Cell 子刊 | 肿瘤耐药怎么办？——陶术化合物库

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癌症是最为严重的健康问题之一。随着对肿瘤发生、恶变分子机制研究的不断深入，一些具有独特药效学的天然产物已经被用于研究并用于肿瘤耐药、转移的治疗，例如，天然产物倍半萜二聚体A（Ainsliadimer A，AIN）......

AIN 是一种愈创木内酯类倍半萜二聚体，首次从大头兔儿风（Ainsliaea macrocephala）中分离得到。2023 年 3 月 7 日，一项由上海中医药大学研究团队发表于 Cell Chemical Biology 的研究基于多组学的策略，证明了 AIN 可以直接靶向过氧化物还原蛋白 1/2（PRDX1 和 PRDX2）显著抑制其酶活性，并且可能是潜在的癌症治疗药物。

目前只有一项关于 AIN 的研究——AIN 通过结合 IKKα/β 的靶标来阻断核因子 κB（NF-κB）信号通路以发挥抗肿瘤和抗炎活性[2]。但天然产物通常会击中多个分子靶标，因此，IKKα / β 很有可能不是 AIN 的唯一抗肿瘤靶点。

为了研究 AIN 的抗肿瘤机制，科研人员基于多组学的策略（CMAO、DARTS和TPP）鉴定了与 AIN 直接相互作用的蛋白质靶标。结果表明，与 AIN 呈正相关最多的是抑制 NF-κB 和 PRDX1 的 Withaferin A（醉茄素A）。

▲图1：将AIN的查询基因提交到CMAP数据库进行分析

接下来，研究人员应用 DARTS 和 TPP 测定进一步探索 AIN 的结合蛋白，发现 有四种共同的预测蛋白 PRSX1/2/4 和 NIP7。通过细胞热移测定（CETSA）、微量热泳（MST）和 Amplex Red 偶联分光光度测定法发现 AIN 直接结合 PRDX1/2 来抑制其活性。

▲图2：AIN直接与PRDX1/2结合并抑制其活性

因为 PRDX1/2 在多种癌症中高表达，为了测试 AIN 的抗肿瘤作用，研究人员选择了四种肿瘤细胞系：肺癌、前列腺癌、结直肠癌、乳腺癌，并设计了两个 siRNA 序列来敲低其 PRDX1 和 PRDX2（图3D、S3）。结果发现，结直肠癌细胞系对 AIN 最为敏感（图3E），敲低 PRDX1/2 显著抑制结直肠癌细胞的增殖。证明了 PRDX1/2 在调节结直肠癌细胞的生长中起着重要作用。

▲图3：AIN抑制PRDX1/2对抗结直肠癌的活性

为了进一步评估 AIN 的疗效，他们还使用细胞计数试剂盒-8（CCK8）测定了细胞活性，测定结果表明，AIN 对 ACT116 和 RKO 细胞都有良好的抑制作用（图4A：IC50一小时的值为2.1-5.24μM）；集落形成测定也显示，AIN 处理显著抑制 HCT116 和 RKO 的集落形成效率（图4B-D）；钙黄绿素-AM/PI 双染色测定显示，AIN 处理显著促进细胞凋亡（图4E），表明 AIN 会抑制细胞增值，并诱导细胞凋亡。

▲图4：AIN抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡

此外，PRDX1/2 的敲除还会增加细胞中 ROS 的水平（图S5）。研究人员以不同浓度的 AIN 处理 HCT116 和 RKO 细胞，并通过 DCFH-DA 染色测量 ROS，发现 AIN 处理显著诱导细胞内 ROS 产生（图A-C）。而当使用 N-乙酰半胱氨酸（NAC，一种ROS清除剂）与 AIN 共同处理细胞时，AIN 完全失去了杀伤肿瘤细胞的能力。这说明，增加 ROS 的水平提升了 AIN 对于结直肠癌细胞的细胞毒性。

▲图5：敲除PRDX1/2可增加细胞内ROS水平

并且， ROS 水平的升高会导致细胞色素-C（Cyt-C）的释放，造成线粒体功能障碍，还会促进凋亡蛋白酶活化因子-1（Apaf-1）的上调，促进细胞凋亡的发生。

简单来说，经过 AIN 处理后，结直肠癌细胞的线粒体功能受到抑制和破坏，细胞的基础呼吸和最大呼吸受到显著抑制，总ATP产生率显著降低。

▲图6.AIN导致线粒体功能障碍

研究人员构建的异种移植肿瘤模型试验结果也表明，AIN可以显著抑制小鼠的肿瘤生长，并且没有明显的毒副作用。

科研助力

近些年 PRDX 家族逐渐成为抗肿瘤研究的热点，PRDX 利用硫氧还原蛋白作为中间电子供体来减少 ROS 的积累，其中 PRDX1/2 两个成员在多种肿瘤中高度表达，也是研究最为广泛的靶点。

本研究通过 CMAP 分析、DARTS/MS 和 TPP 方法对 AIN 的靶点 PRDX1 和 PRDX2 进行了预测和验证，表明 AIN 通过靶向 PRDX1 和 PRDX2 并抑制其活性来增加 CRC 细胞中的 ROS 产生，从而导致线粒体功能障碍和细胞凋亡的发生，表明 AIN 可能是治疗 CRC 的潜在药物。这也为开发天然化合物靶标提供了有效的策略。

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本文不是治疗方法推荐，仅作学习交流之用，如有需要，请及时前往正规医院就诊！

参考文献：

[1]Lv C, Huang Y, Wang Q, et al. Ainsliadimer A induces ROS-mediated apoptosis in colorectal cancer cells via directly targeting peroxiredoxin 1 and 2. Cell Chem Biol. 2023;30(3):295-307.e5. doi:10.1016/j.chembiol.2023.02.003

[2]Dong T, Li C, Wang X, et al. Ainsliadimer A selectively inhibits IKKα/β by covalently binding a conserved cysteine. Nat Commun. 2015;6:6522. Published 2015 Mar 27. doi:10.1038/ncomms7522

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学习了，谢谢提供分享。