环吡酮胺及其衍生物抗乳腺癌活性及机制研究

The mammalian target of rapamycin (mTOR) is a central controller of cell survival, growth, and proliferation. Dysregulation of mTOR signaling pathway often occurs in a variety of human cancers. Therefore, mTOR has become as a potential target for anticancer agents development. During the study of mTOR signaling pathway inhibitors, we found that Ciclopirox Olamine (CPX) inhibited both mTOR Complex 1 (mTORC1) and mTORC2 signaling in breast cancer cells. The data showed that CPX inhibited cell proliferation in cancer cells, and significantly suppressed the tumor growth in human breast cancer MDA-MB231 xenografts.The mechanism studies suggested that CPX inhibited the expression of the proteins which regulate the cell cycle and apoptosis, leading to the accumulation of cancer cells in G0/G1 phase and induced cancer cell apoptosis. In the present study, we are going to collaborate with the chemistry research group and synthesize series of CPX derivatives with good solubility. By analyzing the structure-activity relationship,we will identify the active group of CPX and its derivatives. Further, we will evaluate the in vivo toxicity and the anti-tumor activity of the compounds and expect to obtain a high effective and good druggability compound. Then the mechanisms by which the compound regulates mTOR signaling and the anti-tumor target of this compound are going to be investigated. This project will provide the pharmacological basis for developing CPX derivative as low toxic and high effective anti-breast cancer lead compound which targets mTOR signaling.

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）在细胞存活、生长及增殖中具有重要的作用。mTOR通路调节失常与多种肿瘤的发生发展密切相关，是临床上已被确证的抗肿瘤药物作用靶点。在mTOR抑制剂的研究中，我们发现环吡酮胺CPX能抑制乳腺癌细胞mTOR复合物（mTORC1）和mTORC2通路。研究数据显示CPX显著抑制肿瘤细胞增殖以及人乳腺癌MDA-MB231细胞裸鼠移植瘤的生长，初步机理研究表明CPX通过抑制细胞周期及凋亡相关蛋白表达，从而阻滞肿瘤细胞周期并诱导细胞凋亡。由于CPX水溶性不好，本研究拟与化学组合作，对CPX进行结构优化，合成系列CPX衍生物；进而分析该类化合物的构效关系，确定其活性基团；通过体内毒性及抗肿瘤活性综合评价，以期得到活性高、成药性好的化合物；进而深入研究该化合物调控mTOR通路的机制及其抗肿瘤靶点，为将其开发为高效低毒、靶向mTOR通路的创新抗乳腺癌先导化合物提供药理学基础。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）在细胞存活、生长及增殖中具有重要的作用。mTOR通路调节失常与多种肿瘤的发生发展密切相关，是临床上已被确证的抗肿瘤药物作用靶点。环吡酮胺（ciclopirox olamine ,CPX）是一个非专利的抗真菌药物，我们近期研究发现CPX能够抑制乳腺癌细胞mTOR信号通路，具有较好的体内外抗肿瘤活性。但由于CPX是一个非专利药物，并且作用机理不明晰，因此本项目与化学组合作，对CPX进行结构优化并合成系列CPX衍生物；利用细胞增殖活性检测考察了CPX及其衍生物对不同乳腺癌细胞以及正常乳腺细胞的增殖抑制活性，研究发现CPX衍生物N-羟基邻苯二甲酰亚胺（N-Hydroxyphthalimide，NHPI）能够选择性抑制人乳腺癌BT-20及SK-BR3细胞的增殖，而对正常乳腺细胞MCF-10A没有影响。进一步的抗肿瘤机制研究发现，NHPI能够阻滞BT-20细胞周期于G2/M期，并通过线粒体途径诱导细胞凋亡；另外，NHPI能够抑制mTORC1及mTORC2信号通路，克服由于抑制mTORC1而引起的Akt和ERK反馈激活。NHPI不影响人乳腺癌细胞MDA-MB-231的增殖也不影响该细胞中mTOR信号通路，表明抑制mTOR信号通路是NHPI抑制细胞增殖的重要机制之一。动物体内抗肿瘤活性实验结果显示，40mg/kg的NHPI连续腹腔注射53天，能够有效抑制人乳腺癌BT-20裸鼠移植瘤的生长，同时抑制肿瘤组织细胞中mTOR信号通路，并且该剂量下NHPI对小鼠体重没有影响。另外，该项目对CPX的抗肿瘤作用机制进行了系统深入的研究，研究发现CPX能够诱导细胞自噬，其机制与活性氧诱导的JNK信号通路的激活有关；在细胞水平上阻断CPX诱导的自噬增加了肿瘤细胞对CPX的敏感性，表明CPX诱导的肿瘤细胞自噬发挥细胞保护作用，CPX与自噬抑制剂联合应用能显著提高CPX的体外抗肿瘤活性。深入的抗肿瘤机制研究显示，CPX能够通过抑制mTOR信号通路从而抑制多种肿瘤细胞的增殖以及动物体内移植瘤的生长；CPX抑制mTOR信号通路的分子机制与激活AMPK-TSC2以及AMPK-Raptor通路有关。.以上研究为CPX及其衍生物的抗肿瘤药物研究以及临床应用提供了重要的科学依据，同时，为将NHPI开发为靶向mTOR通路的创新抗乳腺癌先导化合物奠定重要的药理学基础。