人参总皂甙及其主要成分对白血病细胞组蛋白乙酰化修饰的影响及β-catenin在此过程中发挥的作用

Our previous study showed that total saponins of Panax ginseng (TSPG) inhibited the proliferation of leukemia cells, induced their differentiation, and promoted their apoptosis. Gene expression array analysis showed that a broad spectrum of cell signaling pathways was involved in these functions, among which the content of β-catenin decreased significantly, and its function lowered dramatically. It was widely known that histones modification affects the structure of chromatin, thereby, control the binding of transcription factors to RNA polymerase, this make it likely that one mechanism control the transcription of many genes. β-catenin provides a platform for the acetylation modification of histones. Therefore, we hypothesized that TSPG exerted its function on leukemia cells through β-catenin, and thus affects many important gene transcription and signaling pathway through histone acetylation and chromatin alteration. This project aims to testify the hypothesis. The implementation of this project may demonstrate a new mechanism by which TSPG functions on leukemia cells, and at the same time, the new-fond mechanism may serve as therapeutic target for small molecules compound. In addition, the demonstration of mechanism may be in favor of the internationalization of traditional Chinese medicine.

我们的前期研究结果发现，人参提取物人参总皂甙（TSPG）对白血病细胞的增殖抑制、诱导分化和促进凋亡的作用明确且显著，基因表达谱分析显示其作用涉及众多信号通路，细胞生物学验证中发现β-catenin的含量下降和功能下调最为明显。已知组蛋白的修饰影响染色质的结构改变，从而影响转录因子和RNA聚合酶的结合，使得同一机制可同时决定众多基因的转录，且β-catenin为组蛋白乙酰化修饰蛋白的募集提供平台。因此我们认为在TSPG对白血病细胞的增殖抑制和诱导分化过程中β-catenin发挥着关键作用，并通过影响组蛋白的乙酰化及其导致的染色质变构而控制其他重要蛋白质的转录和信号通路的活性。本项目拟设计实验证明之。本项目的实施，可望初步阐明TSPG对白血病细胞作用的新机制，为其临床应用奠定基础。同时，针对新发现的作用机制，可利用小分子化合物进行抑制等方法进行治疗。此外，机制的阐明也有利于中药应用的国际化。

该项目按照国家自然科学基金委计划任务书执行，已经完成全部研究内容，目前该项目共计发表11篇论文(SCI共计1篇)。本研究探讨了TSPG以及其主要单体成分的抗肿瘤活性及Rh2(S)可能的抗肿瘤机制，并进一步研究了Rh2(S)对白血病细胞的乙酰化修饰作用。.一、研究工作主要进展.（一）TSPG以及其主要单体成分抗肿瘤活性的研究. 在TSPG以及其主要单体成分中，Rh2(S)对白血病K562和KG1α细胞的增殖抑制作用最为明显，Rh2(S)可阻滞白血病K562和KG1α细胞的周期于G0/G1期并诱导白血病K562和KG1α细胞凋亡的发生。.（二）Rh2(S)诱导白血病细胞凋亡机制的研究. MAPK信号通路可能参与Rh2(S)诱导的白血病细胞凋亡；Rh2(S)对白血病细胞的抗肿瘤活性也可能与抑制Wnt/β-catenin信号通路的异常激活有关.（三）Rh2(S)对白血病细胞组蛋白乙酰化水平的调控作用；. Rh2(S)可抑制白血病K562和KG1α细胞内组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的活性，增加组蛋白乙酰化酶（HATs）的活性；其中对HDAC6的抑制效果十分明显，提示Rh2(S)可能是一种未知的HDAC6抑制剂。.（四）Rh2(S)诱导K562细胞蛋白赖氨酸乙酰化质谱分析. 通过利用稳定同位素标记(SILAC)为基础首次将Rh2(S)诱导的K562细胞进行定量蛋白质组学、生物化学检测及生物信息学分析，结果发现612种蛋白质包含1020个位点发生了乙酰化修饰，其中定量了603种蛋白质包含1006个乙酰化位点。在所有定量蛋白质中，与对照组相比154个位点（120个蛋白质）上调，31个位点（29个蛋白质）下调。.（五）Rh2(S)诱导白血病细胞自噬凋亡的研究. 体内外实验证实：Rh2(S)可通过降低白血病细胞内或移植瘤体内的HDAC6的水平，抑制Hsp90，促进自噬重要基因Beclin-1、LC3A和LC3B的表达，从而诱导细胞发生自噬凋亡。.（六）Rh2(S)在肝癌细胞中抗肿瘤活性的研究. Rh2(S)对HepG2细胞具有增殖抑制作用，同时Rh2(S)可以阻滞肝癌HepG2细胞的周期于G0/G1期，并诱导肝癌HepG2细胞发生凋亡。Gsk-3β/β-catenin信号通路可能是Rh2(S)诱导肝癌HepG2细胞凋亡发生的具体机制。