β-lapachone依赖NQO1抑制肿瘤血管新生和肿瘤生长的活性及机制研究

寻找肿瘤异常活化分子并针对选择性靶标研发药物是抗肿瘤药物开发的重要策略。醌氧化还原酶NQO1是重要的肿瘤分子标记物，受其催化的醌类化合物β-lapachone在临床前期和临床期试验中表现良好疗效，但是目前研究机制只揭示了β-lapachone受NQO1催化（产生ROS）引发细胞毒性作用，而这并不能充分解释其独特的临床高选择性。我们前期研究发现β-lapachone具有优异的抗肿瘤血管新生活性，其处理后的内皮细胞中血管新生关键蛋白以及肿瘤细胞中原癌蛋白发生明显降解，而这些生物活性的实现与ROS引发的细胞毒作用无强烈关联，提示β-lapachone具有另外潜在的分子机制。通过查阅文献信息和比对化学结构，我们认为β-lapachone的抗癌特性可能与抑制分子伴侣HSP90活性有关。本项目的进一步开展有助于深入明确β-lapachone的抗癌分子机制，推进其药理基础研究，为临床用药提供科学依据。

肿瘤是严重危害人类生命和健康的常见病和多发病。发现肿瘤异常活化分子并研发个体化药物是抗肿瘤药物治疗学中的重要课题。研究表明烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸：醌氧化还原酶1 （NQO1）是肿瘤组织中特异高表达的分子标记物。NQO1催化的底物是醌类化合物，其能够借助NADH 或NADPH 作为电子供体，催化体内/体外醌类化合物的双电子还原反应，形成氢醌并伴随极度不稳定的中间产物半醌和活性氧（ROS）。临床试验II期药物β-lapachone（ARQ501）是醌类化合物。现有证据表明β-lapachone能依赖NQO1的催化导致肿瘤细胞自由基损伤以及PARP-1活化介导的肿瘤程序性细胞死亡。然而，目前研究数据并不能充分地解释其在临床试验中所表现出的抗癌特异性和安全性。本项目研究发现β-lapachone可以切割表达NQO1的肿瘤细胞以及人脐静脉血管内皮细胞中Hsp90分子，Hsp90会部分断裂成大约70KD的蛋白分子，而且β-lapachone诱发Hsp90断裂具有时间和浓度依赖性。这种表型与临床Hsp90的ATP活性抑制剂17-AAG作用机制完全不同，β-lapachone也不能引起Hsp70蛋白表达上调。在β-lapachone的处理后肿瘤细胞中，伴随着Hsp90的断裂，Hsp90相关癌蛋白，如RIP，Raf-1，AKT和CDK4会发生降解；在处理后的内皮细胞中，VEGFR2和Her-2也会发生降解。NQO1特异性抑制剂和活性氧ROS抑制剂能显著逆转β-lapachone所介导的Hsp90的断裂。除了β-lapachone在肿瘤细胞中诱发细胞毒性外，其可有效地抑制血管新生，包括抑制内皮细胞的浸润、大鼠主动脉环毛细血管出芽以及小鼠角膜血管新生。重要的是，在人肺癌细胞裸鼠荷瘤模型中，β-lapachone可显著抑制实体肿瘤的生长，并能促发肿瘤组织中RIP，AKT，CDK4和CD31等蛋白表达下调。相比β-lapachone，其他醌类化合物却不能引起肿瘤细胞中Hsp90断裂，提示β-lapachone抑制Hsp90分子伴侣活性依赖其化学结构特性。项目揭示了β-lapachone抗癌的重要作用和崭新分子机制。