天然药物与免疫工程重点实验室
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科研方向

1 天然活性成分分离及结构修饰

对天然有效成分的结构修饰一直是新药研究的一个重要途径,并可能在较短的时间内有所发现和突破。我们在国内首先开展了以从废烟叶中提取的天然产物茄呢醇为先导化合物的抗肿瘤药物设计合成及其构效关系研究,目前已经研究了多个系列的茄呢醇衍生物对人癌细胞的体外抗肿瘤活性,发现茄呢醇衍生物普遍对多种癌细胞有较好的体外效果;另外几种茄呢基多胺不仅具有良好的抗肿瘤活性,而且对长春新碱等有明显的增效作用,这些成果为更深入的系统研究奠定了基础。

对河南道地药材“怀山药”进行了系统的化学成分、生物活性、质量标准研究和系列产品开发研究,建立了怀山药药材质量标准;分离出了怀山药活性分子簇;建立了怀山药多糖和怀山药多糖-铁复合物制备工艺。另外从数十种特色药用植物中分离鉴定出了近百种天然活性化合物,初步活性筛选结果表明,一些小分子酚性化合物表现出了很好的抗自由基、抗衰老、抗癌和抗病毒等活性。利用现代谱学手段(尤其是核磁共振波谱和质谱)和电化学方法研究所分得的酚性纯化合物与蛋白质和DNA 的相互作用,探讨它们相互作用的机理,确定酚性成分的活性基团,研究构效关系,以揭示酚性化合物的生物活性机制。

2 肿瘤免疫与抗体工程

肿瘤免疫治疗是目前国际上肿瘤免疫学研究热点之一,本研究以TNF相关凋亡诱导配体(TRAIL)的受体2(TRAIL-R2,DR5)为主要研究对象,以现代生物学技术克隆DR5 基因并表达蛋白,研制抗DR5 功能性单克隆抗体,从事细胞凋亡的基础理论研究和抗肿瘤药物研发。

(1)DR5 组织细胞表达分布规律研究:我们在国际上较早进行了人DR5 的胞外段基因的克隆及蛋白表达的研究,并研制出了数个抗DR5 单抗,解决了对DR5 在组织细胞的表达分布规律的认识仅限于从mRNA 表达水平了解的问题,为DR5 表达分布规律的深入研究提供了有效的研究工具。研究发现肿瘤细胞表面DR5 的表达水平与细胞对TRAIL 的敏感性相关。我们结合河南省食管癌高发的特点,率先探讨了DR5 在食管鳞癌组织的表达,发现食管鳞癌发生发展与DR5 的高表达相关;并在国际上较早建立了双抗体夹心ELISA 检测sDR5 方法,首次检测了食管鳞癌患者血清中sDR5 水平,发现sDR5 血清水平随肿瘤发展而逐步升高, 对食管鳞癌的临床诊断及预后判断具有较大的指导意义。

(2)DR5 在细胞凋亡中的作用机制:由于受体的功能性抗体即具有结合的专一性,又具有配体的功能活性,对研究受体的作用机制十分有价值。我们在国际上较早利用自主研制的抗DR5 功能性单抗mDRA-6 替代DR5 的配体TRAIL探讨了DR5 在细胞凋亡的作用机制。DR5主要通过激活caspase 8凋亡信号传导途径诱导细胞凋亡,但我们新发现对某些组织细胞则可以通过激活caspase 10诱发凋亡,DR5对Caspase 9凋亡信号传导途径很少影响。此外,还发现DR5 可以通过未知的方式影响JNK 途径及通过非配体依赖方式诱发细胞凋亡。

(3)DR5 构效关系与药物开发:阐明 TRAIL与DR5 相互作用的构效关系及机制是以DR5 为作用靶点进行药物开发的重要前提。利用自主研制出的具有良好抗肿瘤作用的抗DR5 功能性单抗mDRA-6,我们率先在国际上采用计算机辅助设计系统建立了抗DR5 激动性抗体与DR5 相互作用的分子模型,并与TRAIL 与DR5 复合体晶体结构模型进行了比较分析,在此基础上研制出抗DR5 激动性抗体模拟肽。此外,通过基因工程技术对鼠源性抗DR5功能性抗体mDRA-6 进行了人源化改造,研制出具有抗肿瘤活性的嵌合抗体、改型抗体及多价抗体。为抗肿瘤抗体药物和多肽药物的研制奠定了基础。

在国际上较早地开展了TRAIL 及DR5 的基础及应用研究。首次从蛋白质水平阐明了DR5 在食管癌的表达分布规律,并发现了DR5 在细胞凋亡中新的作用机制,奠定了在DR5 研究领域的学术地位。此外,虽然TRAIL 是具有开发前景的抗肿瘤细胞因子,但由于重组TRAIL 有一定的肝细胞毒性,因此TRAIL 替代物的药物开发引起了国际上重视。我们获得了国际上为数不多的具有凋亡活性的DR5 单抗mDRA-6,利用这一有用的工具不仅探讨了DR5 作用的分子机制,发现了新的信号传导途经,而且通过计算机模建技术,优化设计出具有抗肿瘤功能的小分子肽,在国际上属前沿研究领域。我们对抗DR5 功能性单抗mDRA-6 的人源化改造也为抗肿瘤抗体新药的开发奠定了基础。

(4)热休克转录因子1 (Hsf1)是肝细胞癌发生发展的关键调控因子,缺失Hsf1可完全抑制肝细胞癌的发生,但是在肝细胞癌变过程中,调控Hsf1活性的信号通路仍然不清。我们在DEN 诱发的小鼠肝细胞癌模型上,发现肝癌组织中Hsf1 受磷酸化调控,其蛋白的表达量以及与其结合的蛋白因子都显著增加,Hsf1 磷酸化可能与Ras 通路激活有关。同时,我们还发现Hsf1可结合Doc1(down-regulated ovary cancer protein 1)。Doc1能诱导Hsf1 蛋白降解,抑制Hsf1 介导的热休克反应,增加抗癌药物(Gendanamycin)对癌细胞的杀伤作用。该课题将进一步深入探讨调控Hsf1 磷酸化的信号通路(包括与癌基因Ras 通路的调控关系),与Hsf1 结合的蛋白因子以及Doc1 抑制Hsf1 活性在肝癌发生中的作用。该项目的研究,将为应用Hsf1 作为新的癌靶蛋白治疗肝细胞癌提供理论依据。

3 药物分子设计与合成

肿瘤是严重威胁人类健康的重大疾病,药物设计与合成是抗肿瘤新药发现的重要基石,而天然产物是创新药物结构的主要来源。源于氨基酸的生物内源性小分子多胺与肿瘤的发生、发展有着密切关系,我们在国内率先开展了以天然多胺或其合成类似物为分子载体修饰抗肿瘤药物,该类缀合物通过对肿瘤细胞上高表达的多胺转运蛋白的分子识别而选择性地进入癌细胞,具有很强的抗肿瘤活性以及对病变细胞和正常细胞的选择性,从而提高了药物靶向性。在此基础上又提出了利用胞膜靶点进行药物转运和胞内靶点产生药理作用的双(多)重靶向多胺缀合物的观点,在小分子靶向药物的设计、作用靶标发现和构建细胞信号转导通路等方面取得有意义的新进展,为多胺缀合物这一多胺化学新兴领域的发展作出了一定贡献。

开展手性药物研发,以有机小分子不对称催化为手段,以天然产物结构为模版,合成了诸如S-homo-Proline等一系列具有生理活性的手性化合物,在手性药物的合成方法学研究取得了新的突破:通过反应起始物的潜手性中心引入氟原子,系统研究了有机小分子不对称催化的Mannich反应以及Michael反应,高立体选择性合成出了如手性α-单氟代β-氨基酸与氨基酮以及hydrofluorin等具有生理活性的手性药物中间体。研究成果陆续发表在Adv. Synth. Catal.,Chem. Eur. J.,Angew. Chem. Int. Ed.上,其中,在Angew. Chem. Int. Ed.上发表的论文被该编辑部列为热点文章加以强调;使用过渡金属钯催化剂与手性双膦配体,高立体选择性还原了一类新的含有杂原子的环状亚胺;在具有药物活性“特权结构”的杂环合成中,通过苯炔参与的[2+3]环加成反应,合成了一系列2H-吲哚,研究结果发表在Org.Lett.上。

4 肿瘤治疗基础与应用

从事神经元保护剂、新型P-糖蛋白逆转剂的筛选及作用机制研究。观察苯海索、多塞平等多种药物以及多胺衍生物对大鼠急性脑缺血损伤的保护作用,应用PC12 细胞氧化应激损伤模型、缺血缺氧模型、谷氨酸兴奋毒性模型、硝普纳损伤模型以及β淀粉样蛋白损伤模型分析上述药物及化合物的神经保护机制,证实其钙拮抗作用及抗氧化作用。观察氨氯地平衍生物、洛美利嗪衍生物以及异黄酮类化合物等对P-糖蛋白的抑制作用以及对P-糖蛋白介导的肿瘤多药耐药的逆转作用;观察上述新型化合物对血脑屏障药物通透性的增强作用;应用大鼠脑微血管内皮细胞(RBMECs)和K562/DOX 培养技术分离细胞质膜,在分子水平研究其P-糖蛋白的结合部位、探讨对P-糖蛋白功能调节的机制,在细胞水平验证了分别作用于P-糖蛋白不同调节部位的逆转剂两两合用后对P-糖蛋白的抑制具有协同作用。目前致力于研究脑缺血对血脑屏障上P-糖蛋白功能和表达的影响及其可能的分子调节机制。

了解TNF-alpha诱导蛋白2(TNF-alpha induced protein-like2,TIPE2) 在白血病发生过程中的作用及其分子机制。TIPE2 是一种最近新发现的免疫负调控因子,与肿瘤发生有一定的关系。我们对各种白血病病人的研究提示,TIPE2 mRNA 在白血病人的单个核细胞中明显升高,说明TIPE2 与白血病的形成很可能有关。下一步我们将探讨该基因与不同类型白血病的关系,运用基因沉默技术了解TIPE2 基因敲除后对细胞生长的影响。我们还将克隆全长的TIPE2 基因,表达其蛋白,制备TIPE2 抗体,搞清该抗体在实验性白血病治疗中的作用。同时运用不同长度的TIPE2 基因片段转染细胞,探讨该基因不同位点的作用差异。预期将找到在白血病发生过程中与该基因相关的信号转导通路,为防治白血病找到新的思路和途径。

围绕多胺靶向给药系统开展抗肿瘤活性化合物筛选及分子机制研究,在国内率先建立了“多胺-药物”缀合物通过肿瘤细胞膜多胺转运体进行药物运载的评价体系,并对萘酰亚胺和蒽两类多胺缀合物产生药理作用的分子机制进行了较为系统的研究。确证两类多胺缀合物可选择性地通过多胺转运被肿瘤细胞摄取,从而具有较强的抗肿瘤作用和对正常细胞的选择性;首次发现多胺-萘酰亚胺缀合物的作用靶点为PKB,并围绕该靶点初步阐明了其对信号网络的调控机制;多胺-蒽缀合物通过活性氧蓄积从而诱导肿瘤细胞发生凋亡,但仅通过线粒体途径发生凋亡,与多胺-萘酰亚胺缀合物有明显区别,提示被载药物在“多胺-药物”缀合物的药效中起主导作用;动物实验表明其明显抑制黑色素瘤的生长及肺转移。当与多胺合成酶抑制剂DFMO 联用后,其抗肿瘤活性明显增强,表明二者联用后可通过抑制肿瘤细胞多胺合成从而促进多胺缀合物的摄取,但并不改变其抗肿瘤作用机制。

 
 

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