抑制Hedgehog信号通路的植物C21甾体化合物的构效关系、结构优化及抗肿瘤作用研究

Since activation of the Hedgehog signaling pathway is implicated in several types of human cancers, inhibitors of this pathway could be promising anticancer agents. C21 steroids from plants have antitumor effect. Studies of cell toxicity, gene chip and dual luciferase report gene found that C21 steroids could inhibit the activity of Hedgehog signaling pathway, suggesting that the inhibitory activity against tumor cell may be associated with inhibitory activity against Hedgehog signaling pathway. This project intends to set up compounds library of C21 steroids from plants systematically, with Hedgehog signaling pathway as a target for active screening. By the analysis of structure-activity relationship with CoMFA model, stucture optimization of leading compounds will be done and a series of new C21 steroids will be devised and synthetized. Then, antitumor effects of active compounds will be evaluated based on the mode of gene knockout mice relying on the Hedgehog signaling pathway. This study aims at finding new Hedgehog signaling pathway inhibitors as candidates for targeting antitumor drugs.

近年来研究发现多种肿瘤中Hedgehog信号通路异常激活，因此靶向该通路的抑制剂成为抗肿瘤药物研究的新热点。植物C21甾体化合物具有抗肿瘤作用，前期研究发现：细胞毒性、基因芯片及双荧光素酶报告基因实验研究发现植物孕甾体化合物能抑制Hedgehog信号通路活性，并推测其抑制肿瘤细胞活性可能与抑制Hedgehog信号通路活性有关。本项目拟系统地建立植物中各种类型的C21甾体化合物库，以Hedgehog信号通路为靶标进行活性筛选，并采用CoMFA模型进行构效关系分析，根据构效关系进一步结构优化以及活性再筛选；然后采用Hedgehog信号通路依赖的基因敲除小鼠模型对活性化合物进行抗肿瘤作用评价,从而获得新型的植物来源Hedgehog信号通路抑制剂，为靶向特异性的抗肿瘤新药开发提供候选化合物。

在基底细胞癌、髓母细胞瘤、横纹肌肉瘤、胰腺癌、肺癌、前列腺癌等一些肿瘤组织中，Hedgehog通路异常连续激活。经典的Hh通路通常表现有Hh自分泌或旁分泌增多，Hh配体与Ptch结合时，Ptch解除对Smo蛋白的抑制，Smo的激活促使Gli入核，激活靶基因的转录和表达。靶向Hh通路的抑制剂则能特异性地抑制这些肿瘤的生长，发挥治疗效果，目前被FDA批准上市的Hh通路抑制剂Vismodegib和Sonidegib ，用于治疗基底细胞癌，它们被用于胰腺癌、小细胞肺癌、前列腺癌、黑色素瘤等癌症治疗处于临床研究阶段。但是这些抑制剂均为作用于Hh信号通路上游的Smo蛋白抑制剂。该类抑制剂对Smo下游其他分子如SuFu、GSK3β、Gli等突变引起的激活和其他不依赖Smo的非经典激活并不能达到理想的抑制效果。临床已发现多例由于Smo突变引起Smo抑制剂Vismodegib获得性耐药病例。研究证明下游Gli抑制剂GANT-58、GANT-61和ATO等则对Smo抑制剂耐药的Smo突变肿瘤株同样具有较好的抑制作用，因此Hh通路Gli抑制剂是新一代Hh通路抑制剂的重点研究方向。本项目从萝藦科植物中分离获得60余个包括所有母核类型的C21 甾体化合物，其中包括19个新化合物，并对部分结构进行衍生化。我们进一步对其中结构特征明显的40多个C21 甾体化合物进行Hh信号通路抑制活性测定和构效关系研究，发现结构新颖的化合物Cynanbungeigenin C（简称CBC）具有最为显著的Hedgehog通路抑制活性。进一步的机制研究发现CBC抑制Hedgehog通路活性不是作用于Smo或SuFu，而是通过抑制Gli的水平发挥作用，而且 CBC能抑制Smo D473H和W535L突变的Hh通路激活；体内外抗肿瘤试验结果表明CBC显著抑制Hedgehog通路依赖的Ptch+/-; p53+/-髓母细胞瘤的生长。另外，进一步采用CM-Dil标记的胰腺癌PANC-1移植瘤斑马鱼模型评价CBC的体内抗肿瘤作用，结果化合物CBC对移植的Hedgehog通路依赖性胰腺癌PANC-1细胞的生长及迁移有明显抑制作用，并呈现明显的浓度依赖性。药代动力学试验表明CBC在脑组织中的Cmax能达到4.87微摩尔，说明CBC血脑屏障透过性好。本项目的发现为将新型Hh通路Gli抑制剂CBC进一步开发奠定扎实的基础。