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背景及目的: 宫颈癌是我国最常见的妇科恶性肿瘤,随着细胞学联合病毒学筛查机制逐步完善及HPV疫苗的批准使用,子宫颈癌的早期病变得以及时发现,世界范围内宫颈癌的发病率已明显降低,但在发展中国家宫颈癌发病率逐渐增高和发病年轻化的势头并没有得到有效遏制。而晚期、持续性和复发性宫颈癌是临床处理的难点,治疗缓解率低,目前主要是采用化疗来缓解症状,减少肿瘤的负荷。许多临床研究报告显示,单一化疗药物不能很好提高患者的总生存率,多药联合化疗提高了反应率,但对远期生存率并没有显著地改善。因而,需要开发不同作用机制的药物,探索新的治疗方法,而分子靶向治疗药物成为人们解决宫颈癌治疗困境的重要选择。 肿瘤获得侵袭与转移能力依赖的一个重要方面就是基底膜完整性遭到破坏,其中,硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)是细胞外基质(ECM)中非结构蛋白的重要组成部分,它由一个核心蛋白通过糖苷键和数个与之共价连接的线性HS侧链组成,其降解对于肿瘤的侵袭和转移具有重要的促进作用。乙酰肝素酶(Heparanase,HPA)作为体内唯一存在的内源性糖苷类内切酶,其水解位点正是HSPG中硫酸乙酰肝素( HS)侧链与其核心蛋白相连的糖苷键,通过调节HSPG的结构和功能影响生长因子信号转导和细胞行为,其在许多恶性肿瘤中的高表达使其受到越来越多的关注,成为癌症治疗的分子靶点。在我们课题组之前的一系列研究中已经证实HPA在宫颈癌组织中呈高表达,癌组织转移淋巴结中的表达也显著增高,转移淋巴结中乙酰肝素酶阳性宫颈癌患者预后差。 本研究以HPA为中心开发新的靶点作用分子,设计合成了一系列1,3-O,N螺杂环类HPA抑制剂,观察它们对宫颈癌HeLa细胞的体外生长抑制作用和对细胞周期、凋亡及HPA蛋白表达的影响,为宫颈癌HPA靶向抑制治疗提供理论支持。 材料与方法: 通过改变 HS的吡喃糖苷类模拟物 DMBO(2-(2,6-二氟苯基)-5-(4-甲氧基苯基)-1-氧-3-氮螺[5,5]十烷)上取代基的种类及位置,与郑州大学化学工程学院合作优化设计合成了两个系列13种新的1,3-O,N螺杂环类HPA抑制剂;利用乙酰肝素降解检测试剂盒检测化合物对 HPA酶活性的抑制作用;复苏并培养宫颈癌HeLa细胞株,MTT法和细胞划痕法观察抑制剂对宫颈癌HeLa细胞的生长和迁移抑制效应;流式细胞技术检测细胞周期变化和凋亡状况;细胞免疫化学法检测细胞HPA蛋白表达水平变化。 结果: 1. HPA抑制剂对HPA酶活性的影响 除22号化合物(2-(2,4-二氟苯基)-5-(4-甲氧基苯基)-1-氧-3-氮螺[5,5]十烷)酶抑制作用不明显外,所检测的HPA抑制剂均可不同程度地抑制HPA酶活性(IC50值为4.47-47.19μM),其中抑制作用最好的是14号(2-(2,6-二氟苯基)-5-苯基-1-氧-3-氮螺[5,5]十烷),其次为16号(2-(2-氟苯基)-5-(4-甲氧基苯基)-1-氧-3-氮螺[5,5]十烷)。 2. HPA抑制剂对宫颈癌HeLa细胞的生长抑制作用 所检测的化合物均可抑制HeLa细胞生长(IC50值为48.158-96.641μM),其中16号抑制剂对HeLa细胞生长抑制作用最强,存在明显的时间依赖和浓度依赖性,P<0.001。 3.化合物16号对HeLa细胞迁移效应的影响 与对照组相比,50μM(接近IC50)16号抑制剂处理HeLa细胞24小时后可显著抑制细胞迁移。 4.化合物16号对HeLa细胞周期及凋亡的影响 流式细胞术结果显示:抑制剂处理后使 HeLa细胞阻滞在 G0/G1期和 G2/M期;50μM的16号抑制剂作用48小时后细胞凋亡率((11.93±1.16)%)显著高于对照组((6.65±1.81)%),P=0.0131。 5.化合物16号对HeLa细胞HPA蛋白表达的影响 50μM的16号抑制剂处理细胞后,细胞免疫化学结果显示处理组细胞爬片乙酰肝素酶蛋白平均光密度值(0.3933±0.0363)显著低于对照组(0.5000±0.0937), P=0.008。 结论: 1.新型1,3-O,N螺杂环类乙酰肝素酶抑制剂可显著抑制宫颈癌HeLa细胞的增殖及迁移。 2.干扰细胞周期及诱导细胞凋亡是新型HPA抑制剂对HeLa细胞生长抑制作用的重要机制。 3.螺杂环类HPA抑制剂可明显抑制HPA酶活性,并下调HPA蛋白的表达,提示1,3-O,N螺杂环类化合物通过抑制HPA酶活性及下调HPA蛋白表达发挥抗癌作用。