基于超滤质谱和超低温探头NMR技术的三种花椒属植物中SIRT1抑制剂的快速发现及其抗肿瘤活性研究

It has been a hot project that how to effectively and precisely discover target-established anticancer drugs. On the basis of obtained data, here we will use ultrafiltration mass spectrometry together with HPLC and NMR with ultra-low temprature probe to targetedly discover and isolate new naturally occuring SIRT1 inhibitors from the water extracts of fruit peel of Zanthoxylum bungeanum,Z. piasezkii, and Z. schinifolium. These isolated compounds will be evaluated for their anticancer activities and 1-2 of them will be selected as anticancer lead compounds, which will be appicable for the discovery of target-established anticancer drugs. The overall goal of this project is to develop a method for the rapid recognition, precise isolation, and accurate characterization of plant-derived SIRT1 inhibitors based on ultrafiltration mass spectrometry, HPLC, and NMR with ultra-low temprature probe technologies. By using this method, we will try to find new naturally occuring SIRT1 inhibitors from three Zanthoxylum plants, and evalute their anticancer activities. On the basis of obtained data, we will find the correlation between SIRT1 inhibition and anticancer effects, which will support the development of novel anticancer drugs.

如何高效、精准地发现靶点明确的抗肿瘤药物是一个热点课题。在前期工作的基础上，本项目充分应用超滤质谱技术结合制备高效液相色谱（HPLC）和超低温探头核磁共振(NMR)技术，从花椒(Zanthoxylum bungeanum)、川陕花椒(Z. piasezkii)、青花椒(Z. schinifolium)的果皮水提物中定向寻找和分离鉴定新型天然SIRT1抑制剂，并评价其抗肿瘤活性，筛选出1-2个抗肿瘤先导物，为发现靶点明确的抗肿瘤新药奠定基础。本项目的总体目标是建立一套基于超滤质谱技术结合HPLC和超低温探头NMR技术的适合于植物源SIRT1抑制剂的快速识别、精准分离和准确表征的研究方法，并以此为基础从三种花椒属植物中发现新型天然SIRT1抑制剂，评价其抗肿瘤活性，探索SIRT1抑制活性与抗肿瘤活性的关联性，这对新型抗肿瘤药物的研发具有重要的意义。

植物来源的活性天然化合物研究是发现新型的先导化合物和研制相关疾病治疗药物的重要内容。项目执行期间，建立了磷酸二酯酶等肿瘤相关靶酶活性分析以及激活剂/抑制剂筛选新方法3种，利用该方法从自建的花椒化学成分库中筛选发现了1个磷酸二酯酶激活剂、1个生物碱类磷酸二酯酶抑制剂、1个酰胺类酪氨酸酶激活剂和1个苯乙醇类乙酰胆碱酯酶抑制剂。开展了花椒（Zanthoxylum bungeanum）、青花椒（Z. schinifolium）、川陕花椒（Z. piasezkii）的化学成分和生物活性研究，分离鉴定了香豆素、生物碱、甾体等天然化合物126个，其中新骨架化合物1个、新结构化合物19个、首次从花椒属植物中发现化合物23个。其中，从花椒（Z. bungeanum）中分离鉴定了1个含有34个碳的6/6/6/6/5五环稠合的新骨架天然化合物Bungsteroid A，可抑制HepG2、MCF-7和HeLa肿瘤细胞增殖，Bungsteroid A被Natural Product Reports选为热点化合物，相关研究被国家自然科学基金委网站和科学网报道。针对分离鉴定的化合物，开展了广泛的药理活性筛选，发现部分化合物对HepG2和HeLa肿瘤细胞具有一定的抑制活性，且可抑制肿瘤细胞内SIRT1和PTP1B的合成。以花椒活性成分gx50为模板分子，设计并合成了20个结构衍生物并评价了抗阿尔茨海默病活性，发现了1个先导化合物，初步机制研究表明该化合物主要通过抑制Aβ蛋白聚集发挥活性。部分化合物可显著缓解醋酸扭体痛模型小鼠的急慢性炎性痛，主要通过抑制海马神经元和DRG神经元动作电位发挥作用。项目执行期间，参加国际国内学术会议并作报告7次；2019年，主持举办了天然药物活性成分结构与功能国际研讨会，来自韩国、乌兹别克斯坦、伊朗、越南等国科学家以及国内科学家100多人参加了会议。部分研究成果发表J. Org. Chem.等论文18篇，申请国家发明专利2项，（联合）培养博士后1人、博士生2人、硕士生4人。项目负责人获得甘肃省杰出青年基金资助（2020）、中科院兰州分院优秀青年人才奖（2020）、兰化所青年创新奖（2020）。