基于Hsp90抑制的黄根四氢蒽醌衍生物抗肿瘤作用与构效关系研究

Molecular-targeted antitumor therapeutic agents are the hotspot of natural products investigations. Heat shock protein 90 (Hsp90) belongs to the family of proteins called molecular chaperones that regulate tumor occurrence, development and apotosis. Hsp90 was considered to be an important target for anti-tumor drug screen, duing to hsp90 chaperone inhibition could suppress multiple oncogenic signaling pathways simultaneously. Our previously study on herbal medicine Prismatomeris connate resulted in the identification of a series of rare tetrahydroanthraquinones, of which Prisconnataone A exhibited the most anti-cancer activity via inhibited the expression of hsp90, arrested cell cycle in G2/M stage, induced apotosis, interrupted apoptosis proteins expression, and in-vivo available. Based on our previous study, this project will design a series of derivatives based on the leading compound Prisconnataone A as well as evaluate their cytotoxicities and Hsp90 inhibitory activities, hoping to obtain high efficacy and low toxicity hsp90 inhibitors. Moreover, elucidate more detailed structure-activity relationships of these compounds by 3D-QSAR analysis. Finally, the in vitro and in vivo anti-tumor activity of these derivatives based on hsp90 inhibition will be evaluated. This work will provide the scientific support for developing the new anti-cancer agents and determine the structure-activity relationships and anti-tumor mechanism of tetrahydroanthraquinone for the first time.

分子靶向药物是抗肿瘤天然产物研究的热点。热休克蛋白Hsp90与肿瘤的发生、发展和凋亡密切相关，抑制其单一靶点可以同时阻断肿瘤信号转导的多条通路，因而成为抗肿瘤药物筛选的重要分子靶标。我们首次从黄根中获得了一系列罕见的四氢蒽醌类化合物，其中Prisconnatanone A能够抑制肿瘤细胞Hsp90蛋白的表达，阻断细胞周期在G2/M期，诱导凋亡，并调节凋亡相关蛋白的表达，体内抗肿瘤安全有效。本项目拟以Prisconnatanone A为基础，依据初步的构效分析，进行衍生化设计，构建此类化合物的样品库，以期获得高效、低毒的Hsp90抑制四氢蒽醌衍生物，并阐明其抗肿瘤活性的构效关系；在此基础上，以Hsp90蛋白为靶点，研究活性四氢蒽醌衍生物抗肿瘤的作用机制及体内作用效果，为发现具有前景的药物先导化合物打下坚实基础。其创新点为首次研究四氢蒽醌抗肿瘤构效关系及其基于Hsp90抑制的抗肿瘤作用机制。

萘醌并环己烯结构的四氢蒽醌类（tetrahydroanthraquinone）化合物是一类比较少见的天然结构，目前报道的该类成分仅有45个。关于其抗肿瘤活性的作用机制、构效关系和体内作用效果有待更深入的研究。本项目前期从药用植物黄根中分离鉴定得到9个四氢蒽醌类化合物，具有强烈的细胞毒活性。本项目再次采集黄根原材料，以四氢蒽醌类化合物为目标，制备得高纯度化合物prisconnatanone A（Prisol A，HG30）。细胞毒活性构效分析表明随着C 环酚羟基数目的增加，活性相应增强。本项目采用UPLC/Q-TOF-MS技术对黄根蒽醌和四氢蒽醌类成分进行鉴定，从正离子模式共鉴定40个结构，其中21个为新鉴定，从负离子模式鉴定31个结构，其中19个为新鉴定，从中发现两个新的四氢蒽醌类化合物。以Prisconnatanones A为骨架，以肿瘤标志物热休克蛋白Hsp90为结合靶点，对Prisconnatanones A的关键活性部位3-OH，5-OH和8-H质子进行衍生化，分别引入杂原子含氮基团、亲水基团、亲酯基团，形式羧酸盐、酰胺、醚和含卤等衍生物，通过CADD技术，筛选出11个具有较强的结合能和抗肿瘤活性的化合物，并进行衍生物的合成。细胞毒活性测定，结果表明经过结构修饰后的衍生物细胞毒活性有所改善，部分衍生物细胞毒活性明显减弱。本项目以Prisconnatanones A为活性化合物，研究了其抗肺癌的作用机制与体内作用。Prisconnatanones A可通过诱导肺癌细胞发生凋亡，从而抑制A549，H1299细胞的增殖。并且诱导细胞凋亡可能是通过多种途径影响，不单纯依赖于caspase引发，还包括了AIF引发的凋亡。Prisconnatanones A可以抑制HSP90蛋白的表达，并且促进1/2ERK蛋白的表达。体内裸鼠瘤抗肺癌试验结果表明，Prisconnatanones A与阳性对照药紫杉醇比较，高、中、低浓度对小鼠体重无明显不良影响，治疗前后瘤重并无明显变化，差异不具有显著（P>0.05）。项目研究结果表明一定浓度的Prisconnatanones A处理，会导致癌细胞蛋白功能的部分丧失，失去了抑制细胞凋亡和维持线粒体膜稳态的能力，从而诱发凋亡。提示Prisconnatanones A是一种理想的搭配放射疗法治疗癌症，降低癌细胞的转移可能的候选药物。