Aspidosperma-eburnea类生物碱促溶酶体生成的构效关系与作用机制研究

Lysosome biogenesis and homeostasis are vital for cellular processes. Lysosome dysfunction causes Lysosome Storage Diseases (LSDs) and neurodegenerative disorders. The mechanisms of lysosome biogenesis are sophisticated. The natural products having lysosome biogenesis-inducing activity could provide toolbox for deciphering these complicated mechanisms as well as provide lead compounds for the drug development for the therapy of LSDs. Our previous studies revealed that mekongenine B, an aspidosperma-eburnea-type indole alkaloid, could regulate lysosome biogenesis through specifically inducing the nuclear translocation of TFE3. Moreover, the plants of Melodineae (Apocynaceae family) were identified as a new resource for this type of alkaloids. This project is focused on identification of the mechanism of lysosome biogenesis-inducing action of mekongenine B through nuclear translocation and activation of TFE3. Besides, the lysosome biogenesis-inducing SARs of these alkaloids will be investigated on the basis of diversified structures by direct isolation and structural modifications. The results of this project will not only has the potential to identify the underlying mechanism of lysosome biogenesis but also will pave the way to the development of TFE3 as the promising drug target for LSDs, and the discovery of novel anti-LSDs drug leads of targeting TFE3.

溶酶体的生成及稳态对细胞的正常生理功能十分重要，其功能紊乱可导致溶酶体贮积症（LSDs）和神经退行性疾病。溶酶体的生成机制复杂，促溶酶体生成的天然产物可为解析该复杂机制提供工具箱，亦可为LSDs的治疗发展药物先导。前期研究我们筛选aspidosperma-eburnea类吲哚生物碱库，发现了生物碱mekongenine B能特异诱导TFE3入核进而促进溶酶体生成；还发现了该类生物碱的新资源—夹竹桃科山橙族植物。本申请项目将深入开展mekongenine B特异诱导TFE3入核促进溶酶体生成的作用机制研究；运用植物化学-化学合成手段定向获取该类生物碱，探讨其促进溶酶体生成的构效关系。本申请项目可望不仅揭示溶酶体生成的新机制，而且为抗LSDs的潜在新药靶标TFE3的发展及其先导药物的发现奠定基础。

溶酶体在细胞内具有物质降解、信号传导和能量代谢的重要功能。溶酶体功能障碍会引起溶酶体贮积症、神经退行性疾病、肿瘤、代谢性紊乱等重大疾病，寻找促进溶酶体生成的药物已成为改善溶酶体功能障碍相关疾病的有效策略。前期研究发现夹竹桃科山橙族植物aspidosperma-eburea类型生物碱可以促进溶酶体生成，但构效关系及作用机制不明确。基于上述研究结果，本项目利用植物化学-化学合成手段对aspidosperma-eburea类型生物碱化合物及其组成单体类似物化合物进行了化合物库构建，从山橙亚族植物—奶子藤属、山橙属等植物中分离鉴定生物碱158个，其中新结构52个，包括首次发现两例具有1H-benzo[b]azepane环系的新奇笼状六元杂环结构片段的单萜吲哚生物碱，可上调溶酶体相关基因LAMP1, CTSB, CTSA, 以及 ATP6 V0E1 促进溶酶体生成（40 μM条件下分别增强溶酶体生成强度139.7%，119.0%）；合成aspidosperma-eburea类型及aspidosperma类型衍生物70个。利用Lysotracker Red方法筛选体系发现部分新结构生物碱具备显著促进溶酶体生成功能，通过构效关系分析发现aspidosperma-eburea类型生物碱促进溶酶体生成活性主要由aspidosperma类型生物碱贡献。此外，发现两个化合物通过不影响溶酶体生成的主要调控因子TFEB和TFE3促进溶酶体生成的新机制，通过RNA-seq发现其中一个化合物能显著激活内质网中蛋白生成相关的PERK信号通路，推测其可能是通过诱导内质网应激促进TFEB/TFE3非依赖性自噬和溶酶体生成。上述研究结果不仅丰富了该类群生物碱，也为发现作用机制新颖的促进溶酶体生成先导化合物提供了丰富的物质基础和理论依据。本项目在执行期间发表SCI论文8篇，授权国家发明专利2项，培养研究生毕业4名。