新型选择性雌激素受体调节剂的功能和作用机制研究

Selective Estrogen Receptor Modulators (SERMs) are a class of chemicals that can exert as estrogen receptor (ER) agonists or antagonists in selected tissues and specifically bind to ERα or ERβ. SERMs have been intensively studied over the past decade and revealed a strong vitality in clinical trials, but they still have some inevitable side effects. Here, we focus on the functional and mechanistic studies of a new type of 3D topological structure SERMs with bridged-oxabicyclic cores containing a diarylethylene motif. We plan to screen the drug candidates for estrogen replacement therapy and anti-estrogen therapy. This type of chemicals must have different characters on agonizing or antagonizing the estrogen receptors in both yeast and mammalian reporter gene systems. The most important is that they must also have limited effects on cell proliferation and cell cycle distribution and may be promising as safer substitutes. The further studies focus on the genome-wide transcriptional profiles of the effect of the drug candidates on different source of cells, which can speculate the function of the drug candidates. Then the work continues on the molecular mechanisms of the chemicals regulation on the target gene transcription, which may include the estrogen receptors recruitment, cofactors recruitment and the participation of cis-elements. Together, these 3D-chemicals with bridged-oxabicyclic cores can function as a new type of potential SERMs with greater efficacy and potency than previous SERMs and might be very promising in further clinic trials. This project is aimed to provide new theoretical basis for hormone therapy in clinical implementation. What's more, it provides experimental basis for screening out more prospective and safer substitutes for estrogen in the prevention and treatment of hormone related disease.

选择性雌激素受体调节剂（SERMs）可以在不同的组织中表现出雌激素的激动作用或者拮抗作用，在临床中已经显露出强大的生命力，但他们仍然面临着一系列副作用的考验。本课题通过对具有三维拓扑结构的新型SERMs的研究，筛选得到不仅对癌细胞系增殖能力较弱，对细胞周期影响较小，并且在报告基因系统中表现出雌激素样的转录或者抑制活性的新型雌激素替代治疗和抗雌激素治疗备选药物。并深入探索这些备选药物的功能和作用机制：利用基因芯片研究备选药物对不同来源癌细胞基因表达谱的影响，从而推测备选药物的功能；研究备选药物在对靶基因的调控过程中，发挥作用的反应元件，所招募的雌激素受体和辅助因子的类型，从而阐明备选药物调节相关基因表达的分子作用机制。本项目不仅可为临床上激素疗法提供新的理论依据，而且有助于筛选到新型具有潜力的激素类药物，在将激素疗法应用于激素相关疾病的预防和治疗领域获得新的突破，是一个非常有意义的研究课题。

选择性雌激素受体调节剂（SERMs）可以在不同的组织中表现出雌激素的激动或者拮抗作用，在临床中已经显露出强大的生命力。本课题筛选出12a--具有三维拓扑结构的新型SERMs，并进行了一系列研究：首先我们发现靶向雌激素受体ERα的12a可以抑制乳腺癌MCF-7细胞的增殖，并通过调控Bcl-2家族蛋白诱导MCF-7细胞的凋亡，而对正常细胞的毒性作用几乎可以忽略；然后利用转录组测序（RNA-seq）技术分析了12a和雌激素（E2）对MCF-7细胞转录组的调控情况，并对差异调控基因进行功能富集分析，发现12a单独调控的差异基因涉及到很多的生物活动，比如细胞凋亡和一些特别重要的DNA Progress（DNA复制、DNA损伤修复、细胞周期等），这些功能都与肿瘤细胞的生存息息相关；随后的实验证明了12a可通过影响DNA损伤修复系统，导致DNA复制不能正常完成，从而使细胞周期停滞在S期，与RNA-seq的结果相符；RNA-seq技术分析显示12a能下调BRCA1和BRCA2基因，具备DNA修复抑制剂功能，我们将12a与临床上的另一DNA修复抑制剂（PARP1抑制剂Olaparib）以及DNA损伤类药物（DNA拓扑异构酶Ⅱ抑制剂Doxorubicin）在MCF-7细胞中分别进行联用，结果都显示出很强的协同抗肿瘤作用，而对正常细胞却没有协同作用，从而进一步证明12a对细胞内的DNA损伤修复系统的影响；RNA-seq技术分析数据为12a成为抗肿瘤临床药物的潜能提供了强大的理论支持。另外将12a与组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA相结合，同时在12a结构上进行了一些修饰，合成了一系列功能更强的双作用靶点缀合物；在此基础上更进一步加用二茂铁基团修饰，从而合成并筛选出了一系列针对三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞的新型化合物。作为新型SERMs，我们还发现12a具有抵抗神经细胞损伤（Aβ损伤和H2O2损伤）的神经保护作用，可以应用于老年痴呆症（AD）的预防和治疗领域。本项目按照预定计划进行和完成，筛选得到新型具有潜力的激素类化合物，深入进行的功能和机制研究为临床上激素疗法提供新的理论依据。共发表SCI文章10篇，共培养博士研究生9名，其中已毕业7名，有2名2018年即将毕业，获得湖北省自然科学三等奖1项，获得国家专利2项。