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昆明植物所在蒿属植物中新颖倍半萜二聚体的发现与抗肝癌活性研究取得重要系列进展

文章来源:植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室  |  发布时间:2021-12-08  |  作者:  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  蒿属植物全球分布较广,我国种类众多,其中黄花蒿(青蒿)、茵陈、艾等是治疗疟疾、肝炎、风湿等多种疾病的著名中药。蒿属植物主要化学成分有单萜、倍半萜、三萜、黄酮等。结构独特、具有显著抗疟疾活性的青蒿素是由我国著名科学家屠呦呦1972年从蒿属植物黄花蒿中发现,对青蒿素进行结构改造,研发出了蒿甲醚、青蒿琥酯和双氢青蒿素,成为全球首创的抗疟新药,荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖。蒿属中倍半萜二聚体结构复杂,类型多样,是近年倍受关注的另一类重要特征成分,但它们在植物中含量较低、定向分离纯化不易实现、结构鉴定难度大、活性研究较少。此前国内外团队经过30多年的研究,从11种蒿属植物中共鉴定85个倍半萜二聚体,活性研究发现二聚体具有抗肿瘤和抗炎等活性。

  肝癌是严重威胁人类健康的恶性肿瘤,全球每年肝癌新发人数超过84万,因肝癌导致的死亡人数达78万,而约50%的肝癌新发病例发生在我国。目前,临床上用于治疗肝癌的常用药物有酪氨酸激酶抑制剂索拉非尼、瑞格菲尼、乐伐替尼、卡博替尼,PD-1抑制剂纳武单抗、帕姆单抗以及血管内皮生长因子受体2VEGFR-2)拮抗剂雷莫卢单抗等7个药物,虽取得了一定疗效,但常导致急性肾损伤等不良反应,而且还易产生耐药性。国外从蒿属植物亮绿蒿中得到的倍半萜阿格拉宾的二甲胺盐酸盐已成功上市,用于治疗肝癌、乳腺癌、结肠癌等。 

  为了从蒿属植物中寻找结构独特、作用机制新颖的抗肝癌先导化合物和创新药物,中国科学院昆明植物研究所陈纪军研究团队经过多年的探索,建立了蒿属植物中倍半萜二聚体的定向识别、分离纯化与抗肝癌活性跟踪相结合的方法,对全国30个省区50余种蒿属植物进行了系统筛选,发现了数十种值得研究的蒿属植物。  

  研究团队首次发现暗绿蒿(Artemisia atrovirens)对三株肝癌细胞(HepG2, SMMC-7721, Huh7)具有较强的抑制活性。以抗肝癌活性为导向,并结合LCMS开展定向分离,从暗绿蒿活性部位分离鉴定了143个化合物,发现新化合物79个。特别是发现倍半萜二聚体类化合物41个,其中32个为新化合物 (artematrolides A-Z, artematrovirenolides A-D, artematrodimers A, B),占蒿属植物已报道倍半萜二聚体总数 (11727%,也是从一种蒿属植物获得倍半萜二聚体最多的研究报道。所发现的这些倍半萜二聚体主要通过分子间的Diels-Alder反应聚合,包含8种聚合类型,特别是首次发现通过C-C单键连接的倍半萜二聚体 (Acta Pharm Sin B 2021, Org Chem Front 2021, Chin J Chem 2021) 

 

蒿属植物及暗绿蒿提取物抗肝癌活性 

 

暗绿蒿中倍半萜二聚体化学结构 

  研究还发现2个通过分子内Diels-Alder反应形成的具有5/5/6/5/5-五环环系和5/5/6/5-四环环系的高度笼状的新颖倍半萜artatrovirenols A(J Org Chem 2020),以及2个由两分子愈创木烷倍半萜和1分子rotundane倍半萜通过碳-碳单键连接形成的倍半萜三聚体artematrotrimers ABOrg Chem Front 2021)。 

 

暗绿蒿中新颖倍半萜单体和三聚体化学结构 

  活性研究表明40个倍半萜二聚体和28个倍半萜对三株肝癌细胞(HepG2, SMMC-7721, Huh7)具有细胞毒活性;其中6个倍半萜二聚体对HepG2肝癌细胞的增殖抑制活性较阳性药物索拉非尼更强 (IC50: 7.7 μΜ),其IC50值在3.3~6.0 μΜ之间;artematrolides J, Klavandiolide HSMMC-7721细胞增殖抑制活性强于索拉非尼(IC50: 9.9 μΜ)IC50值分别为6.0, 6.64.6 μΜ;7个化合物对 Huh7细胞增殖的抑制活性比索拉非尼(IC50: 8.3 μΜ)更强,IC50值在4.0~5.8 μΜ之间。特别是4个愈创木烷倍半萜二聚体artematrolides A, J, K lavandiolide H对三株肝癌细胞均具有较阳性药物更强的细胞毒活性,其IC50值分别为4.4, 7.6, 6.7, 3.8 μM (HepG2), 9.6, 6.6, 6.0, 4.6 μM (SMMC-7721) 7.6, 6.9, 5.6, 4.5 μM (Huh7)。作用机制研究表明,lavandiolide H通过抑制肿瘤细胞侵袭和迁移,使细胞周期阻滞在G2/M期,诱导肿瘤细胞凋亡,下调BCL-1PARP-1的表达,激活PARP-1上调裂解PARP-1的表达发挥抗肝癌作用,其作用机制不同于索拉菲尼。 

 

倍半萜二聚体lavandiolide H抗肝癌作用机制 

  研究还发现artematrolide A对两株宫颈癌细胞 (HeLa S3SiHa) 具有显著的细胞毒活性,其IC50值分别为5.15.4 μM,优于阳性对照药物顺铂 (7.47.3 μM)。研究表明artematrolide A 能够抑制两株细胞的克隆形成、迁移和侵袭,阻滞细胞的生长周期并诱导细胞凋亡;能够激活ROS/ERK/mTOR通路,并促进细胞代谢方式由有氧糖酵解向线粒体呼吸转化,从而抑制宫颈癌细胞的增殖(Phytomedicine, 2021) 

 

倍半萜二聚体artematrolide A抗宫颈癌作用机制 

  目前研究团队正在开展重要活性化合物的仿生合成、结构优化、药效评价及成药性研究等工作。此外,本研究还发现一些二聚体具有显著抗肝纤维化活性。该研究丰富了蒿属植物中倍半萜二聚体的结构类型,为发现新的抗肝癌活性先导分子提供了重要的化学和药理学基础。 

  上述系列研究成果在本领域著名期刊Acta Pharmaceutica Sinica B (2021, 11, 1648–1666,一区,IF 11.4)Organic Chemistry Frontiers (2021, 8, 1249–1256,一区,IF 5.3), Bioorganic Chemistry (2021, 114, 105072,二区,IF 5.3)Phytomedicine (2021, 91, 153707,一区,IF 5.3)Chinese Journal of Chemistry (2021, doi:10.1002/cjoc.202100528,二区,IF 6.0) ,The Journal of Organic Chemistry (2020, 85, 13466–13471,二区,IF 4.4) 上发表。申请中国发明专利4项 (申请号202010913333.9202011274544.9202110461377.7202110754139.5)。中国科学院昆明植物研究所苏丽花博士和张心湉硕士分别为论文第一作者,陈纪军研究员为论文的通讯作者。相关研究得到了云岭学者和云南省中青年学术和技术后备人才等项目的支持。后续研究已获得了国家自然科学基金重点项目(22137008)和青年基金项目(82104040)资助。 

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(责任编辑:李雪)

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