基于靶向抑制未折叠蛋白反应(UPR)的抗肿瘤活性化合物发现与作用机制研究

Cancer has become the leading cause of death in our country. Effective anti-cancer drug treatment is extremely urgent. Polypharmacology is now becoming an important drug development strategy. UPR signaling network as the tumors common stress adaptation mechanism, has a very important role in the occurrence, development and drug resistance of tumors. So based on polypharmacology strategy, Here, we propose to target UPR signaling network for the discovery of innovative anticancer drugs with low toxicity and high efficiency. Multiple cellular UPR activation screening models are established, High-throughput screened (HTS), and potential candidate compounds inhibiting the UPR signaling networks would be found. Then, the effect of candidate compounds on tumor cells growth, apoptosis and cell cycle will be evaluated in single or combination treatment. Furthermore, the relationship between UPR inhibition and the anti-cancer effect will be evaluated. At last, the anti-cancer activity of UPR inhibitor on animal model will be evaluated to in single or combinated with anti-cancer drug treatment. On the other hand, we will also study the mechanism of compounds inhibiting UPR, and to explore new inherent UPR regulation mechanisms. All the work would lay the foundation for anti-cancer new research strategies and lead compounds.

癌症在我国已成首位死因，开发有效抗肿瘤药物极为迫切。多靶向药理学逐渐成为现在药物研究和开发的重要策略。UPR整体信号网络作为多种肿瘤共同的适应性应激机制，在肿瘤的发生、发展以及耐药方面有着非常重要的作用，是良好的多靶向药理学研究模型。本项目拟针对UPR信号网络，探索开发新型、低毒、高效创新抗肿瘤药物的可行性。通过建立指针细胞水平UPR激活状态的多个细胞筛选模型，发现潜在抑制UPR信号网络的候选化合物；通过细胞水平评价候选化合物对肿瘤细胞生长、细胞凋亡以及细胞周期等的影响，并研究其作用机制与UPR抑制相关性；进而在动物水平评估UPR的抑制剂单独使用以及与抗肿瘤药物联合使用的抗肿瘤活性。与此同时，我们也将通过研究候选化合物调控UPR的作用机制，探讨内在的UPR调控新机制。二者相相互结合促进，为开发有效抗肿瘤药物提供新的研究策略与先导化合物。

UPR与肿瘤关系密切，在多种肿瘤组织中，UPR均处于激活状态，其在恶性肿瘤的增殖、血管生成、侵袭、转移、炎症等十大典型特征中扮演着非常重要的角色。但UPR信号网络通路复杂，兼具诱导促细胞生存和促细胞凋亡的信号分子特点。本项目拟绕过UPR信号通路之间复杂的相互作用关系，以整体UPR信号网络为靶点，发现可以阻断UPR信号网络的活性化合物，实现单独或者与其他药物联用协同抗肿瘤的作用，并在此基础上进一步探索其内在的作用机制。基于以上研究背景与科学设想，我们设计建立了多个指针UPR激活状态的细胞模型，包括XBP1-luc剪切模型，CHOP-luc & GRP78-luc转录激活模型；并通过高通量筛选发现结构多样、对UPR信号网络具有不同调控方式的UPR调节剂，对其中的17#化合物进行了较为系统和深入研究，发现17#化合物与2-DG联用具有显著的抑制UPR作用，并能够诱导肿瘤细胞周期阻滞与肿瘤细胞生长抑制。进一步过表达GRP78或XBP1S均能够显著逆转二者联合诱导的细胞增殖与细胞周期阻滞，表明UPR抑制在其抗肿瘤活性中起着重要作用。二者联合的协同抗肿瘤效应在整体动物水平也得到确认。这一结果表明靶向UPR信号网络是潜在的抗肿瘤策略。另一方面，围绕UPR信号网络调控中的关键节点靶点蛋白酶体，开展了靶向蛋白酶体的活性化合物发现以及蛋白酶体抑制剂的耐药机制研究。通过与化学家的合作，发现多个系列结构新颖、活性好的抗肿瘤蛋白酶体抑制剂（相关数据已总结发表，申请相关专利）;并发现天然产物Physalin B具有同时抑制蛋白酶体和自噬溶酶体降解通路作用。此外利用CRISPR/CAS9的人全基因组KO库，筛选蛋白酶体抑制剂药物PS-341在多发性骨髓瘤细胞上对药物敏感或耐受的潜在候选基因及相关信号通路。蛋白酶体抑制剂持续加入14天，抑制MM细胞的生长，最终存活细胞具有对蛋白酶体抑制剂PS-341药物耐受。通过二代测序与数据分析，发现除已报到的与药物耐药相关的PSMC6，PSMC5外，还发现多个新的与蛋白酶体抑制剂耐药相关候选基因。这些候选基因可能提供了新的蛋白酶体抑制剂PS-341肿瘤耐药机制假说，后续还需进一步在细胞水平以及动物水平进行验证。