微生物来源的PLK1激酶抑制剂的筛选与抗肿瘤活性的研究

癌症已成为影响我国人民寿命的最大的危险因素，因此癌症的治疗已成为急需解决的关键性问题。PLK1与肿瘤的密切联系使得其成为人们甚为关注的抗肿瘤的新靶点。我国天然药物资源丰富，从天然产物中寻找创新药物适合现阶段国情。酿酒酵母作为一种模式生物，其完整的基因组顺序是人类第一次获得真核生物基因组的完整核苷酸序列，在实验系统研究方面具有许多内在的优势。本研究以野生型和Cdc5基因突变的温度敏感型酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）作为PLK1抑制剂的初筛模型，规模化筛选微生物发酵液以及天然来源的化合物，分离纯化得到微生物发酵液的纯品，建立生化水平的PLK1激酶抑制剂活性检测方法，在生化和细胞水平上确定抑制剂的抗肿瘤活性，并在计算机上进行分子对接研究抑制剂与PLK1蛋白的作用方式，以期获得新型抗肿瘤药物的先导化合物。

随着癌症发病率和死亡率的逐年增加，抗癌药物需求越来越大。抗有丝分裂剂是目前多种实体瘤和恶性血液病病人治疗的基础药物，其缺点在于对静止期和分裂期的细胞均有作用。PLK1作为新一代理想的抗有丝分裂剂药物靶点之一，越来越引起人们的关注。酿酒酵母有将近31％的基因与哺乳动物的基因有高度的同源性。利用此原理，本课题建立了与人类PLKs高度同源的酵母cdc5突变的温度敏感型菌株和野生型菌株作为PLK1抑制剂高通量初筛的模型，本模型易操作且简单经济，这在国内乃至国际上尚属首次。.在为期三年的课题研究中，完成了计划书中的工作任务，结合前期已完成的工作，对已得到的PLK1抑制剂DH166进行结构改造合成了若干衍生物，均在酵母模型上具有活性，通过MTT和抑酶活性测定，最终得到3个衍生物。接下来对这3个衍生物进行了体外抗肿瘤活性的研究，包括周期阻滞、诱导凋亡、对PLK1下游底物蛋白表达和mRNA表达量的影响、对肿瘤细胞纺锤体形态的影响、与PLK1活性位点的虚拟对接，进一步证明了对DH166的改造是成功的，提高了对PLK1的抑制活性。本部分研究成果已经撰写SCI论文发表在2012年的PLOS ONE上（Han X, Zhang J, et al. PLoS One. 2012;7(10):e46546.）。为了寻找新型的以PLK1为靶点的抑制剂，本研究又对本室新引进的天然和合成来源的化合物库进行筛选，得到7个阳性化合物，其中有5个化合物能抑制肿瘤细胞系的增殖，1个化合物具有抑酶活性，能诱导Hela细胞的凋亡和G2/M期阻滞，增加Cyclin B1的表达量，此部分内容已经撰写文章投稿核心期刊《首都医科大学学报》。利用酵母模型进行筛选时还首次发现了1个新的具有抗肿瘤作用但靶点未明的化合物，此部分内容已经撰写文章投稿核心期刊《河北医科大学学报》。进一步扩大酵母模型的利用范围，采用同样原理构建好的酵母模型进行了以极光激酶B为靶点的抗肿瘤药物筛选，得到了1个活性较好的化合物，此部分内容已经发表于核心期刊《中国药师》。本研究首次证明了PLK1为β-咔啉碱类化合物抗肿瘤作用的靶点之一，并成功进行结构改造得到了作用效果更好的衍生物，发现了一个新的以PLK1为靶点的抑制剂，为未来以PLK1为靶点的肿瘤的治疗提供新的先导化合物。