新型天然产物F49促进肝癌细胞凋亡的机制研究

Hepatocellular carcinoma is one of the most common and lethal cancers worldwide. This project aims to understand the anticancer mechanism and identify the molecular target of a newly discovered natural product F49, which can be separated as two enantiomers F49a and F49b. We found that the toxicities of F49a and F49b for human hepatoma cells are different. F49b can induce cell cycle arrest and apoptosis in hepatoma cells, without cytotoxicity in normal liver cells. F49 is structurally intriguing lignanoid, which can be used for developing small molecule probe for the mode-of-action studies. The applicant plans to combine the tools of chemical biology, cell biology, biochemistry, and structural biology, to identify the molecular target of F49b, and reveal its role in the molecular mechanism of apoptosis in hepatoma cells. This research may facilitate the discovery of lead compounds for anticancer treatment.

肝细胞癌是一种发病率及致死率很高的恶性肿瘤。本项目拟进行新型天然产物F49抗肝癌细胞的分子调控机制及靶点识别研究。化合物F49可拆分为对映异构体F49a和F49b。在抗肝癌活性测试中，申请人发现这两个对映异构体具有不同的生物活性；而F49b具有特异性抗肝癌活性，而对正常肝细胞毒性较弱。F49是一个结构独特的木脂素类化合物，可作为一个核心结构进行小分子探针的构建以及进一步的化学生物学研究。申请人拟综合化学生物学，细胞生物学，生物化学和结构生物学等多种手段，研究天然产物F49抗肝癌活性的生物分子机制和作用靶点。此项研究拟揭示天然产物的表观活性和选择性背后的肝癌发生发展的分子机制，为发现潜在抗肝癌先导化合物奠定基础。

本项目聚焦于抗肿瘤天然产物F49的靶点识别和作用机制研究。F49是一个从滇西八角中分离得到的环木脂素类天然产物，对肝癌细胞具有选择性的抑制活性。我们对该化合物进行了构效关系的研究，发现将对苯醌母核上甲氧基进行氮原子取代将导致抗癌活性显著下降。通过结构优化，构建了带有点击化学官能团的探针分子，其抗肿瘤活性得以保持。由于利用该探针的亲和层析实验未获得有意义的靶点蛋白，我们转向DARTS技术即依赖于靶点稳定性的药物亲和反应技术，找到了若干潜在靶点蛋白。对它们进行蛋白-小分子相互作用的验证，证实了其中一个靶点蛋白甘油醛-3-磷酸脱氢酶 (GAPDH) 与F49在生物化学层面上的相互作用。在细胞层面上建立了化合物F49和GAPDH的功能关联。在肝癌细胞中，F49诱发活性氧 (ROS) 升高，从而引起DNA损伤并导致细胞周期阻滞，最终导致肿瘤细胞死亡。在SCI收录的期刊上发表了4篇学术论文，其中包括3篇通讯作者论文。通过本项目的实施，我们发现了F49的一个蛋白靶点GAPDH，并建立了二者之间的机制性关联。本项研究也是无需对活性分子进行探针化修饰的DARTS技术在靶点识别中应用的一个有益范例。