仿肝素含糖高分子的合成、抗肿瘤转移活性及与靶标蛋白的相互作用研究

Metastatic disease is the primary cause of death for most cancer patients, leading anti-metastasis drug development becoming a hot spot in the field of cancer therapy. Heparin, heparin oligosaccharides and heparin derivatives were reported to have significant anti-metastasis activity. However, the structure-anti-metastasis activity relationship of heparin and its target proteins remained to be further explored due to the structure complexity, difficulties of artificial synthesis as well as weak affinities to protein because of lack of multivalency. This project aimed to synthesis series heparin mimic glycopolymers, i.e., polymethacrylamide backone bearing chemical-enzymatic synthesized structure defined heparin oligosaccharides side chains, to solve the aforementioned problems for structure activity study and target identification. The anti-metastasis activity of the heparin mimic glycopolymers will be assayed by combination of molecular biology, cell culture and animal model methods, and the effects of structural parameters including oligosaccharide structure (size, amount and positions of sulfate groups), side chain numbers, and molecular weight of the polymer on anti-metastasis will be studied. The interactions between glycopolymers with good anti-metastasis activity and potential target proteins will be further studied by SPR, CD, QCM as well as fluorescent spectrometry, to identify the key proteins involved, structural requirements of heparin for binding, multivalent effect as well as action mechanism. This project will provide detailed data for heparin based anti-metastasis drug development and possesses scientific value and potential applications .

肿瘤转移是导致癌症患者死亡的最主要原因，抗肿瘤转移药物研发已成为肿瘤治疗领域的研究热点。肝素多糖、寡糖及其衍生物具有抗肿瘤转移活性，但由于其结构复杂，难以合成，作用靶点众多，与靶标蛋白亲和力较弱，导致其结构-抗肿瘤转移活性构效关系及其与靶标蛋白分子相互作用的研究不够深入。本项目拟采用化学-酶法合成结构明确的系列肝素寡糖，采用自由基聚合法合成以其为侧链的仿肝素高分子，以解决Hep作为抗肿瘤转移药物存在的多糖合成困难和亲和力较弱两个基本问题。利用动物模型、细胞实验结合分子生物技术，研究Hep寡糖的大小、硫酸基位置和数量、糖单元数量以及高分子分子量对抗肿瘤转移活性的影响，筛选出具有强抗肿瘤转移活性的结构。用SPR、CD、QCM、激光共聚焦等研究含糖高分子与各种潜在靶标蛋白之间的相互作用及分子识别机制，深入探索其作用机理。本项目将为Hep类抗肿瘤转移药物开发提供重要的科学依据，具有重要学术价值。

肿瘤转移是导致癌症患者死亡的最主要原因，抗肿瘤转移药物研发已成为肿瘤治疗领域的研究热点。多糖衍生物能够通过与蛋白质间的相互作用，形成多糖-蛋白复合物，从而参与介导抗肿瘤转移相关过程。肝素多糖、寡糖及其衍生物具有抗肿瘤转移活性，但较弱的抗肿瘤作用，需大剂量、长期用药所带来的出血和血小板减少的不良反应使其在临床的应用中备受限制。同时其结构复杂，难以合成，作用靶点众多，与靶标蛋白亲和力较弱，导致其结构-抗肿瘤转移活性构效关系及其与靶标蛋白分子相互作用的研究不够深入。含糖高分子是指糖组分通过不同的化学反应途径引入到聚合物分子链中而形成的功能高分子。通过多价相互作用，含糖高分子包含的多个糖链能够结合在一个核心蛋白质上，提高糖-蛋白质之间的亲和力。由于单个聚合物分子上具有蛋白质识别作用的糖单元数量增加，能够更好地发挥糖类的生物学功能，含糖高分子合成已经成为抗肿瘤转移药物研究领域的重要热点。. 本项目通过降解和纯化制备肝素二糖，然后将其链接到不同长度的带氨基支链的聚丙烯结构主链高分子上，合成了系列接枝率相同的仿肝素含糖高分子。同时，以半乳糖单体和苯环酸钠单体为原料，利用RAFT聚合制备了一系列结构明确的仿肝素含糖高分子，通过调节投料比得到不同结构的聚甲基丙烯酸酯半乳糖，聚甲基丙烯酸酯葡萄糖，聚苯乙烯磺酸钠，以及其它六种具有不同结构的含磺酸基半乳糖高分子。通过核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱对仿肝素含糖高分子的化学结构及分子量进行了确认；比浊法与ELISA法研究了结构对含糖高分子与花生凝集素之间相互作用的影响。该类仿肝素含糖高分子抗凝血效果弱，对正常体细胞影响不显著且对肿瘤细胞增殖有着明显的抑制作用，说明该类化合物有着良好的生物相容性。仿肝素含糖高分子对小鼠黑色素瘤细胞的迁移与穿膜有着显著地抑制效果，也能抑制肿瘤细胞对血小板或血管内皮细胞的黏附，抗微血管内皮细胞增殖实验表明, 仿肝素含糖高分子化合物拥有抗血管生成活性。这表明该类化合物有着良好的抗肿瘤转移潜力，可为开发高效含糖高分子类抗肿瘤转移药物提供重要的科学依据和借鉴基础。