论文部分内容阅读
FL118是一种具有高效抗肿瘤活性的喜树碱衍生物。FL118不仅在人结肠癌和头颈部癌中显示出优异的抗癌活性,而且对临床使用的喜树碱衍生物(伊立替康和拓扑替康)耐药的细胞株非常敏感,是非常具有潜质的抗肿瘤候选药物。FL118分子自身在有机相和水相中溶解性都很差,有科研工作者通过制剂的方式提高了其溶解性和生物利用度。为了寻求更高效低毒的FL118衍生物,改善其生物利用度,课题组设计合成了一系列9位修饰的FL118衍生物。通过体外抗肿瘤活性初步筛选和裸鼠体内抗肿瘤活性筛选,发现新衍生物9-Q10、9-Q18和9-Q20具有较优的抗肿瘤活性。本论文将针对上述3个新衍生物的生物学性质和抗肿瘤机制展开深入研究。目的:一方面,本文通过2D和3D细胞模型评估FL118和9-Q20的细胞毒性和细胞摄取的差异,预测9位修饰的FL118衍生物较其母核化合物在生物体内的吸收情况是否有改善。另一方面,通过细胞生物学和分子生物学手段研究FL118、9-Q10、9-Q18和9-Q20对HCT116细胞增殖、转移以及凋亡的影响,探讨上述化合物的作用机制,为后续FL118新衍生物的研发提供实验依据。方法:首先,采用MTT法研究FL118、9-Q10、9-Q18和9-Q20对MCF-7、A549、HCT116、HeLa和HepG2等5种癌细胞的增殖抑制活性。其次,建立和优化3D Caco-2细胞模型和用于FL118和9-Q20的含量测定的HPLC分析方法;利用2D与3D细胞模型考察FL118和9-Q20给药浓度、孵育时间、温度和转运蛋白抑制剂对细胞摄取的影响,考察药物在不同细胞系中的摄取差异。最后,采用MTT法、细胞划痕法、Hoechst 33258荧光染色法、DCFH-DA探针法以及Caspases活性试剂盒测定法研究FL118、9-Q10、9-Q18和9-Q20对HCT116细胞增殖、迁移以及凋亡的影响;通过Western blot法对HCT116细胞中的XIAP、Mcl-1、Survivin、Akt、p-Akt、Cyt-c、Bcl-2和Bax等凋亡相关蛋白水平进行检测,探索9位修饰的FL118新衍生物诱导HCT116细胞凋亡的机制。结果:(1)建立和优化了3D Caco-2细胞球体模型,在接种密度为2.5×10~5个细胞/mL,孵育时间为72 h时,Caco-2细胞已经形成了比较紧密和大小均一的3D球状体,且细胞活力大于90%。72 h MTT实验结果显示FL118和9-Q18均在nM水平有效地抑制了这5种癌细胞的增殖;FL118和9-Q20均显著抑制了HCT116的增殖,但是对于HepG2的抑制作用相对稍弱。8 h的MTT实验结果表明0.1-1μM FL118和9-Q20与Caco-2、HCT116和HepG2细胞作用8 h后,无明显的细胞毒性,且3D细胞模型中的细胞活力大于2D细胞模型的细胞活力。(2)2D和3D Caco-2细胞模型对FL118和9-Q20的摄取均呈现出时间和浓度依赖性,且2D和3D细胞模型对9-Q20的摄取量均高于FL118。在孵育早期,2D Caco-2细胞模型摄取FL118和9-Q20的速率更快。随着时间的推移,3D Caco-2细胞模型摄取FL118和9-Q20的能力不断提高,摄取量不断增大。外排泵蛋白P-gp和BCRP可降低9-Q20在2D和3D Caco-2细胞模型中的积累,这说明9-Q20的细胞摄取量和P-gp、BCRP外排泵蛋白有关。在维拉帕米(P-gp抑制剂)或易瑞沙(BCRP抑制剂)处理过的2D和3D Caco-2细胞模型中,3D Caco-2细胞模型对9-Q20的摄取明显增加。然而,P-gp和BCRP对FL118在2D和3D Caco-2细胞模型中的积累没有影响,这说明FL118的细胞摄取量和P-gp、BCRP外排泵蛋白无关。虽然2D和3D HepG2细胞模型对FL118和9-Q20的摄取量均高于HCT116细胞模型,但是FL118和9-Q20却体现出更显著地抑制HCT116细胞的增殖活性。(3)将FL118、9-Q10、9-Q18和9-Q20与HCT116细胞孵育后,HCT116细胞核发生了不同程度的皱缩,细胞内ROS水平升高以及Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9活性升高,这些结果表明FL118和9-Q10、9-Q18和9-Q20均诱导HCT116细胞凋亡。此外,细胞划痕实验表明FL118和9-Q10、9-Q18和9-Q20抑制了HCT116细胞的迁移。Western blot实验结果表明FL118和9-Q10、9-Q18和9-Q20均不同程度地降低了HCT116细胞中XIAP、Mcl-1以及Survivin的表达。FL118和9-Q18均降低了HCT116细胞中p-Akt、Akt和Bcl-2的表达并且增加了线粒体通路中细胞凋亡相关因子Cyt-c和Bax的表达。结论:9-Q20在2D和3D细胞模型中的摄取吸收水平优于FL118,说明该研究设计的9位修饰FL118衍生物有利于生物膜吸收转运。3D细胞模型比2D细胞模型提供了更多关于FL118和9-Q20细胞毒性和细胞摄取过程的效能信息,更能客观反映体内药物敏感性和耐药性情况,9-Q20的细胞摄取量与P-gp、BCRP外排泵蛋白有关,而FL118的细胞摄取量与P-gp、BCRP外排泵蛋白无关。该研究设计的9位修饰FL118衍生物中,9-Q18表现出能有效地抑制HCT116细胞的增殖和迁移,并能降低XIAP、Mcl-1、Survivin、p-Akt和Akt的表达,初步证明可能是通过抑制PI3K/Akt/Survivin信号通路来诱导细胞凋亡的。此外,9-Q18还降低Bcl-2的表达,增加Bax和Cyt-c的表达,且激活了Caspase3/8/9,这说明9-Q18可能通过参与线粒体通路诱导细胞凋亡。