开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一、研究背景及研究意义
洋橄榄叶素(elaiophylin)又称阿扎霉素B(azalomycin B),是一种最早由Arcamone在1959年从Streptomyces melanosporus这一菌株中分离出的化合物。[1] 这一化合物经过化学降解、NMR、MS以及X射线晶体学分析,确定了结构和绝对构型。[2]随着对洋橄榄叶素的研究的不断开展,其多种生物活性如抗革兰氏阳性菌、细胞毒作用[3]及免疫抑制作用[4]与抗炎作用[5]被人们所发现。
近几年来,洋橄榄叶素被发现有自噬抑制的活性。自噬是一种溶酶体降解途径,是真核生物通过降解和再循环细胞器和蛋白质来维持细胞稳态的机制,也是最近较为热门的研究方向。自噬对真核生物的存活,分化,发育和内环境稳态至关重要。虽然自噬主要起到适应性作用,以保护生物体免受各种病症的侵害,包括感染,癌症,神经变性,衰老和心脏病等,但在某些疾病环境中,自噬的促存活功能可能是有害的。[6]比如自噬有助于晚期癌症中癌细胞的增殖和存活。越来越多的临床前证据表明,以自噬为靶点可以改善许多癌症疗法的效果。羟氯喹(HCQ)是目前唯一获得临床批准的自噬抑制剂,然而,鉴于其目前表现出的潜力,我们仍然需要更有效和特异性的自噬抑制剂。[7]洋橄榄叶素作为自噬抑制剂,毒性相对较低,其展示出的抗癌作用昭示了其作为药物开发的良好前景。Zhao等人的研究发现,洋橄榄叶素能够在促进自噬体积累的同时通过降低溶酶体组织蛋白酶活性阻断自噬流,导致SQSTM1/p62在各种细胞系中积累。此外,洋橄榄叶素有使溶酶体不稳定的作用。较低剂量(2mg/kg)的洋橄榄叶素在具有转移的原位卵巢癌模型中实现了显著的抗肿瘤效果,同时没有观察到毒性。这项研究首次表明,洋橄榄叶素作为一种新型自噬抑制剂,单一或联合使用对人卵巢癌细胞具有显著的抗肿瘤功效,是卵巢癌的潜在治疗药物。[8] Wang等人评估了洋橄榄叶素对具有突变体TP53的多发性骨髓瘤(MM)细胞的作用及机制。结果表明,洋橄榄叶素可通过诱导细胞凋亡和增殖停滞发挥抗骨髓瘤活性,且在抑制MM细胞生长的同时没有对斑马鱼胚胎和小鼠异种移植模型表现出明显的副作用。他们的实验证明了洋橄榄叶素能够通过阻断自噬流,诱导人MM细胞死亡,这验证了Zhao等人的研究结果。即使人MM细胞存在TP53突变,洋橄榄叶素也可以通过靶向破坏细胞蛋白质处理系统以克服无法治愈的MM,这是一种很有前景的治疗策略。[9]
洋橄榄叶素还在最近的研究中展示出了抗血管生成活性。Lim等人发现,在体外和体内实验中洋橄榄叶素均表现出了抗血管生成活性。实验中,无毒浓度的洋橄榄叶素可以抑制血管内皮生长因子(VEGF)刺激的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的增殖,迁移,粘附,侵袭和血管形成,还可以极大地抑制绒毛尿囊膜的体内血管生成,使鸡胚生长的同时不表现出细胞毒性。鉴于血管生成通过产生新血管在肿瘤进展中起非常重要的作用,洋橄榄叶素在以后有望作为癌症治疗的新型抗血管生成剂使用。[10]
从化学结构的角度看,洋橄榄叶素属于plecomacrolides这一类天然产物。这类天然产物是由不同链霉菌属物种产生的一大类不寻常的大环次级代谢产物。这些天然产物通常含有16或18元大环内酯和半缩醛侧链,大环内酯环通常由具有不同链长和分支的饱和部分,以及通过内酯C-O键连接的两个共轭二烯单元部分组成。Plecomacrolides结构的多样性体现在连接到半缩醛部分的仲醇和半缩醛-四氢吡喃环的alpha;位处的烷基分支的取代基的不同(取代基多为糖类或富马酸衍生物)。根据大环内酯环的大小和分子对称性,Zeeck将plecomacrolides分为了三类:A类(不对称18元),B类(不对称16元)和C类(对称16元)。[11]洋橄榄叶素在其中属于C类,是一种糖基化的对称的16元大环内二酯。目前关于A类的刀豆素和B类的巴弗洛霉素的研究相对较多,它们都是V-ATP酶的抑制剂。Drouml;se等人认为,V-ATP酶中存在一级和二级结合位点,这两个位点与plecomacrolide分子的两个不同部分相互作用。第一个位点具有疏水环境,其与plecomacrolides的大环内酯环相互作用,决定了主要的酶-抑制剂相互作用。洋橄榄叶素的16元大环内二酯环的两侧具有两个略微修饰的半缩酮环,两个氢键系统和两个亲水性糖残基,这些亲水部分可能阻止其插入疏水环境中。因此,其活性最强的部分,可能无法到达其结合位点。第二个位点与plecomacrolides的半缩酮环相互作用。这种额外的相互作用单独来说相对较弱,但plecomacrolide分子与该位点的结合在更高浓度下也足以完全抑制V-ATP酶的活性。[12]比起刀豆素和巴弗洛霉素,洋橄榄叶素难以到达一级位点,却能够到达二级位点,很可能是其安全性的源头,而这与它的糖基显然有关。此外,与刀豆素类物质的半缩酮环的23-羟基连接的糖基部分也已被证实可以增加刀豆素的化学稳定性。
可以看出,洋橄榄叶素末端修饰的2-脱氧岩藻糖部分有很大的改造潜力。之前国内外对天然产物进行糖基化修饰主要是以提高其在水相中的溶解性为目的,但糖基化的作用不仅如此,实际上它可以使许多化合物的理化性质与生物活性都发生较大的变化,现已被用来增加天然产物的结构和功能的多样性。[13]虽然复杂的碳水化合物或糖苷明显落在Lipinski“五规则”之外,但许多与糖类相关的药物都被发现具有口服生物利用性和有效性。然而,系统地理解和利用这类分子的研究仍然有限。附着于含糖基天然产物的糖通常是母体结构的生物活性的关键,但糖基化对非糖基化天然产物的活性的影响难以预测。[14]
综上所述,洋橄榄叶素在肿瘤治疗中初步表现出的有效性和安全性等独特性质很有可能与其糖基有关,但迄今未见关于其糖基修饰方面的研究。所以,这项研究将会选取自然界较为常见的20种左右单糖,构建糖基库,以便后续系统地考察糖基对洋橄榄叶素的影响。
二、研究内容
