新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂的发现及抗肿瘤药理学研究

论文摘要

近年来,以分子基因调控技术为基础的表观遗传学（epigenetic）近年来取得了众多进展,为提供肿瘤的诊断和防治新的标记物、发现新的药物作用靶点,开发高效低毒的新先导结构、创新药物,开辟了新的思路。本研究在表观遗传理论指导下,针对所合成的一系列新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂化合物,通过建立多水平的筛选方法,科学评价了化合物对HDAC的抑制活性及对肿瘤细胞的增殖影响,采用具有良好抗肿瘤潜力和应用前景的先导典型化合物,进行了系统的药理学研究和合理的药效学评价。本论文采用EISIA法和荧光底物法,评价了所合成的茚酮类和咔啉类新型HDAC抑制剂对HDAC的抑制活性,并采用典型化合物进行了HDAC-1的抑制活性测试,发现咔啉类新型HDAC抑制剂对HDAC和HDAC-1的活性均有不同程度的抑制。采用MTT法,检测了所合成化合物对人乳腺癌细胞株（MCF-7）、人结肠癌细胞株（HCT116）、人肺癌细胞株（A549）、人宫颈癌细胞株（Hela）以及人白血病细胞株（K562）等肿瘤细胞株的生长抑制作用,筛选出部分化合物,能较好的抑制肿瘤细胞的增殖,具有一定的抗肿瘤潜力。结合酶活性和肿瘤细胞增殖抑制活性测试结果,本研究发现具有苯甲基（16号）、硝基苄基（22号）和丙基取代基（29号）的咔啉类羟肟酸化合物能显著抑制抑制HDAC和HDAC-1的活性,并能抑制多种肿瘤细胞株的增殖。采用流式细胞术检测16号、22号和29号化合物对Hela细胞的影响,显示此3个化合物均能引起Hela细胞周期阻滞,并诱导细胞凋亡,同浓度下,16号的凋亡诱导效果最为显著。分子调控研究显示,这3个化合物的作用机制与激活抗肿瘤基因p21cip/WAF1的表达有关。本研究采用MTT法,进一步研究了具有抗神经肿瘤潜力的代表性化合物DWP0016,对神经胶质瘤U251及神经母细胞瘤SH-SY5Y的细胞增殖影响。结果显示,DWP0016能显著抑制U251和SH-SY5Y的生长,但几乎不影响正常细胞（L-02）的生长。Hoechst染色,DNA片段化及流式细胞术显示,DWP0016诱导U251和SH-SY5Y细胞产生了凋亡,将细胞周期阻滞于G1/S期。Caspase-3活性测试结果显示,DWP0016是通过激活caspase-3的活性,而诱发了凋亡程序。实时定量PCR技术和Western blotting技术结果显示,DWP0016阻滞细胞周期的作用与上调周期相关抗肿瘤因子p21cip/WAF1,并抑制周期调控因子cyclin D和cyclin E的转录和表达有关。分子机制研究显示,在神经胶质瘤U251细胞中,DWP0016激活了抗肿瘤基因p53的转录,并乙酰化p53蛋白,从而上调p53的蛋白表达；另外,DWP0016还通过上调p53,上调了PUMA的表达,激活了线粒体凋亡通路。基因沉默技术显示,敲除p53后,DWP0016的生长抑制作用、细胞周期阻滞和凋亡诱导作用完全被阻断,说明了p53是DWP0016的重要靶基因,DWP0016对U251细胞的生长抑制、周期阻滞和凋亡诱导作用是通过上调p53实现的。但在SH-SY5Y细胞中,DWP0016不能上调p53的表达。采用实时定量PCR、Western blotting和双荧光素酶报告基因技术研究显示,DWP0016激活了抗肿瘤基因PTEN的启动子活性,上调PTEN的表达,抑制PI3K和Akt的磷酸化,从而抑制了PI3K/Akt通路的活性。DWP0016上调PTEN启动子活性与增加其转录因子Egr-1的表达有关。采用siRNA沉默PTEN后,DWP0016对SH-SY5Y细胞的生长抑制作用、细胞周期阻滞和凋亡诱导作用完全被阻断,说明DWP0016是通过激活PTEN来实现其抑制SH-SY5Y细胞的增殖,并阻滞细胞周期和诱导细胞凋亡的作用。这些结果显示,DWP0016对不同的肿瘤细胞,具有一定的选择性。本研究构建动物移植瘤模型,观察DWP0016在体内水平上的抗肿瘤作用。结果显示,DWP0016显著抑制动物移植瘤模型的肿瘤生长,抑制作用优于阳性对照SAHA,无明显毒副作用,验证了DWP0016的抗肿瘤潜力。免疫组化技术显示,DWP0016诱导肿瘤组织中细胞组蛋白H3的乙酰化,抑制HDAC-1的表达,上调PTEN的表达,从体内水平说明,DWP0016对动物移植瘤模型的抗肿瘤作用是通过抑制HDAC酶活性而实现的,与激活PTEN有关本研究结合酶活性和肿瘤抑制生长活性,筛选了一系列HDAC活性化合物：针对具有良好抗肿瘤潜力和应用前景的先导化合物DWP0016,采用多种细胞生物学和分子生物学技术,对其抑制神经胶质瘤细胞U251和神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y的作用,细胞周期阻滞和凋亡诱导等细胞生物学效应,进行了分子调控机制探讨；研究了DWP0016对相关靶蛋白p53.PTEN及多条信号通路的调控作用,解读了组蛋白乙酰化修饰对肿瘤细胞信号传导通路的影响；最后,采用动物移植瘤模型验证了其肿瘤生长抑制作用及分子调控机制,为组蛋白去乙酰化酶抑制剂类抗肿瘤药物的开发和应用奠定了,一定理论基础,为进一步设计和合成新型组蛋白乙酰化抑制剂提供了一定的实验依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACTS
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 组蛋白乙酰化调控
• 1.2.1 组蛋白乙酰化酶与组蛋白去乙酰化酶
• 1.2.2 组蛋白去乙酰化酶与肿瘤
• 1.3 组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）的类型
• 1.3.1 羟肟酸类（hydroximic acids）
• 1.3.2 环肽类（cyclic peptide）
• 1.3.3 苯酰胺类（benzamides）
• 1.3.4 短链脂肪酸类（short-chain fatty acids）
• 1.3.5 其他类
• 1.4 HDAC抑制剂抗肿瘤生物效应及机制
• 1.4.1 促进细胞分化,阻滞细胞周期
• 1.4.2 调控凋亡相关基因和途径,诱导产生凋亡
• 1.4.3 抑制肿瘤细胞迁移、浸润和侵袭
• 1.4.4 其他作用
• 1.5 本研究的目标、内容及意义
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究意义
• 第2章 新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂体外酶抑制活性筛选
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料及方法
• 2.2.1 实验材料及试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 0-7号样品对HDAC酶的抑制作用
• 2.3.2 8-16号样品对HDAC酶的抑制作用
• 2.3.3 待试化合物对HDACs & HDAC 1酶的抑制作用
• 2.4 讨论
• 第3章 新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂肿瘤细胞增殖抑制活性筛选
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料及方法
• 3.2.1 实验材料及试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 化合物对人宫颈癌细胞株（Hela）的细胞增殖抑制作用
• 3.3.2 化合物对人乳腺癌细胞株（MCF-7）的细胞增殖抑制作用
• 3.3.3 化合物对人结肠癌细胞株（HCT-116）的细胞增殖抑制作用
• 3.3.4 化合物对人肺癌细胞株（A549）的细胞增殖抑制作用
• 3.3.5 化合物对人白血病细胞株（K562）的细胞增殖抑制作用
• 3.3.6 化合物对MCF-7/HCT-116/A549/Hela/K562等5株细胞的半数抑制浓度
• 3.3.7 16,22,29号待试化合物对Hela细胞中细胞周期的影响
• 3.3.8 16,22,29号化合物对Hela细胞中诱导凋亡的作用
• 3.3.9 16,22,29号化合物对Hela细胞中Ac-H3,p21cip/WAF的影响
• 3.4 讨论
• 第4章 DWP0016对入胶质瘤细胞（U251）抗肿瘤作用及机理研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料及方法
• 4.2.1 实验材料及试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果
• 4.3.1 DWP0016对乳腺癌细胞株MCF-7、结肠癌肿瘤细胞株HCT-116、非小细胞肺癌细胞株A549细胞存活率的影响
• 4.3.2 DWP0016对神经胶质瘤U87及U251细胞存活率的影响
• 4.3.3 DWP0016对U251细胞中乙酰化组蛋白H3的作用
• 4.3.4 DWP0016对U251细胞形态学的影响
• 4.3.5 DWP0016对U251细胞中DNA的影响
• 4.3.6 DWP0016对U251细胞周期的影响
• 4.3.7 DWP0016对U251细胞中凋亡诱导的影响
• 4.3.8 DWP0016对U251细胞中caspase活性及Cleaved PARP的影响
• Cip/WAF1,Cyclin D1及Cyclin E的影响'>4.3.9 DWP0016对U251细胞中周期调控因子p21^Cip/WAF1,Cyclin D1及Cyclin E的影响
• 4.3.10 DWP0016对U251细胞中肿瘤抑制因子p53,phosphor-p53及actyl-p53的影响
• 4.3.11 DWP0016对U251细胞中肿瘤抑制因子Bcl-2 family蛋白表达水平的影响
• 4.3.12 P53敲除后DWP0016对U251细胞中p21,PUMA,细胞生长,细胞周期以及细胞凋亡的影响
• 4.4 讨论
• 第5章 DWP0016对入神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y）抗肿瘤作用及机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料及方法
• 5.2.1 实验材料及试剂
• 5.2.2 主要仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果
• 5.3.1 DWP0016对SH-SY5Y细胞中组蛋白H3，乙酰化组蛋白H3的作用
• 5.3.2 DWP0016对HDACs及HDAC-1酶活性的作用
• 5.3.3 DWP0016对Hela、SH-SY5Y、HCT-116、A549等5株肿瘤细胞的细胞存活率的影响
• 5.3.4 DWP0016对SH-SY5Y细胞形态学的影响
• 5.3.5 DWP0016对SH-SY5Y细胞中DNA片段化的影响
• 5.3.6 DWP0016对SH-SY5Y细胞周期的影响
• 5.3.7 DWP0016对SH-SY5Y细胞中凋亡诱导的影响
• 5.3.8 DWP0016对SH-SY5Y细胞中caspase活性及Cleaved PARP的影响
• 5.3.9 DWP0016对SH-SY5Y细胞中周期调控因子p21Cip/WAF1，cyclin D1及cyclin E的影响
• 5.3.10 DWP0016对SH-SY5Y细胞中肿瘤抑制基因p53的表达影响
• 5.3.11 DWP0016对SH-SY5Y细胞中肿瘤抑制因子PTEN及PI3K/Akt通路中PI3K、Akt的mRNA、蛋白表达水平和磷酸化PI3K、Akt的影响
• 5.3.12 DWP0016对SH-SY5Y细胞中PTEN启动子活性的影响
• 5.3.13 DWP0016对SH-SY5Y细胞中肿瘤抑制因子PTEN的调控因子Egr-1蛋白表达水平的影响
• 5.3.14 PTEN敲除后DWP0016对SH-SY5Y细胞中PI3K/Akt通路,细胞生长,细胞周期以及细胞凋亡的影响
• 5.4 讨论
• 第6章 新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂DWP0016对移植瘤动物模型肿瘤生长抑制作用研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验材料与方法
• 6.2.1 实验材料及试剂
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 实验方法
• 6.3 结果
• 6.3.1 动物观察
• 6.3.2 体重变化
• 6.3.3 DWP0016对肿瘤生长的影响
• 6.3.4 肿瘤抑制率计算
• 6.3.5 DWP0016对肿瘤组织中的Ac-H3,HDAC-1及PTEN的表达的影响
• 6.3.6 肿瘤组织中Ac-H3,HDAC-1和PTEN表达的分析
• 6.4 讨论
• 第7章 结论
• 参考文献
• 在读期间发表文章及专利
• 致谢