叶酸靶向的熊果酸衍生物抗癌活性比较研究及其作用机制探讨

Presently, the search for novel anticancer drugs that are both effective in the treatment of cancers as well as low toxic to normal tissues has become a highly researched field in medicine. Ursolic acid is a naturally occurring bioactive product that possesses significant anticancer effects and prevents liver injury. However,further investigation is needed to improve the weak water-solubility and low tumor-targeting efficiency. Our preliminary study showed that several ursolic acid derivatives(e.g. UDA) had showed significant anticancer activity on different cancer cell lines in vitro and in vivo. In this project, we will design and synthesize a series of folate receptor-targeted, water-soluble, and pharmacomodulated chemotherapy agent that selectively destroys the targeted cancer cells while sparing normal tissue. The new conjugates are composed of two components, i.e., Ursolic acid derivatives (therapeutic agent) and Folate acid (homing molecule targeting FR-expressing cancer cells, and as a stable modulator improving the delivery efficiency as well). Comparative studies between the new folate-drug conjugates and ursolic acid derivatives will be preformed using their water-solubility and stability index. In addition, targeted antitumor activity and toxicity to normal tissues of the candidate drugs will be studied in vitro and in vivo. Finally, the mechanism of the new conjugates will be explored. This study can potentially be generalized to improve the tumor-targeting efficiency of other chemotherapy agents.

寻找疗效好、选择性高、毒副作用小的抗癌新药已成为当前医药学领域重点研究方向之一。天然来源的熊果酸以其显著的抗癌作用和良好的护肝功效受到重视，但仍存在水溶性差、肿瘤靶向性弱等不足。本项目提出将叶酸靶向运输与熊果酸衍生物抗癌活性相结合，揭示叶酸靶向的熊果酸衍生物抗癌作用及机制，最终建立并验证熊果酸衍生物-叶酸的设计理论。具体研究内容包括：利用小分子叶酸为药物靶向运输载体，以申请人前期工作中获得的抗癌效果显著的熊果酸衍生物（已申请专利）作为研究对象，构建熊果酸衍生物-叶酸偶联物；分析比较目标药物水溶性和稳定性等理化性质特点；重点研究并阐明其在体内外的靶向抗癌活性及毒性作用；从组织、分子和细胞水平探讨并揭示目标药物在肿瘤靶向治疗方面的作用机制，对其作为新型抗癌药物做出评价。本项目可为相关领域靶向抗癌药物研究及抗癌活性评价提供重要理论参考及实验依据，为肿瘤靶向性治疗提供新的研究思路和方法。

癌症治疗已成为举世关注、日益紧迫、多学科交叉的研究课题。目前化疗仍是癌症治疗的主要手段，但传统抗肿瘤的化疗药物毒副作用大且安全系数低。寻找疗效好、选择性高、毒副作用小的抗癌新药已成为当前医药学领域重点研究方向之一。天然来源的熊果酸以其显著的抗癌作用和良好的护肝功效受到重视，但仍存在水溶性差、肿瘤靶向性弱等不足。针对上述问题，本项目以熊果酸为研究对象，利用双胺类、哌嗪类和叶酸等小分子化合物为药物靶向运输载体，构建新型熊果酸衍生物，进一步对目标药物的结构与活性、靶向性及成药性等规律进行分析比较，最终寻找并开发具有临床应用潜力的安全有效抗癌候选药物。主要结果如下：1）通过对熊果酸 C3 位羟基和 C17 位羧基等活性部位进行设计改造，通过成盐、引入极性基团、降低脂溶性、构象优化、前药修饰等结构修饰手段，成功获得了不同系列共30余种熊果酸衍生物，大多数熊果酸衍生物的理化性质均有不同程度改善。2）建立了体内外药物筛选模型，对药物的构效关系进行分析比较，考察了目标药物在肿瘤靶向治疗方面的作用特点和机制，并结合计算机辅助药物设计技术，寻找能够与特定药物作用靶点相互作用的小分子结构，最终成功获得3-5种具有临床开发应用潜力的新型熊果酸衍生物。3）利用分子、细胞生物学等手段进一步揭示了目标药物在肿瘤靶向治疗方面的作用机制，结果显示：两种主要目标药物US597和UP12不仅体内外均显示出显著的肿瘤靶向抑制效果，而且还保留了熊果酸诱导凋亡、毒性低及增强免疫功能等特点，其作用机制跟调控肿瘤发生、发展、转移及代谢等过程中的关键蛋白p53、Bax、Bcl-2、Caspase 9/3、整合素α6β1、FAK、Src、paxillin 、PTEN、ICAM-1、P-selectin和HKⅡ等相关，可望将其开发成具有靶向抗肿瘤潜力的安全有效抗癌候选药物。4）此外，为进一步改善药物体内的生物利用度并提高药物的肿瘤靶向性，我们还构建了具有pH响应和叶酸靶向等功能的介孔二氧化硅等纳米递药系统，对熊果酸及其衍生物进行肿瘤细胞的靶向递送，经体内外实验证实经过纳米剂型改造后的药物具有较好的靶向抗癌活性，且药物体内生物利用度得到显著改善。本项目研究成果可为天然产物应用于肿瘤的靶向治疗及减轻药物毒副作用提供实验与理论支撑，为解决常规化疗药物肿瘤选择性差、毒性大和安全系数低等问题提供新的研究思路和方法。