靶向乳腺癌干细胞的南澳海绵抗肿瘤先导化合物的发现及其作用机制

Breast cancer stem cells (BCSCs) have been proposed as the cause of tumor metastasis and drug resistance. The results of preliminary experiments revealed that extracts of two South Australian marine sponges Aplysilla rosea and Chondropsis cartea showed potent activity against BCSCs with IC50 values less than 5μg/ml. Three new diterpenes and one macrolide lactam isolated from the two sponges showed remarkable activity against BCSCs with IC50 values less than 1μM. Some bioactive fractions from the two sponges exhibited more potent inhibitory activities on BCSCs. .This study aims to screen BCSCs-specific active compounds from the sponges using established MCF-Oct4-GFP model with assistance of chromatography/spectroscopy hyphenated techniques. The structures will be elucidated by spectroscopic analysis, chemical modification and computational chemistry. Inhibitory activities of isolated compounds will be evaluated according to GFP expression level. Their structure-activity relationship as well as inhibitory mechanism will also be studied. This project is plan to discover the new anti-tumor lead compounds targeting BCSCs.

乳腺癌干细胞是乳腺癌发生发展及耐药产生的源头。申请人前期发现采自南澳大利亚海域的两种海绵Aplysilla rosea及Chondropsis cartea的提取物具有显著的乳腺癌干细胞抑制活性(IC50<5 μg/ml)，并从中获得了3个新型二萜和1个结构复杂的大环内酯，其乳腺癌干细胞抑制活性显著(IC50 均小于1 μM)，同时发现多个馏分显示更强的乳腺癌干细胞抑制活性。.本课题拟利用MCF-7-Oct4-GFP乳腺癌干细胞筛选模型，采用多种色谱/波谱联用手段，追踪分离两种海绵中靶向抑制乳腺癌干细胞的活性成分；运用2D NMR、化学沟通及计算化学等方法，确定化合物的平面及立体结构；根据乳腺癌干细胞GFP荧光表达水平，评价化合物的抗乳腺癌干细胞活性，并探讨其构效关系；从乳腺癌干细胞自我更新、分化和诱导凋亡等方面阐明其作用机制。获得新型靶向乳腺癌干细胞的抗肿瘤先导化合物。

乳腺癌干细胞是乳腺癌发生发展及耐药产生的源头。特异性抗乳腺癌干细胞药物分子的发现可以实现乳腺癌的更有效治疗。基于上述背景和思路，在基金的资助下，申请人建立体外乳腺癌干细胞筛选模型，对来自南澳及我国南海海域多种海绵提取物进行活性筛选，确立了3种海绵研究对象。综合运用多种色谱/光谱联用手段，从3种海绵中共分离鉴定了82个化合物，其中新化合物18个，获得了1个抗乳腺癌干细胞活性显著的咪唑类生物碱。主要内容和结果如下：. (1) 从南澳海绵Aplysilla rosea中分离鉴定了24个化合物(新化合物4个)，包括9个spongiane-type二萜、11个甾体和4个其他类型化合物。该研究结果丰富了新型Spongiane-type二萜种类(已有文献报道该类结构不到20个)。由于进一步大量采集南澳海绵样本的成本和难度较大，申请人在项目执行后期对我国南海海域的海绵样本进行了研究，具体为：(1) 从南海海绵Leucandra sp.中分离鉴定了15个化合物，包括1个新的咪唑类生物碱和1个新的二元醇。上述15个化合物均为首次从Leucandra属中得到，对该属海绵的分类有一定的指导意义；(2) 从南海海绵Leucetta chagosensis中分离鉴定了43个单体化合物(新化合物12个)，包括20个生物碱、12个甾醇、7个炔烯及4个其他类。对上述分离得到的单体分子进行活性评价，最终获得了1个具有显著抗乳腺癌干细胞活性的咪唑类生物碱pyronaamidine (IC50 = 10 μM)。初步构效关系表明其母核B环上的羟基和C环上的己内酰脲基团为活性官能团。同时发现该化合物的初步作用机制为影响乳腺癌干细胞的细胞复制周期。. 上述研究结果发表基金标注SCI文章5篇，其中第一作者4篇。另外在基金资助下，协助培养了博士研究生1名，硕士研究生2名。通过本项目的实施，丰富了靶向肿瘤干细胞的药物分子来源，为充分了解海绵活性物质基础和特异性靶向乳腺癌干细胞分子的发现及优化提供了依据和参考。