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化学生物学(chemical biology)是一个跨越化学和生物学领域的新兴前沿交叉学科。其中,以活性化合物为探针研究细胞生命活动的信号网络已经成为化学生物学研究的重要领域之一。许多研究表明从植物中提取的二萜类次生代谢化合物有很好的抗肿瘤和抗炎症效果。在本研究中,我们发现从腺花香茶菜植物中提取的二萜类化合物腺花素(adenanthin)能够诱导急性早幼粒性白血病(acute promyelocytic leukemia.APL)细胞分化。在此基础上,我们以腺花素作为探针,开展白血病细胞分化的化学生物学研究,取得如下研究成果: (1)腺花素能够诱导APL细胞发生形态和功能学上的分化。这种分化诱导效应不仅发生在对维甲酸(ATRA)敏感的白血病细胞,同时也在对ATRA耐药的白血病细胞呈现明显效果。 (2)在初步明确腺花素的药代动力学的基础上,利用转基因小鼠产生的对ATRA敏感和耐药的两种白血病小鼠开展体内研究,发现腺花素都能够有效诱导这些小鼠的体内白血病细胞发生分化。同时,腺花素也可清除白血病起始细胞(CD34+,c-kit+,FcγRⅢ/Ⅱ+,Grlint),并显著延长小鼠的生存时间。 (3)在分析腺花素诱导白血病细胞分化的构效关系的基础上,合成生物素标记腺花素,并以此为“诱饵”,利用一系列化学蛋白质组学技术,发现腺花素直接靶向过氧化还原酶Ⅰ和Ⅱ(peroxiredoxinⅠ/Ⅱ,PrxⅠ/Ⅱ),并利用重组的PrxⅠ/Ⅱ蛋白得到证实。 (4)利用小分子RNA技术抑制PrxⅠ或PrxⅡ表达直接诱导白血病细胞发生分化,提示腺花素靶向PrxⅠ/Ⅱ可能与其分化诱导效应密切相关。 (5)腺花素特异地靶向PrxⅠ/Ⅱ的羧基末端保守的半胱氨酸残基(CR)进而抑制PrxⅠ/Ⅱ过氧化物酶的活性。通过质谱分析,发现PrxⅠ/Ⅱ的CR是腺花素的结合位点。通过位点突变实验进一步证实PrxⅠ的Cys173和PrxⅡ的Cys172是腺花素的结合位点。而且,通过体外酶活实验研究表明腺花素能有效的抑制PrxⅠ(表面IC50,1.5μM)和PrxⅡ(表面IC50,15μM)过氧化物酶的活性。进一步的分子动力学实验表明腺花素与PrxⅠ结合强于与PrxⅡ结合。 (6)在维甲酸敏感及耐药的急性早幼粒白血病细胞中,腺花素能很快上调C/EBPβ的转录水平及蛋白水平。C/EBPβ作为造血系统中的重要转录因子在髓系分化中发挥了重要作用。干扰PrxⅠ或PrXⅡ出现同样效应。与体外抑制PrXⅠ/Ⅱ酶活相一致的是腺花素在细胞内引起中度H2O2上调。H2O2的清除剂N-乙酰-L-半胱氨酸可以完全阻断腺花素诱导的白血病细胞分化及C/EBPβ的上调。我们也发现中度H2O2上调可以快速活化ERK1/2,且ERK1/2的特异性抑制剂PD98059也可以阻断腺花素诱导的白血病细胞分化及C/EBPβ的上调。于是我们提出PrxⅠ/Ⅱ-H2O2-ERK1/2-C/EBPβ信号通路参与腺花素诱导白血病细胞分化。 总上所述,我们的研究报道腺花素作为第一个开发PrxⅠ/Ⅱ靶向治疗药物的天然产物,且PrxⅠ/Ⅱ在急性早幼粒白血病的发病学及治疗学存在重要的研究价值。