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前列腺癌是男性发病和死亡的主要原因,死亡率仅次于肺癌。雄激素受体AR是前列腺肿瘤中主要的转录因子,AR信号通路的过度激活是前列腺肿瘤发生发展的主要原因。目前靶向抑制AR的治疗手段只能在早期起到的一定的抗肿瘤效果,随着肿瘤的进展会逐渐出现去势抵抗和耐药的情况,进而造成更高的致死率。因此迫切需要开发出新型的前列腺肿瘤治疗手段。肿瘤的发生发展涉及到表观遗传、肿瘤代谢、肿瘤微环境等多种因素的异常变化和相互作用。尽管前列腺肿瘤的基因组学和蛋白组学已经被广泛研究,人们对其代谢组学的变化及功能还知之甚少,了解肿瘤进展过程中的代谢特点有助于更全面地理解前列腺肿瘤的特性,并对其进行干预治疗。研究者对前列腺肿瘤临床组织样本的代谢物进行检测分析,发现了多种随肿瘤进展含量异常变化的代谢物小分子,包括肌氨酸、柠檬酸盐、精胺等。其中精胺含量与前列腺肿瘤恶性程度呈高度负相关,可以将其作为评估肿瘤进程的“biomarker”,而且前列腺是精胺含量最丰富的组织,提示精胺在前列腺中具有重要作用。但是目前对精胺在肿瘤中的生物功能和作用机制的研究还是一片空白。因此本文主要对精胺在前列腺肿瘤中发挥的作用展开研究。论文首先在第2章中探究精胺对肿瘤生长的影响。对11株前列腺肿瘤细胞和类器官添加精胺处理,发现精胺可以选择性地抑制AR阳性的前列腺肿瘤细胞和类器官的生长。在动物水平上精胺同样会抑制去势抵抗模型22RV1移植瘤生长,而且与恩杂鲁胺有联合抗瘤效果。使用精胺处理细胞后进行RNA-seq测序分析,发现相比于恩杂鲁胺仅能够下调AR信号通路,精胺还会抑制AR-V7信号通路,显示出更强的生长抑制作用。使用q PCR实验和Western Blot实验对测序结果进行了验证。干预精胺代谢酶使精胺在细胞内累积,能够产生同样的抑制AR信号通路的效果。在动物水平精胺同样可以下调瘤体组织中的AR和AR-V7信号通路。论文第3章中主要对精胺抑制AR及AR-V7信号通路的作用机制展开探讨,使用计算和实验相结合的方法寻找精胺的作用靶标。利用反向对接、药效团模型比对、同位素酶活、Western Blot等实验方法发现精胺会在蛋白水平和细胞水平抑制I型蛋白质精氨酸甲基转移酶PRMTs酶活,分子水平酶活IC50在4μM-40μM。PRMTs可以调控DNA转录、RNA剪接等多种重要生理过程,其过表达往往会促进癌症的发生,是一类重要的促癌蛋白。PRMTs在前列腺肿瘤中同样具有重要功能,已有多项研究报道PRMTs可以促进AR信号通路激活进而促进肿瘤的发生发展。为进一步研究精胺和I型PRMTs在前列腺肿瘤中的生物功能,利用人源PRMT1和人源PRMT4蛋白结构,通过虚拟筛选、分子对接、化合物合成以及分子和细胞水平的实验验证,开发出了对I型PRMTs活性和选择性均显著增强的化合物P7、C26,其中化合物P7可以显著抑制PRMT1、PRMT6、PRMT8酶活,IC50为0.5 n M-2.5 n M,化合物C26除了显著抑制上述3种I型PRMTs外还可以抑制PRMT4,IC50为8 n M-30 n M。论文在第4章中对精胺和I型PRMTs在前列腺肿瘤中的作用机制展开了更深入的研究。结合前列腺肿瘤中I型PRMTs各亚型蛋白的表达水平及其与AR信号通路的相关性研究,进一步确证精胺主要作用于PRMT1来发挥作用。通过一维核磁实验和分子对接实验进一步确证精胺可以与PRMT1直接结合。在细胞水平对PRMT1进行基因干预或使用小分子抑制剂处理均会抑制肿瘤细胞生长增殖,下调AR及AR-V7信号通路,小分子抑制剂同样会在动物水平抑制去势抵抗模型22RV1移植瘤生长,且与恩杂鲁胺有联合抗肿瘤效果,证实了PRMT1靶点在前列腺肿瘤中的重要作用。在双荧光素酶报告实验中,精胺和PRMT1小分子抑制剂均会抑制AR的转录活性。进行ATAC实验发现精胺和PRMT1小分子抑制剂均会抑制肿瘤细胞内AR和AR-V7的信号通路基因染色质的开放程度,在表观层面抑制相关基因的转录表达。肿瘤细胞在PRMT1敲减后再进行精胺处理,相比于野生型,精胺基本不下调AR及AR-V7信号通路基因表达,说明精胺通过抑制PRMT1酶活产生抑制AR及AR-V7靶基因转录的作用。这一结论进一步通过Ch IP-q PCR实验中精胺能够下调AR promoter区PRMT1的修饰产物H4R3me2a的甲基化水平得到了印证。而H4R3me2a是PRMT1的重要修饰底物,一般被认为是一种转录激活型修饰。综上所述,本论文首次发现代谢小分子精胺不仅具有前列腺肿瘤临床相关性,而且会在细胞水平和动物水平选择性抑制AR阳性前列腺肿瘤生长,在动物水平与恩杂鲁胺发挥联合抗肿瘤效果。分子机制上通过计算和实验相结合的方法首次发现精胺可以结合并抑制PRMT1酶活,进而抑制AR promoter区H4R3me2a修饰,抑制AR、AR-V7及靶基因的染色质开放状态,下调AR、AR-V7信号通路;首次阐明了精胺通过影响表观遗传发挥抑瘤效果。I型PRMTs的强效小分子抑制剂可以产生同样的分子表型和抑瘤作用,PRMT1可以作为前列腺肿瘤的重要药物作用靶标。精胺和PRMT1抑制剂相比于恩杂鲁胺不仅可下调AR信号通路,还会抑制AR-V7及靶基因的表达,在一定程度上克服了前列腺肿瘤的去势抵抗和耐药,并且在动物实验中显示出较强的抑瘤效果和较高的生物安全性,具有较好的临床应用前景。