靶向癌蛋白CIP2A的新型小分子抑制剂的筛选及作用机理研究

CIP2A protein, a newly discovered endogenous cancerous inhibitor of PP2A in recent years, is overexpressed in various human cancers, and involved in multiple cellular processes of cancer cells, which may be a potential therapeutic target. However, CIP2A-targeted therapy for cancer is rarely reported at present. Recently, We found a compound, celastrol, being the first small molecule to be reported to target CIP2A for ablation, and showed that it could bind with CIP2A protein covalently, leading to promotion of interaction between CIP2A and E3 ligase CHIP and subsequent proteasomal degradation of CIP2A, further demonstrated that celastrol presented potent anti-lung cancer activity. But the specific molecular mechanism of CIP2A degradation is still not very clear. In this project, we will firstly study the specific molecular mechanisms underlying celastrol-induced targeted degradation of CIP2A, including the precise amino acids sites of CIP2A binding to celastrol, and the molecular mechanisms of promotion of interaction between CIP2A and CHIP and reactivation of CHIP by celastrol; basing on this, we will design and synthesize a series of derivatives and structural analogues using celastrol as a leading compound, and carry out structure-activity relationship study, in order to screen for small-molecule compounds targeting to inhibit CIP2A with higher activity and make a new choice for targeted therapy of CIP2A-overexpressed cancer such as lung cancer.

CIP2A蛋白是近年来新发现的一种PP2A内源性癌性抑制物，在多种癌症中高表达且参与癌细胞诸多生物学过程，可作为一个潜在的治疗靶点。但目前针对CIP2A蛋白的肿瘤靶向治疗还很少有报道。最近，我们报道了第一个能靶向清除CIP2A蛋白的小分子化合物雷公藤红素，它能共价结合CIP2A蛋白并促进后者和E3泛素连接酶CHIP相互作用，进而导致CIP2A通过蛋白酶体通路降解，并证明雷公藤红素具有显著的抗肺癌活性。但CIP2A降解的具体机制还不清楚。在本项目中，我们拟先阐明雷公藤红素靶向降解CIP2A蛋白的详细机制，包括其结合CIP2A蛋白的具体氨基酸位点、促进CIP2A-CHIP相互作用并激活CHIP的分子机制等；在此基础上，以雷公藤红素为先导化合物，设计和合成一系列衍生物及结构类似物，开展构效关系研究，筛选活性更高的靶向抑制CIP2A的小分子化合物，为肺癌等CIP2A高表达肿瘤的靶向治疗提供新选择。

CIP2A是近年来发现的在多种癌症中高表达的癌蛋白，目前已报道其参与多种生物学过程，可作为一个潜在的癌症治疗靶标。在前期工作中我们发现天然小分子化合物雷公藤红素可以降解CIP2A蛋白，但具体分子机制仍未探究清楚。在上述背景下，我们启动了本项目的研究，一方面深入探讨雷公藤红素化学清除CIP2A的分子机理，另一方面对雷公藤红素进行结构修饰和改造，以期获得活性更高的靶向CIP2A化合物。在本项目资金支持下，项目执行的三年中，我们取得的主要进展和研究成果如下：（1）围绕CIP2A和CHIP两个蛋白，系统的阐明雷公藤红素降解CIP2A蛋白的具体过程，深入剖析了雷公藤红素化学清除CIP2A蛋白的分子机理，为后续基于CIP2A蛋白的肺癌或其他CIP2A高表达癌症的靶向治疗奠定了理论基础。（2）进一步研究雷公藤红素抗肿瘤作用的新机制，发现雷公藤红素还可以迅速清除E2F1蛋白，展现出较强的抗肝癌作用，提示E2F1可能是雷公藤红素的另一个作用靶标。（3）进行了靶向降解CIP2A的其他小分子化合物的探索及机理研究，我们发现一种中草药来源的小分子化合物Arenobufagin（Are）能以nM的浓度快速下调CIP2A蛋白，且Are能激活Noxa相关的通路从而促进非小细胞肺癌（NSCLC）细胞的凋亡，同时我们还发现一种8-羟基喹啉类衍生物也能引起CIP2A以及下游通路pAKT的下调，它们的发现为CIP2A高表达癌症的治疗药物开发提供了新的先导化合物。（4）开展了肺癌治疗新靶标的探索性研究，我们首次发现Hakai蛋白在肺癌细胞中高表达，且证明了干扰其表达能显著抑制肺癌细胞的增殖、侵袭、迁移能力并能致敏顺铂，提示Hakai可作为肺癌治疗的一个潜在靶标，有望为肺癌的治疗提供新选择。上述成果已发表SCI论文2篇（分别发表于Oncology Reports和Molecules杂志），接收SCI论文1篇（被International Journal of Molecular Medicine接收）。总体上看，本项目进展较为顺利，研究成果与预期基本相符，基本实现预期目标，在基础研究及应用转化两方面均具有重要意义。