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目前在恶性肿瘤治疗中,化学治疗仍占有不可替代的地位。不断发掘新的、可持续发展的药物资源,寻找新的同类替代药物以及研究新一代的高效性、高选择性、低毒及低耐药性的药物一直是肿瘤防治研究领域的重要课题。
海洋是人类可持续发展的重要战略空间与资源库。从特殊生物资源中发现先导化合物已是目前国际药物研究的主流方向。海洋微生物因其极为特殊的生长环境,从而能产生并积累大量具有特殊化学结构、特殊药理活性的物质。同时,海洋微生物可以利用现代发酵工程进行再生产,从而可解决或部分解决天然药物及化学合成药物领域的原材料日益枯竭短缺的资源瓶颈和技术瓶颈,易于实现产业化。目前从海洋微生物活性代谢产物中寻找高效的抗癌化合物直接用于临床,或作为先导化合物物进行结构改造进而开发新的高效低毒的抗癌药物,已经成为抗癌药物研发的重要领域。因此,开发利用海洋微生物药物资源具有极其重要的科学意义。
蒽环类化合物是目前临床抗肿瘤一线化疗药物,如表阿霉素(epirubicin,EPI)、米托蒽醌(mitoxantrone,MIT)等,对一系列的造血系统肿瘤和实体肿瘤具有高效抑制作用,如急性白血病、霍奇金淋巴瘤以及乳腺癌等。在这些癌症治疗过程中以蒽环类药物为主的化疗方案是目前国际上最常用的联合化疗方案。放线菌素类化合物,如放线菌素D(actinomycin D,ActD)是临床最早使用的抗生素类抗肿瘤药物,迄今已在临床应用逾半个世纪,特别针对小儿肾母细胞瘤、横纹肌肉瘤、妊娠性滋养层细胞瘤等极度恶性肿瘤具有良好的疗效。然而,由于目前临床使用的以上类别药物毒性均较高,以及肿瘤患者长期使用出现的耐药性,促使研究者不断寻找药效更好、选择性更高及毒副作用更低的同类化疗替代药物。
有关肿瘤发生发展机制的研究表明,在恶性肿瘤细胞中各种基本生理生化过程,如细胞周期、细胞凋亡、血管生成、信号转导等往往出现调节失控,其中细胞信号转导的迷乱与肿瘤的发生、发展、转移和复发都有密切的关系。如PI3K/Akt信号转导通路构成了一个精密复杂的网络调控系统广泛存在细胞中,参与调节细胞的凋亡、增殖、分化和代谢等一系列生理及病理过程。而随着这些在肿瘤细胞生物学及分子生物学上的新发现,以细胞信号转导通路为靶向的药物先导化合物筛选及其分子机制的研究,为抗肿瘤药物研究提供了新思路,针对在肿瘤的病因学与病理过程中起重要作用的信号转导通路中特异性生物大分子为靶点的抗肿瘤药物的研发已成为当今抗肿瘤药物研究的重要方向。
本研究基于南海微生物代谢产物库进行抗肿瘤活性化合物高通量筛选,获得了蒽环类化合物SZ-685C、放线菌素类化合物LV-1等一些海洋抗肿瘤活性化合物,因其与目前临床广泛应用的抗肿瘤化疗药物的分子骨架结构类似,尤为引起我们的关注。本论文通过体内、体外抗肿瘤活性检测实验,系统性开展SZ-685C及LV-1的抗肿瘤活性研究,阐明两种化合物均有望可作为高效的海洋抗肿瘤先导化合物。并着重关注于LV-1,以计算机辅助药物靶标虚拟筛选其作用靶位点,进而从诱导细胞凋亡、调节细胞内PI3K/Akt信号转导通路等方面对其作用机理进行了探讨。首次发现了LV-1通过直接作用于PI3K调节亚基p85蛋白的Srchomology2(SH2)结构域,直接影响PI3K的激活,从最上游阻断了PI3K/Akt信号转导通路而诱导肿瘤细胞凋亡,从而实现极强的抑瘤功效。因结构域进化上极度保守,LV-1作为PI3K p85 SH2结构域抑制剂,在避免耐药性方面也具有明显优势。由此,本研究提出从结构生物学出发,建立以结构域抑制剂形式调节PI3K/Akt信号转导通路的抗肿瘤新策略。