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动物脂肪酸合酶(E.C.2.3.1.85,FAS)催化体内长链脂肪酸的合成,是参与体内能量代谢的一个重要的酶。近期的研究报道,动物FAS是癌症和肥胖症治疗的双重潜在靶点。开发高活性、低毒的FAS抑制剂,对于癌症和肥胖症的防治有重大意义。目前有实用价值的FAS抑制剂还很稀缺,已报道的FAS抑制剂大多数活性有限,或者毒副作用较大,尚未出现能够应用的FAS抑制剂。本研究的主要内容就是围绕寻找、研究高活性、新型的FAS抑制剂来开展的。
单宁是植物界中广泛存在的一类化合物,由于其对蛋白质非特异性的聚沉作用,人们在寻求生物活性成分的时候往往先将其作为杂质除去。但是我们的研究发现,儿茶中的缩合单宁(儿茶素的寡聚物)能够有效抑制动物FAS的活性,其中,三聚的缩合单宁抑制FAS的IC50值仅为0.47μg/ml。它还对FAS有着很强的时间依赖性抑制活性;而且其对FAS的抑制动力学特征和作用部位与已报道的FAS抑制剂并不相同。此外,缩合单宁还表现出对乳腺癌细胞MCF-7生长的抑制作用,而且这种作用与其对FAS的抑制有关。因此,缩合单宁是FAS的高活性新型抑制剂。值得注意的是,无论是缩合单宁对FAS活性的抑制,还是其对癌细胞生长的抑制,FAS均未被聚沉,即在较低浓度下,缩合单宁生物学活性的发挥与其聚沉蛋白质这一特性无关。这些结果提示我们广泛存在的单宁可能是生物活性物质的重要来源。
另外一项工作是通过对儿茶素化学改造来获得高活性的FAS抑制剂。前期工作表明,在酸性条件下加热处理儿茶素水溶液,处理产物对FAS的抑制活性比处理前高很多,这说明处理过程中有高活性的FAS抑制剂生成。我们探讨了所获得的高活性物质的结构组成及其抑制FAS的机理,推测了反应过程。研究结果表明,在酸加热处理过程中,儿茶素对FAS的抑制活性提高的速度和程度与溶液中氢离子浓度成正比,表明儿茶素抑制活性的提高可能与氢离子对它的化学作用有关。对酯型儿茶素和单体儿茶素进行相似的处理,处理所得终产物的抑制活性相同,IC50值均小于1μg/ml,但处理酯型儿茶素需要更长的时间。处理产物在室温条件可以稳定存在,而且其对FAS的抑制动力学特征和己知的FAS抑制剂并不相同,是一类新型的FAS抑制剂。此外,EGCG的处理产物对乳腺癌细胞MCF-7生长的抑制作用比EGCG本身强,为FAS作为癌症治疗的靶点提供了证据。结合各种分离、鉴定手段,我们推测了处理过程中发生的反应,判断产物中的有效成分可能是寡聚的2-羟基-3-(3,4,5-三羟基苯酚)丙烯酸。这一研究,为开发癌症化疗的药物提供了可能的前体化合物。
此外,我们首次报道了酶作为抗原分子时,可以通过酶抑制动力学手段检测抗体对酶活性影响的强弱。我们用杂交瘤技术制备FAS的单克隆抗体,通过体外抑制动力学的方法,检测所获抗体对FAS的抑制活性并探测抗体结合FAS的反应过程。研究结果表明,当抗原为酶分子时,抗体与酶的结合能够在几分钟内抑制酶的活性。我们分别测定了几个对FAS有着高亲和力的抗体对FAS的抑制活性,发现其抑制FAS的活性相差很大,其中,对FAS的抑制活性最高的抗体,IC50值仅仅约5 nM。目前尚无以FAS为靶抗原的抗体药物的报道,深入研究该抗体的结构,可能有利于FAS抗体药物的开发。
最后,我们发现有着多种保健功能的化合物一番茄红素,对FAS有着很强的时间依赖性抑制活性,而其结构(属于类胡萝卜素)完全不同于已有的FAS抑制剂。无论是天然存在的全反式番茄红素,还是在体内以顺式构型存在的番茄红素,对FAS的抑制活性均很强(与典型的FAS抑制剂C75作用FAS的活性相当)。这一发现,拓宽了FAS抑制剂开发的思路,也为番茄红素本身的保健功能提供了另一个可能的解释。
综上,本项工作获得了高活性的儿茶素衍生物类FAS抑制剂,并研究了其作用FAS的动力学特征及抑制癌细胞生长的生物学活性,为FAS抑制剂开发成为抗癌药物可能提供了良好的候选物。首次通过抑制动力学方法检测抗体对酶分子抗原的抑制活性强弱,提供了一种筛选具有生物学活性抗体的方法,并得到一个抑制FAS作用很强的抗体,为FAS抗体药物的开发提供了可能性。证明了番茄红素这种与已有FAS抑制剂结构完全不同的化合物,同样表现出很强的抑制FAS的活性,为天然来源FAS抑制剂的寻找拓宽了思路。