卷柏属植物COX-2抑制剂先导物的发现及抗肺癌作用机制研究

According to the report of Prof. Jo Ann Banks (Science), Selaginella contains more than 20,000 genes and possess different secondary metabolite biosynthesis regulation gene in the process of dispersing seeds and defense and also differ in metabolite regulation gene with flowering plant. This unusual biological properties may contribute to the discovery of new chemical constituents with novel structures, distinctive biological activity and are likely to be unique. In previous studies, our team first discovered novel naturally occurring aigenin derivatives with 8-phenyl from Selaginella which showed significant inhibition against human lung tumor cell lines (A549) and transplanted tumor in nude mice. This effect maybe depend on the inhibition of the expression of COX-2. Our studies identified the Prof. Banks's assumption which Selaginella can synthesize a repertoire of secondary metabolites with unique structures. Therefore, this program aims to isolate systematically and characterize the novel aigenin derivatives, uncover the biosynthesis pathway. And modify and optimize structures utilizing computer molecular docking and 3D-QSAR technology based on the COX-2 target. Meanwhile, evaluating biological activity with systematic biology experiments, discovering the lead compounds with a remark inhibition effects on NSCLC, and uncovering the mechanism. This program will definitely provide a new strategy for chemoprevention of lung cancer and comprehensive development and utilization of the Selaginella plants.

据Banks教授（《Science》）报道, 卷柏含有2万多个基因,在其种子散布、防卫等过程中调控二次代谢产物合成的基因各不相同,且与开花植物的代谢物调控基因也不同,这种独特罕见的生物学特性使其可能产生卷柏属特有、结构新颖、生物活性显著的植物化学成分。课题组前期从卷柏属植物中首次发现多个8位连苯基的新型天然芹菜素衍生物, 预实验结果表明此类化合物对人肺癌A549细胞株和裸鼠移植瘤具有显著抑制作用,其抗肿瘤作用可能是通过抑制环氧化酶-2(COX-2)实现的,应证了Banks教授关于卷柏新颖代谢产物预测的科学性。 本课题拟对卷柏属植物中新型芹菜素衍生物进行系统分离与鉴定,推导其生源合成途径;以COX-2为靶点,利用计算机分子对接与3D-QSAR进行结构修饰和优化,采用系统生物学实验评价活性,寻找和发现抗非小细胞肺癌的先导化学实体,阐明作用机制,为肺癌化学防治及卷柏属植物综合开发利用提供新思路。

环氧化酶-2(COX-2)可促进细胞恶性转化，抑制肿瘤细胞凋亡，促进肿瘤血管新生，促进肿瘤侵袭及转移和抑制抗肿瘤免疫，在肿瘤发生、发展及转移等多个环节中发挥重要作用，成为抗肿瘤研究的热门靶点。早期有关COX-2在肿瘤方面的研究多集中在消化道肿瘤，近年来，诸多研究表明COX-2与肺癌的发生、浸润、转移密切相关，COX-2成为肺癌未来诊断与防治研究的新热点。. 据Banks教授（《Science》）报道，卷柏含有2万多个基因，在其种子散布、防卫等过程中调控二次代谢产物合成的基因各不相同，且与开花植物的代谢物调控基因也不同，这种独特罕见的生物学特性使其可能产生卷柏属特有、结构新颖、生物活性显著的植物化学成分。本项目在继续研究卷柏、江南卷柏和翠云草微量化学成分基础上，系统研究毛枝卷柏、兖州卷柏、深绿卷柏和布朗卷柏的化学成分，同时，基于中药传统水煎用药方式和卷柏属药材传统功效，对薄叶卷柏水溶性药效物质基础进行了探索性研究。从上述卷柏属八个品种中共分离鉴定单体化合物227个，其中新化合物78个，新型芹菜素衍生物59个。针对分离得到的单体化合物，以COX-2为靶点，采用虚拟筛选和分子生物学手段进行系统的抗肿瘤活性筛选，对其中活性较好的新型芹菜素衍生物进行结构优化、设计及全合成，共计62个化合物，从中筛选出2个抗肺癌活性较好的新型化学实体，初步探明其以COX-2为靶点的作用机制，为肺癌化学防治及卷柏属植物综合开发利用提供新思路，较好的完成了项目的预定目标。. 同时，本项目在抗AD方面进行了大量的探索性的研究工作：（1）对深绿卷柏中分离得到的自然界中少见的三黄酮类及部分双黄酮类化合物，以BACE1为靶点，探索研究了其抗AD生物活性；（2）对合成的系列新型芹菜素衍生物进行了多靶点（BACE1、AChE、BuChE、MAO-A/B）的抗AD活性评价。结果表明，部分新型芹菜素衍生物、三黄酮类及双黄酮类化合物显现出较好的抗AD的潜力。