靶向抑制RhoA蛋白的二萜化合物curcusone A的抗肿瘤构效关系、结构优化和分子机制研究

The natural diterpenoid compound curcusone A (CurA) has a dual effect of inhibiting tumor proliferation and preventing tumor metastasis. However, its structure-activity relationship, molecular target and mechanism of action are not clear, which prevents the CurA to be an antitumor drug. In previous work, we found that RhoA may be the target of CurA, by using some methods including DARTS and CETSA. RhoA, a subgroup of the Ras superfamily, plays significant roles in proliferation, invasion and metastasis of tumor. Hence, CurA, as the RhoA inhibitor, would be a potential source of antitumor compounds. In this study, chemical modification of CurA would be performed to fully elucidate the relationship between the structure and the antitumor-activity. Based on the breakthrough that CurA target to RhoA, CurA would be the starting point for further structural optimization with the help of computer simulation. We hope to synthesize the CurA analogs with high RhoA inhibition activities, and evaluate the in vivo antitumor efficacy of these lead candidates. Furthermore, molecular mechanism of CurA inhibiting tumor cell proliferation and tumor cell invasion will be discussed based on RhoA/ROCK signaling pathway. Our research would accelerate the process of developing CurA as a new anti-tumor drug.

天然二萜化合物curcusone A（CurA）具有抑制肿瘤增殖和阻止肿瘤转移的双重作用，然而其作用的构效关系、分子靶标和作用机制均不清楚，阻止了该抗肿瘤候选化合物的药物研发进程。我们前期利用DARTS、CETSA等方法发现CurA的分子靶标为RhoA（Rho家族小G蛋白的一种），RhoA的活性失调与肿瘤的生长、浸润和转移紧密相关，因此RhoA抑制剂可用于抗肿瘤药物的开发。本项目在我们前期研究基础上，将利用合成修饰的方法全面阐明CurA的抗肿瘤构效关系；基于CurA与RhoA蛋白的作用模式，利用计算机模拟和合理药物设计思路对CurA进行结构优化，获得靶向性和成药性更好的候选化合物；基于CurA靶标为RohA，深入研究CurA对PC3细胞增值和迁移的分子作用机制；利用动物模型评价最优候选化合物的体内抗肿瘤药效。本项目的实施可加速推进天然抗肿瘤候选二萜化合物CurA的新药开发进程。

癌症目前仍是全球主要的治疗难题，近年来前列腺癌的发展逐渐严重威胁着男性的健康，因此研发更多高效抗肿瘤药物迫在眉睫，而天然产物因其丰富的结构类型和多样的生物活性为药物先导物的发现提供了一个不可取代的重要途径。但由于天然产物可能会面临活性不佳、毒性较大、药代动力学特性不理想、生物利用度差等问题，因此其直接开发为临床药物的例子并不多见，更多的是作为先导化合物通过进一步的结构修饰和优化而进行药物开发。.植物小桐子根部含有丰富的二萜化合物，经分离提取获得52个天然二萜化合物，体外抗肿瘤活性测试发现属于5/7/6环系的rhamnofolane型二萜Curcusone A-D在体外表现出较好的抗肿瘤活性，针对curcusone A−D进行结构修饰共合成64个二萜化合物衍生物，抗肿瘤活性结果表明B环的二烯酮结构是Curcusones系列化合物的活性中心；2-OH对于活性的影响较小，但取代基的选择对活性也有影响；当A、B环形成螺环后活性消失，而生成A环扩环产物pyracurcasone后活性提高；5位的羰基与肼形成希夫碱或与盐酸羟胺成肟后活性大幅降低或消失；C环的两个末端双键对活性的影响较小；当C环六元环系被破坏后活性大幅降低或消失；侧链引入α, β-不饱和酮片段后活性保持或略微提高，而引入非共轭片段后活性有所下降。为研究活性作用机制利用CC-ABPP鉴定Curcusone C抗前列腺癌的作用靶点为PCBP2，进一步通过DARTS、SPR、Western Blot等验证了靶标PCBP2的真实性与准确性；利用蛋白质组学、Western Blot深入研究分析获得Curcusone C通过抑制PCBP2激活FHL3的表达 ，进一步抑制TGF-/Smad信号通路和触发线粒体凋亡途径促进PC-3细胞的凋亡并减少癌细胞的迁移；皮下注射构建异种种植前列腺癌裸鼠模型，通过比较阴性对照组与给药组的肿瘤体积，瘤重及相对肿瘤抑制率等指标表明Curcusone B在体内对裸鼠体重和其他脏器无明显影响，而且能明显抑制肿瘤体积的增殖而发挥具有良好的抗肿瘤药效。.依据靶标鉴定结果可知Curcusones是第一类PCBP2抑制剂，小分子作用靶标、机制和体内药效评价的研究为Curcusones作为先导化合物开发抗肿瘤药物奠定理论与物质基础，通过进一步结构优化开发新的PCBP2抑制剂，成为临床上潜在的抗前列腺癌药物。