聚醚类抗生素Narasin通过VEGFR2/STAT3/AKT信号通路抑制胃癌血管生成的研究

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目的和意义:胃癌是常见的消化系统恶性肿瘤,严重的威胁着人们的生命健康。在我国,胃癌的发病率及死亡率均超过世界平均水平,其总体治疗效果不佳。因此,寻找有效的胃癌治疗药物已成为胃癌研究领域的热点问题。研究证实肿瘤血管新生(Tumor angiogenesis)是影响胃癌增殖、分化、侵袭、转移、免疫逃避、复发的重要因素。研究发现VEGF/VEGFR2/STAT3信号通路是介导胃癌血管新生,促使胃癌细胞发生远处转移的重要因素,也是抗肿瘤血管新生药物研究的经典靶点。因而抑制VEGF/VEGFR2/STAT3信号通路对抑制胃癌的血管新生、生长转移,提高胃癌的治疗效果具有重要意义。聚醚类抗生素(polyether antibiotics)是20世纪70年代发展起来的一类抗生素,因化学结构中含有一个或多个聚醚结构而得名,具有螯合金属离子穿越细胞膜,导致细胞内外离子浓度改变引起细胞死亡的能力,目前广泛应用于畜禽饲养业的抗球虫药和促生长剂。2009年,国际著名杂志《细胞》报道了通过对1000多种化合物进行筛选,发现了聚醚类抗生素中盐霉素(Salinomycin, Sal)和尼日利亚菌素(Nigericin)具有特异性的杀死肿瘤上皮干细胞的功能。其抗癌活性是一线化疗药物紫杉醇的一百倍,在预防和控制肿瘤方面表现出良好的效果。我们在项目前期试验中证实聚醚类抗生素盐霉素(Salinomycin)具有通过VEGFR2/STAT3信号通路抑制胃癌血管生成和肿瘤生长的功能。并且在前期工作中,同时发现:聚醚类抗生素那拉霉素(Narasin)在体外能够有效抑制人脐带静脉血管内皮细胞(HUVECs)的增殖与迁移,同时降低肿瘤血管的生成,并且药物有效浓度相对较低,毒性较小。目前尚无相关揭示Narasin抑制消化道肿瘤血管新生、肿瘤生长和转移三方面系统功能研究的报道,并且缺乏深入的机理分析。故本研究提出以下科学假设:聚醚类抗生素 Narasin可能是靶向 VEGFR2/STAT3的抑制剂,具有抗胃癌血管新生和肿瘤转移的生物学功能。课题组计划通过细胞水平、蛋白水平、计算机软件模型以及整体动物模型水平多种途径系统研究Narasin的抑制胃癌血管新生的功能,并深入解析其调控VEGFR2/STAT3/AKT信号通路的机理。  本课题的顺利开展有助于阐明聚醚类抗生素Narasin的抗癌新功能和新机制,在不断丰富聚醚类抗生素资源库的同时为其进一步研发及临床应用奠定扎实的理论基础和实验依据。研究结果有利于揭示聚醚类抗生素Narasin及其结构类似物很可能是一类新型高效低毒的抗癌药物。在此基础上有望开发抗肿瘤新药,为恶性肿瘤的防治以及研制具有我国自主知识产权的肿瘤生物治疗药物奠定理论基础,为社会创造经济效益。  方法:(1)在体外水平,利用细胞活性检测实验,细胞毒性实验,血管内皮成管和跨膜迁移实验(Transwell),基质凝胶植入模型(Matrigel plug assay)研究聚醚类抗生素Narasin抑制胃癌血管新生和转移的生物学功能。  (2)建立肿瘤动物模型,研究聚醚类抗生素Narasin对人胃癌血管生成以及肿瘤生长的抑制作用。  (3)梯度浓度 Narasin处理血管内皮细胞,利用免疫组化、Western blot实验,验证其对 VEGFR2/STAT/AKT信号途径相关效应蛋白的干扰作用;利用计算机蛋白嵌入模型,分析 Narasin与 VEGFR2蛋白的结合能力,从而明确Narasin具有通过VEGFR2/STAT3/AKT信号通路抑制胃癌血管新生的功能。  结果:(1)细胞活性检测实验,细胞毒性试验,血管内皮成管和跨膜迁移,基质凝胶实验结果显示,那拉霉素能明显抑制HUVECs的增殖和迁移,而对正常的血管内皮细胞没有抑制作用。  (2)在胃癌细胞SGC-7901裸鼠荷瘤模型中,连续28天腹腔注射剂量为0.75mg/kg/d和1.5 mg/kg/d的Narasin,在不影响荷瘤鼠正常生长的情况下,可以显著抑制胃癌肿瘤的生长和血管生成,并能延长小鼠的生存时间。  (3)免疫组化及免疫蛋白印迹实验、计算机分子对接实验的结果发现,那拉霉素可以与VEGFR2结构域的活性口袋特异性的结合,从而抑制肿瘤组织中 p-VEGFR2,p-STAT3 p-AKT蛋白以及血管标记物CD31的表达。  结论: Narasin特异性的结合在血管内皮细胞VEGFR2结构域的活性口袋,从而抑制VEGF与VEGFR2结合,致使VEGFR2及下游的转录因子STAT3和AKT蛋白的磷酸化水平降低。最终抑制了胃癌血管内皮细胞的增殖、迁移和血管新生。初步证实 NarasinNarasin具有通过 VEGFR2/STAT3/AKT信号通路抑制胃癌血管新生和肿瘤生长的功能。
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