新型多金属氧酸盐抗非小细胞肺癌作用及机制研究
恶性肿瘤的死亡率高，对人类健康危害严重。近年来，恶性肿瘤的发病率呈逐年上升的趋势，而发病年龄有下降趋势。2018年9月美国癌症协会统计表明全球范围内有1810万癌症新发病例和960万癌症死亡病例。肺癌是恶性肿瘤中发病率最高的癌症类型（占整体的11.6%），也是死亡率最高的恶性肿瘤之一（占癌症总死亡数的18.4%），其中非小细胞肺癌占肺癌发病率的85%之多。中国属于肺癌高发国家，如何提高肺癌治疗的有效率现已成为医学研究中亟待解决的问题之一。 目前非小细胞肺癌的临床治疗主要采用手术治疗、放射治疗、介入治疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗等方法。手术治疗受限因素较多，且对机体损伤较大。放射治疗对细胞选择性差，在治疗的同时也会使正常肺组织细胞受到损伤，导致放射性肺炎的发生率较高；虽然，化学药物治疗的毒副作用较大，但仍是目前临床肿瘤治疗的主要方法之一。肿瘤的药物治疗主要包括三方面：一是近年来发展较快的免疫治疗，但何时为最佳免疫治疗的时间及如何筛选可能受益的人群等都是亟待解决的问题。其次是靶向药物，以定位准确、对正常肺组织细胞影响小为特点，但药物治疗后3-6个月较严重的耐药仍难以避免，在治疗过程中不断更换药物，加之靶向药物本身价格昂贵，给患者带来较大的经济负担。最后是细胞毒药物，也就是传统的化疗药物，这类药物的选择性不强，在杀灭癌细胞的同时也会不可避免地损伤人体正常的细胞，严重的药物不良反应导致很多患者的化疗终止。因而，研发“高效低毒，性价比高”的抗非小细胞肺癌药物仍是目前临床抗肿瘤研究的重点。 多金属氧酸盐是一类多金属氧簇化合物，具有空间结构多样性、骨架结构稳定性、易于修饰、接受电子能力强及较强的氧化还原能力等特性。多金属氧酸盐抗肿瘤研究始于上世纪70年代，研究表明多金属氧酸盐对多种肿瘤细胞都具有较好的抑制作用，且毒性较低，但前期的研究多集中在体外试验，目前尚无系统的抗非小细胞肺癌作用及其机制的研究。 本课题研究的目的是在前期研究工作的基础上，自主设计合成新型多金属氧酸盐，并对其结构进行表征后，采用体内、外实验方法，研究合成化合物抗肿瘤活性和毒性，并从细胞和蛋白水平探讨受试物体内外抗非小细胞肺癌机制。 课题研究分为以下五部分进行： 第一部分 多金属氧酸盐（VMOP-31、AsMOP-8）合成、表征及稳定性研究本部分，采用常规合成方法合成了系列多金属氧酸盐，并采用红外光谱法、紫外可见光谱、射线单晶衍射、核磁共振分析、热重分析等方法对两种多金属氧酸盐VMOP-31和AsMOP-8的结构进行表征，结果表明，VMOP-31一个具有八面体构型的纳米分子笼结构，AsMOP-8是帽式Keggin型多金属氧酸盐结构。 第二部分 多金属氧酸盐的体外抗肿瘤活性筛选和细胞毒性研究 本部分，采用噻唑蓝比色法（MTT）法对所合成的多金属氧酸盐进行体外抗肿瘤活性的筛选。分别选取SMMC-7721、MCF-7、A549、HL-60四种肿瘤细胞作为肿瘤细胞模型研究受试物对其抑制作用，选取正常肺上皮细胞BEAS-2B作为正常细胞模型，观察受试物对正常细胞的毒性作用。实验结果表明，代号为VMOP-31的含钒多酸盐以及代号为AsMOP-8的含砷钼钒多酸具有较好的抗肿瘤活性，并且二者对BEAS-2B细胞的IC50值均高于对A549细胞的IC50值，表明两种多酸化合物具有较好的抗非小细胞肺癌作用，同时对正常肺组织细胞毒性小。将受试物与阳性对照顺铂和三氧化二砷进行了比较，结果表明二者对A549细胞抑制作用均优于两种阳性药。 第三部分 AsMOP-8急性毒性研究 本部分实验，选择ICR小鼠为受试对象，采用腹腔注射给药的方式研究AsMOP-8的急性毒性，结果表明，该多酸受试物的LD50是104.35mg/kg，95%可信限为90.16～120.50mg/kg。 第四部分 AsMOP-8体内抗非小细胞肺癌作用及毒性研究 本部分实验，选择ICR小鼠为受试对象，用Lewis肺癌细胞制备荷瘤小鼠动物实验模型，根据急性毒性试验得到的LD50值进行剂量分组，选择生理盐水做为阴性对照组，顺铂做为阳性对照，以腹腔注射给药的方式对小鼠进行给药，对AsMOP-8的体内抗非小细胞肺癌作用及毒性进行研究。结果表明，AsMOP-8具有优于阴性对照组和阳性对照组的体内抗非小细胞肺癌作用，且对小鼠的各脏器无明显毒作用。 第五部分 AsMOP-8抗非小细胞肺癌作用及机制研究 本部分实验，体外：①采用紫外光谱法研究AsMOP-8与生物大分子ctDNA及BSA的相互作用；②采用DAPI染色，检测受试物对A549细胞细胞核形态学的影响；③采用流式细胞技术检测受试物对细胞周期、凋亡、细胞膜电位、细胞内ROS水平、细胞内钙离子浓度的影响；④应用Westernblot法检测受试物对A549细胞凋亡通路的影响。体内：选择ICR小鼠，用Lewis肺癌细胞制造荷瘤小鼠研究模型，实验分为高、中、低剂量组及阴性、阳性对照组：①通过观察胸腺、脾脏HE染色病理改变，计算胸腺指数、脾指数，研究该受试物对免疫系统的影响；②通过肿瘤组织切片HE染色法观察受试物对肿瘤细胞形态的影响；③应用Westernblot法检测凋亡通路上相关蛋白的表达情况。结果表明，该受试物可以与ctDNA及BSA发生相互作用；体外可以引起A549细胞凋亡，并导致染色质断裂；引起细胞周期阻滞在G2/M期，诱导A549细胞凋亡，引起线粒体膜电位降低，细胞内ROS升高，细胞内钙离子浓度升高。体内通过调节小鼠免疫系统，发挥抗肿瘤作用；体内外研究表明受试物可通过Caspase依赖的线粒体通路和非Caspase依赖的线粒体通路同时诱导肿瘤细胞凋亡，发挥抗肿瘤作用。 综上，本研究通过自主设计合成的方式合成了一系列多金属氧酸盐，对其进行了合成和表征，并从中筛选出具有较好的抗非小细胞肺癌作用的AsMOP-8，并对其进行了系统的体内、外抗非小细胞肺癌作用及机制研究。结果表明受试物具有较好的抗非小细胞肺癌作用，其抗肿瘤作用主要是通过Caspase依赖的线粒体通路和非Caspase依赖的线粒体通路-双通路同时诱导肿瘤细胞凋亡完成。课题部分研究成果已申请国家发明专利，课题研究结果为开发自主知识产权的新型多酸抗肿瘤药物奠定了理论和实验依据。
非小细胞肺癌;多金属氧酸盐;药物设计;抗肿瘤机制
吉林大学
博士
卫生毒理学
李娟
2020
中文
R734.2;R979.1
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）