CN110441533A - 一种莪术醇靶标蛋白核仁素及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医药领域，尤其涉及一种莪术醇靶标蛋白核仁素及其应用。根据莪术醇对鼻咽癌的显著活性，利用化学蛋白质组学方法发现了莪术醇在鼻咽相关细胞、组织中的特异性结合蛋白核仁素，莪术醇抑制NPC细胞生长的潜在分子机制即莪术醇与核仁素的结合影响了下游蛋白质表达引起的级联反应，核仁素即可成为莪术醇防治鼻咽癌的药物标靶，提示其在鼻咽癌等与核仁素有关的疾病具有广阔应用前景。

Description

一种莪术醇靶标蛋白核仁素及其应用

技术领域

本发明涉及医药领域，尤其涉及一种莪术醇靶标蛋白核仁素及其应用。

背景技术

在过去的几十年里，天然产物因其结构复杂性和多样性而获得了比合成化合物更多的兴趣。许多天然药物，作为药物或药物的主要来源，已被用于临床治疗许多疾病数千年，如阿司匹林，紫杉醇和喜树碱。虽然越来越多的先进技术被用于药物发现，但新营销药物没有明显增加，部分原因是它们无法预见的副作用。药物靶标的定义对于基于机制的药物发现的成功至关重要，并且在揭示药物反应与遗传变异之间的关系，理解分层的临床疗效和安全性，合理化方面发挥重要作用。相同治疗类药物之间的差异和预测患者亚组的药物效用。因此，蛋白靶标识别是当前天然产物研究的关注焦点。

鉴定天然产物的蛋白质靶标对于理解药物的作用机制至关重要。我们越了解药物的作用机制，我们就越能意识到它的普遍混杂的生物学目标和效果。鉴定多个靶标可以促进药物用于治疗几种可能不相关的疾病或特定疾病，其相关途径涉及药物靶标之一。这些应用可能会增加药物治疗的功效。同时，多个靶点也会引起不良副作用，充分了解其蛋白靶标将有助于预测药物潜在的毒性作用。因此，除了仔细检测其药代动力学特性外，鉴定药物的目标谱对于利用其彻底的治疗潜力和最小化毒性非常重要。

从中药莪术中分离出的一种倍半萜类化合物莪术醇，具有抗癫痫发作，抗肝纤维化，抗炎和抗肿瘤活性。莪术醇分别于1965年和1984年确定其立体结构，已被用作质量控制标记。虽然已知很长一段时间，但由于其水溶性差，很少有关于莪术醇的药理学研究。由于其抑制肿瘤增殖的显著活性和对正常细胞的微不足道的影响，莪术在近十年中已经重新获得了许多研究者的关注，特别是其抗肿瘤活性。我们的团队和许多研究小组已经证实了莪术醇在细胞和动物水平的抗肿瘤能力。莪术醇的抗肿瘤作用被证明与细胞增殖抑制(细胞周期停滞和诱导细胞凋亡)和抑制转移相关。随着研究的深入，有许多细胞信号通路和细胞分子参与了莪术醇调节癌细胞生长和转移的过程。莪术醇抗肿瘤的潜在机制可能与其对肿瘤启动子Bcl-2，NF-kB，Ki-67，MMP-9，Akt，JNK，CREB和IGF-1R的抑制作用有关，及其对肿瘤抑制因子p53，BAX，PARP-1的增强。尽管许多蛋白质的活性和/或表达已经被莪术醇调节，但是尚未鉴定出这种倍半萜在鼻咽癌细胞中的蛋白靶标。

发明内容

本发明通过采用多学科化学蛋白质组学方法结合质谱法来捕获鼻咽癌CNE-2细胞中莪术醇的靶蛋白。本发明根据莪术醇对鼻咽癌的显著活性，利用化学蛋白质组学方法发现了莪术醇在鼻咽相关细胞、组织中的特异性结合蛋白核仁素(NCL或C23)，莪术醇抑制NPC(鼻咽癌)细胞生长的潜在分子机制即莪术醇与核仁素的结合影响了下游蛋白质表达引起的级联反应，核仁素即可成为莪术醇防治鼻咽癌的药物标靶，提供核仁素在制备莪术醇抑制鼻咽癌细胞增殖的药物靶标的应用。

本发明还提供核仁素作为药物靶标在筛选抑制鼻咽癌细胞增殖药物的应用。

本发明进一步提供了用于抑制核仁素表达的化合物在制备抑制鼻咽癌细胞增殖药物的应用。

附图说明

图1为莪术醇的结构修饰、酯化反应产物鉴定及活性测定结果示意图，其中：

a为莪术醇进行酯化反应生成莪术醇琥珀酸单酯的化学反应方程式；

b为莪术醇及莪术醇琥珀酸单酯薄层色谱图，1为莪术醇酯化反应混合物薄层色谱图、2、3为莪术醇薄层色谱图、4为莪术醇琥珀酸单酯薄层色谱图；

c为经过不同浓度莪术醇、莪术醇琥珀酸单酯处理及对照组分别干预24、48和72h后细胞存活率示意图。

图2为亲和层析方法筛选莪术醇的靶标蛋白结果示意图，其中：

a为莪术醇琥珀酸单酯和具有氨基末端固相介质化学反应方程式；

b为质谱数据分析示意图；

c为蛋白质质谱图。

图3为蛋白凝胶图像。

图4为细胞热转移(CETSA)分析莪术醇与核仁素的相互作用实验结果示意图。

图5为莪术醇对核仁素沉默的鼻咽癌细胞株及正常鼻咽部细胞NP69的增殖抑制作用示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料和试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1莪术醇的结构修饰及活性鉴定

①取20ml三氯甲烷置于反应瓶，加入少量无水MgSO₄，搅拌过夜，滤除MgSO₄，取滤液，蒸馏，得到高纯三氯甲烷。

②在另一干净干燥的圆底烧瓶中加入莪术醇0.117g(0.495mmol)、丁二酸酐0.12g(1.2mmol)、高纯三氯甲烷10ml，搅拌溶解，加入适量DMAP于65℃回流反应。

③用TLC法监测反应进度，以原料莪术醇(curcumol)及目标产物莪术醇琥珀酸单酯(curcumol hemisucinate)作为对照。(注：反应完全时反应液呈一个点，且用硫酸香草醛显色应显桃红色，根据相似相容原理其展开位置低于莪术醇，和莪术醇琥珀酸单酯阳性对照物在同一高度，但是反应完全是一个理想状态，实际过程中达不到，故需后续分离操作)。

④反应结束后，冷却，将反应物倾入冰水中，用乙酸乙酯萃取(产物在乙酸乙酯层)，反复萃取三次以充分去除水溶性杂质，乙酸乙酯层用无水硫酸钠干燥后，挥干溶剂，得粗品。

⑤硅胶柱层层析(石油醚-乙酸乙酯＝8:1V/V)分离纯化，得纯度较高的莪术醇琥珀酸单酯油状物，活化薄层板:110℃活化30分钟，放在干燥器中备用。

⑥点样：在洁净干燥的环境下，用毛细管点样于薄层板上，一般为圆点，应使点样位置正确、集中。点样基线距底边2cm，点样直径2～4mm；点间距离可视斑点扩散情况以不影响检出为宜，一般为1～2cm。

⑦展开及检测：将点好样品的薄层板迅速放入展开缸的展开剂(石油醚-乙酸乙酯＝8:1V/V)中，浸入展开剂的深度为距原点0.5～1.0cm(切勿将样点浸入展开剂中)，密封盖顶，待展开至距离薄层板顶端约1cm处取出薄层板，晾干，1％硫酸香草醛喷雾显色。

⑧采用质谱LCMS8030和超导核磁共振仪AVANCEⅢ500MHz对莪术醇琥珀酸单酯进行分子量和化学结构的确证。

⑨细胞增殖活性的检测:将CNE-2细胞种在96孔板内，DMSO溶解莪术醇及莪术醇单脂，分别加入50M、200M的莪术醇及莪术醇单脂，干预24、48和72h后，每孔加入5mg/mL的MTT20L，37℃孵育4小时后弃掉上清，每孔加入150L DMSO，震荡十分钟后，490nm处测吸收波长。实验数据采用SPSS17.0软件进行分析，图形演示采用软件Graph Pad Prism 5。数据用均数±标准差(Mean±SD)表示，多组间比较用单因素方差分析(one-wayANOVA)检验，以P<0.05为有统计学意义。

通过上述方法我们得到的莪术醇琥珀酸单酯与莪术醇的活性基本一致，以上结果提示莪术醇琥珀酸单酯适合用于鉴定莪术醇在鼻咽癌细胞内的蛋白靶标。结果请见附图1。

实施例2化学蛋白组学方法筛选莪术醇的靶标蛋白

①将莪术单脂与Affi-gel 102氨基末端交联的琼脂糖凝胶偶联。首先，将Affi-gel 102凝胶(100L)与400L 50％DMSO中稀释，并在50％DMSO洗涤，然后用50％DMSO溶解10g莪术醇单脂至100L，阴性对照组加入100L 50％DMSO，两管均加入耦合剂EDAC到Affi-凝胶102中(每管50L)室温或30℃下过夜。之后，用裂解缓冲液(150mM NaCl，1％Triton X100，50mM Tris-Cl(pH 8.0)，10％甘油)洗涤珠子三次，加入3％BSA孵育30℃过夜，通过摇动的珠子封闭未反应的凝胶Affi-gel 102珠子。如上所述制备对照组凝胶，但除了莪术醇单脂外其余都一样加入。CNE-2细胞(4x107)加入裂解液(150mM的氯化钠，0.2％的Triton X100，50mM的Tris-Cl(pH 8.0)，10％甘油，1mM PMSF，1％cocktail，和1mM DTT)，并超声处理，然后在离心13,000rpm，30分钟，然后将上清液加到curcumol-affigel 102和阴性对照组的凝胶内。在4℃下振荡5小时。用裂解缓冲液洗涤珠子三次，并用50L洗脱缓冲液(150mM NaCl，1％TritonX100,50mM Tris-Cl(pH 8.0)，0.2％SDS，10％甘油)洗脱相互作用的蛋白质。洗脱的蛋白质变性并在一维10％SDS-PAGE上分离，并用考马斯亮蓝G-250(BIO-RAD)染色。

②在考马斯亮蓝染色脱色后，从SDS-PAGE切下蛋白质条带并切成小颗粒。将凝胶切片脱色并在乙腈中脱水30分钟并在真空浓缩器中干燥。通过在10mM DTT中孵育凝胶切片进行蛋白质还原，并通过在室温下避光条件下50mM碘乙酰胺中进行烷基化。洗涤凝胶块并在消化前用25mM碳酸氢铵稀释。用胰蛋白酶(Promega)覆盖凝胶块，并在4℃温育30分钟。弃掉剩余胰蛋白酶后，将凝胶块在20℃下用20L 25mM碳酸氢铵在37℃温育过夜。加入含有0.1％三氟乙酸(TFA)的20L终止溶液。合并蛋白多肽混合物并在真空浓缩器中干燥，然后重悬于0.1％TFA中。

③点样及MDLDI-TOF/TOF分析：先将α氰基-4-羟基肉桂酸(HCCA)MALDI基质含0.1％TFA85％乙腈进行溶解，点1L的多肽样品在靶板上，待干后点上1L基质。Mass分析之前，使用MALDI-TOF/TOF分析仪(进行BRUKER)采用正离子反射器模式。Bio-tools(版本3.2，BRUKER，德国)用于分析质量数据。数据分析通过搜索SWISS-PROT蛋白数据库.MASCOT参数设定如下：全局修改：烷基化(C)，可变修饰：氧化(M)，分类：人类，MS/MS片段公差：±0.7Da，Mass Tol MS：100ppm。单个离子评分>22表示同一性或广泛同源性(P<0.05)。

通过以上质谱鉴定，我们锁定核仁素为莪术醇的潜在靶标蛋白，有以下三个主要原因。首先，莪术醇对核仁素的活性调节可以解释之前描述莪术醇的大多数细胞效应；核仁素的抑制确实已被证实影响许多细胞途径，导致细胞凋亡和细胞周期停滞。第二，莪术醇孵育CNE-2细胞后，这种倍半萜化合物与核仁素的相互作用可解释莪术醇处理后一些NCL客户蛋白活性的抑制或增强。第三，质谱鉴定的蛋白分子中NCL的得分最高(262分)。因此，我们选择加深对NCL/莪术醇相互作用的研究，具体结果请见附图2。

实施例3莪术醇pull-down实验验证莪术醇与核仁素的相互作用

利用实施2中亲和层析后洗脱进行Western-blot分析。电泳完毕后进行转膜，转膜后用丽春红染色，PBST洗膜4次，每次5分钟，5％的脱脂牛奶封闭1h，PBST洗膜3次，每次5分钟，分别加入NCL一抗抗室温下孵育2.5h或者4℃孵育过夜。一抗孵育完后PBST洗膜4次，每次8分钟，加入对应的兔二抗室温孵育1h，PBST洗膜4次，每次8分钟，ECL显色，凝胶成像系统曝光并对条带进行分析。

蛋白印迹结果表明，莪术醇组相与没有经过莪术醇处理的阴性对照相比，其蛋白泳道在大约100kDa的位置可见核仁蛋白条带明显富集请见附图3。

实施例4细胞热转移(CETSA)分析莪术醇与核仁素的相互作用

收获CNE-2细胞并用PBS洗涤，然后在裂解缓冲液(150mM NaCl，1％Triton X100,50mM Tris-Cl(pH 7.4)，0.1％SDS，sodium fluoride，EDTA leupeptin)中加入蛋白酶抑制剂混合物。超声后4℃、12,000rpm离心25分钟。对于热聚集曲线实验，用裂解缓冲液稀释细胞裂解物并分成两等份，用莪术醇处理一等分试样，用DMSO处理另一等分试样(对照)。在室温下孵育120分钟后，将相应的裂解物在0.2ml管中分成较小的(100L)等分试样，然后在37至77℃的指定温度下在不同温度下加热3分钟(T100Thermal Cycler，BIO-RAD)然后在室温下冷却3分钟。在室温下孵育3分钟后，立即将样品转移到冰上。将加热的裂解物在4℃以13,000rpm离心25分钟，以将可溶性蛋白与沉淀物分离，取上清。然后通过Western印迹分析分析NCL的表达。将条带强度相对于实验中使用的温度作图。如上所述进行ITDRFCETSA的测定方法，但使用不同浓度(0.0001-1000μM)的莪术醇。将CNE-2和5-8f细胞裂解物用不同浓度的莪术醇和载体以100μL每一等份分在0.2mLEP管中，阴性对照为DMSO，上述细胞裂解物在37℃的培养箱中孵育2小时。将细胞裂解物等份样品在65℃下加热，并按照上述步骤进行。然后在4℃条件下以13000rpm离心25分钟将可溶性蛋白质与加热的沉淀物分离。将上清液样品进行蛋白质印迹。将NCL条带的相对强度与实验中使用的化合物浓度作图。

与DMSO处理的细胞裂解物相比，经莪术醇处理的细胞中NCL条带显著增加，莪术醇能增加NCL的热稳定性，表明莪术醇确实与该蛋白结合,结果请见附图4。

实施例5莪术醇对核仁素沉默的鼻咽癌细胞株及正常鼻咽部细胞NP69的增殖抑制作用

方法①莪术醇处理鼻咽癌细胞后NCL的表达：培养鼻咽癌CNE-2和5-8F细胞，细胞贴壁后加入不同的浓度的莪术醇进行处理。使用时莪术醇用DMEM稀释到50、100、200和400μM，阴性对照组为0.5％的无水乙醇。莪术醇处理鼻咽癌细胞48h后，用细胞刮将细胞从皿上刮下，提取细胞蛋白。后续处理同为实施例3Western-bolt方法。

②莪术醇对CNE-2癌细胞的增殖抑制测定及对正常细胞的影响:采用keratinocyte-SFM培养基培养正常鼻咽部上皮NP69细胞，细胞3-4天传代一次。进行MTT实验时，将NP69细胞种在96孔板里面，每孔5000个，而CNE-2细胞每孔2000个细胞，加入不同浓度的莪术醇。莪术醇干预24h、48h和72h后，MTT法测定细胞生长情况。

③短干扰RNA沉默鼻咽癌细胞内NCL的表达

NCL的靶向序列如下表所示，根据制造商推荐用的lipofectamine 3000操作方法进行转染。CNE-2细胞用NCL siRNA和RNAi阴性对照处理，阴性组分带有和没有带FAM荧光的。使用FAM荧光基团的RNAi阴性对照作为实验组的参考，可以动态监测RNA干扰的效率。转染后通过Real-time PCR和Western印迹检查siRNA对NCL沉默的情况。

表1 siRNA干扰序列

④NCL沉默后对鼻咽癌细胞生长的影响

为了验证NCL是否是莪术醇的靶蛋白，利用NCL沉默的CNE-2细胞进行细胞增殖分析。NCL siRNA干扰24h、48h和72h后，MTT法测定各组细胞的生长情况。

⑤莪术醇对NCL沉默的鼻咽癌细胞的影响

前面操作方法同实施例5中③方法，在用siRNA转染细胞24小时后，将CNE-2细胞分成六组(NCL siRNA处理组，siRNA阴性对照组，莪术醇处理NCL siRNA组，莪术醇处理siRNA阴性对照组，莪术醇处理组和阴性对照组)，莪术醇的浓度为200μM，阴性对照组为0.5％的无水乙醇。上述处理组干预24h、48h和72h后，MTT法测定细胞增殖。

莪术醇以浓度依赖性方式抑制CNE-2和5-8F细胞中NCL的表达。NCL siRNA的转染降低了细胞活力，这与先前在其他癌细胞中报道的一致。此外，我们发现，与NCL沉默的CNE-2细胞(P<0.01)相比，当它们暴露于莪术醇(200μM)48和72小时时，未干扰NCL的CNE-2细胞存活率显著降低。在正常的CNE-2细胞中，莪术醇(200M)可显著抑制癌细胞增殖，而莪术醇的生长抑制作用在NCL沉默的CNE-2细胞中减弱。这说明NCL的表达与莪术醇在鼻咽癌细胞中的抗肿瘤作用有关，缺乏与莪术醇结合的核仁素蛋白时导致鼻咽癌细胞对莪术醇的抗性增强。此外，我们发现莪术醇对正常的鼻咽细胞NP69具有轻微的细胞抑制作用。根据我们的蛋白质印迹结果，NP69中的NCL表达是所有三种细胞中最少的。针对高NCL表达的癌细胞，莪术醇对正常细胞显示出很小的细胞毒性。结果请见附图5。

本发明利用亲和层析结合质谱分析的化学蛋白质组学成功确定了莪术醇的靶蛋白为核仁素。该方法能够在大量候选蛋白中去伪存真，快速、准确识别真正介导其活性的靶点蛋白质。确认核仁素在制备莪术醇抑制鼻咽癌细胞增殖的药物靶标的应用，进而为以核仁素作为靶标在体外筛选抑制鼻咽癌细胞增殖的药物应用提供新线索。

Claims (3)

1.核仁素在制备莪术醇抑制鼻咽癌细胞增殖的药物靶标的应用。

2.核仁素作为靶标在体外筛选抑制鼻咽癌细胞增殖的药物的用途。

3.用于抑制核仁素表达的化合物在制备抑制鼻咽癌细胞增殖药物的应用。