丹参酮I抗肿瘤耐药作用及机制研究

Resistance to treatments with anti-cancer drugs, which is prevalent in cancer patients and significantly limits the benefits from chemotherapy, has been a major obstacle in the treatment of cancer. The traditional Chinese medicine plays an important role in novel drug discovery to overcome cancer drug resistance. Recently, several lines of evidence were presented that DanShen, one of the traditional Chinese medicines which is effective and low toxic in treatments of cardiovascular diseases, contains multiple components with anti-tumor activity, including Tanshinone I, Tanshinone IIA, Cryptotanshinone, etc. Tanshinone I has shown significant inhibitory effects on growth and metastasis of breast and lung cancer cells. We found that Tanshinone I potently inhibited proliferation of multi-drug resistance (MDR) cancer cells, induced apoptosis and suppressed the activation of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3), indicating that Tanshinone I can circumvent MDR of cancer cells. However, its role of anti-drug resistance of cancer has not been characterized yet. The molecular targets of Tanshinone I are still unkonwn and the detailed mechanisms are obscure. Therefore, this project is designed to systematically investigate the efficacy of Tanshinone I on anti-cancer drug resistance, reveal its molecular targets and explore the detailed mechanisms in vitro and in vivo.

肿瘤耐药极大限制了药物治疗的临床效果，是亟需解决的重要问题。传统中药已成为发现新型抗肿瘤耐药化合物的重要来源，近年来发现长期用于心血管疾病治疗的丹参含有多种抗肿瘤活性成份，包括丹参酮I、丹参酮IIA和隐丹参酮等，其中丹参酮I可显著抑制乳腺癌、肺癌等肿瘤细胞的体内外增殖和侵袭转移。我们的前期工作发现丹参酮I可有效抑制肿瘤多药耐药细胞的体外增殖，能诱导多药耐药细胞发生细胞凋亡，可显著降低耐药密切相关的STAT3蛋白磷酸化水平，表明丹参酮I具有抗肿瘤多药耐药活性。肿瘤耐药类型多样，分子机制复杂，目前丹参酮I抗肿瘤耐药的作用特点、作用规律以及作用机制仍不清楚。因此本申请拟对丹参酮I抗肿瘤耐药的作用进行系统研究，揭示其抗肿瘤耐药谱、作用强度等作用特点以及作用规律，阐明其抗肿瘤耐药的作用机制，为基于丹参酮I的新型抗肿瘤耐药化合物的发现提供理论依据。

肿瘤耐药是导致临床治疗失败的重要原因，克服肿瘤耐药是肿瘤药物治疗亟需解决的难题。近年来研究发现传统中药丹参具有抗肿瘤活性，其活性成分丹参酮I可显著抑制乳腺癌、肺癌等肿瘤细胞体内外增殖和侵袭转移。本研究围绕丹参酮I的抗肿瘤多药耐药作用开展工作，旨在揭示其抗肿瘤多药耐药作用的特点、规律以及作用机制。.结果表明，丹参酮I表现出良好的抗肿瘤多药耐药活性，对不同组织来源细胞株及其对应耐药株有显著生长抑制作用，耐药系数RF值均小于1。丹参酮I未能逆转耐药细胞对长春新碱耐药及对罗丹明123的外排作用，且在耐药细胞中的蓄积浓度与亲本细胞相当甚至略强，说明丹参酮I抗肿瘤多药耐药活性不依赖于药物分子转运泵P-糖蛋白。.丹参酮I抗肿瘤多药耐药机制研究表明，丹参酮I可浓度、时间依赖地诱导耐药细胞凋亡，降低细胞线粒体膜电位，诱导内源性细胞凋亡。耐药株中Stat3蛋白705位酪氨酸磷酸化水平及其下游靶蛋白水平显著升高，丹参酮I能够显著下调Stat3的705位磷酸化及其下游靶基因表达，提示其可抑制Stat3转录活性。干扰Stat3可逆转丹参酮I的细胞凋亡诱导作用，由此说明Stat3通路的调节在丹参酮I抗肿瘤多药耐药活性中发挥重要作用。.进一步研究揭示丹参酮I不影响Stat3上游激酶的活性，而加入磷酸酶泛抑制剂或者下调细胞内磷酸酶Shp2和PTP1B表达，均可显著逆转丹参酮I对Stat3的去磷酸化作用及细胞凋亡的诱导，拮抗其对耐药细胞的增殖抑制作用，说明丹参酮I抗多药耐药活性部分依赖于蛋白磷酸酶引起的Stat3蛋白705位酪氨酸去磷酸化。.丹参酮I抑制Stat3信号通路的同时，显著上调p38、AKT和ERK磷酸化水平，下调Stat3表达可增加p38、AKT和ERK磷酸化水平。各信号通路抑制剂和丹参酮I分别联用显著增强丹参酮I诱导的细胞凋亡和增殖抑制作用。说明丹参酮I抑制Stat3信号通路后，其它信号通路对细胞存活有一定的代偿作用，阻断代偿信号通路可增强丹参酮I的抗肿瘤作用。.本课题发现丹参酮I通过磷酸酶依赖途径去磷酸化Stat3，降低下游靶基因表达，从而诱导肿瘤耐药细胞发生凋亡，发挥抗肿瘤多药耐药作用。本研究为克服肿瘤多药耐药提供了新的治疗策略，不同于经典的药物转运泵蛋白底物的抗肿瘤多药耐药化合物，为基于丹参酮I的抗肿瘤多药耐药化合物开发以及靶向多药耐药信号网络的肿瘤治疗提供了实验基础和理论依据。