基于溶酶体为靶点的天然产物衍生物制备及抗肿瘤活性研究

The lysosomes in cancer cells are more numerous, larger and with more fragile lysosome membrane than those in normal cells. The lysosome related cell death may prove useful strategy in cancer treatment, and provided that cancer cell lysosomes can be specifically targeted. Based on our previous results related to three type of natural products targeting lysosomes, we designed to synthesize derivatives with different PKa value by modify these structures with basic substitutes.Mechanism investigation will reveal the relationships between structure and lysosomal targeting, and the rules between lysosomal involved cell deaths with the lysomal membrane permeablization (LMP). Anticancer effect and the reversing activities towards MDR of synthesized drivatives both in vitro and in vivo are furtherly evaluated. Taken together, this project provides evidences for discovery of new drugs with potent and high selective properties.

与正常细胞相比，肿瘤细胞中溶酶体数量更多、体积更大、膜稳定性更差，加之溶酶体介导的细胞死亡途径是抗肿瘤和逆转肿瘤耐药的重要机制，这为我们设计特异性靶向溶酶体的药物提供了依据。本课题在前期发现的三类靶向溶酶体天然化合物的基础上，利用溶酶体是酸性细胞器的特点，提出基于溶酶体为靶点的天然产物衍生物制备及抗肿瘤活性研究，通过对具有抗肿瘤活性的三类化合物进行结构修饰，引入相应的碱性基团，兼顾溶酶体靶向和溶酶体膜亲和性，构建不同Pka值的弱碱性化合物；在体外筛选抗肿瘤活性的基础上，研究不同结构的化合物在溶酶体中的分布、对溶酶体膜相关蛋白的抑制活性和溶酶体膜组成成分的影响，揭示溶酶体膜渗透（LMP）与溶酶体介导的细胞死亡之间的关系和细胞死亡机制，并结合体内试验验证所设计的化合物的抗肿瘤活性和逆转耐药活性，为发现抗肿瘤活性强、选择性高的有效药物奠定研究基础。

肿瘤细胞与正常细胞相比，溶酶体数量更多，体积更大，溶酶体膜稳定性更差，因而设计合成溶酶体靶向药物可以提高抗肿瘤药物活性，降低其细胞毒性。本课题对具有抗肿瘤活性的几类天然产物进行了系统的结构修饰和活性优化，在这些天然产物的优势骨架中引入了一系列碱性基团以增强其溶酶体靶向性，最终合成得到300余个天然产物衍生物，主要包括：苯并[a]喹诺里西丁类生物碱，含氮的碱性双联苄类化合物，二萜类天然产物的碱性衍生物。对这些衍生物进行系统的抗肿瘤活性筛选，发现其中大部分化合物对人癌细胞株(乳腺癌MCF7， 前列腺癌PC3、DU145、LNCaP， 白血病Hela，骨癌U-2-OS)均表现出良好活性，与正常细胞相比表现出较好的选择性。其中一些化合物对耐药细胞株也表现出了一定的抗增殖活性。此外，本课题还对多种苔藓植物和地衣内生菌发酵产物进行提取分离，得到了50余个结构独特的天然产物，并对其体外抗肿瘤活性进行了评价，部分化合物表现出了一定的抗肿瘤活性。.对筛选得到具有强抗肿瘤活性的甾体生物碱、双联苄和贝壳杉烷二萜类化合物进行了溶酶体靶向性研究和溶酶体途径的死亡机制的研究。结果表明，这些化合物均能够不同程度的在溶酶体部位富集，能够靶向溶酶体并导致溶酶体溶胀、膜通透性增加，释放Cathepsin等相关蛋白，诱导溶酶体介导的凋亡或坏死。在此基础上，进一步对双联苄类化合物，苯并[a]喹诺里西丁类生物碱和甾体生物碱衍生物开展了体内活性评价，人肿瘤组织裸鼠移植瘤模型实验结果表明：这三类化合物均能较好的抑制肿瘤组织的生长，而且显示较低的体内毒性，表明这类溶酶体靶向药物具有潜在的应用价值。本研究为开发溶酶体靶向抗肿瘤药物提供了物质和理论基础。