影响自噬-溶酶体通路的vobasinyl-ibogan类型生物碱的发现及其抗肿瘤机制研究

Though the research and development of anticancer drugs is in the ascendant, most of the drugs are limited in clinic by severe side effects and drug resistance. In recent years, it is generally believed that modulating the activity of autophagy could impact cancer processes, thus autophagy represents a new pharmacologic target for cancer therapy. However, there are large room for further development since the deficiencies in specificity of the inducer or inhibitor of autophagy. Through the cooperation with Institute of Genetics and Developmental Biology (CAS), a vobasinyl-ibogan type bisindole alkaloid, which could induce the accumulation of autophagosome and regulate membrane fusion was found by using C. elegans and cultured cells as models. Moreover, the alkaloid showed significant activities against various human tumor cell lines indicating it may play a role by inhibiting the autophagy in cancer cells. Previous chemical investigations suggested the vobasinyl-ibogan type alkaloids were widely distributed in the genus Ervatamia. Hence, it is necessary and possible to find more active and specific alkaloids from the genus. Our project is focused on such alkaloids by directed isolation and synthesis, and their regulatory mechanism of autophagy-lysome pathway. This study has the potential for facilitating the finding of novel anticancer drug leads.

抗肿瘤药物研发多年来方兴未艾，但多数药物由于副作用大或易产生耐药性限制了其临床使用。细胞自噬因在肿瘤的发生发展过程中起到重要作用是近年来肿瘤治疗领域的新方向，但目前大多数自噬诱导剂或抑制剂因特异性和专一性差而使得该领域仍有较大的研究空间。前期我们和中国科学院遗传与发育生物学研究所合作，利用秀丽线虫为平台的筛选系统，从vobasinyl-ibogan类型吲哚生物碱中发现一类能诱导细胞自噬体的累积进而影响其与溶酶体膜融合过程的化合物。该类生物碱针对人肿瘤细胞株显著的细胞毒活性提示该类生物碱可能通过抑制肿瘤细胞自噬而起作用。前期研究还发现该类生物碱在狗牙花属植物中广泛存在。因此，有必要、也有可能从该属植物中寻找作用更强、更具专一性和特异性的该类生物碱。本项目将利用植物化学-化学合成手段定向获取该类生物碱，并研究其调控自噬-溶酶体通路的机制，有望为寻找新颖结构、作用机制的抗肿瘤先导化合物奠定基础。

细胞自噬过程是一个受到严密调控的动态细胞生物学过程，其异常或失调与多种重大疾病，尤其是肿瘤发生密切相关。鉴于自噬对肿瘤细胞的生存极为重要，抑制肿瘤细胞的自噬作用并使之发生凋亡已成为治疗肿瘤的一种新型的重要策略。前期研究发现狗牙花属植物中的特征性成分vobasinly-ibogan类型生物碱可以特异影响溶酶体的功能、抑制肿瘤细胞中自噬体的降解从而促进肿瘤细胞的凋亡，但作用机制不明确。基于上述研究结果，本项目利用植物化学-化学合成手段对vobasinly-ibogan类型生物碱化合物库进行了构建，利用植物化学手段从我国西南地区分布的狗牙花属植物中分离鉴定该类型生物碱40个，其中新结构24个，包括首次发现一例vobasinly单元中具有C-7/C-20相连的新奇笼状六元杂环结构片段的二聚单萜吲哚生物碱。此外，合成该类型衍生物15个。通过利用秀丽线虫为模式的溶酶体抑制剂筛选平台，发现部分新结构生物碱具备显著的影响溶酶体酸化功能，该类生物碱针对不同肿瘤细胞株亦具备显著的细胞毒活性。其中发现代表性化合物HEC-23通过特异激活STAT3促进溶酶体通透性增大、体积变大、导致溶酶体降解功能受损，进一步引起溶酶体介导的细胞死亡。进一步实验发现HEC-23诱导的肿瘤细胞死亡是坏死而非凋亡，并且和已知的化疗药cisplatin（顺铂）具有显著的增强协同作用。由于肿瘤细胞内凋亡机制的缺失，因此HEC-23促进溶酶体介导的细胞坏死新机制也为临床治疗肿瘤等溶酶体相关疾病提供了新的思路及靶点。上述研究结果不仅丰富了该类群生物碱，也为发现作用机制新颖的抗肿瘤先导化合物提供了丰富的物质基础和理论依据。本项目在执行期间发表SCI论文7篇，申请国家发明专利1项，培养研究生毕业1名。

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