强心苷诱导核孤儿受体Nur77表达及其抗癌作用机制、构效关系

Cardiac glycosides possess definite anticancer effects, but its mechanism of action is not fully elucidated. Our previous studies revealed that both induction of Nur77 expression and its subsequent translocation to mitochondria from the nucleus to the cytoplasm are critical events in apoptosis induction by cardiac glycosides in cancer cells. Further studies suggested that induction of apoptosis by cardiac glycosides was independent on the existence of their traditional target Na+/K+-ATPase and they also didn’t exhibit inhibitory effects on this enzyme. It means that they may have no cardiotoxicity. Also, new targets and mechanisms of action for cardiac glycosides against cancers are existent. Meanwhile, previous studies showed that sugar chain substitution at C-3 position of cardiac glycosides was very important for their induction of Nur77 expression and anticancer effects. Changes of sugar type led to remarkable effects on their bioactivities. Based on previous studies, this project will modify the sugar chain substitution of cardiac glycosides systematically based on their skeleton and structural characteristics. The purpose of this study is to reveal their structure basis of anticancer by evaluating their anticancer effects and cardiotoxicity. Moreover, optimized bioactive compounds will be selected and labeled with biotin. Then, activity-based protein profile technology will be applied to fishing the binding targets of cardiac glycosides. Also, the exact mechanisms underlying their induction of apoptosis of cardiac glycosides will be fully elucidated. This study will establish solid foundation for searching for new cardiac glycoside anticancer drugs with high efficiency and low side effects.

强心苷类化合物具有明确的抗癌功效，但其作用机制不明确。前期工作中，我们发现该类物质能够通过诱导核孤儿受体Nur77表达及其转位至线粒体，诱导肿瘤细胞凋亡达到其抗肿瘤效果；同时研究表明其诱导肿瘤细胞凋亡不依赖于对其传统作用靶标Na+/K+-ATP酶的作用，同时对该酶活性也没有影响，提示可能不具有心脏毒性，同时存在新的作用靶标，是一种新的抗癌作用机制。研究还发现，强心苷结构中糖链对于其诱导Nur77蛋白表达和抗癌活性至关重要，不同的糖基取代其活性差异显著。本课题拟基于天然产物骨架和结构特征对强心苷糖基片段进行结构修饰和改造，研究糖链变化对其抗肿瘤活性及心脏毒性的影响，揭示其抗肿瘤的化学结构基础；同时优选出低毒性的活性化合物，对其进行生物素标记，采用蛋白质活性表达谱技术“钓取”与强心苷直接作用的靶标蛋白，探讨其诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制。以上研究将为寻找新的、高效低毒的强心苷类抗癌药物提供依据。

强心苷类化合物具有明确的抗肿瘤作用，但其作用机制不清，限制了该类化合物的临床应用。本研究的主要内容包括（1）通过糖基化反应构建强心苷衍生物库，在细胞毒活性和心脏毒性评价的基础上阐明该类化合物的构效和构毒关系，揭示强心苷抗肿瘤的化学结构基础；（2）阐明强心苷抗肿瘤的作用机理。.本研究成功构建了由50个结构新颖化合物组成的强心苷衍生物库，进一步扩大了该类型化合物的化学空间。构效关系研究表明，对于强心苷甾体苷元而言，C3/C5/C17位取代基的取向和C10位取代基的种类对化合物细胞毒性影响显著，当其均为beta取向时，C10位取代基对化合物细胞毒性影响依次为CHO≈CH3≈CH2OR>>H>>OR≈COOR；当C3/C5/C17位取代基为alpha取向时，化合物的活性大大降低。另外，C3位糖基取代对其抗肿瘤活性至关重要，C3位O-糖基化衍生物的活性强于MeON-糖基化衍生物；不同种类的糖基对其活性也影响显著，其中3beta-O-beta-L-岩藻糖-异羟基洋地黄毒苷表现出良好的抗肿瘤活性，具有良好的研究前景。构毒关系研究表明，该类型化合物抑制Na+/K+-ATPase作用的构毒关系与其细胞毒性构效关系一致，表明它们之间存在正相关。这可能也是该类型化合物治疗窗窄的原因之一。.抗肿瘤机制研究发现，化合物ANTO-2能够依次激活细胞自噬和凋亡，其中自噬先于凋亡，且自噬对细胞本身起到的是一种保护机制。Na+/K+-ATPase部分参与了细胞自噬和凋亡过程。同时，研究还发现化合物ANTO-22通过核受体Nur77介导的Na+/K+-ATPase抑制发挥其抗肿瘤作用。ANTO-22抑制Na+/K+-ATPase，上调细胞内[Ca2+]，激活蛋白激酶PKC诱导Nur77出核，细胞质中的Nur77与Na+/K+-ATPase α3亚基作用，诱导Na+/K+-ATPase内吞，进而触发癌细胞周期阻滞和凋亡发挥其抗癌作用。.此外，首次发现化合物ANTO-2能够特异性增强KRAS突变型非小细胞肺癌对化疗药的敏感性，其机制为化合物作用于癌细胞中高表达的ERK，进而抑制下游的UHRF1蛋白来抑制DNA损伤修复，从而选择性增强化疗药对KRAS突变型肺癌细胞的生长抑制作用。.以上研究为强心苷类药物单独或与化疗药联用的抗癌作用奠定了基础。