基于分子对接技术的天然裂木脂素Peperomin E抗肿瘤靶标的寻找及结构优化研究

Following advances on the pathogenetic mechanisms of cancer, more and more cancer relating regulatory protein and drug targets have been clarified, promoting the development of anticancer natural compounds from cytotoxic drugs to targeted drugs. Natural medicines have afford a rich amount of anticancer agents with multi-targeted and low toxicity. Hence, our study focused on the bioactive compound isolated from Chinese traditional herb Perperomia dindygulensis- Peperomin E with potential anticancer activities. To clarify the anticancer mechanisms of Peperomin E at molecule level, we investigate the potential anticancer targets of Peperomin E with inverse docking technique. Surface plasmon resonance and Western-Blot will be used to evalute the inverse docking results. Based on the structure of the optimal drug target, as well as the combination principle, different series of Peperomin E derivatives will be designed. Virtual screening method will be used to evaluate the activities of the designed analogues. The structural modification of Peperomin E will be excuted base on the results of the virtual screening. A number of structural optimized compounds will be synthesied. This result will provide strong theoretical basis for further studies of Peperomin E.

随着对癌症发病机制深入的研究，众多与癌症相关的调节蛋白与抗癌靶标逐渐得到了阐明，促使抗癌活性天然产物从单纯的细胞毒药物向针对抗癌靶标的靶向药物发展。本研究拟从具有明确体内外抗肿瘤活性且无明显毒性的裂木脂素单体Peperomin E出发，通过反向分子对接技术快速筛选其潜在的抗肿瘤作用靶标，并对虚拟筛选的结果进行生物学验证，系统寻找并明确Peperomin E的作用靶标，探讨其抗肿瘤作用机制。基于此，通过分子对接的方法阐释筛选确定的靶蛋白活性部位与Peperomin E各化学基团的空间匹配与结合能量的情况，优化并合成一系列靶标亲和性高、活性强的化合物，并总结其构效关系。该课题的研究不仅为以Peperomin E为母核的一系列抗肿瘤先导化合物的发现以及新药创制提供理论依据，还为今后以活性天然产物为基础的靶向新药的开发提供一条高效便捷的思路。

目前，全球胃癌，肺癌发病率居高不下，严重的威胁着人们的生命和健康。在中国,胃癌、肺癌的患病率和死亡率高达榜首，而目前针对晚期胃癌患者尚无有效的治疗方案和药物，因此寻找更加有效、副作用小的化疗药物是当务之急。.Peperomin E来源于天然植物，是一类含裂木脂素母核的化合物，前期研究发现，该化合物具有较好的体内外抗胃癌、肺癌、急性髓性白血病的活性，且无明显毒性，有成为新一代抗癌药物的先导化合物的潜力。然而，该化合物抗抗肿瘤作用的靶标不明确，若要将其开发成为新药，这是迫切需要解决的一个瓶颈问题；其次，该化合物无结构改造方面的研究，构效关系方面认识认识尚浅，因此，明确该化合物的构效关系，提高其抗肿瘤的活性，是另一个迫切需要解决的问题。根据以上问题，我们通过反向分子对接的方法寻找Peperomin E潜在的抗肿瘤靶标，结果发现该化合物于DNA甲基化酶 (DNMT1) 有较好的结合能力，我们对这一虚拟筛选结果进行生物学验证，发现该化合物可通过与DNMT1酶活性口袋通过非键作用力直接结合，抑制DNMT1酶活性；并通过调节AMPKα-sp1-DNMT1通路，降低甲基化酶DNMT1,DNMT3a以及DNMT3b在胃癌细胞株中的表达水平，从而降低癌细胞中DNA甲基化水平，使胃癌/肺癌/髓性白血病细胞中的由于过度甲基化而沉默的抑癌基因（如PTEN、E-Cadherin、TIMP3）重新表达，调节细胞下游PI3K-AKT等通路的表达，最终导致细胞周期阻滞、细胞凋亡以及抑制细胞侵袭与迁移。这一研究首次发现DNMT1为Peperomin E抗癌的作用靶点之一，该化合物可进一步开发成为控制表观遗传途径的药物。在此基础之上，我们通过分子对接分析了Peperomin E和DNMT1的结合位点，基于这一信息，设计合成了两个系列共计30个衍生物， 通过体外活性评价筛选得到与DNMT1结合好、水溶性强、活性强的抗肿瘤衍生物，并在此基础上总结了构效关系，该结果将为Peperomin E为母核的抗肿瘤药物的开发提供了进一步的理论依据。