番荔枝内酯类化合物抑制STAT3激活的构效关系及作用机制研究

Abnormal activation of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) is closely related to the development of a variety of malignant tumors, so it has become a new target for the development of anti-cancer drugs in recent years. There is few report about small molecule inhibitors of STAT3 and no related products on the market. Looking for anticancer drug of small molecule inhibitors of STAT3 activation from the natural products provide a new a new way for screening anticancer drugs target to STAT3. Our group found that annonaceous acetogenin (ACGs), rich in traditional Chinese medicine Annona squamosa, inhibit p-STAT3 expression of the human hepatoma cell line HepG2 in the previous study. The project intends combine computer simulation technology and cellular and molecular biology experimental, to observe different structure type of tetrahydrofuran ring (mono tetrahydrofuran, adjacent bis- tetrahydrofuran, nonadjacent bis- tetrahydrofuran ring), flanked hydroxyl groups, and the length of the alkyl chain on the expression of p-STAT3 of different human tumor cells, to elucidate its structure-activity relationships, to find a structure type of ACGs which has highly inhibit STAT3 activation and investigate the molecular Mechanism of action of different type structure of ACGs blocking STAT3 signaling pathway. We hope to provide the experimental basis of ACGs as a specific inhibitor of STAT3 signaling and lay the foundation for the development of new small molecule inhibitors of STAT3 anti tumor drugs with independent intellectual property through this research.

信号转导子与转录活化子3（STAT3）异常活化与多种恶性肿瘤发生发展密切相关，已成为近年来开发抗癌药物的新靶点。目前STAT3小分子抑制剂报导较少，尚无相关产品上市。在中医理论指导下，从具抗癌活性的中药中寻找抑制STAT3异常激活的小分子化合物成为研究热点。本项目组前期研究发现中药番荔枝子中富含的番荔枝内酯类化合物可抑制人肝癌细胞STAT3异常表达。本项目拟通过计算机模拟结合细胞分子生物学实验考察番荔枝内酯类化合物不同结构类型中的四氢呋喃环类型（单、邻双及间双型）、羟基个数及碳链长度对不同种人肝癌细胞p-STAT3表达的影响阐明其构效关系，由此发现对肿瘤细胞STAT3具高选择活性的番荔枝内酯结构类型，同时探讨并阐明不同结构类型番荔枝内酯类化合物基于STAT3信号相关通路的分子机制，为开发具有自主知识产权的STAT3小分子抑制剂新型抗肿瘤药奠定基础。

本研究课题以发现高活性靶向STAT3的小分子药物为目标，以番荔枝子治疗恶疮肿痛的中医理论为指导，以其富含的对多药耐药性肿瘤有确切药效的番荔枝内酯类化合物为切入点。按研究计划，本课题首先完成了不同结构类型番荔枝内酯类化合物与STAT3蛋白SH2区域活性口袋的计算机模拟对接，发现番荔枝内酯分子结构中的四氢呋喃环及末端内酯环核心片断为关键药效团，可与STAT3蛋白SH2区域活性口袋的Arg609，Ser611，Ser613，Lys591产生较强的氢键结合，而分子结构中两环之间碳链长度可影响化合物分子与蛋白活性口袋相结合。.接着，本课题应用Western-Blot技术完成了蛋白水平的构效关系研究，并根据不同番荔枝内酯的结构类型特征及其对SMMC-7721细胞的p-STAT3蛋白表达抑制活性得出以下结论：在单四氢呋喃型和邻双四氢呋喃型番荔枝内酯类化合物中，四氢呋喃环离末端内酯环越近活性越好；在邻双四氢呋喃型和间双四氢呋喃型番荔枝内酯类化合物中，三羟基取代的总碳数为37，分子量为622的活性最强；在邻双四氢呋喃型和间双四氢呋喃型番荔枝内酯类化合物中，5-OH取代活性较强；在间双四氢呋喃型番荔枝内酯类化合物中，具c/th-th/t/er构型的比具t/th-th/t/er构型的活性要好，另具t/th-th/t/er构型的活性比具t/th-th/t/th构型的活性要好。在此基础上，结合计算机模拟数据，我们提出番荔枝内酯与STAT3结合的最佳模型化合物。.最后，本课题探讨了番荔枝内酯类化合物与抗肿瘤作用的具体作用机制。研究发现，在SMMC-7721细胞中，加入Annosquacin B后STAT3蛋白表达趋势不变，而p-STAT3，p-JNK，p-AKT表达下降；在Annosquacin B抑制MCF-7/ADR多药耐药细胞生长的作用机制的研究过程中，发现Annosquacin B能上调p-p38 MAPK表达、下调p-JNK表达，由此Annosquacin B诱导MCF-7/ADR多药耐药细胞凋亡可能通过干预MAPK通路发挥作用。.通过研究，本课题组提出了高活性靶向STAT3的番荔枝内酯类化合物的模型结构，并发现番荔枝内酯类化合物Annosquacin B抑制肿瘤细胞p-STAT3的表达与JNK蛋白相关的MAPK通路有关。本课题的实施可为从中药资源中获得高活性靶向STAT3的小分子药