基于STAT3信号通路探究抗肿瘤先导化合物WJ-13的作用机制与结构优化

Our previous research achievements revealed that a new dolabrane-type diterpenoid compound named WJ-13, which was obtained from the mangrove Ceriops tagal, can significantly decrease the level of the activated STAT3-STAT3 protein dimmer with time- and dose-dependent manner in human melanoma A2058 cells at the concentrations of 5-10 μM. WJ-13 mainly induced the dephosphorylation of the activated STAT3-STAT3 protein dimmer via phosphatase and resulted in the rapid degradation of this protein dimmer. Scientific document and patent retrieval demonstrated that WJ-13 is a new structure type of small molecule inhibitors of the STAT3 signaling pathway. Based on expanding resources of southeast Asian mangrove plants, this proposal aims to utilize modern analytic techniques, including liquid chromatography/mass spectrometry, etc, to search for WJ-13 high content mangrove plants of the genus Ceriops and then accumulated gram-scale of WJ-13 from the objective plants. Moreover, the exact action mechanism of WJ-13 will be deeply investigated based on STAT3 signaling pathway and computer-aided drug design will be employed for structure optimization of WJ-13 to gain highly active derivatives. Afterwards, pharmacological and pharmacodynamic evaluation on mouse model will be applied to find drug leads.

我们前期研究的结果表明来源于红树植物角果木的dolabrane型二萜化合物WJ-13在5-10μM的浓度下能够显著地降低人源黑色素瘤A2058细胞中被活化的STAT3-STAT3蛋白二聚体的水平，并且呈现出良好的时间和剂量依赖关系。WJ-13主要是诱导了磷酸酯酶对被活化的STAT3-STAT3蛋白二聚体的去磷酸化作用，使得该二聚体得以快速降解。文献与专利检索证实WJ-13为新结构类型的STAT3信号通路小分子抑制剂。因此，本申请项目拟在拓展东南亚红树植物资源的基础上，采用液相-质谱联用等现代分析手段寻找WJ-13高含量的角果木属红树植物，并对该目标化合物进行克级以上量的累积。然后基于STAT3信号通路，在深入探究WJ-13确切作用机制的基础上，结合计算机辅助药物设计对它进行结构优化，以期获得高活性化合物，并经由小鼠在体模型的药理药效学评价发现药物先导结构。

我们在前期工作中，发现来源于红树植物角果木(Ceriops tagal)的dolabrane型二萜化合物WJ-13在10 μM的浓度下能够显著地抑制人源黑色素瘤A2058细胞系的细胞增殖，并诱导该肿瘤细胞凋亡。Western blot实验表明化合物WJ-13在5-10 μM的浓度下能够显著地降低该肿瘤细胞中被活化的STAT3-STAT3蛋白二聚体（由其705位酪氨酸残基发生磷酸化而形成）的水平，并且呈现出良好的时间和剂量依赖关系。WJ-13与现已报道的STAT3蛋白或其信号通路小分子抑制剂的结构类型完全不同，为新型STAT3信号通路小分子抑制剂。项目对红树植物角果木(Ceriops)和海漆(Excoecaria agallocha)中抗肿瘤活性化合物开展追踪研究。从多批次角果木属红树植物植物样本中，共分离得到单体化合物100余个，并鉴定了77个萜类化合物和22个非萜类化合物。其中二萜类化合物三种共63个，包括目标活性化合物WJ-13类似物dolabrane型二萜55个。从海漆植物样本中分离鉴定单体化合物约30个，其中苯丙素类（含木脂素）13个，三萜4个及生物碱与其他类型化合物。对本课题中分离得到的42个萜类化合物，以及部分苯丙素类化合物进行了抗肿瘤活性筛选。发现两个化合物具有较好的肿瘤细胞株抑制活性，其中化合物24对SW480, Hela,PANC-1，HCT-116和A2058肿瘤细胞有一定的抑制作用，IC50值分别为27.7，22.2，17.6，5.0和4.0μM。化合物23对A2058和HCT-116肿瘤细胞均有一定的抑制活性，抑制率分别为62.1%和75.3%，IC50值分别为5.8μM和9.8μM。活性目标化合物WJ-13对A2058的IC50值为6.97μM，有此可见，化合物23与24对A2058系的抑制效果更优于目标化合物WJ-13。.从化合物的构效关系研究中，我们发现dolabane型二萜的主要活性中心在A环，并且只有当A环同时存在的1,2位烯醇和4,18位末端双键的结构时，其才具有较好肿瘤抑制活性。此外，dolabane型二萜的13位侧链，对其化合物的活性影响则较小。即先导化合物的活性片段应为dolabrane二萜的A环1,2位烯醇和4,18位末端双键。