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背景和目的:前列腺癌(Prostate cancer)在全球男性中是发病率第二的肿瘤,2012年有1,100,000例新发病例,占男性全部癌症患者的15%。发达国家男性人口占全球男性的17%,但其前列腺癌发病率最高,占全部前列腺癌患者的2/3。虽然亚洲地区前列腺癌发病率较低,但呈现逐年增加的趋势。早期前列腺癌通常没有症状,但发展到晚期常会引起一系列症状,包括排尿困难(尿量减少,排尿次数增多)、血尿、勃起功能障碍等;前列腺癌进一步进展易发生骨转移,癌症转移到骨后会引起臀部、背部、胸部或其他地方的疼痛;当肿瘤压迫脊髓还可能引起腿或足部虚弱麻木、膀胱或者肠失控等。由于前列腺癌的危险因素包括年龄、种族、地理、家族史和基因改变等多不可改变,且具有复杂的分子通路,化疗被认为是治疗前列腺癌的主要治疗方法。因此,找到高效低毒的放化疗药物对于前列腺癌的治疗显得至关重要。电压门控-钠离子通道(Voltage-gated sodium channels,VGSCs)与人类多种恶性肿瘤有关,VGSCs在癌症进程中的各个阶段都发挥着重要的作用,与肿瘤细胞黏附、增殖、迁移、侵袭和转移等相关。研究显示,VGSCs的激动剂能促进癌症细胞的转移,VGSCs的阻断剂能抑制细胞增殖、迁移和侵袭等。VGSCs已经成为癌症治疗的新靶标。因此,重庆医科大学药学院实验室以VGSCs通道蛋白为靶标,运用3D定量构效关系结构模拟软件建立药物结合模型,设计并人工合成了一系列具有VGSCs通道蛋白结合活性的小分子配体-新型钠离子通道胺类配体(Sodium channels amine ligands,SCALs)共15种,分别命名为S0103,S0132,S0135,S0142,S0143,S0152,S0154,S0156,S0158,S0160,S0161,S0163,S0165,S0205,S0307。这一系列小分子配体试图通过与VGSCs的结合,封阻该通道,从而发挥钠离子通道阻断剂的作用抑制前列腺癌转移。本研究以15种SCALs作为筛选化合物,以前列腺癌作为研究对象,评估人工合成的SCALs对前列腺癌生长的影响。VGSCs的通道蛋白Nav1.6和Nav1.7在前列腺癌PC3和LNCa P细胞中大量表达,其m RNA表达水平比正常或增生的前列腺组织高6-27倍(p<0.05),它们可能是潜在的前列腺癌诊断指标和治疗靶点。本研究运用S0154和S0161对PC3细胞进行干预,通过Western blotting实验检测细胞中Nav1.6和Nav1.7蛋白的表达,从而观察SCALs对钠离子通道蛋白的影响。肿瘤细胞发生远处转移是一个复杂的生理过程,需要减少细胞黏附、增加细胞能动性和侵袭能力、蛋白酶解、以及抵抗凋亡等。VGSCs阻断剂多通过抑制肿瘤细胞的侵袭和转移发挥抗肿瘤效应。基质金属蛋白酶类(Matrix metalloproteinases,MMPs)是与癌症转移密切相关的细胞内信号分子,肿瘤细胞分泌MMPs,通过降解细胞基底膜进而迁移和侵袭到其他组织,实现癌症的转移。在一大类MMPs中关于MMP-2和MMP-9的研究较为深入,MMP-2或MMP-9过表达时转移的发生率增加,抑制MMP-2或者MMP-9的表达转移发生率减少。本研究运用S0154和S0161对PC3细胞进行干预,通过检测细胞中MMP-2和MMP-9蛋白的表达,从分子水平上观察SCALs对PC3细胞转移能力的影响。同时,我们还运用BALB/c,nu/nu裸鼠建立了PC3细胞移植瘤模型,用S0154或S0161(以DMSO为对照)干预裸鼠移植瘤小鼠,通过监测其体重变化以及移植瘤大小,进而评估S0154和S0161在体内对PC3移植瘤生长的影响。实验方法:1.运用MTT实验初筛15种SCALs对3株前列腺癌细胞(PC3、LNCa P、DU145)生长能力的影响;2.运用钠离子探针实验检测经S0154和S0161处理的PC3细胞内Na+的表达情况,进行Western blotting技术检测干预后PC3细胞中Nav1.6和Nav1.7蛋白的表达;3.运用流式细胞术检测经化合物干预后PC3细胞周期,运用Western blotting技术检测周期相关蛋白的表达情况;4.运用流式细胞术检测经S0154和S0161干预后PC3细胞凋亡情况;5.进行Transwell小室实验,检测S0154和S0161对PC3细胞侵袭能力的影响,Western blotting技术检测MMP-2和MMP-9蛋白的表达;6.采用划痕实验检测S0154和S0161对PC3细胞迁移能力的影响;7.建立PC3前列腺癌移植瘤模型,研究S0154和S0161对裸鼠移植瘤生长情况的影响。实验结果:1.15种人工合成的SCALs中,S0154和S0161抑制前列腺癌细胞株PC3、DU145和LNCa P生长的作用最为显著,IC50值分别在10.51-26.60μM(S0154)、5.07-11.92μM(S0161)之间;2.S0154和S0161增加了PC3细胞内Na+的浓度,抑制PC3细胞中钠离子通道蛋白Nav1.6和/或Nav1.7的表达;3.S0154和S0161通过下调G2/M期的关键蛋白CDK1和Cyclin D1的表达,从而诱导PC3细胞周期阻滞于G2/M期;4.20μM的S0154能促进PC3细胞发生凋亡,但S0161对PC3细胞凋亡作用不明显;5.S0154和S0161下调PC3细胞基质金属蛋白酶类中MMP-2和/或MMP-9蛋白的表达;同时显著抑制PC3细胞的侵袭能力(Transwell小室实验),与对照组相比,2.5μM时即存在显著性差异,10μM的S0154能抑制95%的细胞侵袭,10μM的S0161能完全抑制PC3细胞的侵袭能力;6.划痕实验结果显示,S0154和S0161能抑制PC3细胞的迁移能力,但作用效果不如抑制侵袭明显;7.S0154和S0161能显著抑制PC3移植瘤裸鼠中肿瘤的生长,其中S0161干预2周,实验结束时移植瘤的生长被抑制了50.4%,但其安全性不如S0154。实验结论:在15种SCALs中,S0154和S0161主要通过抑制CDK1和Cyclin D1蛋白表达诱导G2/M期周期阻滞,从而发挥抑制前列腺癌在体内外生长的作用;通过下调MMP-2和/或MMP-9表达抑制肿瘤细胞侵袭进而抑制其转移活性。S0154和S0161可抑制肿瘤细胞生长和侵袭,可抑制前列腺癌移植瘤的生长,是潜在的前列腺癌化疗药。