CN104237536A - 黄酮类化合物刺槐素及衍生物的用途 - Google Patents

黄酮类化合物刺槐素及衍生物的用途 Download PDF

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Abstract

黄酮类化合物刺槐素及衍生物的用途，涉及黄酮类化合物。在黄酮类化合物对于肿瘤细胞的作用机理的过程中表明，一种黄酮类化合物刺槐素及衍生物可通过诱导视黄醇受体RARγ依赖性的AKT失活/p53激活凋亡途径诱导多种肿瘤细胞的凋亡。以视黄醇受体RARγ作为作用靶点，用于筛选黄酮类化合物，以开发用于治疗各种癌症。黄酮类化合物刺槐素及衍生物可在制备治疗癌症的药物中应用，所述药物以视黄醇受体RARγ作为作用靶点，药物用于诱导肿瘤细胞的凋亡。作用于视黄醇受体RARγ诱导肿瘤细胞凋亡可以用于指导筛选黄酮类化合物，获得具有抗肿瘤活性的化合物，进而制备可作用于视黄醇受体RARγ诱导肿瘤细胞凋亡的活性与功能的药物。

Description

黄酮类化合物刺槐素及衍生物的用途
技术领域
本发明涉及黄酮类化合物，尤其是涉及黄酮类化合物刺槐素及衍生物的用途。更具体地，是关于刺槐素及衍生物通过以视黄酸受体RARγ为靶点用于癌症治疗的应用。此外，还涉及及利用该方法筛选所获得的抗肿瘤化合物。
背景技术
随着社会的快速发展，人们越来越关注化学药物给人类自身健康及生活环境带来的负面影响；保护环境、回归自然已成为一种处理人类和环境关系的思想潮流。我国地域辽阔，孕育了丰富的中草药资源，为开发新的治疗药物提供了无价的宝库。当今抗肿瘤药物研发的重要策略也是从天然产物中寻找有效活性成分。目前，人们已经筛选出很多有抗肿瘤活性的单体天然化合物，如紫杉醇、三羟异黄酮、苦参碱等，紫杉醇已广泛在临床使用，显示出良好的抗癌效果。不仅如此，西药研发成本越来越高，时间越来越长，以“自然疗法”为特点的天然药物产业将成为全球制药业最具发展前景的特色产业。因此，积极探索天然药物单体成分对肿瘤的作用机制，对开发新的肿瘤治疗药物具有深远意义。
刺槐素(Acacetin)，又称金合欢素、洋槐素、刺槐黄素、阿卡西汀，化学名为5,7-二羟基-4’-甲氧基黄酮，分子量为284.26，黄色针状结晶，为一种黄酮，能与多种糖结合形成刺槐苷(Acaciin)，主要为刺槐-7-鼠李糖葡萄糖苷和刺槐-7-半乳糖苷。刺槐素在植物及海洋产物中广泛存在，常见来源有豆科刺槐Robinia pseudoacacia L.的花、马钱科植物密蒙花Buddleiaofficinalis Maxim.的花、唇形科植物藿香Agastache rugosus(Fisch.Et Mey.)O.ktze.的地上部分、玄参科剪秋罗毛蕊花Verbascum lychnitis L.的叶和花、海洋植物大叶藻、桦木科植物叶芽抽提物、野菊花、太子参和飞机草等，甚至蜂胶中也存在。
刺槐素作为一种黄酮类化合物，已报道具有抗氧化、抗炎和抗疟原虫的功能，能增加急性粒细胞白血病细胞HL-60的诱导分化活性。不仅如此，刺槐素还能抑制谷胱甘肽还原酶、细胞色素P450和真核生物拓扑异构酶Ⅰ结合DNA及催化DNA再连接的活性。我们发现，这类化合物可通过直接结合于人类视黄酸受体RARγ，调控RARγ依赖的信号转导诱导多种癌细胞的死亡，本项目第一次发现了这类化合物的体内作用靶点和新机制。
肿瘤抑制蛋白p53和AKT/PKB激酶分别在促凋亡和抗凋亡信号中起重要作用，且细胞增殖和死亡之间的平衡被打破可能会造成肿瘤生长或发展。由于RARγ可调控这两个过程，因此它的异常表达或功能异常都与肿瘤发生有关，针对RARγ为靶点的药物可绕过其上游基因由于突变而难以解决的问题，起到独特的治疗效果。
由于RARγ过表达仅发生于肝癌和乳腺癌组织，正常肝和乳腺组织不表达，因而应用RARγ作为分子靶点至少具有两大优势：第一，利用这一系统由于只作用于过表达的肿瘤组织，提高了治疗的特异性，并减少药物的毒性；第二，由于以RARγ为靶点的药物不仅通过阻断PI3K/AKT这条通路的促生存作用，而且由于通过增加肿瘤抑制蛋白p53的表达使许多肿瘤细胞对药物的敏感性提高，因此这些药物将会增强抗肿瘤活性。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种视黄醇受体RARγ作为作用靶点用于筛选黄酮类化合物的应用。
本发明的第二目的在于提供黄酮类化合物刺槐素及衍生物在制备治疗癌症药物中应用。
在黄酮类化合物对于肿瘤细胞的作用机理的过程中表明，一种黄酮类化合物刺槐素及衍生物可通过诱导视黄醇受体RARγ依赖性的AKT失活/p53激活凋亡途径诱导多种肿瘤细胞的凋亡。
以视黄醇受体RARγ作为作用靶点，可以用于筛选黄酮类化合物，以进一步开发用于治疗各种癌症。
由此可见，黄酮类化合物刺槐素及衍生物可在制备治疗癌症的药物中应用，所述药物以视黄醇受体RARγ作为作用靶点，所述药物用于诱导肿瘤细胞的凋亡。
所述诱导肿瘤细胞的凋亡是通过下调人类视黄酸受体RARγ在多种癌细胞中的表达。
所述诱导肿瘤细胞的凋亡是通过抑制AKT生存信号通路的激活以及促进肿瘤抑制蛋白p53的表达。
所述癌症包括但不限于肝癌、子宫颈癌、乳腺癌等。
本发明提供了一种黄酮类化合物刺槐素及衍生物(柳穿鱼黄素)用于制备治疗癌症的药物应用，所述药物以视黄酸受体RARγ为作用靶点。由于RARγ可以通过调节下游p53及AKT的活性实现抗肿瘤方面的生物学功能，因此该化合物筛选方法用于筛选和评估以RARγ为靶点的抗肿瘤化合物，具有特异性好、高效、评价指标直观等优点。
RARγ是核受体家族中的重要一员，是体内一个较为独特的药物靶点，常被用于发现和优化多种抗癌药物。在本发明中，只有那些在高表达RARγ的癌细胞才对这类药物敏感，不表达RARγ的细胞系表现为耐药。敏感的癌细胞包括肝癌细胞7721和HepG2，乳腺癌细胞MCF-7，以及HeLa子宫颈癌细胞；不敏感的癌细胞包括结肠癌细胞SW480和SW620。刺槐素通过结合于RARγ，可特异性地抑制肿瘤细胞中RARγ依赖的PI3K/AKT生长通路，同时能够强烈诱导p53的表达，从而抑制癌细胞的生长。
根据这一新型作用机制，可筛选许多天然的药物通过这一通路起作用，其中包括黄酮类化合物，因而，RARγ可能是多种化学治疗药物的潜在的作用靶点，通过RARγ靶点筛选和发现的化合物，对于发展新型的抗癌药物具有重要治疗价值。
本发明提供的作用于视黄醇受体RARγ诱导肿瘤细胞凋亡可以用于指导筛选黄酮类化合物，从中获得具有抗肿瘤活性的化合物，并可将获得的药物进而制备可作用于视黄醇受体RARγ诱导肿瘤细胞凋亡的活性与功能的药物。
附图说明
图1显示刺槐素抑制RARγ的转录活性。
图2显示刺槐素与RARγ体外配体受体结合实验。
图3显示刺槐素引起的肿瘤细胞凋亡依赖于RARγ的表达。
图4显示刺槐素降低RARγ具有时间依赖性。
图5显示刺槐素能抑制癌细胞的增殖。
图6显示刺槐素对高表达RARγ的癌细胞具有很好的抗癌活性；刺槐素诱导的PARP切割具有RARγ表达的依赖性。
图7显示RARγ是p53的一个新的调节蛋白；刺槐素时间梯度调节p53。
图8显示刺槐素浓度依赖性调节p53。
图9显示刺槐素引起的细胞凋亡依赖于p53；p53的敲低显著减少PARP的切割。
图10显示刺槐素引起RARγ依赖性的AKT失活；刺槐素能够浓度依赖性地调控RARγ、p-AKT、AKT的表达以及PARP的切割。
图11显示刺槐素能够时间依赖性地调控RARγ、p-AKT、AKT的表达以及PARP的切割。
图12显示穿鱼黄素处理能够浓度依赖性地引起HepG2细胞的凋亡。
图13显示柳穿鱼黄素也能够靶向RARγ而引起肿瘤细胞凋亡。柳穿鱼黄素引起的肿瘤细胞凋亡依赖于RARγ的表达；且柳穿鱼黄素能够浓度依赖性地引起HepG2细胞内RARγ的表达。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件如《分子克隆：实验室手册》(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press，1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。
本发明中使用的试剂：
脂质体2000、Trizol LS购自Invitrogen公司；ECL、山羊抗兔、山羊抗鼠辣根过氧化物酶二抗购自Thermo公司；Cy3标记的山羊抗鼠二抗购自Chenicon international；RARγ抗体(sc-550)、AKT(sc-8312)、pAKT(cst-4060)、p85α(sc-1637)、Bax(sc-493)、Bax(6A7)(sc-23959)抗体、PARP(sc-556494)及FITC标记的山羊抗兔二抗购自Santa Cruz；细胞色素C(556433)抗体购自BD公司；β-actin抗体购自Sigma公司。PVDF膜购自Millipore。无特别注明外，其它本发明中所用的化学试剂均购自Sigma。
实施例1、刺槐素是RARγ的拮抗剂
研究表明，在多种癌细胞中，RARγ异常高表达，通过与PI3K的调节亚基p85α相互作用，激活PI3K/AKT这一生存通路，预示着RARγ拥有潜在的致癌活性，可作为很有开发意义的抗癌靶点。为了寻找到调节RARγ生存通路的调节化合物，筛选一个天然产物库，获得那些能够调节RARγ转录活性的化合物。为此，构建了检测RARγ转录活性变化的报告基因系统—pGL3-RARE-Luciferase质粒，该质粒启动子区域包含RARγ的反应元件。ATRA是RARγ特异性的天然配体，能促进RARγ/RXRα异源二聚化的形成，结合到RARE，促进下游报告基因的表达，已作为RARγ的常用激动剂。在这些化合物中，黄酮类化合物——刺槐素(结构见背景技术部分)，它能抑制内源性的RARE报告基因活性，也能有效抑制ATRA诱导的RARE报告基因活性，且具有浓度依赖性(见图1)。由此可见，刺槐素可作为RARγ的拮抗剂。
刺槐素能拮抗RARγ的活性，但刺槐素是否直接与RARγ结合并不清楚。因此，通过配体受体竞争结合试验进一步证实它们之间的直接关系。分离纯化获得RARγ-LBD，将其用于配体受体竞争试验。和预期一致，未标记的ATRA作为RARγ天然的激动剂，能有效地置换放射性标记的[3H]all-trans-RA，IC50值为6.3nM(见图2)。有趣的是，刺槐素也能像ATRA一样，能置换与RARγ结合的[3H]all-trans-RA，IC50值为12.5μM(见图2)。预示着刺槐素是RARγ的潜在配体。这说明，刺槐素与RARγ的结合具有很强的选择性。
实施例2、刺槐素特异性地诱导RARγ降解
以上实验已经表明，刺槐素能够与RARγ结合，那么长时间用刺槐素处理，RARγ会有什么变化呢？结果表明，刺槐素能诱导RARγ发生降解，且具有剂量依赖性，10μM时，RARγ已发生部分降解(见图3)。结果还显示，刺槐素对于诱导RARγ发生降解具有显著的时间依赖性(见图4)。综上所述，刺槐素能特异性地诱导RARγ降解，也进一步证明刺槐素和RARγ直接结合的特异性。
实施例3、刺槐素对高表达RARγ的癌细胞具有很好的抗癌活性
以上实验已表明，刺槐素可与RARγ结合，但对其生物学活性仍需进一步探究，为此选择几个重要的指标来检测刺槐素的抗癌活性。通过MTT实验表明，刺槐素能很好地抑制癌细胞的增殖，浓度越高抑制率越高(见图5)。聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶(poly ADP-ribosepolymerase,PARP)是细胞凋亡核心成员胱天蛋白酶(Caspase)的切割底物，其切割是早期凋亡的标记，结果表明，癌细胞中RARγ的表达程度与刺槐素的抗癌活性密切相关。对PARP切割的研究证明了刺槐素的凋亡效应，刺槐素诱导的PARP切割成浓度依赖性，10μM时就可以看到明显切割(见图3)。实验结果显示，HepG2、MCF-7、7721细胞高表达RARγ，对刺槐素也很敏感，然而7402、SW620细胞低表达RARγ，对刺槐素的敏感度明显下降，PARP切割明显减少(见图6)。同样，SW480细胞几乎不表达RARγ，刺槐素对其几乎没有抗癌活性(见图6)。但在7402和SW480细胞中转染RARγ又可以恢复刺槐素的抗癌活性(见图6)。
实施例4、刺槐素通过RARγ调控AKT-p53信号网络
细胞的存活受到促生存和促死亡信号通路的共同调控，刺槐素诱导肿瘤细胞的凋亡也是通过抑制肿瘤细胞的生存通路，激活肿瘤细胞的死亡通路来实现的。检测刺槐素对AKT、p53和Bax的影响，它们在决定细胞命运中扮演了重要的角色。实验结果表明，刺槐素能很好抑制AKT的活性，上调p53和Bax的表达，且变化成时间依赖性和浓度梯度依赖性(见图7-11)。
实施例5、另一黄酮类化合物柳穿鱼黄素通过RARγ促进肿瘤细胞凋亡
柳穿鱼黄素是传统中药的重要成分，和其衍生物柳穿鱼叶苷一样，柳穿鱼黄素也具有抗感染、护肝等功能，但是其具体机理却并不清楚。实验室研究表明，柳穿鱼黄素的类似物刺槐素同样具有多种生物学功能，如抗炎、促凋亡等。因此，首先对柳穿鱼黄素生物学活性做了进一步探究，实验结果如图12和13。
柳穿鱼黄素的结构式如下：
为了研究柳穿鱼黄素对RARγ的作用及对细胞的凋亡诱导，选取RARγ高表达的细胞系肝癌细胞HepG2，通过不同浓度及不同药物处理时间来检测柳穿鱼黄素的生物学活性。Western Blot检测结果表示，在HepG2细胞中，凋亡标志蛋白PARP发生切割，其分子量由原来的116kD切割成89kD左右，在浓度梯度实验中，柳穿鱼黄素在HepG2细胞中梯度诱导PARP切割(图12)。
在研究刺槐素的实验中，表明了刺槐素能够通过特异性的诱导核受体RARγ的降解、抑制PI3K/AKT信号通路并激活p53从而达到促进肿瘤细胞凋亡。由于柳穿鱼黄素较刺槐素对RARγ有更强的结合能力，因此，检测柳穿鱼黄素是否也对核受体有类似的作用。Western Blot检测证明，柳穿鱼黄素同样能降解RARγ。如图13，在不同柳穿鱼黄素浓度条件下，肝癌细胞HepG2视黄素受体RARγ梯度降解，具有浓度依赖性。因此推测同样作为黄酮类化合物，柳穿鱼黄素也能够特异性地诱导RARγ梯度降解。
综上所述，本发明的黄酮类化合物刺槐素及衍生物通过直接结合于RARγ，从而影响到下游的AKT-p53调控网络，诱导肿瘤细胞的凋亡。因此本发明的刺槐素及衍生物可以用于制备治疗癌症的以视黄醇受体RARγ作为作用靶点的药物。另外，视黄醇受体RARγ可以作为作用靶点用于筛选黄酮类化合物。

Claims (3)

1.视黄醇受体RARγ作为作用靶点用于筛选黄酮类化合物的应用。
2.黄酮类化合物刺槐素及衍生物在制备治疗癌症药物中应用。
3.如权利要求2所述应用，其特征在于所述癌症包括但不限于肝癌、子宫颈癌、乳腺癌。
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