三例生理活性天然产物的合成、探针化与作用靶点研究

Bioactive natural products and their analogues are common subjects of studies in modern chemistry and biomedical sciences, particularly chemical biology. Three of such compounds with complex molecular architectures, i.e. artemisinin (an outstanding antimalarial and anticancer terpenoid peroxide), an annonaceous acetogenin mimic AA005 (a natural polyketide-like compound with potent anticancer activity) and nominine (a highly toxic diterpenoid alkaloid in TCM), are selected as the research targets for this project; their chemical synthesis, structural modification and development of molecular probes assisted by proteomics protocols will be carried out. And the developed molecular tools will be applied to the identification of biological targets and exploration of the detailed mechanisms of action of these compounds. The methodologies and protocols of organic synthesis and chemical biology, which will be developed in this project, are expected to be generally valuable and applicable in the corresponding studies of other important bioactive natural products.

生理活性天然产物是现代化学、药学和生物学等领域共同关注的科学议题，是化学生物学研究的天然素材。本项目拟选取三例化学结构复杂、生理活性（生物学表象）明确、且各具特色的天然产物或类天然产物，开展它们的化学合成、结构修饰和探针化，并结合蛋白组学研究方法，运用发展的分子工具开展相关的生物学作用靶点的垂钓研究，进而阐述相关生理活性的机制。具体研究对象为：(1) 著名的抗疟抗肿瘤天然产物青蒿素(Artemisinin, Qinghaosu, QHS); (2) 选择性抗肿瘤活性番荔枝内酯(annonaceous acetogenin)类似物AA005; 以及 (3) 具有多种生理活性的乌头生物碱Nominine。本项目研究所发展的化学合成、化学生物学研究方法和技术可望扩展到其它类型天然产物的研究之中，并对其它重要天然产物的类似研究计划具有参考借鉴价值。

本项目主要研究了青蒿素衍生物、番荔枝内酯类似物AA005以及乌头生物碱等三类生理活性天然产物的探针化，并以此为分子工具探索了化学生物学现象与规律。过去五年里，我们全面研究了计划任务书设定的工作内容，在部分工作中发现了某些新的信号通路和作用靶点等，并通过实验证据对相应的科学规律和结论进行了阐述。重要结果包括：1）首次发现并报道青蒿素衍生物ART1直接结合其靶点脂质代谢酶HSD17B4来发挥抗肿瘤作用。实验发现ART1并不影响二价铁离子的水平，而是通过结合HSD17B4靶蛋白并直接氧化其附近脂质这一全新方式来引起铁坏死发生。2）通过T7噬菌体库进行结合靶点pull down实验，首次发现胆酸结合蛋白FABP6为抗肿瘤活性青蒿素衍生物AAD1和AAD2的生物学靶点。实验证实，FABP6蛋白确实和AAD1和AAD2发生结合，并且介导由AAD引起的抗肿瘤活性作用。3）通过pull down实验、RNAi筛选技术和动物模型表象观察三者相互结合，发现和确认HADHA是番荔枝内酯类似物AA005调控模型动物体内脂肪代谢的生物学靶点之一。4）成功完成了抗肿瘤活性复杂海洋二萜plumisclerin A的首次、对映选择性全合成，为西卡尼海洋二萜的深度开发利用和进一步的化学生物学研究奠定了关键技术基础。我们的上述工作和科学发现为细胞死亡机制、脂质代谢规律增添了新知识，为未来药物研发带来了新机会。本项目形成的相关成果已经在Cell, PNAS, ACIE等重要学术期刊上正式发表研究论文39篇；出版英文著作1部。获得中国发明专利授权3件，申请2件；合作申请泰国专利1件。项目组成员国内外学术会议交流和科研院校邀请报告24人次，以会议主席身份组织国际（双边）学术讨论会1次。培养并毕业博士研究生9人，硕士研究生9名。