作用于细胞死亡与Hedgehog通路的小分子化合物的研究

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背景:Hedgehog信号通路的异常活化出现于许多实体瘤中,包括基底细胞癌、髓母细胞瘤、白血病等。靶向Hedgehog信号通路中的关键因子SMO的两个药物近年获批上市,治疗肿瘤效果明显,但耐药性问题日趋严重。诱导肿瘤细胞凋亡是目前肿瘤药物治疗的重要手段,因为凋亡的肿瘤细胞会被免疫系统所清除而达到治疗的效果。因此研发促凋亡活性的新型Hedgehog通路抑制剂具有重要意义。  目的:运用小分子化合物筛选方案发现促凋亡活性的新型Hedgehog通路抑制剂。利用分子生物学和生物化学与细胞生物学等研究方案对合成的小分子化合物进行深入研究,阐明其作用机制和体内抗肿瘤作用,为肿瘤新药开发提供理论支撑。  方法:为了筛选促凋亡活性的新型Hedgehog通路抑制剂,我们利用由合作的化学课题组合成的300多个新型Hedgehog小分子抑制剂文库进行筛选,并结合凋亡抑制剂z-VAD预处理,通过检测ATP水平分析细胞存活率,发现了两个促凋亡的小分子化合物Hh78和Hh262;为了进一步确定Hh78和Hh262引起的细胞死亡是细胞凋亡,我们通过流式细胞技术检测药物处理后肿瘤细胞的Annexin V/PI的阳性率;为了鉴定小分子化合物对Hedgehog信号通路的抑制效果,我们用上市药Vismodegib做对照,构建的NIH3T3-GRE-Luc报告系统作为检测手段,发现这两个化合物抑制Hedgehog信号通路的效果优于Vismodegib,并且能抑制Hedgehog信号通路靶基因GLI1和PTCH1的转录;为了分析Hh78和Hh262诱导肿瘤细胞死亡的普遍性,我们采用了多种肿瘤细胞进行检测其促凋亡作用;为了检测Hh78和Hh262诱导的细胞凋亡的机理,我们通过蛋白质免疫印迹检测caspase8和caspase9蛋白的切割,caspase底物PARP的切割,通过siRNA和shRNA沉默caspase基因以检测Hh78和Hh262诱导的具体凋亡途径;通过动物毒力测定实验检测Hh78和Hh262对小鼠体重、血液系统和器官的影响;通过构建Hedgehog通路异常活化的髓母细胞瘤细胞 MB的裸鼠异种移植肿瘤模型,检测发现的新型Hedgehog通路抑制剂的体内抗肿瘤作用。  结果:  (1)在Hedgehog抑制剂文库中筛选到多个可以诱导细胞死亡的小分子化合物包括Hh78和Hh262;(2)发现上述的这些诱导细胞死亡的小分子化合物在正常细胞中低毒或无毒;(3)Hh78和Hh262诱导的肿瘤细胞死亡可以被caspase抑制剂z-VAD所抑制;(4)Hh78和Hh262处理的肿瘤细胞呈现Annexin V/PI阳性;(5)Hh78和Hh262能够有效抑制Hedgehog信号通路;(6)Hh78和Hh262抑制GLI1和PTCH1的转录;(7)Hh78和Hh262在多种肿瘤细胞中具有促凋亡作用;(8)Hh78和 Hh262诱导肿瘤细胞caspase8和PARP的活性,但不能活化caspase9;(9)caspase8的沉默明显阻止Hh78和Hh262诱导的细胞凋亡;(10)caspase9的沉默不能阻止Hh262诱导的细胞凋亡;(11)Hh262对正常C57小鼠没有毒副作用;(12)Hh78和Hh262诱导Hedgehog通路异常活化的髓母细胞瘤MB细胞发生凋亡;(13)Hh262能够在体内抑制髓母细胞瘤MB的生长。  结论:综上所述,我们发现了具有促凋亡效果的小分子化合物 Hh78和Hh262,既能抑制Hedgehog通路,又能诱导肿瘤细胞凋亡,并且能够激活caspase8所依赖的细胞凋亡外源性途径。体内实验表明,Hh262对正常小鼠没有毒副作用,并且能够抑制Hedgehog异常活化相关的髓母细胞瘤生长,具有抗肿瘤作用。这些研究结果为研发促凋亡活性的新型Hedgehog通路抑制剂具有重要的指导意义。
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