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芦笋是一种富含多种天然活性物质的药食兼用型蔬菜,芦笋皂苷是芦笋的主要活性物质。子宫内膜癌(EC)是女性生殖系统最常见的三大恶性肿瘤之一,膳食干预和寻找新的治疗靶点是其预防和治疗的重要措施。Asparanin A作为芦笋中一种抗癌活性较高的皂苷成分,其抗EC活性及其机理尚不清楚。本论文首先对芦笋中的asparanin A进行分析鉴定,考察其在EC Ishikawa细胞和荷瘤小鼠中的抗癌活性。在此基础上,从miRNA组和转录组联合分析及分子生物技术等多维角度明确asparanin A抑制EC的作用靶点,揭示其分子机制。本论文为特殊医学用途食品的开发和指导人类生活健康饮食奠定了理论基础,为癌症流行病学研究及防治提供新的思路。(1)芦笋皂苷asparanin A制备及抗癌活性。利用超声波辅助乙醇法提取芦笋总皂苷,经大孔树脂与硅胶柱层析进一步纯化,并经高效液相色谱(HPLC)、超高相液质联用(UPLC-MS/MS)和核磁共振(NMR)分析鉴定,得到化合物asparanin A,纯度为97.96%。在结构相似的4种芦笋皂苷成分中,asparanin A抑制EC Ishikawa细胞增殖的作用最强,并且对妇科三大癌症细胞均具有显著的抑制作用。进一步的体外细胞试验表明,asparanin A以浓度和时间依赖型方式显著抑制Ishikawa细胞的增殖、破坏细胞形态,24 h半增殖抑制浓度为9.34μM,同时可以显著抑制Ishikawa荷瘤小鼠模型体内肿瘤的生长。综上可以看出,芦笋皂苷asparanin A具有显著抗子宫内膜癌活性。(2)基于miRNA组与转录组学分析asparanin A抑制子宫内膜癌的作用机制。利用asparanin A(10μM)处理EC Ishikawa细胞后,分别有5,281个基因和289个miRNA的表达发生显著变化。差异基因调控的作用位点和生物过程主要与细胞核、细胞质内的转录调控、细胞周期、DNA损伤应激、蛋白质加工修饰等过程有关;KEGG富集分析结果集中在与细胞周期、凋亡和自噬以及迁移等相关的信号通路。差异表达miRNA靶基因主要在细胞膜、细胞质和细胞核位点通过影响蛋白质结合、金属离子结合和转移酶活性等,调控细胞信号转导、转录调控等功能,富集通路最多的是信号传导通路,其中PI3K-Akt、Ras、Rap1、p53、HIF-1和AMPK等信号通路显著性最高,这从整体水平上初步揭示了其调控机制。(3)Asparanin A诱导Ishikawa细胞周期阻滞和细胞凋亡及其机理。通过对两组学数据进一步筛选并进行联合分析可以看出,asparanin A对Ishikawa细胞增殖的抑制作用与细胞周期、细胞凋亡、自噬、迁移等过程紧密相关。首先,从体外和体内水平考察了asparanin A对Ishikawa细胞周期和细胞凋亡的影响及作用机制。Asparanin A通过调节p16、p21、p27、CDK2-Cyclin E和CDK4/6-Cyclin D等相关基因和蛋白的表达,将细胞周期阻滞在G0/G1期。Asparanin A通过激活线粒体途径诱导细胞凋亡,包括Bak/Bcl-xl比率的失调,细胞内ROS积累,线粒体膜电位Δψm下降,细胞色素C增加,以及Caspases家族蛋白的激活,此外,asparanin A对PI3K/AKT/m TOR信号通路具有显著的抑制作用。相同的结果通过免疫组化和Western blot试验在体内动物模型中得到了验证。(4)Asparanin A通过内质网应激和DNA损伤诱导Ishikawa细胞自噬及其机理。首先结合转录组和miRNA组数据,分析了asparanin A对细胞凋亡和自噬相关基因的影响,并用定量PCR方法验证了蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)关系挑选出的关联度最高基因的准确性。其次,透射电镜(TEM)和免疫荧光结果表明,asparanin A诱导Ishikawa细胞凋亡的同时也触发了细胞自噬的发生;通过流式细胞检测和Western blot试验进一步发现,asparanin A诱导的细胞自噬和凋亡之间是相互拮抗的关系。最后,通过定量PCR和Western blot技术得出p53信号通路和内质网蛋白质加工通路(PPER)中PERK/ei F2α/ATF4/CHOP途径是其主要调控通路。在此基础上,对这两条通路相关显著差异miRNA和基因进行定量PCR验证和共网络分析,发现miR-6236-p5族miRNA关联度最高,推测其具有关键调控作用。(5)Asparanin A抑制Ishikawa细胞迁移和侵袭及其机理。对显著差异miRNA的靶基因KEGG富集分析可知,与细胞迁袭相关的信号传导途径中Ras信号通路、Rap1信号通路和MAPK信号通路被显著富集。细胞克隆、细胞划痕愈合和Transwell试验进一步表明,asparanin A以剂量依赖性方式抑制Ishikawa细胞迁移和侵袭。免疫组化和Western blot从体内外水平进一步表明,asparanin A可以抑制MMP2和MMP9的表达,Ras/ERK/MAPK通路是其抑制Ishikawa细胞迁移和侵袭的主要途径。并通过miRNA-mRNA共表达网络分析,鉴定出3种关键功能miRNA(miR-6236-p5、miR-12136_R+8和miR-6236-p3_1ss24GC)和4个枢纽靶基因(KITLG、PDGFD、KRAS和NRAS)。(6)miRNA-6236-p5_4介导asparanin A抗子宫内膜癌的分子机制。在前期研究的基础上,选择miR-6236-p5_4将其转染进入Ishikawa细胞,发现其在asparanin A抗EC作用中发挥肿瘤抑制因子的作用。miR-6236-p5_4过表达可显著增强asparanin A对细胞增殖、细胞周期、凋亡、自噬以及迁袭的作用,相反,miR-6236-p5_4的下调减弱了asparanin A的抗癌活性。此外,发现CDK6,PIK3CB和KRAS是miR-6236-p5_4的直接靶向调控基因,PI3K-Akt信号通路、p53信号通路、Ras和Rap1信号通路被证实是关键的调控途径。