具有抗结直肠癌干细胞活性的flavagline类衍生物设计、合成及其作用机制研究

Cancer stem cells (CSCs) are responsible for the drug-resistance, metastasis, and relapse of tumor. Conventional chemotherapeutics and radiation therapy will eliminate the bulk of the tumor mass, leaving behind CSCs which could initiate differentiation, proliferation, and spreading to distant organs, leading to the aggravation of tumor again. So, the development of new drugs against CSCs is an important way to treat cancer. However, seldom compounds were found currently to selectively kill CSCs. In our previous research, a series of flavagline derivatives with good inhibition of colorectal stem cells and their cell cloning were isolated from Dysoxylum binectariferum. Moreover, some flavagline derivatives have already been designed and synthesized and part of compounds showed strong anti-colorectal stem cells activities. On the basis of previous research, we plan to further design and synthesize flavagline derivatives, evaluate the inhibitory activity for colorectal stem cells, further discuss the structure-activity relationship, and investigate mechanism of inhibiting Wnt signal pathway. We hopefully find one or two drug leads targeting colorectal stem cells, which could lay a solid foundation in discovering new cancer drugs.

肿瘤干细胞与肿瘤耐药、复发、转移等密切相关，传统的化（放）疗会清除大部分的肿瘤细胞，但却无法消灭其干细胞，进而肿瘤干细胞又可以通过分化、增殖和扩散，再度引起肿瘤的恶化。因此抗肿瘤干细胞的新药研发是治疗肿瘤的重要途径，但目前文献报导的选择性杀灭肿瘤干细胞的化合物寥寥无几。在前期研究中，从红果樫木（Dysoxylum binectariferum）中得到一系列对结直肠癌干细胞及其细胞克隆具有较强抑制活性的flavagline类化合物，并成功设计合成了多个此类衍生物，其同样显示了较强的抗结直肠癌干细胞活性。本项目拟在此基础上，进一步设计合成相关衍生物，系统开展抗结直肠癌干细胞活性筛选，研究其抗结直肠癌干细胞构效关系，阐明抑制与肿瘤干细胞相关的Wnt信号通路的作用机制，以期从中发现1-2个具有抗结直肠癌干细胞活性的候选药物分子，为开发具有自主知识产权的抗肿瘤新药提供科学依据。

肿瘤干细胞与肿瘤耐药、复发、转移等密切相关，寻找抗结直肠癌及其干细胞活性先导物对于结直肠癌药物研究具有重要意义。项目前期，我们从植物中分离得到几个低含量的flavagline类化合物，其具有良好的抗结直肠癌及其干细胞活性，但因其含量太低无法开展系统的药物化学研究。本项目旨在通过仿生合成得到flavagline类衍生物，解决其药物来源问题，以期发现抗结直肠癌及其干细胞的活性先导物。本项目主要研究结果如下：（1）开展了flavagline类衍生物仿生合成，设计合成相关衍生物184个，其中新结构有170个，主要包括4大类，（包括flavagline类酚羟基衍生物57个，flavagline类羟基衍生物62个，新颖吡唑烷型flavagline类衍生物55个和新颖嘧啶flavagline类衍生物10个）。（2）对合成的flavagline类衍生物开展抗肿瘤活性筛选，筛选主要细胞株为结直肠癌细胞、结直肠癌肿瘤干细胞、白血病细胞和乳腺癌细胞，部分化合物具有纳摩尔级的抗肿瘤活性，其中62个衍生物活性强于阳性对照阿霉素，并讨论了部分化合物的抗肿瘤活性的构效关系。（3）完成了两个高活性化合物的作用机制，其中一个flavagline类酚羟基衍生物作用机制研究发现，其通过抑制结直肠癌细胞的MAPK信号通路的相关蛋白，影响凋亡及周期相关蛋白进而产生良好的抗结直肠癌作用；另外一个flavagline类羟基衍生物是通过影响Wnt信号通路及MAPK信号通路的相关蛋白，影响凋亡及周期相关蛋白，产生抑制结直肠癌克隆球的形成，发挥良好的抗结直肠癌作用。本研究合成大量的高活性flavagline类抗结直肠癌及其干细胞的衍生物，初步阐明了Wnt信号通路与结直肠癌及其干细胞的关系，为开发具有自主知识产权的抗结直肠癌新药提供了科学依据。研究结果发表SCI论文4篇，其中一区文章一篇，二区文章1篇，三区文章2篇，申请中国发明专利2项，培养硕士研究生3名。