激活ER stress以增强Bcl-2抑制剂的抗肿瘤作用及分子机制研究

Bcl-2 inhibitor ABT-737, exerting its anti-cancer activities by inhibiting the functions of Bcl-2, is currently under Phase II clinical trials. However, the low affinity to anti-apoptotic factor Mcl-1 leads to the insufficient activities in solid tumor therapy, which hampers its clinical progression and development. Thus it is an urgent task for us to explore the strategies to increase the anti-cancer activities of ABT-737, and elucidate the underlying mechanisms. Our preliminary data showed that Celastrol and 17-AAG up-regulated the expression of Bcl-2 family member NOXA, thus antagonized the function of Mcl-1, consequently, increased the anti-cancer activity of ABT-737. On the basis of these observations, utilizing Celastrol and 17-AAG as small molecular probes, this project will focus on the regulation of Mcl-1 expression and function, and elucidate the relationship between the activation of ER stress and anti-cancer activities of Bcl-2 inhibitors, so as to unravel the modes and the key factors that ER stress regulating Bcl-2 family members. Obviously, all these efforts will not only benefit for the exploration of the molecular mechanisms of the regulation of ER stress on Bcl-2 inhibitors, but also aid in the discovery of bio-markers and effective combination therepeutic regimens, in addition, promote the rational design and development for the novel Bcl-2 inhibitors with our own intellectual property rights and patent technology.

Bcl-2抑制剂ABT-737目前作为新型抗肿瘤药物处于临床II期研究阶段，其与抗凋亡蛋白Mcl-1亲和力低，导致在实体瘤中活性有限。我们的前期研究发现，激活ER stress的抗肿瘤化合物Celastrol和17-AAG通过激活ATF4上调Bcl-2家族成员NOXA的表达，干扰Mcl-1的功能，可显著增加ABT-737的抗肿瘤活性。在此基础上，本课题将以Celastrol和17-AAG作为分子探针，以Mcl-1的表达和功能调控为切入点，深入研究ER stress的激活与Bcl-2抑制剂抗肿瘤活性的相关性，以及ER stress调控Bcl-2家族蛋白的作用方式、关键蛋白及分子地位，旨在阐明ER stress影响Bcl-2抑制剂抗肿瘤作用的分子机制，为Bcl-2抑制剂的个性化治疗探寻分子标志物和合理用药方案，为其拓展临床应用提供科学依据，更为新一代Bcl-2抑制剂自主研发提供全新的设计思路。

Bcl-2 抑制剂ABT-737 目前作为新型抗肿瘤药物处于临床II 期研究阶段，临床上主要用于治疗血液肿瘤，但是由于ABT-737对实体瘤的耐药严重限制了其扩展临床适应症。本课题的研究发现，激活ER stress 的抗肿瘤化合物雷公藤红素（Celastrol）通过激活ATF4 上调Bcl-2 家族成员NOXA 的表达，干扰Mcl-1 的功能，可显著增加ABT-737的抗肿瘤活性。同时鉴于我们发现抑制Mcl-1可以增敏Bcl-2抑制剂的抗肿瘤作用。我们根据这个思路创新的利用了带荧光素酶的Mcl-1启动子，快速的筛选到多个可以降低Mcl-1蛋白表达的化疗药物，如阿司匹林、二甲基塞来昔布、埃博霉素B、奈达铂、雷公藤红素等，通过体内外的药效学研究，我们发现这些化疗药物均能与ABT-737发挥协同抗肿瘤作用，我们还惊喜的发现这些合用配伍均具备高效低毒的特性。同时我们也对这些合用配伍的分子机制进行研究，结果显示（1）雷公藤红素是通过激发内质网应激反应从而促进Noxa的表达，从而抑制Mcl-1促进ABT-737的抗肿瘤活性的。（2）阿司匹林和ABT-737长时间处理通过调控p38蛋白，引起Mcl-1蛋白的下调，引起肿瘤细胞凋亡，短时间处理通过调控p38引起细胞发生自噬。（3）二甲基塞来昔布联合ABT-737通过促进Mcl-1降解，从而诱导AIF蛋白的核转运，最终诱导肿瘤细胞凋亡。（4）埃博霉素B和ABT-737合用通过抑制PI3K信号通过，从而抑制Mcl-1的表达，最终发挥协同抗肿瘤作用。（5）奈达铂和ABT-737合用通过抑制Mcl-1蛋白的表达，从而发挥协同抗肿瘤的作用。这些合用配伍的分子机理殊途同归均是通过抑制Mcl-1蛋白的表达，最终发挥协同抗肿瘤效果。我们发现的这种筛选方法将为ABT-737的临床试验提供分子标记物，为未来Bcl-2抑制剂家族的临床精准应用提供重要的理论参考资料。