以Procaspase-3为靶点的小分子激活剂发现及其抗肿瘤活性与机制研究

越来越多证据表明半胱天冬酶-3酶原（Procaspase-3）是细胞内凋亡信号通路中最重要的执行蛋白，且在多种恶性肿瘤中表达增高，这提示其可能是恶性肿瘤治疗药物的新靶点。本课题组在前期工作中发现一小分子化合物DG-208能激活Procaspase-3蛋白从而直接诱导肿瘤细胞凋亡，且其抗肿瘤活性与Procaspase-3表达水平呈正相关，这提示DG-208可能是具有抗肿瘤活性的新型Procaspase-3激活剂。基于上述研究基础，本项目拟采用RNAi、免疫印记及流式细胞术等多种方法：1. 进一步在细胞和整体动物水平确证Procaspase-3在DG-208诱导的肿瘤细胞凋亡中的作用，为将其研究开发为新型抗肿瘤药物奠定基础；2. 在分子和细胞水平研究DG-208激活Procaspase-3蛋白的确切机制，为以Procaspase-3为靶点寻找恶性肿瘤的治疗开辟新途径。

半胱天冬酶-3酶原 (Procaspase-3)是细胞内凋亡信号通路中重要的执行蛋白，且在多种恶性肿瘤中表达增高，这提示其可能是恶性肿瘤治疗药物的新靶点。本课题组在前期工作中筛选了procaspase-3激活剂PAC-1系列衍生物，发现了两个显著优于PAC-1的新化合物WF-208和WF-210，两种新化合物均能够通过解除锌离子的抑制作用而激活procaspase-3。WF-208和WF-210的EC50分别为0.56 μM和0.96 μM，低于PAC-1的 EC50 2.08 μM。WF-208、WF-210能够降低多种肿瘤细胞存活率，能够诱导procaspase-3高表达的肿瘤细胞系HL-60和U-937细胞凋亡，其中caspase-3起到关键作用。此外，我们发现PAC-1衍生物WF-208和WF-210能够剂量依赖性的引起HL-60和U-937 caspase-3裂解增加。WF-208、WF-210激活caspase家族蛋白具有时间顺序，首先激活procaspase-3，之后激活procaspase-8和procaspase-9。沉默Procaspase-3能够显著降低WF-208、WF-210对HL-60细胞的凋亡诱导能力，过表达procaspase-3能够显著增加WF-208、WF-210对MCF-7细胞的凋亡诱导能力，传统凋亡诱导剂无此现象。研究还发现PAC-1及其衍生物不改变细胞内Bcl-2家族蛋白水平，但能够显著降低细胞内XIAP、Survivin水平，其可能的机制为通过螯合锌离子促进XIAP、Survivin泛素化，经蛋白酶体途径降解。在体实验结果显示PAC-1衍生物能够降低procaspase-3较高表达的肝癌、乳腺癌、胆囊癌、前列腺癌的移植瘤生长，不能抑制procaspase-3不表达的MCF-7细胞移植瘤生长。在体抗肿瘤 作用机制包括激活procaspase-3、裂解PARP、降低XIAP和Survivin。毒性研究发现，PAC-1衍生物对正常细胞存活率的影响较小。WF-208和WF-210的选择指数分别PAC-1的27倍和57.5倍。PAC-1衍生物对神经细胞凋亡诱导作用弱于PAC-1，对小鼠运动协调性的影响弱于PAC-1，提示PAC-1衍生物的神经毒性弱于母体化合物。综上，本论文发现两个活性更强，毒性更小的新型procaspase-3激活