一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，所述激活剂为黄芩素；并提供了其在制备抗癌药物中的应用。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术提供的同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，也即是黄芩素，此类激活剂在激活氧化磷酸化的同时可以抑制糖酵解途径，从而实现杀伤癌细胞的作用，这一机制可成为抗癌新机制，而相关通路涉及关键蛋白可成为药物开发新靶标。

An activator that simultaneously activates oxidative phosphorylation pathway and inhibits glycolysis pathway and its application

【技术实现步骤摘要】
一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂及其应用
本专利技术涉及分子生物学
，具体涉及一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂及其应用。
技术介绍
氧化磷酸化通路是发生在真核细胞的线粒体内膜或原核细胞的细胞质中的生物化学过程，是物质在体内氧化时释放的能量通过呼吸链供给ADP与无机磷酸合成ATP的偶联反应。氧化磷酸化通路是细胞内最重要的代谢通路之一，生物体内95％的ATP(三磷酸腺苷)来自这种方式。然而，一直以来氧化磷酸化的机制并不清楚。而且，现在报道的可以调控氧化磷酸化通路的小分子化合物只有抑制剂，这一类能阻断呼吸链某一部位电子传递的物质称为呼吸链抑制剂。其中鱼藤酮、安密妥(或阿米妥)在NADH脱氢酶处抑制电子传递，阻断NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能进行；抗霉素A抑制电子在细胞色素bc1复合体处的传递；氰化物、CO、叠氮化物(N3-)抑制细胞色素氧化酶；对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用的物质称氧化磷酸化抑制剂，如寡霉素；另外，2，4-二硝基苯酚(DNP)和颉氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶联过程，使电子传递照常进行而不生成ATP。与此同时，癌细胞存在“瓦尔堡效应”，即癌细胞会偏向使用糖酵解作用取代一般正常细胞的氧化磷酸化，从而使癌细胞的生长速度远大于正常细胞。天然产物在抗癌药物开发中一直扮演着重要角色，无论是紫杉醇还是喜树碱，都成为了抗癌明星(Zhouetal.,2016b)；雷帕霉素，作为天然大环内酯类分子，更是导致了一个新机制(mTOR通路)的发现，从而开创了一个药物发现的新时代(Gopalakrishnanetal.,2018；MurrayandTee,2018；Scottetal.,2009)。值得一提的是，有一些天然产物表现出了选择性杀伤癌细胞的独特生物活性，如中药黄芩中的活性成分黄芩素。根据现有文献表明，黄芩素不仅具有广谱的抗癌效果，而且表现出了对神经胶质瘤、乳腺癌等肿瘤细胞特异杀伤而对相应的正常细胞细胞毒性较小的精准抗癌活性(Parajulietal.,2009；Zhengetal.,2014)。而先前的研究也发现，黄芩素对于肝癌细胞具有抗癌活性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术中的缺陷，提供了一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂及其在制备抗癌药物中的应用。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，所述激活剂为黄芩素。进一步的，上述的同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，所述黄芩素的结构如式I所示；进一步的，上述的同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，所述激活剂中，黄芩素的浓度为100μM。本专利技术的第二个目的是提供了上述激活剂在制备抗癌药物中的应用。申请人基于定量蛋白质组学方法分析了黄芩素发挥抗癌机制时癌细胞蛋白网络变化，最终发现了黄芩素对于氧化磷酸化通路的激活作用以及同时对糖酵解途径的抑制作用。通过对氧化磷酸化关键靶点的敲低实验，申请人证实了激活氧化磷酸化通路，有望成为潜在抗癌新机制，而其关键靶点将成为抗癌新靶标。原理及过程：黄芩素抗癌活性的细胞及动物模型实验：申请人分别进行了黄芩素对于肝癌细胞系HuH7及HepG2的增殖抑制实验，并且测算了IC50值。结果发现，黄芩素对于肝癌细胞系HuH7和HepG2具有显著抑制作用。另外，申请人建立了二乙基亚硝胺诱导的小鼠肝癌模型，然后用黄芩素进行干预，结果发现，黄芩素对于肝癌小鼠具有显著治疗作用，并且对于同等剂量给药的正常小鼠并未表现出肝毒性，并且也没有引起小鼠体重的下降。因此可以认为黄芩素在表现出明显抗癌活性的同时对小鼠肝脏及整体是安全的。黄芩素抗癌过程中对氧化磷酸化通路影响的发现：为了探明黄芩素抗癌的作用机制，需要一个“全景图”，来看黄芩素干预的肝癌细胞中具体发生了哪些蛋白网络的变化。为此申请人计划采用细胞培养中氨基酸稳定同位素标记(StableIsotopeLabelingbyAminoacidsinCellculture,SILAC)技术进行定量蛋白组学分析。简单来说，SILAC技术就是分别利用含有重标或者轻标的氨基酸(精氨酸和赖氨酸)的培养基进行细胞培养，通过细胞代谢将带有重标或者轻标的氨基酸标记到蛋白质组上。同时使用“轻标”和“重标”细胞进行对照组实验及黄芩素干预组实验时，就可以基于SILAC技术的定量蛋白质组学方法来揭示黄芩素干预肝癌细胞系(HuH7)中引起的整体蛋白网络的变化(见图2)。申请人发现，对于黄芩素影响的最重要的通路是氧化磷酸化通路。黄芩素对氧化磷酸化通路的影响：基于上述结果，首先需要明确黄芩素对于氧化磷酸化通路的影响。因此，在细胞水平，检测了不同浓度黄芩素对于氧化磷酸化水平的影响。结果发现，黄芩素浓度依赖地激活了氧化磷酸化通路(见图3)。并且进一步分析发现，黄芩素(100μM)无论对于氧化磷酸化作用中的基础呼吸值、最大呼吸值以及ATP生成都有提高作用。值得一提的是，数据显示申请人发现了第一个氧化磷酸化通路的天然激活剂。为了进一步确证黄芩素对于氧化磷酸化通路的作用，申请人进一步提取了氧化磷酸化通路发生的主要场所——线粒体，检测了黄芩素浓度梯度及孵育时间梯度对线粒体氧化磷酸化通路的作用。与细胞实验相吻合的是，黄芩素表现出对氧化磷酸化通路浓度依赖及时间依赖的激活作用。至此，申请人发现了氧化磷酸化通路的天然激活剂——黄芩素。黄芩素激活氧化磷酸化通路对其抗癌机制的作用：通过定量蛋白质组学分析，申请人发现天然产物黄芩素可以激活氧化磷酸化通路，但是接下来，需要明确其激活氧化磷酸化通路的效果与其抗癌活性之间的关系。癌细胞存在“瓦尔堡效应”，即癌细胞会偏向使用糖酵解作用取代一般正常细胞的氧化磷酸化途径，从而使癌细胞的生长速度远大于正常细胞。结果发现，黄芩素在提高氧化磷酸化通路的同时，抑制了糖酵解途径。申请人在HepG2及HuH7两种细胞中验证的这一现象。并且发现，如果通过siRNA技术敲低氧化磷酸化的关键酶，将很大程度的削弱黄芩素的抗癌活性。(见图4)本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，也即是黄芩素，此类激活剂在激活氧化磷酸化的同时可以抑制糖酵解途径，从而实现杀伤癌细胞的作用，这一机制可成为抗癌新机制，而相关通路涉及关键蛋白可成为药物开发新靶标。附图说明图1显示为黄芩素在细胞及动物肝癌模型中抗癌效果。其中，图1A显示为黄芩素的结构；图1B显示为使用MTT(四唑盐)比色法测定(n＝6)评估黄芩素在肝癌细胞系HuH7及HepG2中剂量依赖性细胞毒性；图1C显示为黄芩素对正常及肝癌小鼠肝癌病理切片及体重；Saline为生理盐水；Baicalein为黄芩素；IC50为半数致死量。图2显示为基于定量蛋白质组学的黄芩素抗癌机制研究结果。其中，图2A显示为基于SILAC技术的黄芩素抗癌机制定量蛋白组学研究示意图；图2B显示为韦恩图，显示在三次实验中鉴定蛋白的数目(括号中显示)；图2C显示为通过SILAC技术鉴定的黄芩素干预组比无黄芩素干预组癌细胞中变化1倍以上蛋白的蛋白通路分析。图3显示为黄芩素对氧化磷酸化通路的影响。其中，图3A显示为检测不同浓度梯度的黄芩素对Hu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，其特征在于，所述激活剂为黄芩素。

【技术特征摘要】
1.一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，其特征在于，所述激活剂为黄芩素。2.根据权利要求1所述的一种同时激活氧化磷酸化通路和抑制糖酵解途径的激活剂，其特征在于，所述黄芩素的结构如式...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴建业，王初，乔宁，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62