由硫氧還蛋白還原酶(TrxR)、硫氧還蛋白(Trx)和NADPH組成的硫氧還蛋白系統(tǒng)是維持生物體氧化還原平衡和基于氧化還原信號通路調節(jié)的關鍵抗氧化系統(tǒng)。越來越多的證據表明硫氧還蛋白系統(tǒng)與人類許多疾病密切相關。哺乳動物TrxR蛋白主要以細胞質TrxR1和線粒體TrxR2兩種形式存在,它是含有硒代半胱氨酸(Sec)殘基的硒黃素酶。TrxRs催化電子從NADPH轉移到Trxs的活性位點進而還原Trxs,而還原態(tài)Trxs與下游靶點的相互作用對多種基于氧化還原的細胞內反應進行調控,包括細胞增殖、分化和死亡。惡性腫瘤細胞的硫氧還蛋白水平通常高于正常細胞,靶向Trx/TrxR系統(tǒng)被認為是阻止腫瘤發(fā)展和轉移的有效方法。因此,近年來人們一直致力于開發(fā)針對TrxR的小分子作為癌癥的潛在治療劑。虛擬篩選是應用計算機方法從化學數據庫中選擇目標化合物的策略,其被廣泛應用于從百萬數量級的類藥分子數據庫中挑選出潛在的活性候選化合物,相比較于傳統(tǒng)的篩選流程可以顯著降低研發(fā)成本和時間。而基于結構的虛擬篩選(Structure-Based Virtual Screening,SBVS)適用于受體結構已知的情況,首先化合物與前期選擇的目標結合位點進行對接,通過對結合模式進行預測,SBVS將對接分子進行排序,排序將作為選擇潛在分子的標準,或者與其他評價方法綜合使用,然后對所選擇的化合物進行實驗評價,進而確定它們對分子靶標的生物活性。本論文運用SBVS策略成功地從天然產物數據庫的數十萬個分子中發(fā)現了新的TrxR抑制劑,該研究充分證明了虛擬篩選策略的高效性和選擇性。我們對打分靠前的15個化合物進行了毒活和酶抑制活性測試,測試結果顯示化合物6、7、11和12表現出選擇性的腫瘤細胞毒活性。而細胞外純TrxR及細胞內TrxR活性測試發(fā)現15種化合物不同程度的對TrxR的活性產生了抑制,特別需要指出的是化合物2、3、6、7、11和12對TrxR表現出強烈的抑制作用。鑒于目標化合物具有結構相似性,我們對化合物2、7和12利用共價分子對接對其結合模式進行分析。結合模式分析表明,抑制劑與TrxR活性位點之間的多種非共價相互作用促進了TrxR上的Sec498與抑制劑上的α,β-不飽和酮之間的共價鍵的形成,以及與TrxR上的Lys29、R351發(fā)生一系列非共價相互作用進而阻礙了TrxR和Trx之間的相互作用。機理分析表明,化合物7通過抑制TrxR導致氧化態(tài)Trx的積累和ROS水平的升高,并進一步促進HeLa細胞中氧化應激介導的細胞凋亡�？傊�,將虛擬篩選運用到開發(fā)TrxR抑制劑這一策略可以有助于加速從小分子數據庫中篩選出可以作為潛在治療劑的TrxR抑制劑�；谔摂M篩選的研究策略和篩選化合物結合模式的共價分子對接,我們后期選出類似結構的三種天然產物小分子蒼耳亭、鵝掌楸內酯和小豆蔻明進行以硫氧還蛋白還原酶為靶點抗癌機制研究。其中,蒼耳亭和鵝掌楸內酯分別是從中傳統(tǒng)草藥蒼耳子和鵝掌楸中分離出來的天然倍半萜內酯,而小豆蔻明側是從姜科植物草豆蔻的干燥成熟種子中分離出來的查爾酮,三種化合物均已被證明具有潛在的抗癌活性。在本論文中對它們的抗癌機制展開了研究,首先我們證明蒼耳亭、鵝掌楸內酯和小豆蔻明均可以有效抑制胞外TrxR以及細胞內TrxR的活性,并且TrxR酶C末端的Sec殘基是主要的抑制目標。隨后,生物活性實驗顯示三種天然產物小分子均可以引起細胞內活性氧的產生,進一步促進腫瘤細胞產生氧化應激從而誘導細胞凋亡�？傊�,我們的結果首次解釋了三種天然產物小分子化合物以TrxR為靶點的抗癌作用機制,并為開發(fā)潛在的靶向TrxR抑制劑的抗癌藥物提供了理論支撐。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R914;R96
【部分圖文】：

GSH和Trx系統(tǒng)

圖 1-2 硫氧還蛋白系統(tǒng)的底物和主要功能[27]Figure 1-2 The substrates and functions of thioredoxin system. Solid lines indicate thiol-disulfideexchange reactions, and doted lines show direct binding. Oxidative stress promotes Nrf2activation to induce Trx and TrxR expression.Trx1 主要位于胞質溶膠中，它為 RNR 提供電子并催化還原 Prxs[2]和Msrs[28]。在氧化條件下 Trx1 可以轉移至細胞核中，并通過調節(jié) NF B、HIF、p53、Nrf2、AP-1 和糖皮質激素受體等轉錄因子與 DNA 結合來調節(jié)基因表達[29-31]。此外，還原態(tài) Trx1 可以直接結合 PTEN，PTEN 是一種通過 PI3K/Akt 通路失活來阻止存活信號的腫瘤抑制因子。與 Trx1 結合抑制了 PTEN 的磷酸酶活性并促進細胞增殖和腫瘤生長，同時也抑制細胞凋亡[32]。Trx 也是凋亡信號調節(jié)激酶 ASK1 的重要調節(jié)因子，還原態(tài) Trx 可以結合并抑制 ASK1。然而，高水平的 ROS 會促進 Trx 的氧化，因此釋放 ASK1 會導致細胞凋亡[33]。Trx 與 TXNIP（人硫氧還蛋白相互作用蛋白）相互作用蛋白也可以促進 ASK1 釋放，TXNIP 是 Trx 的內源性抑制劑，其與還原態(tài) Trx 結合并同 ASK1

硫氧還蛋白還原酶分類和催化活性rxRs 是一種二聚體黃素酶，它和谷胱甘肽還原酶同屬于吡啶核苷酸二硫還原酶家族[10, 37]。它們有兩種存在形式，低分子 TrxRs（大約 35kDa）等真核生物和原核生物中，高分子 TrxRs（約 55kDa）存在于高等真核8, 39]。低分子 TrxRs 含有一個 FAD 和一個氧化還原活性二硫鍵序列，但于大 TrxR 變體的 C 末端 XCU/CX 活性位點[38, 40]。大多數高分子 Trx乳動物TrxRs）含有XCUX序列的硒代半胱氨酸，含有XCCX序列的Trx現在某些寄生蟲和昆蟲中。乳動物 TrxR 的主要催化機制已經被廣泛研究，其通過酶結合的 FAD 將NADPH 轉移至氧化的 N 末端二硫鍵序列，還原的二硫醇將這些電子與基的 C 末端活性位點中的谷胱甘肽硒基硫醚進行交換，形成還原的硒，從而有助于 Trx 和 DNTB 等大多數底物的還原[41, 42]（圖 1-3A）。包含多種底物并不需要完整的 Sec 殘基，它們可以通過 N 末端的 C59/C64 列直接進行還原[43]。
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 吳應濤;譚華清;唐湘宇;;硫氧還蛋白與心血管疾病的研究進展[J];中國循證心血管醫(yī)學雜志;2017年05期

2 朱賡伯;;某些依賴硫氧還蛋白的酶反應[J];生命的化學(中國生物化學會通訊);1987年04期

3 徐濤;于濤;;硫氧還蛋白在凋亡途徑中的作用機制[J];中國比較醫(yī)學雜志;2012年11期

4 叢藝;蔣圣娟;張士璀;;硫氧還蛋白及其相關蛋白的研究進展[J];海洋科學;2008年06期

5 劉金生;許建英;黃琎;趙勇;葉菲;鐘良瑋;;脂聯(lián)素和人胞質硫氧還蛋白間的相互抑制關系(英文)[J];Science Bulletin;2016年19期

6 王世杰;張衛(wèi);張龍嚴;羅正漢;尹昊瓚;唐紫薇;戚中田;趙平;;維拉帕米通過下調硫氧還蛋白互作蛋白的表達抑制丙型肝炎病毒感染[J];第二軍醫(yī)大學學報;2017年05期

7 唐萬和;佘茁萃;丁致薰;王國金;唐思思;;金龍膠囊對晚期原發(fā)性肝癌患者硫氧還蛋白還原酶水平的影響[J];湖北中醫(yī)藥大學學報;2015年02期

8 袁媛;谷翔;;硫氧還蛋白還原酶與循環(huán)系統(tǒng)疾病[J];實用臨床醫(yī)學;2013年02期

9 潘曉青;魏瑾;;硫氧還蛋白2的研究進展[J];醫(yī)學綜述;2012年05期

10 孫文艷;熊詠民;;硫氧還蛋白還原酶研究進展[J];國外醫(yī)學(醫(yī)學地理分冊);2012年01期

相關博士學位論文 前10條

1 劉瑞娟;硫氧還蛋白還原酶小分子抑制劑的發(fā)現及抗腫瘤機制探討[D];蘭州大學;2019年

2 楊黎華;硫氧還蛋白-1調節(jié)環(huán)境毒性物嗎啡、甲基苯丙胺誘導腦損傷的分子機制[D];昆明理工大學;2018年

3 金鑑;人的類硫氧化還原蛋白催化結構域的三維晶體結構及其功能的研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學;2002年

4 唐文心;硫氧還蛋白-1的生物學功能研究[D];華中科技大學;2009年

5 段東柱;以硫氧還蛋白還原酶為靶點的天然化合物抗腫瘤機制研究[D];蘭州大學;2014年

6 陳孝平;硫氧還蛋白在乳腺癌中的功能研究[D];華中科技大學;2007年

7 王旭芳;哺乳動物硫氧還蛋白還原酶是癌癥治療的藥物靶[D];中國科學技術大學;2008年

8 呂濤;硫氧還蛋白及其誘導物在甲基苯丙胺成癮中的作用研究[D];昆明理工大學;2013年

9 陳燕;硫氧還蛋白在高氧肺損傷中的作用[D];華中科技大學;2010年

10 王晟東;環(huán)境毒性物質MPTP導致多巴胺能神經元損傷機理研究[D];昆明理工大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 陳夢楠;大黃魚硫氧還蛋白和硫氧還蛋白還原酶的驗證和功能鑒定[D];浙江海洋大學;2018年

2 秦馨;硫氧還蛋白還原酶對弓形蟲增殖的影響[D];重慶醫(yī)科大學;2018年

3 趙婷婷;硫氧還蛋白調節(jié)擬南芥花粉在柱頭表面萌發(fā)的研究[D];山東農業(yè)大學;2016年

4 張智敏;中腦腹側被蓋區(qū)低表達硫氧還蛋白-1增強甲基苯丙胺所致的條件性位置偏好[D];昆明理工大學;2017年

5 陸康;miR-302a通過硫氧還蛋白互作蛋白對肝脂代謝調控作用的研究[D];昆明理工大學;2017年

6 何劼;苯并異硒唑酮類硫氧還蛋白還原酶抑制劑的設計、合成、活性評價及構效關系研究[D];北京大學;2012年

7 陶然;哈維氏弧菌硫氧還蛋白還原酶在大腸桿菌中的表達及對大菱鲆免疫保護作用[D];中國海洋大學;2011年

8 朱勤俊;基于磁共振的硫氧還蛋白還原酶結構的表征[D];華中師范大學;2014年

9 孔令聘;硫氧還蛋白-1抵抗甲基苯丙胺所致條件性位置偏好的作用及其分子機制[D];昆明理工大學;2015年

10 劉婷;降脂益肝沖劑對非酒精性脂肪性肝病大鼠肝組織硫氧還蛋白結合蛋白mRNA表達的影響[D];山西醫(yī)科大學;2008年

本文編號：2835924