几种青藏高原藏药植物中抗癌新倍半萜的发现与抗癌机制研究

Tibetan medicine plants are one of the most important resources for the discovery of anticancer drugs. Due to special environment of Qinghai-Tibet Plateau, the plants have evolved and formed some biological activity constituents to adapt to the harsh climate conditions. Particularly, some of the activity constituents exhibit significant anti-tumor effects. Cremanthodium humile Maxim is a traditional Tibetan medicine herb and composed of "Chenxian Boluses with 35 medicinal herbs" which is the famous traditional Tibetan prescription of treatment various human diseases. Some species of the genus Scorzonera are used in Tibetan folk medicines. In order to discovery novel anticancer sesquiterpens with unique chemical structures from traditional Tibetan medicine plants, Cremanthodium and Scorzonera, we will investigate the metabolites from C. humile, S. albicaulis, S. radiata, and S. divaricata by the extraction, the isolation, structure elucidation, and antitumor activity screening in vitro. Forthermore, taking nuclear factor kappa B (NF-κB) as a target molecule, effects of the selected anticancer sesquiterpens on NF-κB activity in cultured cancer cells in vitro and murine macrophage with inflammatory response will be observed purposefully by immunohistochemistry, immunoblotting, RT-PCR, and DNA-binding activity. Based on the above study, the anticancer mechanisms and the relationship between the antitumor effect of sesquiterpens and the change of NF-κB activity will be revealed. On the basis of the structure of active sesquiterpens as template, new sesquiterpen derivatives will be synthesized extensively and further evaluated for antitumor activity. The aim of the study is for the discovery of lead compounds or good candidates for innovative drug.

藏药植物是抗癌新药的重要来源之一。青藏高原特殊的生存环境促进藏药植物生成特有的抵御恶劣气候条件的活性成分，有些活性成分抗癌作用显著。本项目以民间传统藏药垂头菊属和鸦葱属为基础，选择矮垂头菊（三十五味沉香丸中的一味药）和3种鸦葱藏药植物（笔管草、毛梗鸦葱、拐轴鸦葱）为研究对象，利用抗癌活性跟踪法从中提取抗癌有效部位，通过分离和对化合物立体结构的深入研究获得结构新颖的抗癌倍半萜。以NF-κB作为靶分子，采用免疫组化、免疫印迹、RT-PCR和 DNA 结合活性实验，有目的地观察倍半萜抗癌活性成分对体外培养肿瘤细胞和有炎症反应的小鼠巨噬细胞中NF-κB活性和Iκκ磷酸化水平的影响，探讨其作用与NF-κB活性变化的关系，以阐明其抗肿瘤机理。选择具有显著生物活性的天然倍半萜为模板进行类似物的衍生化-结构修饰和改造，旨在发现和优化创新药物的先导结构，以获得具有开发前景的候选创新药物。

天然产物特别是倍半萜类一般具有较强的生物活性，是新药的重要来源之一。2016年诺贝尔奖和中国国家最高科学技术奖获奖人屠呦呦研究员正是从我国中药菊科植物青蒿中发现具有重要药用价值的倍半萜-抗疟特效药青蒿素。她的发现是我国最重要的科学事件之一。本项目选择了八种青藏高原地区具有重要药用背景的菊科植物（拐轴鸦葱、蛛毛蟹甲草、柳叶亚菊、毛冠菊（中国特有植物）、矮天名精、葵花大蓟），甘肃丹参、中国药典植物钩吻，来自甘肃丹参，中国大葱，植物根系土壤中的真菌为研究对象，分别对它们的次生代谢产物特别是倍半萜类进行了提取分离纯化、结构表征、抗癌，抗菌和抗氧化活性筛选、结构修饰、抗癌机制和构效关系的研究。. 利用现代分离技术从上述10种植物和3株优良真菌中分离得到425 个次生代谢产物。利用现代波谱学技术确定了408 个不同结构类型的天然产物，包括40个倍半萜。发现75 个新结构化合物，其中5个陆地上罕见的愈创木倍半萜内酯的硫酸酯类衍生物，6个新骨架化合物。采用MTT法测定化合物体外抗肿瘤活性，发现有25个化合物包括15个倍半萜对8种癌细胞（HL-6、K562、HeLa、HepG2、SMMC-7721、MDA-231、NCI-H460、B16）显示了好的抗癌活性。发现12个化合物显示强的抗菌活性，23个化合物显示强的清除ABTS 和DPPH自由基活性。利用RT-PCR对具有强抗癌活性的天然产物测定其人血癌细胞株K562细胞核转录因子NF-κB P65 mRNA的表达，利用Western blot测定其对核转录因子NF-κB P65、Fas、β-catenin和E-cadherin四种蛋白表达的影响和细胞凋亡的影响，进一步揭示其诱导细胞凋亡的分子机制，阐明其抗癌机理。. 研究结果发表研究论文20篇，包括13篇SCI论文。研究发现了结构新颖、有较好的抗癌活性的倍半萜，这对于提高发现新的药物先导化合物的概率和准确率具有重要理论意义和应用价值，为新药开发提供了科学依据。上述研究的8种西北地区菊科植物中，有4种菊科植物（柳叶亚菊、毛冠菊、矮天名精、葵花大蓟）是首次进行了植物化学研究，这将填补这些植物的植物化学和植物分类学方面的空白。