调控JAK-STAT信号通路的化学小分子发现及其作用机制研究

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JAK/STAT信号通路介导了包括干扰素在内的约38种细胞因子的生理功能,参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。通过其表面受体和下游的一系列信号因子,该通路提供了巧妙和直接的机制实现细胞外因子对基因表达的调控。因此,JAK/STAT信号通路作为一个研究范式,对于了解细胞是如何感知外界环境信号,揭示这些信号如何调控细胞生长和分化等细胞命运决定的机制具有重要的意义。虽然JAK/STAT信号通路过去被发现参与诸多信号通路的互相调控,在细胞命运决定中发挥重要功能,但是JAK/STAT信号通路与这些信号通路的相互交流机制还不清楚。因此,我们通过建立细胞筛选模型得到了一系列能够直接或间接调节JAK/STAT信号传导或功能的化学小分子调节剂,从不同角度研究了JAK/STAT信号通路与这些信号通路的相互交流,从而为揭示新的JAK/STAT通路组织特异性调控机制,发现新的候选药物和药物靶点奠定了基础。  1.大黄素通过抑制26S蛋白酶体增强Ⅰ型干扰素介导的JAK/STAT信号传导干扰素临床治疗的一个重要限制因素在于干扰素会诱导干扰素受体的降解,从而造成耐药性和疗效降低。因此探讨调控干扰素受体稳定性策略是改善干扰素临床疗效的有效方式,但是目前缺乏增强受体稳定性有效的手段。26S蛋白酶体过去被发现能够负调控Ⅰ型干扰素(IFNα/β)的信号传导,因此用化学小分子调节剂来抑制26S蛋白酶体的活性可能是提高Ⅰ型干扰素的疗效和减少其副作用的一种新策略。我们通过构建HEK293 A-cODC-luciferase稳定转染细胞系的26S蛋白酶体抑制剂细胞筛选模型发现,天然蒽醌类化合物大黄素是一个26S蛋白酶体的强效抑制剂。大黄素优先抑制了26S蛋白酶体的半胱天冬酶样活性和糜蛋白酶样活性并且在细胞中提高了内源蛋白的泛素化水平。分子对接试验计算机模型表明,大黄素所展示出来的方向和构象有利于与26S蛋白酶体的β1,β2,β5亚基的活性口袋发生亲核攻击。大黄素也能够增加STAT1磷酸化,降低STAT3的磷酸化,且增加了通过IFNα刺激的内源基因表达。进一步研究发现,大黄素抑制了IFNα刺激的Ⅰ型干扰素受体1(IFNAR1)的泛素化和降解。同时,大黄素在HeLa宫颈癌细胞中增强了IFNα的抗增殖效果以及在注射了Huh-7肝癌细胞的小鼠体内能够降低肿瘤的生长。该研究首次揭示了26S蛋白酶体是大黄素的新靶点,提示蒽醌类天然产物是一类新的26S蛋白酶体抑制剂,抑制26S蛋白酶体活性作为提高IFNα/β疗效的一种新的手段值得进一步研究。  2.苯基噁唑类化合物通过抑制TRBP介导的microRNA生物合成发挥抗肿瘤作用  MicroRNAs是JAK/STAT信号通路参与细胞命运调控的主要途径之一,但是其机制还不清楚。其中miR-21调控了诸多抑癌基因的表达,也是抑制干扰素抗肿瘤作用的主要因素之一。我们通过筛选、构效关系和作用机制研究,首次发现了苯基噁唑类小分子3b,能够抑制细胞内成熟miRNA的表达,而不影响pri-miRNA和pre-miRNA的合成;化合物3b可以抑制成熟miR-21的表达,其抑制miR-21表达的活性也是目前最高的(IC50值~1.38μM),同时增加miR-21靶基因PTEN和PDCD4的蛋白表达;化合物3b不直接抑制Dicer的活性,可以通过TRBP诱导Ago2与Dicer的解离,抑制RISC复合体对pre-miRNA的剪切作用;化合物3b可以显著抑制乳腺癌和肝癌细胞的迁移和侵袭。该研究首次发现了第一个TRBP的化学小分子抑制剂3b,为进一步开发以TRBP为新靶点的抗肿瘤药物奠定了基础,也有助于促进对miRNA生物合成与细胞信号传导与之间交流通讯的认识。  3.葫芦素类似物抑制STAT3的构效关系研究  STAT3蛋白的过度激活参与了诸多肿瘤的发生,也是抑制干扰素抗肿瘤作用的重要因子。葫芦素过去已经被发现是STAT3的抑制剂,然而由于葫芦素对细胞骨架的脱靶效应所导致的高毒性从而影响了葫芦素在治疗疾病方面的应用。前期从Trichosanthes cucumerina中分离得到了5种葫芦素类化合物,包括葫芦素B(1),异葫芦素B(2),葫芦素E(3),2-O-β-D-吡喃葡萄糖苷葫芦素G(4)以及2-O-β-D-吡喃葡萄糖苷葫芦素H(5)。接着对葫芦素B结构进行改造合成了11个葫芦素类似物。我们对葫芦素及其类似物对STAT3表达的影响进行评估,结果发现除了已经有文献报道的天然产物葫芦素外,化合物6,8,14对STAT3也有明显的抑制作用。进一步研究发现,化合物14与天然产物葫芦素类似,对STAT3及STAT3的磷酸化均表现出抑制作用且呈现出一定的浓度、时间依赖关系。化合物14同时也能够影响细胞的形态,破坏细胞骨架。因此,没有细胞毒性的化合物14比天然产物葫芦素更适合应用于疾病治疗中。
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