靶向Hsp90C端的抗肿瘤分子设计、合成及生物活性评价作用文献综述

课题来源

自然科学基金与部、省、市级以上科研课题

课题性质

基础研究

课题名称

靶向Hsp90C端的抗肿瘤分子设计、合成及生物活性评价作用

毕业设计的内容和意义

靶向Hsp90可以抑制多个涉及癌症发生、发展的致癌信号通路,最终导致大量致癌底物蛋白的降解。靶向co-chaperone/Hsp90 相互作用相对于直接抑制ATP结合位点可提高Hsp90抑制剂的专一性 ,但靶向专门的client/Hsp90 相互作用可能具有更高的选择性,尽管现在对这种相互作用机制了解甚少。Hsp90同分异构体的特性和不同功能以及对Hsp90抑制剂的选择性仍需进一步研究。 肿瘤干细胞对化疗有抗性,因此抑制肿瘤细胞的迁移与专门靶向肿瘤干细胞非常有意义。Hsp90抑制剂对肿瘤干细胞的临床试验评估会对将来的临床治疗提供一-定的依据,但要注意Hsp90抑制剂单独使用时剂量限制毒性问题。Hsp90抑制剂应用的另外一个方面就是与其它治疗试剂联合应用具有良好的效果，能促进疗效而降低毒性,这些应用已经被临床前和临床评估各种Hsp90抑制剂所证实。随着对Hsp90作用机制研究的深入,Hsp90有望在癌症预防和治疗中成为一个非常有效的分子靶标。

文献综述

一、Hsp90抑制剂靶向ATP结合位点

GA结合Hsp90可干扰Hsp90复合体对底物蛋白的加工,从而使底物蛋白泛素化进行蛋白酶体依赖性的降解相对于大多数其他核苷酸结合蛋白,Hsp90 N端ATP结合口袋具有显著的特点,使GA对Hsp90有选择性。具有类似抗癌活性、较低毒性的GA衍生物,如17 AAG、17 DMAG和PH504也是作用于Hsp90N端ATP结合口袋。

Novobiocin是一种香豆素抗生素，也具有抗肿瘤活性,结合在Hsp90C端ATP结合位点,Novobiocin抑制H sp90可以导致一系列Hsp90底物蛋白的去稳定,如p53突变蛋白、Her2和Raf ,然后经过泛素蛋白体途径降解。Hsp90C 端与N端结构域的变构调节显示,配体在一个位点的作用可能被另一个位点的占据所影响。两个相关的香豆素抗生素Chbrobiocin和Coum emycin Al ,也结合在Hsp90的C端,相对于Novobiocin具有较强的抗肿瘤活性,因此一系列Novobiocin类似物被合成用来筛选具有抗肿瘤细胞增殖的活性。绿茶中的多酚儿茶酸EGCG也直接结合到Hsp90的C端ATP结合位点。

（一） Hsp90抑制剂靶向Hsp90分子伴侣复合体之间的相互作用

Hsp90与- -系列辅助分子伴侣形成一一个有功能的超级伴侣复合体,这些辅助分子伴侣在不同的时间阶段与复合体结合或者分离来调节分子伴侣的功能。在这些过程中通过靶向不同的分子伴侣/H sp90相互作用来抑制分子伴侣复合体循环,可能与直接抑制Hsp90有类似的细胞效应; 阻止ATP结合可能是调控Hsp90最直接最简单的方式,但是它对底物蛋白的非选择性限制了它的进一.步应用,因此开发抑制Hsp90与分子伴侣或者辅助分子伴侣的相互作用是更具有潜力和特异性的方式。

（二）3Hsp90抑制剂靶向底物蛋白/Hsp90的相互作用

抑制底物/Hsp90相互作用具有最高的选择性。Hsp90/Cdc37/Cdk4的第一个复合体已经被纯化,它的电子显微镜三维空间结构为底物蛋白与Hsp90之间的相互作用提供了结构基础。Shep-herdin是一个专门设计的多肽类似物,用于阻止Hsp90与抗凋亡底物Survivin 之间的相互作用。除了Survivin 之外,Shepherdin也能与Hsp90的ATP口袋相互作用31，影响Hp90的一系列底物。Shep-hedin在动物模型中具有抗白血病活性,它与H sp90的ATP结合口袋的明显作用和对一系列Hsp90底物蛋白的影响,显示它可能具有不同的作用模式。

二、Hsp90同分异构体的作用和药物选择性

人类的Hsp90有两个同分异构体,Hsp90a 和H sp90beta; ,分别由两个不同的基因编码，具有大约81%的序列同源性-3. ,它们都含有相同的三个高度保守的结构域。两个同分异构体具有不同的功能，Hsp90beta;在许多组织中是组成型的高表达,而Hsp9Oa是各种细胞在应激条件下诱导型表达。尽管H sp90同分异构体的特殊作用和内在的分子机理有待阐明,但它们能够激活某些底物蛋白,在体内对不同的抑制剂具有不同的选择性。激活某个底物蛋白如vSrc,Hsp90a比Hsp90beta;更有效;嘌呤结构的药物,如PUH171对Hsp90a更有效。但据报道Geldanamycin和radicicol 对Hsp9Oa 和Hsp90beta;同样有效。哺乳动物细胞质中的另一一个突变体 Hsp90N能完全阻断Hsp90 N-端的ATPase活性,呈现细胞膜相关性。Gp94(高尔基体同源异构体)和Trapl(线粒体同源异构体)的底物蛋白和生物学作用现在还不是很清楚。

(一）细胞表面的H sp90与肿瘤迁移

据研究某些Hsp90能较松弛地结合在细胞膜表面而靶向细胞外空间，与肿瘤细胞的迁移有关。血清缺乏、缺氧、高pH与高浓度葡萄糖等状况会诱导Hsp90向细胞外基质迁移。 现在还不清楚Hsp90是如何到达细胞膜或者是细胞外环境的。一种可能的解释就是Hsp90是以外来体的形式分泌的,据报道它存在于外来体中35。尽管Hsp70、p23、Cdc37和H ip也存在于肿瘤细胞的胞外基质,但它们的功能还没有被阐明。H sp90在胞外基质中的伴倡功能是否也需要ATP的结合和水解仍需进一步确定。

基质金属蛋白酶MMP2是细胞迁移所必需的一种胞外基质酶,细胞表面的Hsp90可协助该酶的成熟。细胞表面的H sp90也能与胞外基质中的Her-2相互作用32.33 ,这种相互作用对于Her2的激活与调蛋白(H eregulin )诱导的ErbB 3异二聚化是必需的,进而通过MAPK和PIBK- Akt信号通路介导信号转导,促进细胞骨架蛋白actin的重排和细胞存活。用抗体或者是细胞非渗透抑制剂抑制细胞表面的Hsp90a,可以阻断细胞外的运动迁徙和细胞内转移532。细胞非渗透性H sp90抑制剂DM AG N-oxide是17 DMAG的一个极性衍生物,已经被应用到临床

试验中。尽管DMAG-AN-oxide缺乏细胞渗透性抑制剂抑制细胞生长的活性,但它在体内外具有重要的抗肿瘤迁徙活性和肿瘤抑制活性。单克隆抗体mAb4C5可以选择性地抑制细胞表面Hsp90a,干扰Hsp90/Her2的相互作用,抑制Her2/ErbB-3异二聚化、肌动蛋白的再组装和细胞的迁徙。干扰细胞表面H sp90/H er2的相互作用不会使细胞膜上的Her2蛋白表达水平降低,表明胞外的相互作用有别于胞内相互作用。这些研究结果显示,阻断细胞表面的Hsp9Oa在临床上可以限制肿瘤细胞的迁徙和转移。

（二）通过泛HDAC抑制剂LBH589使细胞表面的Hsp90a的K69过度乙酰化22 ,过度乙酰化不仅可以促使Hsp90a细胞外定位,而且可以促进它与MMP-2的相互联系,最终导致肿瘤细胞的迁移。用抗体拮抗Hsp90a的K69乙酰化可明显抑制肿瘤细胞的体外迁移。综上所述,细胞表面的Hsp90在调节肿瘤细胞的迁徙和转移方面具有重要作用,这种作用不同于细胞内Hsp90的功能,为转移性的肿瘤治疗提供一个新的细胞外药物靶点。

7Hsp90与肿瘤干细胞

（三）肿瘤干细胞(Cancer stem cells ,CSCs)是一小亚群未分化、致癌性的干细胞,通过连续的自我更新和分化,大量肿瘤细胞的形成归因于这些少量的肿瘤干细胞,因而肿瘤干细胞开始作为肿瘤治疗潜在的靶标。celastro是一种新的Hsp90抑制剂,可通过抑制NFrB介导的存活信号和诱导氧化应激,消除急性骨髓白血病干细胞。研究证明Hsp90与NF rkB之间存在相互联系,Cdc37和Hsp90对于持续性地激活和诱导NPrB的核转位是必需的,Hsp90基因的表达也受NP kB的调节 ,因此在Hsp90与NF-rB之间存在一个调节环路。Her2是Hsp90的一个致癌底物蛋白,过表达Her2,在体内外可增加乳腺癌干细胞。W nt/B-catenin 通路也是肿瘤干细胞的一个关键通路,beta;catenin受KK调节,而KK又受Hsp90调节,因此W nt信号通路与Hsp90之间也存在联系。

乳腺癌干细胞对化疗药物具有抗性当把乳腺癌干细胞用Hsp90抑制剂17-DMAG 与doxoru-bicin、cisplatin或者etpposide 联合处理时,具有协同效应。同样Hsp90抑制剂P1504可显著抑制小鼠中由BcHAbHT315I诱导的CML白血病干细胞.而该药却不会影响正常的造血干细胞。研究发现17AAG可抑制胶质瘤干细胞的生长以及促进Hsp90底物蛋白(EGFR、Akt和MA PK)的降解。

研究内容

近年来研究发现,Hsp90具有特殊的分子伴侣功能,参与了众多与肿瘤增殖和调亡调控信号相关的分子构象与稳定性的调节。Hsp90 的许多底物蛋白如Her2、EGFR、Akt、Rafl、p53,vSrc和BcHAbl等在肿瘤中是突变的或者是过表达的,通过不同的抑制剂抑制Hsp90清除或者降低这些蛋白质分子,或者灭活其激酶活性具有明显的抗肿瘤优势,因此Hsp90成为癌症治疗的一个非常重要的分子靶标。晶体结构研究显示 ,Hp90是同源二聚体，每个单体包括三个高度保守的结构域:N端ATP结合结构域、中间结构域和C端二聚化结构域3] ,在真核细胞中,N端结构域和中间结构域被一个富含电荷的CR连接区域连接。N端结构域具有AT一Pase活性,可以水解ATP结合口袋中的ATP ,大多数H sp90抑制剂可抑制该位点。中间结构域的主要作用是区分不同的底物蛋白,调节分子伴侣特定底物的活性。C端的二聚化可以增强两个Hsp9ON端结构域的弱相互作用。

研究计划

1.2019年10月16日-10月18日，学生与指导老师见面。指导老师对学生下达任务书并进行开题指导。
2.2019年12月16日- 18日，学生将外文翻译、文献综述、开题报告等资料按要求上传到毕业论文系统。
3.2019年12月28日-29日，开题论证，确定进入毕业论文写作环节的学生名单。

4．2020年3月29日前，初期检查，内容为：选题、指导教师、任务书、外文翻译、文献综述、开题报告、开题论证结果等。
5. 2020年4月10日-12日，定稿，自行检测论文重复率，并将所有材料全部上传到系统。
6. 2020年4月13日-17日，公布答辩人员名单、答辩时间和答辩地点。
7. 2020年4月18日－19日，第一轮答辩。
8. 2020年5月，后期检查。检查内容为：答辩过程、成绩评判、各类评语表、答辩记录表等。
9.2020年5月，学生根据学院要求将纸质稿、电子稿以班级为单位交学院教务办。

参考文献

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