硝唑尼特(NTZ)靶向肽基精氨酸脱亚氨酶2(PAD2)治疗大肠癌的分子机制研究

Colorectal cancer is one of the most serious diseases with great need to develop effective targeted therapeutic agents. As the key driver of colorectal cancer, Wnt/β-catenin signaling has been extensively studied and a number of inhibitors were reported, but none of them entered clinical use so far. Recently we have identified nitazoxanide (NTZ) as a novel inhibitor of Wnt signaling and colorectal cancer, and demonstrated that peptidylarginine deiminase 2 (PAD2) and β-catenin were required for NTZ inhibition, but the underlying mechanism is to be clarified. To facilitate the development of NTZ to a therapeutic agent for colorectal cancer, the project was designed to dissect the process of NTZ regulating PAD2 and β-catenin. Particularly, we will determine the binding modes of NTZ/PAD2 and PAD2/β-catenin, the mechanisms of NTZ targeting PAD2 and PAD2 regulating β-catenin, as well as how citrullination of β-catenin regulates Wnt signaling activity. The project is expected to fully clarify the action mechanism of NTZ inhibiting Wnt signaling, and guide the optimization of NTZ for therapeutically targeting colorecatal cancer.

大肠癌是严重危害我国人民健康的重大疾病，开发新型分子靶向药物是大肠癌治疗研究的重要方向。Wnt/β-catenin信号通路是大肠癌最重要的驱动因素，但迄今为止没有Wnt抑制剂应用于临床。申报人前期工作发现化学药物硝唑尼特(NTZ)是一个新型Wnt和大肠癌抑制剂，并证实NTZ靶向肽基精氨酸脱亚氨酶2(PAD2)和抑制β-catenin的活性，不过仍有诸多关键问题有待阐明。本项目聚焦NTZ调控PAD2和β-catenin的分子机制研究，包括测定NTZ与PAD2及PAD2与β-catenin的结合模式，PAD2修饰β-catenin的机制，以及β-catenin瓜氨酸化抑制Wnt通路和大肠癌的机制，同时阐明瓜氨酸化调控大肠癌的新机制。本项目有望为优化NTZ靶向PAD2和治疗大肠癌提供理论指导，具有重要的社会价值和科学意义。

结肠癌是严重危害我国人民健康的重大疾病，开发新型分子靶向药物是结肠癌治疗研究的重要方向。本团队前期工作发现化学药物硝唑尼特(NTZ)是一个新型Wnt通路和大肠癌抑制剂，并鉴定其作用机制是激活介导蛋白瓜氨酸化修饰（citrullination）的肽基精氨酸脱亚氨酶2(PAD2)，提示调控PAD2和蛋白瓜氨酸化修饰是开发结肠癌新型靶向药物的一个潜在新策略。在此基础上，本项目首先系统测定了NTZ靶向调控PAD2的构效关系，并利用特异性组蛋白瓜氨酸化抗体开发了蛋白瓜氨酸化小分子激动剂的高通量筛选系统，鉴定了比NTZ激活组蛋白瓜氨酸化修饰活性更高的3个天然小分子新橙皮苷二氢查尔酮（Neohesperidin dihydrochalcone）、去甲氧基姜黄素（Demethoxycurcumin）和蒜黎芦碱（Jervine），并通过分子对接和蛋白突变实验测定了三小分子以及NTZ靶向PAD2的结合位点和关键残基（D346、E352和N587）。最后，本项目在多种结肠癌细胞系中验证了这三个小分子的调控PAD2和蛋白瓜氨酸化修饰活性和选择性，调控瓜氨酸化修饰依赖的靶基因表达改变，以及抑制肿瘤细胞克隆形成的能力。由于迄今为止国际上报道的瓜氨酸化靶向小分子大多是抑制剂，本项目开发的系列瓜氨酸化小分子激动剂为研究蛋白瓜氨酸化提供了独特的化学干预工具，也为基于瓜氨酸化开发靶向药物提供了先导化合物，具有重要的科学意义和潜在的临床转化价值。