抗肿瘤活性化合物ViB-18-F作用机制研究

Gastric cancer is one of the most frequent malignancies of the digestive system with high incidence and mortality worldwide. The tumorigenesis and progression involves a variety of genes and proteins, for instance, Her2, EGFR, VEGFR, MMPs, CDKs and c-Met. Our previous work found that a vibsane-type diterpenoid, ViB-18-F, is a potent inhibitor against heat shock protein 90. On the molecular level, ViB-18-F blocked the refolding of denatured client protein by inhibiting heat shock protein 90 chaperone activity. On the cellular level, ViB-18-F induced cell cycle arrest and apoptosis in gastric cancer cells by downregulating expression of Hsp90 client proteins, such as Her2, Akt and c-Raf. Study on inhibitory mechanism of ViB-18-F demonstrated that the binding site of ViB-18-F is neither the classical N-terminal ATP pocket, nor the C terminal domain, indicating a specific mechanism. In this study, we intend to evaluate the potential of ViB-18-F as a drug lead compound by studying the anticancer mechanism of ViB-18-F in vitro and in vivo, and identify its binding site to heat shock protein 90, and thus provide new clues in development of novel molecular-targeted inhibitors against gastric cancer and unveiling of structure and function of heat shock protein.

胃癌是消化系统最常见的恶性肿瘤，在世界范围内均具高发病率和死亡率，其发生发展涉及多种基因及蛋白产物，包括Her2、EGFR、VEGFR、MMPs、CDKs、c-Met等相关蛋白。本研究发现二萜类衍生物ViB-18-F是热休克蛋白90抑制剂，可在分子水平抑制热休克蛋白90热变性客户蛋白复性，在胃癌肿瘤细胞水平引起客户蛋白Her2、Akt、c-Raf下调从而诱导周期阻滞和凋亡。前期研究显示ViB-18-F并非经典的N端ATP结合位点或C端二聚化结构域抑制剂，提示ViB-18-F抑制热休克蛋白90的作用机制独特。本研究拟阐明ViB-18-F抑制胃癌细胞增殖的机制，评价ViB-18-F作为治疗胃癌药物先导化合物的研究价值，发现ViB-18-F与热休克蛋白90的结合位点，从而为新型胃癌分子靶向抑制剂的研发和热休克蛋白结构和功能的揭示提供线索。

胃癌发生发展与140多种基因及蛋白产物有关，包括：癌基因蛋白Her2、Myc、P53；周期和凋亡相关蛋白Bcl-2、CDKs；生长因子及受体EGFR、VEGFR；信号通路相关蛋白mTOR、ERK、Akt等。由于肿瘤异质性、靶点非特异性分布、靶点突变等原因，胃癌分子靶向药物如Her2单抗、mTOR抑制剂、CDK抑制剂等抗肿瘤药效难以达到理想水平。因此，同时靶向多个分子靶点从而消除肿瘤恶性表型及耐药性是更为合理的抗肿瘤策略。.热休克蛋白90（Hsp90）是调控多个肿瘤分子靶点的关键蛋白，Hsp90抑制剂也是利用单一药物同时靶向多个肿瘤信号通路的药物研发热点。Hsp90的功能是作为分子伴侣对客户蛋白进行折叠，从而维持正常的蛋白构象和功能。胃癌组织中Hsp90α/β蛋白表达水平明显高于正常胃黏膜和癌旁组织，胃癌细胞中Hsp90客户蛋白如Her2、EGFR、VEGFR、MMPs、CDKs等也明显表达增加。本研究在前期工作中发现了珊瑚树来源的天然产物Vibsanin B是Hsp90抑制剂，在此基础上进行结构修饰获得抗肿瘤活性更强的衍生物ViB-18-F。初步验证发现ViB-18-F作用靶标为Hsp90，其可抑制Hsp90热变性客户蛋白复性，引起胃癌细胞Hsp90客户蛋白Her2、Akt、c-Raf等下调从而诱导周期阻滞和凋亡。.本研究以胃癌细胞NCI-N87和结肠癌细胞HCT116对ViB-18-F的抗肿瘤机制进行了深入研究。在细胞水平验证了ViB-18-F对Hsp90热变性客户蛋白复性的影响，证明了肿瘤细胞内ViB-18-F的作用靶点为Hsp90。在蛋白水平和分子水平验证了ViB-18-F的作用机制：ViB-18-F靶向Hsp90α的C端结构域，影响Hsp90α的C端结构域与客户蛋白相互作用，从而导致肿瘤细胞中一系列Hsp90客户蛋白，如Her2、Akt、c-Raf、CDK4、CDK6等表达下调以及Wnt、Akt、NF-κB以及TGF-β信号通路下调，进而引起周期阻滞和凋亡。在研的Hsp90抑制剂90%以上作用靶点为Hsp90N端ATP结合口袋，少数作用于C端的抑制剂具有不引起热休克反应等优势，是目前最具潜力的Hsp90靶向抑制剂。本研究验证了ViB-18-F的作用靶点为Hsp90αC端并对其活性机制进行探索，为新型Hsp90抑制剂研发提供了新线索。