基于Apoptosis/Ferroptosis双重激活效应的天然产物AlbiziabiosideA的抗肿瘤作用机制研究及其结构改造

In recent years, oleanane-type saponins, a large family of natural products, draw a lot of attention due to the excellent anti-tumor activity. However, the underlying mechanism is still unknown.. In our previous studies, we have efficiently synthesized albiziabioside A (AlbA) through a linear synthesis. Moreover, we confirmed that AlbA induce A375 cell apoptosis via mitochondria-mediated caspase cascade. Further, we performed structure modification of AlbA and got preliminary structure activity relationship (SAR).. Based on our previous observation, we further put forward the following conjectures: (1) To test if AlbA induces cancer cell death via ferroptosis, we will investigate the effect of AlbA on ferroptosis by fluorescent probe, molecular biology and cell biology techniques. (2) To investigate if antitumor activity of AlbA derivatives is improved by combination of excellent active groups, we will carry out structure modification to analysis SAR.. This study will provide a new insight into anti-tumor mechanism of oleanane-type saponins via apoptosis/ferroptosis double activation effects, and provide a screening system of ferroptosis for anti-tumor drug.

齐墩果烷型皂苷是具有优良抗肿瘤活性的天然产物，日益受到研究者的重视。但其作用机制尚未明确，是目前亟待解决的科学问题。前期研究中，我们顺利合成了天然皂苷Albiziabioside A（AlbA）；证明AlbA能够通过线粒体通路部分激活A375细胞发生凋亡作用；对AlbA进行结构改造取得了初步的构效关系。基于上述研究基础，我们进一步提出：①AlbA还可通过Ferroptosis途径导致A375细胞死亡；②将前期得到的活性优势片段结合，AlbA衍生物的抗肿瘤活性将进一步提高。针对上述假设，本项目拟通过荧光探针、分子生物学和细胞生物学技术验证猜想①；通过开展新一轮的结构修饰，进一步明确构效关系，证实猜想②。本项目的顺利实施有助于阐明齐墩果烷型皂苷的抗肿瘤作用机制，构建科学合理的Ferroptosis药物活性筛选体系，从而发掘结构新颖的具有Apoptosis/Ferroptosis双重激动剂。

癌症已经成为我国人群死亡的首要原因和主要的公共健康问题，但有效的治疗药物仍然非常匮乏。因此，研究寻找治疗癌症药物意义重大。其中从天然产物中寻找结构新颖、高效、低毒的先导化合物已成为抗肿瘤新药研究主要途径之一。近年来越来越多的研究表明，齐墩果烷型皂苷具有优良的抗肿瘤药理活性，但至今其抗肿瘤作用机制仍不明晰。因此阐明齐墩果烷皂苷类天然产物的抗肿瘤作用机制是当前研究的关键和亟待解决的科学问题。.为了解决上述问题，在本项目的研究中我们选择天然齐墩果酸皂苷AlbA作为模型分子进行深入研究。证实（1）AlbA能够通过干扰肿瘤线粒体功能，使线粒体膜通透性增加，从而促进线粒体细胞色素C的释放，并且显著抑制凋亡蛋白Bcl-2的释放，同时增强促凋亡蛋白caspase 9的表达，从而促使发生凋亡诱导。此外，还能够通过下调GPX4的表达进而诱导肿瘤细胞发生铁死亡；（2）合成了75个AlbA衍生物，构建了AlbA类活性化合物库，完成其抗肿瘤活性评价，获得有效的构效关系；（3）发现结构新颖、活性优良的凋亡/铁死亡双重激活剂D13和AlbA-DCA。.其中衍生物D13对HCT116细胞的IC50值为5.19 uM。药理实验表明，D13使线粒体膜通透性增加，促进细胞色素C释放，抑制Bcl-2表达，同时增强caspase 9表达，从而诱导HCT116细胞发生凋亡。此外，D13还能通过下调GPX4的表达进而诱导HCT116发生铁死亡。.另外设计合成的一种多功能共轭物AlbA-DCA可以通过诱导凋亡-铁死亡-肿瘤相关巨噬细胞极化三条途径用于乳腺癌的治疗。在肿瘤微环境中高表达的酯酶作用下，共轭物断裂释放出Alb A和DCA两种药物。DCA可通过抑制PDK活性，重编程乳腺癌细胞的能量代谢方式，降低其乳酸的生成，进而缓解肿瘤微酸环境，诱发TAMs从M2型转向M1型极化，逆转肿瘤的免疫抑制环境；同时AlbA能够通过损伤线粒体功能，进而激活肿瘤细胞发生凋亡和铁死亡。双侧荷瘤小鼠体内实验表明当对原位瘤进行给药时，共轭物能够同时有效地抑制原位及远端瘤增殖。.通过本项目的实施，我们进一步阐明了齐墩果烷型皂苷的抗肿瘤机制，构建了科学合理的铁死亡药物活性筛选体系，获得结构新颖活性高的凋亡/铁死亡双重激活剂。而且，通过本项目的研究还可为其他天然产物的作用机制研究及结构改造提供借鉴和实验依据。