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中山大學巢暉教授團隊最新研究成果發(fā)現(xiàn)拓撲異構(gòu)酶I/ II雙重催化抑制劑誘導耐藥腫瘤壞死性凋亡

來源:中山大學      2020-07-27
導讀:自順鉑在臨床作為抗癌藥物廣泛應用,生物無機化學家對金屬抗腫瘤藥物有著濃厚的興趣。中山大學化學學院巢暉教授課題組在發(fā)展金屬抗腫瘤前藥方面開展了系列研究工作。

   巢暉教授課題組利用金屬配合物性質(zhì)易調(diào)控的優(yōu)點,通過改變電荷、脂溶性,實現(xiàn)金屬配合物對細胞器的靶向性富集調(diào)控(Coord. Chem. Rev., 2019, 378, 66)。在此基礎上,利用金屬配合物的長激發(fā)態(tài)壽命,構(gòu)筑一系列單/雙光子的光敏劑用于細胞器靶向的癌癥治療(Nat. Chem., 2019, 11, 1041; Nat. Commun., 2020, 11, 3262; Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 14049; 2017, 56, 14898; 2019, 58, 14334; PNAS, 2018, 115, 5664; 2019, 116, 20296),為開發(fā)金屬配合物用于生物治療提供了新的研究思路。然而,與傳統(tǒng)化療藥物類似,這類光敏劑通過誘導腫瘤細胞凋亡實現(xiàn)腫瘤治療,同樣也面臨可能的耐藥風險。至今為止,金屬配合物誘導腫瘤細胞非凋亡性死亡、實現(xiàn)克服腫瘤耐藥研究尚處于起步階段。在前期實現(xiàn)誘導腫瘤細胞壞死、漲亡等非凋亡性死亡的工作基礎上(Chem. Sci., 2018, 9, 5183; Chem. Commun., 2018, 54, 6268; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 3315),巢暉教授課題組開發(fā)了基于釕(II)配合物的拓撲異構(gòu)酶 I/II雙重催化抑制;進一步研究發(fā)現(xiàn),配合物能誘導耐藥腫瘤細胞壞死性凋亡,有效克服腫瘤耐藥(圖1)。

圖1. 拓撲異構(gòu)酶I/ II雙重催化抑制劑誘導耐藥腫瘤壞死性凋亡示意圖

        作者通過輔助配體改變配合物的電荷和脂溶性,從而調(diào)控配合物的細胞攝取量和細胞器靶向性。其中環(huán)金屬化配合物Ru7在具有高細胞攝取量的同時,實現(xiàn)了細胞核靶向富集(圖2)。DNA拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase,Topo)為催化DNA拓撲學異構(gòu)體互相轉(zhuǎn)變的酶的總稱,可調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄、復制和基因表達。根據(jù)催化機制,Topo酶劃分為Topo I和Topo II,因在腫瘤細胞中高表達而成為臨床腫瘤治療靶點。喜樹堿(Topo I抑制劑)和依托泊苷(Topo II抑制劑)是其代表性藥物,但這類單一酶抑制劑的療效受多種因素限制,與之相比,Topo I/II雙重抑制劑具有顯著的治療優(yōu)勢。利用DNA松弛、斷裂和凝膠電泳遷移率轉(zhuǎn)移分析,輔助分子對接模擬計算,證實Ru7通過π-π堆積、陽離子-π相互作用以及氫鍵與Topo I/II的催化口袋相結(jié)合,從而阻止DNA拓撲異構(gòu)酶與DNA的結(jié)合,是罕見的Topo I/II雙重催化抑制劑。

圖2. 釕(II)配合物細胞攝取及細胞核靶向性

        抗腫瘤實驗表明Ru7能誘導腫瘤細胞發(fā)生壞死性凋亡。細胞信號通路研究證實Ru7通過抑制Topo I/II活性、誘導DNA損傷、激活DNA修復酶PARP-1及下游RIPK1-RIPK3-MLKL壞死性凋亡核心通路,從而有效地克服腫瘤耐藥(圖3)。該研究首次揭示了釕(II)配合物通過抑制拓撲異構(gòu)酶,誘導腫瘤細胞壞死性凋亡之間的內(nèi)在聯(lián)系。作者進一步開展了小鼠耐藥腫瘤模型測試,評估誘導腫瘤細胞壞死性凋亡的金屬配合物活體抗腫瘤效果。實驗結(jié)果表明,經(jīng)過4天1次腹腔注射給藥,連續(xù)24天治療后,Ru7在裸鼠耐藥腫瘤模型中表現(xiàn)出非常優(yōu)異的抗腫瘤活性;荷瘤鼠主要組織器官的切片染色觀察表明Ru7并沒有造成明顯的組織損傷或病變,同時給藥組的裸鼠也沒有出現(xiàn)體重下降或行為異常的情況(圖3)。

圖3. 小鼠耐藥腫瘤療效評估

        相關研究成果發(fā)表在化學綜合期刊Angewandte Chemie International Edition,文章的第一作者為我?;瘜W學院博士研究生熊凱,中山大學陳禹副教授、華中師范大學萬堅教授、中山大學巢暉教授為共同通訊作者。

        以上研究工作得到國家自然科學基金(21525105, 21778079, 21977126),教育部 (No. IRT-17R111),中央高?;究蒲袠I(yè)務費(20lgjc01)和廣州“珠江科技新星”計劃 (201806010136)等項目的資助。

        論文鏈接:https://DOI: 10.1002/anie.202006089

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