PIAS3在和厚朴酚诱导肿瘤细胞凋亡中的作用及机制研究

Honokiol is a bioactive substance which has the very strong antitumor effect with the characteristics of abundant sources and low toxicity, suggesting that honokiol has great potential as an antitumor drug. Now, it is a most urgent problem to further develop the antitumor mechanism of honokiol or look for its new targets. Our group has previously demonstrated that honokiol can induce apoptosis of lung cancer, breast cancer and glioma cells, which is associated with overexpression of PIAS3. Then we find that PIAS3 is involved in the process of honokiol-induced tumor cells apoptosis by enforced overexpression and knock down PIAS3 experiments. A fact that PIAS3 interacts with transcription factors to regulate the genetic transcription of apoptosis is possible. Base on the previous study, we will further investigate the functions and pharmacological mechanism of honokiol in inducing tumor cells apoptosis by PIAS3 at the molecular level, cellular level, subcellular level and whole-animal level as followings: (1)Study on the effects of PIAS3 in the process of honokiol-inhibited STAT3 signaling pathway and STAT3 transcriptional activity. (2)Define the functions of PIAS3 in the process of honokiol-regulated translocation of PIAS3-STAT3 complex from cytoplasm to nucleus, which regulates the genetic transcription of apoptosis. (3)Investigate the targets of PIAS3-regulated STAT3 transcription factor and its mechanism in vivo.

和厚朴酚(Honokiol)是一种来源广、毒性小且具有很强抗肿瘤作用的生物活性物质，显示了良好的成药性。系统深入地研究其作用机制、寻找新作用靶点是目前亟待解决的问题。我们前期研究发现和厚朴酚可诱导肺癌、乳腺癌和神经胶质瘤细胞凋亡，并与PIAS3表达上调相关。过表达与基因敲低实验显示PIAS3参与了和厚朴酚诱导肿瘤细胞凋亡过程，可能通过调节转录因子调控凋亡相关基因的转录发挥功能。本课题将在分子水平、细胞水平、亚细胞水平和整体动物水平，从三个方面深入研究PIAS3在和厚朴酚诱导肿瘤细胞凋亡中的功能及药理作用机制：（1）PIAS3在和厚朴酚调控STAT3信号通路及转录活性中的作用；（2）PIAS3在和厚朴酚影响PIAS3-STAT3复合物亚细胞转位从而调控STAT3介导的凋亡相关基因转录中的功能；（3）和厚朴酚通过PIAS3调控STAT3转录因子的作用靶点及体内作用机制。

和厚朴酚（Honokiol, HK）是中国自主研发的抗肿瘤I类新药，目前正进入I期临床试验，系统深入研究其作用机制并探索其作用新靶点有利于揭示该药物作用机理。该项目主要研究内容包括（1）阐明PIAS3在和厚朴酚调控STAT3信号通路及转录活性、影响肿瘤细胞生长并诱导其凋亡的作用；（2）揭示PIAS3在和厚朴酚影响PIAS3-STAT3复合物形成及PIAS3核转位，调控STAT3介导肿瘤细胞凋亡的作用；（3）揭露和厚朴酚通过PIAS3调控STAT3的深层分子机制及动物体内效应。通过本项目实施，我们发现和厚朴酚可诱导神经胶质瘤、肝癌等多种肿瘤细胞凋亡，选择性抑制STAT3信号通路，介导其下游靶基因转录调控；而和厚朴酚的该作用主要是通过调节关键蛋白PIAS3。基因干扰敲低PIAS3，可逆转和厚朴酚对肿瘤细胞生长、克隆形成的抑制作用及诱导肿瘤细胞凋亡的作用；相反，过表达PIAS3则可进一步促进和厚朴酚的该效应。和厚朴酚上调肿瘤细胞PIAS3后，加快PIAS3-STAT3复合物形成，促进STAT3 Tyr705位点去磷酸化，抑制肿瘤细胞STAT3与DNA结合活性。基因干扰敲低PIAS3可部分逆转和厚朴酚对STAT3 Tyr705磷酸化的抑制作用以及对STAT3/DNA活性的抑制作用；相反，过表达PIAS3则促进了和厚朴酚的该效应。定点突变STAT3 Tyr705，可显著抑制PIAS3-STAT3复合物形成。定点突变STAT3 Tyr705也可影响PIAS3的核转位，导致肿瘤细胞核中PIAS3显著减少。和厚朴酚也可促进肿瘤细胞核中PIAS3显著升高，但定点突变STAT3 Tyr705可阻断该效应。小鼠移植瘤实验结果显示，和厚朴酚可显著延长神经胶质瘤模型小鼠生存期，携带PIAS3基因干扰的神经胶质瘤模型小鼠阻断了和厚朴酚的该效应，而携带过表达PIAS3基因的神经胶质瘤模型小鼠则显示更长的生存期。本项目研究结果诠释了和厚朴酚诱导肿瘤细胞凋亡的新作用机理，STAT3 Tyr705位点突变状态可能是临床肿瘤患者是否选择和厚朴酚治疗筛选的生物标志物。