甘草化学成分干预结肠癌发生发展及其机制研究

Chemoprevention is one of the focuses of cancer prevention research. colorectal cancer (CRC) is one of the most common cancers in China and worldwide, and its chemoprevention has attracted much research interest due to it typical multistage carcinogenesis process. Traditional Chinese Medicine has a rich resource of potential chemoprevention agents; however, the complexity arise from its multi-components multi-targets nature hindered in-depth investigations. Licorice is one of the most commonly utilized TCM herbal medicine which possesses many pharmacological activities, including cancer prevention and intervention. Based on our preliminary studies on systemically analysis and screening of licorice-derived phytochemicals, we will investigate the effects of selected licorice-derived compounds on chemically induced murine colitis and colitis-associated CRC, and will explore the underlying mechanisms of action using multiple cellular and genetically modified mouse models. NF-κB is a main signaling pathway that regulate inflammatory responses; Nrf2 is the center coordinator of the transcription of antioxidant and phase II metabolizing genes; Nrf1 has similar but complementary functions to that of Nrf2, regulates the expression of proteasome subunits and endoplasmic reticulum associated degradation; and autophagy is a catabolic process that degradates unnecessary or malfunctional cellular components. More importantly, autophagy, inflammatory responses and antioxidant responses are intrinsically correlated. The proposed research will try to delineate the crosstalk between Nrf1/2, NF-κB/inflammation, and autophagy, and their involvement in CRC carcinogenesis and chemoprevention by licorice-derived compounds. The proposed study will discover novel CRC chemoprevention agents and their molecular targets, and is helpful for establishment of a research paradigm of Traditional Chinese Medicine in chemoprevention.

化学预防是癌症研究的热点，结直肠癌则是化学预防研究的重要对象。中药是潜在的化学预防药物宝库，但其多成分多靶点的复杂性限制了深入研究。本项目在对甘草化学成分全面分析的基础上进行系统筛选，以发现具有潜在化学预防活性的化合物，再利用结肠炎和炎症相关结肠癌动物模型研究这些化学成分对结肠癌发生发展的影响，并利用细胞和基因修饰小鼠模型来阐明其可能的作用机制。NF-κB是调控炎症反应的重要信号通路；Nrf2是调控氧化应激和II相药物代谢的核心转录因子；Nrf1功能与Nrf2相似但互补，调控着蛋白酶体相关基因表达和内质网相关蛋白降解；自噬则是细胞大量降解细胞成分以应对外来刺激的重要途径；自噬、氧化应激和炎症反应之间有着密切关系。本项目将研究上述信号通路之间的crosstalk及其在甘草化学成分干预结肠癌发生发展中的作用，有助于发现新的结肠癌化学预防药物和分子靶标，有助于探索中药用于癌症化学预防的研究模式

化学预防是癌症研究的热点，结直肠癌则是化学预防研究的重要对象。中药是潜在的化学预防药物宝库，但其多成分多靶点的复杂性限制了深入研究。甘草是最常用的中药之一，具有包括癌症预防和治疗在内的多种生物活性，但缺乏相应的系统研究，尤其是在结直肠癌的化学预防方面。本项目在对甘草化学成分进行系统分离提取和全面分析鉴定的基础上，建立了包括ARE和NF-kB报告基因、NO生成以及细胞毒等多种高通量细胞筛选模型，对分离获得的超过120种甘草化学成分进行了系统筛选，并利用免疫印迹、qPCR等手段对筛选得到的甘草活性化学成分在细胞水平进行了验证，发现了11个Nrf2激动剂、1个Nrf2抑制剂、6个NF-kB抑制剂、13个NO生成抑制剂、7个细胞毒化合物和若干个AchE、PTP1B和酪氨酸酶抑制剂。再利用结肠炎、炎症相关结肠癌和结肠癌移植瘤动物模型研究了IAA、AA、IC5、甘草西定等化合物对结肠癌发生发展的影响，发现IAA和IC5可以显著抑制结肠炎症信号和症状，同时IAA、AA、IC5和甘草西定也显著抑制了结肠癌移植瘤的生长，其机制与抑制糖酵解、激活AMPK、抑制PI3K/Akt信号以及诱导细胞周期阻滞、自噬和凋亡相关。对来源于甘草的一系列活性化合物的构效关系研究发现，异戊烯基是其诱导细胞自噬和凋亡的活性官能团，糖基化可以改善药物的吸收代谢，有助于提高其体内药效。为了阐明Nrf1在结肠炎及炎症相关结直肠癌发生发展及其化学预防中的作用，除了Nrf1肝脏可诱导敲除模型以外，我们建立了pVillin-Cre::Nrf1(flox/flox)肠道上皮组织特异Nrf1敲除小鼠，发现Nrf1缺失显著加剧了结肠炎，促进了结肠癌的发生，其机制与DNA修复相关。本项目还研究了甘草活性成分在肝脏保护、抗氧化、抗衰老和抗皮肤癌方面的活性。本项目系统筛选验证了甘草中具有结肠癌化学预防活性以及其它药理活性的化合物，深入研究了其作用机制，发现了新的结肠癌化学预防药物和分子靶标，有助于探索中药用于癌症化学预防的研究模式。