果胶抑制半乳凝素-3介导的肿瘤血管生成机制研究

Pectin is a type of acidic polysaccharides with complex structures. It is an active component of medicinal plants and possesses various biological activities. Pectin has been shown to inhibit galectin-3 (Gal-3)-mediated tumor angiogenesis, but the underlying mechanism is not elucidated. In this project, we will investigate the mechanism of pectin inhibition of tumor angiogenensis using a series of modified citrus and ginseng pectins. We shall follow the path of 'pectin - Gal-3 - ligands - cell' and use in vitro and in vivo angiogenesis models together with some modern techniques to study 1) which population of Gal-3 is the target of pectin, the exogenous Gal-3 (produced by tumor tissues) or endogenous Gal-3 (produced by vascular endothelial cells); 2) what Gal-3 ligands are involved in pectin inhibition, in other words, what are the functional Gal-3 ligands; 3) the modulation effect and mechanism of pectin on Gal-3 ligands. This is the first detailed mechanism investigation of pectin inhibition of Gal-3-mediated angiogenesis. The distinct feature of this proposal is using different pectins and Gal-3 proteins to probe the inside of pectin action, and focusing on not only the inhibition of pectin to Gal-3, but also the down-stream effectors of Gal-3, i.e. the ligands of Gal-3. In addition, this proposal takes the difference between endogenous and exogenous Gal-3 and the homeostasis of Gal-3 ligands into account. Thus, it shall provide novel and accurate results which will be valuable to the development of potent and nontoxic Gal-3 inhibitors.

果胶结构复杂，活性多样，是药用植物的有效成分。果胶能抑制半乳凝素-3（Gal-3）介导的肿瘤血管生成，但作用机制尚不清楚。本项目用不同结构的柠檬和人参系列果胶，沿着"果胶-Gal-3-配体-细胞"的路线，借助体内外血管生成模型和现代生物学技术，逐步深入地研究果胶抑制Gal-3介导的肿瘤血管生成的作用机制。研究内容包括：1）果胶作用于内源（血管内皮细胞自身表达）还是外源（来自于肿瘤组织）的Gal-3；2）与哪些Gal-3配体有关，即功能配体是什么；3）果胶对功能配体在细胞膜上表达和分布的调节机制。项目的特色与创新之处在于采用层层深入多方位研究的策略，首次研究果胶抑制Gal-3介导的血管生成机制，充分考虑了内源和外源Gal-3的不同作用以及配体的动态变化，预计会得到较好的成果。研究结果对促进果胶作为Gal-3抑制剂的研究以及糖生物学的发展会有积极的作用.

果胶是一类富含半乳糖醛酸的多糖，具有抗肿瘤活性。半乳凝素-3是一种能结合β-D-半乳糖苷的凝集素，参与肿瘤血管生成。本项目沿着“果胶 — 半乳凝素-3 — 配体 — 细胞”的路线，借助体内外血管生成模型和现代生物学技术，研究了果胶抑制半乳凝素-3介导的肿瘤血管生成作用和机制。研究内容主要包括：筛选活性果胶；研究果胶与半乳凝素-3的相互作用；探索细胞膜上半乳凝素-3的功能配体以及果胶/半乳凝素-3如何调节配体功能和细胞活动。在Journal of Biological Chemistry、Biochemical Journal、Oncotarget、Food Hydrocolloids和International Journal of Biological Macromolecules杂志上发表了六篇研究论文（均为第一标注）。主要研究成果如下：.1）建立/优化了五种检测果胶类多/寡糖与半乳凝素-3相互作用的方法，并阐述了这些方法的优缺点和适用范围，为筛选果胶类活性物质奠定了基础。.2）发现了一种强效的半乳凝素-3抑制剂，即人参果胶RG-I-4。明确了RG-I-4的结构与抑制活性的关系。这一成果揭示了果胶结合/抑制半乳凝素-3的结构基础，将促进半乳凝素-3抑制剂的开发。.3）分离纯化了酸碱修饰的柠檬果胶（MCP），解析了各组分的结构，找到了其中抑制半乳凝素-3的有效成分，并发现其中的HG型果胶和RG-I型果胶具有协同作用。MCP是已经报道的具有明确抗肿瘤作用和抑制半乳凝素-3活性的果胶，在美国已经进入临床二期。但由于MCP的成分和结构不明确，限制了进一步开发。我们的研究为推进这一天然产物在临床上的应用提供了必要的信息。.4）发现半乳凝素-3的N-端不是活性必须的，单独的N-端片段也不发挥作用。相反，C-端碳水化合物结构域（CRD）本身就能诱导血管内皮细胞迁移。过去人们普遍认为CRD本身不但不能发挥作用，反而抑制全长半乳凝素-3，具有抗肿瘤作用。我们的发现更正了人们的观念，为靶向半乳凝素-3的抗肿瘤血管生成药物开发提供了更多的信息。.5）首次报道β1 integrin是半乳凝素-3诱导血管生成的功能配体，并首次发现CRD的功能配体。全长半乳凝素-3和CRD都是通过改变β1 integrin的构象使其活化，进而激活下游分子FAK，最终导致血管内皮细胞迁移。