糖苷酶抑制剂的戈谢病分子伴侣机制和HDAC抑制剂的抗肿瘤机制研究

摘要

酶蛋白几乎参与机体所有的生命活动，其功能对于机体的正常运行至关重要，许多疾病的发生都与酶功能的失调有关。因此，以酶为靶点的药物开发一直都是研究的热点。其中，酶抑制剂类药物占据临床用药的三分之一，成为新药来源的主要途径。
　　糖苷酶是一类将寡糖等糖基复合物的糖苷键水解的酶，主要参与食物的消化、多糖和糖脂复合物的降解。糖苷酶抑制剂可以抑制糖苷酶的活性，阻断碳水化合物的分解，对一些糖代谢紊乱疾病如溶酶体贮积症、糖尿病等有重要药用价值。同时，以糖苷酶抑制剂为工具，可以更好的了解糖苷酶的水解机制，分析糖基化的生物学作用，利于揭示阿尔茨海默病、肿瘤等重大疾病的发生机制。因此，围绕酶抑制剂药物的开发，本课题开展了糖苷酶抑制剂和组蛋白去乙酰化酶抑制剂的设计、筛选和机制分析，为相关疾病靶向药物的开发提供了依据和新思路。
　　戈谢病是一种由于酸性β-葡萄糖脑苷酶(acidβ-glucocerebrosidase，GCase)基因突变引起的发病率最高的溶酶体贮积病。该酶基因的突变将导致GCase的提前降解，最终不能定位于溶酶体中发挥活性，从而使底物葡萄糖脑苷脂(Glucosylcera-mide，GC)大量积累。基于酶的竞争性抑制剂机制，人体提出了分子伴侣设想:竞争性抑制剂与突变酶的活性中心结合，诱导酶形成正确折叠，并辅助酶定位于溶酶体，在高浓度底物的溶酶体中，竞争性抑制剂被底物竞争性解离，酶分子得以释放，从而发挥生物功能。依据该酶的催化机制，本课题组前期设计、合成系列葡萄糖咪唑类化合物，本课题中通过生物学活性测试，发现化合物具有强抑制活性和高选择性，且细胞膜透过性好，细胞毒性低。以发病率最高的两种成淋巴细胞(N370S，L444P)为模型，我们发现该类化合物均具有较好的伴侣活性，尤其是化合物11（3，3-二甲基-N-苯基-4-酰胺-1-丁基取代的葡萄糖咪唑），2.5μM的用药浓度下，可使N370S型GCase酶活提高2.1倍。利用计算机模拟、脉冲酶解稳定性试验、Westernblot和细胞免疫荧光试验等方法分析，发现化合物11可以结合并稳定突变GCase酶的结构，提高其蛋白水平，促进其溶酶体定位，最终提高细胞中GCase的活性。
　　N-乙酰葡萄糖胺（O-linkedN-acetylglucosamine，O-GlcNAc）修饰是一种重要的蛋白翻译后修饰，参与生物体中的多种细胞活动，O-GlcNAcase(OGA)是体内唯一水解该修饰的糖苷酶。有人发现阿尔茨海默病人的大脑中Tau蛋白的O-GlcNAc修饰严重不足，因此，我们设想通过OGA抑制剂来提高患者体内的O-GlcNAc修饰水平。利用前期设计、合成的系列化合物，通过酶学筛选，获得了一个高效选择性的OGA抑制剂（Ki=5.9μM），与阳性化合物PUGNAc相比它能更多地提高细胞内的O-GlcNAc水平。同时，利用体外分段表达，我们获得了一个OGA变体(细胞凋亡过程中的OGA剪切体，nOGA)的专一性抑制剂。所筛选的这些OGA抑制剂将有助于进一步揭示细胞内O-GlcNAc修饰的机制，阐明与O-GlcNAc修饰相关疾病的病因，为相关药物的研发提供了基础。
　　组蛋白去乙酰化酶(Histonedeacetylases，HDACs)是一类调控染色体形成和基因表达的关键酶。当组蛋白处于低乙酰化状态时，核小体结构紧密，使各种促进细胞分化和凋亡的基因受到抑制，引起肿瘤的发生。HDACs抑制剂(HDACi)通过抑制HDAC去乙酰化活性，阻滞肿瘤细胞生长，诱导其分化和凋亡。因此，以HDACs为靶点，设计合成抗肿瘤药物具有广阔的前景。依据前期设计、合成的系列HDACi，通过体外酶活和细胞毒性筛选，我们获得了化合物Z-13，它对HDAC酶活性和肿瘤细胞增殖的抑制都要比阳性药SAHA（suberoylanilidehydroxamicacid）高一个数量级。通过对它抗肿瘤机制的研究，发现它主要通过阻遏细胞周期和诱导细胞凋亡，来抑制肿瘤细胞增殖，延缓体内乳腺癌肿瘤的生长。同时，我们做了SAHA和taxol联合用药对乳腺癌细胞抑制的影响，发现，SAHA能增强taxol对乳腺癌细胞的抑制，尤其是增强了taxol对其不敏感的乳腺癌细胞增殖的抑制。在对体内建立的移植瘤模型上，也表现出了SAHA能增强taxol对肿瘤抑制的作用。所以二者的联合用药为临床上的进一步研究提供了理论基础。