸激酶，存在于 2 种不同的复合物，mTORC1 和 mTORC2 。其中 mTORC1 通过磷酸化下游靶标如 4EBP1 和 S6Ks 来控制许多细胞过程，包括mRNA 翻译，细胞生长和增殖(Tee and Blenis, 2005) 。mTOR 受到上游 PI3K/Akt的调节。细胞内 PI3K 的活化导致膜结合的磷脂磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）转化为磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）。Akt 与 PIP3 的结合促进其在苏氨酸 308（T308）的磷酸化。活化的 Akt 会诱导 mTORC1 活化，活化的 mTORC1 进一步导致 S6K和 4EBP1 的磷酸化。磷酸化的 S6K 促进核糖体生物合成，而 4EBP1 的磷酸化抑制其作为翻译阻遏物的活性并促进与 eIF4F 复合物的脱离，并因此激活 eIF4F 复合物，从而能够促进帽依赖性 mRNA 翻译，如像 Mcl-1，c-myc，Cyclin D1 和Bcl-xL 等(Feldman et al., 2009; Hsieh et al., 2010; Jacinto et al., 2006; Muller et al.,2013) 。

图 1.3 抑制 eIF4E/eIF4G 相互作用化合物结构。Figure 1.3 Structure of compounds inhibit eIF4E/eIF4G interaction.研究人员通过蛋白结晶及 X 衍射发现 4EGI-1 可与远离 eIF4E/eIF4G 界面的eIF4E 区域结合，并诱导两个亚基之间相互作用的变构抑制(Papadopoulos et al.,2014) 。除了抑 eIF4G/eIF4E 相互作用外，4EGI-1 也稳定 4EBP1 与 eIF4E 结合，这抑制了 eIF4E 敏感性 mRNA 的翻译。
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本文编号：2889358