天然小分子化合物抑制DNA损伤修复信号通路机制的研究

DNA damage induces genome instability, which is the major hallmark of cancer. Targeting DNA repair proteins has been explored as a useful strategy in anti-cancer drug discovery. Natural products are rapidly gaining attention as sources of new drugs, particularly anti-cancer drugs. Recent studies have demonstrated that natural compounds purified from Garcinia species have potential anti-cancer activities, but the molecular mechanisms are poorly understood. Using DNA damage response protein phospho-H2AX as a marker, we screened natural compounds from Garcinia species. We found that some compounds can significantly inhibit DNA repair, induce DNA double strand breaks and autophagy. In this study, we will focus on DNA damage response, DNA repair and autophagy signaling pathways to identify the molecular mechanism and the potential targets of the natural compounds. It is anticipated that more natural compounds will be identified and clinically used as effective anti-cancer drugs for various cancer.

DNA损伤造成基因组的不稳定和突变，是恶性肿瘤的基本特征之一。特异性靶向DNA损伤修复通路中的一些关键信号分子是抗肿瘤药物研发的一个重要方向。天然产物结构新颖生物学活性多样，在其众多的生物活性中，抗肿瘤活性是很重要的一个研究内容。近年的研究发现藤黄属植物中分离纯化的多种天然化合物有较强的抗肿瘤活性，但是具体的分子作用机制和靶点还很不清楚。我们在前期研究中以DNA损伤应答早期蛋白磷酸化H2AX为标记筛选了部分具有抗肿瘤活性的藤黄属天然化合物，发现它们能在抑制DNA损伤修复的同时诱导DNA双链断裂损伤和细胞自噬。本研究项目将在上述基础上，以DNA损伤应答，损伤修复和细胞自噬为研究方向，系统深入的探讨化合物的作用靶点和作用机制，为天然化合物抗肿瘤药物的研究提供重要的理论依据和潜在的临床价值。

近年来的研究发现藤黄属植物中分离纯化的多种天然小分子化合物有较强的抗肿瘤活性，但是具体的分子机制和作用靶点还很不清楚。在本研究项目中，我们以DNA损伤应答、损伤修复、细胞自噬等信号通路为研究方向，系统深入地探讨了多环多异戊烯基间苯三酚类化合物oblongifolin C抑制肿瘤细胞增殖的作用靶点和分子调控机制。研究结果发现oblongifolin C能激活DNA损伤应答相关的ATM-Chk2和ATR-Chk1信号通路，抑制DNA双链断裂的损伤修复，引起细胞产生内质网压力并激活相关的应激蛋白激酶，从而促使细胞走向凋亡。Oblongifolin C对促凋亡基因基因缺失的肿瘤细胞也有非常好的抑制细胞增殖的效果，能使细胞发生不依赖线粒体通路的细胞凋亡。研究还发现oblongifolin C是一种新型的自噬抑制剂。Oblongifolin C诱导细胞自噬体的积累但却抑制自噬降解过程，主要体现在oblongifolin C抑制自噬体和溶酶体的融合、泛素化蛋白的降解和溶酶体降解活性，影响溶酶体的酸性微环境并且抑制溶酶体组织蛋白酶Cathespin D和Cathespin B的基因表达和酶活性。饥饿状态的肿瘤细胞通过诱导自噬降解并回收不必要的生物大分子，用于提供能量和生物合成以帮助肿瘤细胞在不良环境下的存活。我们的细胞实验和裸鼠移植瘤动物实验证实oblongifolin C可以通过抑制肿瘤细胞自噬活性增强癌细胞对营养缺乏的敏感性，促进肿瘤细胞发生细胞凋亡，从而更有效的清除肿瘤细胞。此外，研究结果还发现oblongifolin C可以有效的抑制肿瘤细胞的迁移和转移。Oblongifolin C显著增加角蛋白Keratin 18的表达，沉默Keratin 18则能逆转oblongifolin C对肿瘤转移的抑制作用。体内动物实验进一步证实增加oblongifolin C增进肺组织中Keratin 18的蛋白表达、下调ERK/MAPK和PI3K/AKT信号通路的活性，从而抑制肿瘤的肺转移。综上所述，我们证明了藤黄属植物中的某些天然成份能够通过抑制DNA损伤修复和细胞自噬诱导肿瘤细胞发生细胞凋亡，研究成果对从天然产物中筛选抗肿瘤药物的研究提供重要的借鉴意义。