抗氧化天然产物白藜芦醇和姜黄素的新功能:抗肿瘤作用及其机制研究

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白藜芦醇和姜黄素作为两种被热门研究的天然产物,其抗肿瘤活性被多次报道。在不同的肿瘤细胞系中,其各自的抗肿瘤作用也不尽相同,具体包括抑制肿瘤增殖、抑制肿瘤迁移、抑制肿瘤血管新生、导致肿瘤细胞周期阻滞等,其具体的分子机制却并不明确。本研究中,我们分别以白藜芦醇和姜黄素的抗肿瘤作用为研究对象,通过化学蛋白组学的方法筛选和鉴定了它们在B16F10黑色素瘤细胞、T241纤维素肉瘤细胞系以及骨髓原代细胞中的潜在的靶点蛋白。基于获得的候选蛋白靶点,我们详细研究了白藜芦醇和姜黄素发挥其抗肿瘤活性的分子机制。  我们首先研究了白藜芦醇对于B16F10黑色素瘤细胞的作用。动物实验表明,白藜芦醇显著延长荷瘤小鼠的生存率。为了进一步研究白藜芦醇对于B16F10的具体作用,我们通过体外细胞实验以及体内肿瘤被动转移模型发现白藜芦醇通过抑制肿瘤细胞迁移和肿瘤转移达到其抗肿瘤目的,而对于B16F10黑色素瘤细胞的增殖和肿瘤的生长没有作用。由于黏着斑激酶(FAK)在细胞迁移过程中发挥关键作用,我们接着研究了白藜芦醇对于B16F10黑色素瘤细胞中FAK表达的影响。结果表明,白藜芦醇在转录水平和蛋白水平显著抑制FAK表达,并具有浓度梯度依赖性。为了深入分析白藜芦醇抑制FAK表达的机制,我们通过研究FAK启动子发现转录因子USF1和FAK启动子-40位的结合对于FAK转录起主要调控作用,而白藜芦醇通过抑制USF1和FAK启动子的结合抑制FAK转录。  接着,我们通过化学蛋白组学的方法筛选白藜芦醇在B16F10黑色素瘤细胞中的靶蛋白。我们设计和合成了白藜芦醇的分子探针和对照探针用于去除非特异性结合蛋白。通过体外实验,我们验证了白藜芦醇探针有着和白藜芦醇类似的生理活性,而对照探针除了不影响FAK表达和细胞迁移,其他生理活性与白藜芦醇一致,表明通过白藜芦醇探针和对照探针筛选出的蛋白靶点只与白藜芦醇抑制细胞迁移有关,而与它的其他生理性质无关。  通过化学蛋白组学,我们发现组蛋白去乙酰化酶(HDAC1)是白藜芦醇在B16F10黑色素瘤细胞中的候选靶蛋白。由于HDAC1与表观遗传调控基因表达相关,我们推测白藜芦醇通过表观遗传调控FAK表达。BSP分析结果表明白藜芦醇显著上调FAK启动子的甲基化水平,尤其是USF1结合位点附近的CpG位点的甲基化水平。通过Ch-IP和Co-IP,我们发现白藜芦醇促进NF-κB招募DNMT3a和HDAC1到FAK启动子上USF1结合位点附近形成阻碍复合物,阻断USF1和FAK启动子的结合,从而抑制FAK转录。  我们在小鼠T241纤维素肉瘤肿瘤模型中研究了姜黄素的抗肿瘤效应。在体外实验中,我们发现姜黄素抑制脐静脉内皮细胞(HUVEC)的增殖和迁移,并导致其凋亡。另外,姜黄素抑制VEGF-VEGFR2信号通路以及其下游的一些关键蛋白的表达。由于HUVEC细胞在VEGF介导的肿瘤血管新生中起关键作用,我们认为姜黄素很可能通过抑制肿瘤血管新生达到抗肿瘤的目的。考虑到肿瘤分泌的VEGF促进血管新生和髓外造血,以及姜黄素对肿瘤血管新生的抑制作用,我们认为姜黄素可能会改善肿瘤血管新生和髓外造血导致的肿瘤综合征。通过体内动物模型实验,我们发现姜黄素显著改善肿瘤造成的肝脾损伤以及贫血。  卡铂作为第二代铂类抗肿瘤药物,由于会导致严重的骨髓抑制,限制了它在延长癌症病人生存时间上的效果。基于姜黄素改善贫血而且可以通过抑制血管新生抑制肿瘤,我们将姜黄素和卡铂联合用药以期望得到更好的治疗效果。动物实验结果表明,联合用药在抑制肿瘤生长方面相对于单独使用卡铂没有优势,但是可以显著增加荷瘤小鼠的生存时间。小鼠骨髓切片的HE染色结果表明,姜黄素显著改善了卡铂导致的骨髓抑制,减缓了卡铂造成的贫血,在一定程度上降低了卡铂的副作用。体外的生化实验表明,姜黄素通过改善卡铂导致的造血细胞的DNA损伤减缓卡铂造成的骨髓抑制。  为了进一步研究姜黄素改善骨髓抑制的分子机制,我们通过化学蛋白组学的方法使用姜黄素探针在骨髓细胞中筛选姜黄素的靶蛋白。分析筛选到的靶蛋白,我们发现姜黄素与DNA的损伤修复途径相关。体外细胞实验表明,姜黄素通过上调ERCC1和BRCA1的表达刺激骨髓细胞中NER和蛋白重组这两种DNA损伤修复途径,达到改善骨髓细胞损伤的目的。基于姜黄素可以提高骨髓细胞的卡铂抵抗的现象,我们验证了姜黄素对肿 瘤细胞卡铂敏感性的影响。我们发现,在T241肿瘤细胞中,姜黄素不仅不会导致卡铂抵抗,在一定程度上还会增加肿瘤细胞的卡铂敏感性,这表明姜黄素在保护骨髓细胞免受卡铂伤害的同时,不会影响到卡铂对于肿瘤细胞的杀伤作用。
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