新结构抗肿瘤倍半萜XY172的初步药效学与作用机制研究

Effective and safe treatments are still desperatly needed considering the huge threat to human health caused by cancer. Fungi are valuable sources of bioactive natural products from which many important medicines have been discovered through screening and chemical investigations of fungal secondary metabolites. In our previous study, we have isolated a series new bisabolane and bergamotane sesquiterpenoids from the culture of Paraconiothyrium brasiliense, an endophyte to Acer truncatum Bunge. Among these compounds, XY172 selectively inhibited proliferation of MCF-7 cells, and did not show obvious effect toward the negative controls HaCaT, NIH-3T3, Hek-293 cells under 50 μM. The predicted LD50 value in mice is greater than 2000 mg/kg, showing good selectivity. XY172 induced apoptosis of MCF-7 cells in a time- and dose-dependent manar, and affected the expression of some key proteins in the pathway. This proposed study will evaluate in vitro ADME/T profile of XY172, explore its structure-activity- relationship through structure modifications. The optimized compound will be tested for in vivo antitumor effect and ADME/T properties along with XY172. In addition, antitumor mechanism of XY172 will be explored. Results from above-mentioned investigations will provide valuable information for discovery of antitumor lead compounds.

恶性肿瘤严重威胁人类健康，而目前仍然缺乏高效、安全的药物。申请人从元宝槭内生真菌Paraconiothyrium brasiliense的发酵产物中发现了一系列新结构没药烷与香柠檬烷类倍半萜，其中主要产物XY172（已制备约1.8克）选择性抑制人乳腺癌细胞MCF-7的增殖并在50μM浓度下对三种永生化细胞均无明显影响，小鼠急毒预测其LD50值大于 2000 mg/kg，显示了良好的选择性。初步作用机制研究表明XY172不仅引起MCF-7的凋亡并影响其细胞信号通路关键蛋白的表达，而且诱导自噬。本申请拟参考XY172的体外快速ADME评价结果进行结构修饰，开展XY172及其优化产物的抗肿瘤药效学研究，明确构效关系，并进行初步ADME/T评价。通过检测XY172对自噬等细胞程序性死亡的作用与对相关信号通路的影响，初步明确其作用机制。为发现具有进一步研究潜力的新型抗抗肿瘤先导化合物提供科学依据。

恶性肿瘤是威胁人类健康的主要杀手，但目前仍然缺乏高效、安全的药物。真菌是活性天然产物的重要来源，人类已经从中成功开发了多种治疗重大疾病的药物。 本课题组前期从元宝槭内生真菌Paraconiothyrium brasiliense的发酵产物中获得了一系列新结构没药烷类倍半萜，其中主要产物XY172能选择性抑制人乳腺癌细胞MCF-7的增殖并在50 μM浓度下对三种永生化细胞均无明显影响，并且小鼠急毒预测其LD50 >2000 mg/kg，显示了良好的选择性。初步作用机制研究表明XY172不仅引起MCF-7的凋亡，而且诱导自噬。本研究通过对XY172的产生菌进行放大发酵，制备了15.1克纯度 > 97%的XY172样品；通过同系物分离、结构修饰和化学合成三种不同方法，获得了40余个XY172的类似物，并开展了系统的体外活性评价和构效关系研究。通过上述研究，获得了活性大幅提高、选择性保持的XY172类似物；其中化合物12b的活性比XY172提高了20倍以上，并且对三种人癌细胞MCF-7、HeLa和HO8910与阴性对照细胞NIH3T3保持了良好的选择性，具有进一步研究的潜力。体外快速ADME评价结果表明，XY172在大鼠和人肝微粒体中代谢消除的半衰期（T1/2）分别为11.3和38.3 min。初步作用机制研究表明，XY172能诱导MCF-7细胞G1期阻滞，并通过激活caspase-9，引起PARP的剪切，说明该化合物通过线粒体途径引起MCF-7细胞凋亡。此外，XY172能抑制MCF-7细胞中能量代谢关键酶HK2的表达，进而导致葡萄糖代谢紊乱和ATP耗竭，最终抑制MCF-7细胞的增殖。以上研究结果为新型抗肿瘤先导分子的研发提供了科学依据。