文献类型：科技成果

中文题名：基于VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路探讨雄黄微生物转化液抑制肿瘤血管形成的分子机制

完成人：宋鹏[1];窦霞[1];王欣[1];刘燕[1];朱应怀[1];马承旭[1];苏亮磊[1];

第一作者：宋鹏

完成机构：[1]甘肃中医药大学附属医院;

第一机构：甘肃中医药大学第二附属医院

年份：2024

语种：中文

中文关键词：肿瘤治疗;炮制方法;抗肿瘤药物

摘要：一、课题来源国家自然科学青年基金项目，81803779，基于VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路探讨雄黄微生物转化液抑制肿瘤血管形成的分子机制，2019/01-2021/12，21万元。二、研究背景：肿瘤已成为威胁人类健康的重要杀手之一，相关研究报道中国2015年癌症总发病429.16万例，总死亡281.42万例。因此抗肿瘤药物的研发成为全世界研究的热点。肿瘤的生长和发展过程离不开肿瘤血管的生成，血管的生成有效地为实体瘤的生长提供丰富的营养，并为肿瘤血行转移提供了便利条件。血管内皮细胞增殖、迁移、侵袭和微管形成在肿瘤血管形成的过程中具有重要作用。以血管形成为靶标，阻断瘤体内血管的生成，通过减少肿瘤组织的外部营养供给逐步饿死肿瘤细胞的研究为抗肿瘤治疗药物的研发提供新的思路。雄黄(As₄S₄)是一种传统含砷矿物中药，现代医学表明，雄黄不仅可以促进肿瘤细胞的凋亡，还可以抑制肿瘤血管形成，并且雄黄在体内的毒性要明显小于其它砷制剂。但由于雄黄本身不溶于水，传统炮制方法具有剂型单一、生物利用率低和临床用量大导致中毒等缺点。该课题创新性的将微生物湿法冶金技术引入雄黄炮制过程，成功的借助特定微生物氧化亚铁硫杆菌的生物化学催化作用，将硫化矿物雄黄中的砷溶解出来。不但解决了雄黄不溶于水的问题，更为重要的是通过微生物体内转化形成了特殊形式的砷剂，在抗肿瘤血管形成的药效实验中表现出良好的效果。三、研究目的与意义：在前期工作基础上，体内外实验进一步验证肿瘤组织中高表达VEGF诱导血管内皮细胞中VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路的激活是引起肿瘤血管形成的主要原因;阐明RTS在体内主要通过抑制血管内皮细胞中VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路来抑制肿瘤血管形成;至少找到一个与RTS抑制肿瘤血管形成相关的miRNA-21的靶基因以及下游相关的信号通路。该研究将丰富肿瘤血管形成的分子生物学内涵，并为RTS抑制肿瘤生长和转移提供进一步的理论依据和实验基础。四、主要论点与论据：(1)细胞水平研究雄黄微生物转化液(RTS)对血管内皮细胞活力及功能的影响。动物水平研究RTS对人源肺癌肿瘤细胞A549裸鼠移植肿瘤组织生长的影响及肿瘤组织中VEGF和miRNA-21-5p表达的影响。该项目研究结果表明肿瘤组织中高表达的VEGF可以诱导血管内皮细胞内VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路的激活，miRNA-21通过靶向抑制SPRY1蛋白表达促进血管内皮细胞的增殖、侵袭、迁移和微管形成，最终导致肿瘤组织中血管形成，促进肿瘤组织生长。(2)采用RNA-seq测序结果得到RTS可能通过抑制miRNA-21-5p明显升高的mRNA有203个，而通过生物信息学预测分析和已报道的文献查阅，与肿瘤相关的miRNA-21-5p的靶基因有7个，分别为PTEN、TGF-β、PDCD4、EGFR、SPRY1、TPM1和RECK。并且通过荧光素酶报告系统验证miRNA-21-5p靶向抑制SPRY1 mRNA的机制。(3)通过系统研究RTS的制备工艺及质量控制，通过不同的化学和物理方法对RTS进行表征，得到了一个相对稳定的RTS制备工艺;并且在相同条件下制备不同批次的RTS，通过不同的方法对制备工艺中的关键因素进行分析，全面确定了制备RTS的质量控制参数;最后通过体外抗肿瘤药效实验验证RTS抑制肿瘤细胞活性作用十分明显和稳定。(4)通过毒理学方法对RTS与三氧化二砷(ATO)的心脏毒性进行了全面的比较研究。实验结果表明对照组及RTS治疗组心肌组织未见明显的病理改变。但是在ATO治疗中，心肌纤维表现为轻度间质水肿。此外，Masson染色分析显示，与对照组和RTS相比，胶原纤维瘢痕可导致心肌纤维化。还发现在ATO治疗中胶原结构是由不规则排列的胶原纤维组成，有许多细小的胶原纤维，而正常胶原纤维的排列是平行的。五、创见与创新：(1)基于VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路为切入点研究肿瘤血管形成的分子机制，阐明VEGFR2/ERK与miRNA-21之间存在转录因子AP-1作为“桥梁”在发挥作用，国内外尚无类似的报道。该研究为临床治疗肿瘤血管形成提供新的思路和手段。(2)项目中所研究的药物RTS是该项目的特色与创新之处。通过氧化亚铁硫杆菌的生物化学催化作用，将硫化矿物雄黄中的砷溶解出来，不但解决了雄黄不溶于水的问题，更为重要的是通过微生物转化形成了特殊形式的砷剂，前期研究表明该药物明显改善了雄黄在抗肿瘤治疗中的毒性问题。(3)采用芯片技术和miRNA数据库分析预测miRNA-21的靶基因，并通过荧光素酶报告系统加以验证，确定肿瘤血管形成的过程中miRNA-21的主要靶基因及下游信号通路，国内外尚无类似的报道。如果找到靶基因，将对治疗肿瘤提供新的靶点。六、社会经济效益，存在的问题：该研究的RTS是通过微生物在体内生物转化雄黄形成了一种特殊形式的砷剂-雄黄微生物转化液，RTS中砷使用量的大大降低也明显改善了雄黄在抗肿瘤治疗中的毒性问题。该课题通过研究VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路对肿瘤血管生成的影响、RTS对VEGF诱导血管内皮细胞中VEGFR2/ERK/AP-1/miRNA-21信号通路的影响、miRNA-21-5p调控下游靶基因SPRY1表达的分子机制、RTS的化学表征及制备工艺研究等。该研究对深入探讨肿瘤血管形成的机理和完善新型抗肿瘤制剂RTS的临床应用具有重要意义。并且将继续寻找多方面的深入合作，将RTS早日研发成抗肿瘤血管的国家新药。