樟属植物中Nrf2激动剂对慢性阻塞性肺疾病的化学预防作用及机理

Lung is the target of atmospheric pollutants. Severe atmospheric pollution (e.g. haze) in China produced high incidence of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Oxidative stress caused by atmospheric pollutants plays a dominant role in the pathogenesis of COPD. Nrf2 is a key transcription factor for regulating human redox state, and induction of Nrf2 is regarded as an effective strategy for chemoprevention of COPD. Previous study indicated that five Cinnamomum species potently induced Nrf2 pathway, and protected human bronchial epithelial (HBE) cells against H2O2 and As induced toxicity. Based on this finding, the work will be carried out as follows. (i) Bio-guided isolation and structure elucidation of Nrf2 inducers from five active Cinnamomum species, and illustrate the relationship between Nrf2 inducing effect and chemical ingredients. (ii) Evaluation of Nrf2 inducing effects of the isolates, discovery of 1-3 potent active compounds, illustration of their structure activity relationship, and clarification of their action of mechanism on induction of Nrf2 pathway. (iii) Evaluation on the chemopreventive effects of active ingredients using human normalbronchial epithelial cells and mouse COPD models, and then discussing their potential as chemopreventive agents against COPD, and providing a research basis for research and development of new COPD drugs. Enlarging the medicinal valuse of the plants from the genus Cinnamomum.

肺是大气污染物损伤的靶器官，我国严重大气污染（如"霾"的发生）导致慢性阻塞性肺疾病(COPD)高发。大气污染物诱发的氧化应激是COPD重要病因。Nrf2是调节人体氧化还原平衡的关键转录因子，激活Nrf2是COPD药物干预的有效方法。申请人前期研究发现，五种樟属植物具有强Nrf2激动作用，对双氧水和重金属诱发的人支气管上皮细胞损伤有保护作用，对COPD有预防潜力。本项目拟开展:（1）五种樟属植物中Nrf2诱导分子活性追踪分离和结构确证，揭示化学成分与活性相关性；（2）评价单体化合物Nrf2诱导活性，阐明构效关系并获得1-3个强Nrf2激动分子，揭示活性分子激活Nrf2的作用机制和结合位点；（3）评价活性分子对人支气管上皮细胞和小鼠COPD模型的化学预防作用，探讨其作为COPD化学预防先导化合物(或候选药物)的潜力，为新型COPD药物研发奠定基础。同时，拓展我国丰富的樟属植物资源的药用价值。

我国慢性阻塞性肺疾病(COPD)高发，氧化应激是COPD重要病因，激活Nrf2是药物干预COPD的有效方法。申请人前期发现樟属植物具有强Nrf2激动作用，对COPD有预防潜力。本项目开展了樟属植物中Nrf2诱导分子结构确证和构效关系研究，基于Nrf2蛋白稳定性、泛素化和磷酸化探讨了活性分子激活Nrf2作用机制，并评价了活性分子抑制细胞氧化损伤和干预COPD的有效性。有以下重要发现：（1）从肉桂中分离获得了21个化合物，首次发现木脂素PRO和黄烷MFO具有Nrf2激动作用，活性强于肉桂醛类化合物，初步揭示了PRO和MFO抑制氧化应激作用机制，提出肉桂抑制氧化应激是肉桂醛衍生物、黄酮和木脂素协同作用的观点，本结果对肉桂干预氧化应激相关疾病的物质基础有了更为深入的认识；（2）从坚叶樟中分离获得了30个化合物，首次发现了倍半萜NLD和联苯THD通过激活Nrf2通路抑制细胞氧化应激，THD具有阻断Nrf2-Keap1蛋白结合的潜力；（3）从芳樟和黄樟中分离获得了33个结构多样的化学成分，丰富了樟科植物化学多样性。在此研究基础上，将研究拓展至樟科木姜子属和黄酮类化合物，并有以下发现：（1）从滇南木姜子中分离获得了21个化合物，发现苯酚类化合物MPP具有Nrf2激动作用和NF-kB抑制活性；（2）构建了结构新颖黄酮化合物库，初步揭示了黄酮类化合物激活Nrf2通路的构效关系；发现了不同结构类型黄酮Nrf2激动分子，揭示了异黄酮类激活Nrf2通路的作用机制。通过本项目的实施，发现了结构新颖、类型迥异的氧化应激抑制活性分子，并基于Nrf2通路揭示了抗氧化作用机制；结构迥异的Nrf2诱导活性分子，表现出治疗氧化应激相关疾病的潜力，为创新药物研究提供了先导分子和研发思路；分离获得的结构多样的化学成分，丰富了樟科植物化学多样性。