新型血管生成抑制剂 Borrelidin 抗肿瘤作用及其合成的研究进展

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图1 Borrelidin的结构 Fig. 1 Structure of Borrelidin
★基金项目 ：国家自然科学基金项目资助（81172927）。 作者简介 ：周明，女，硕士研究生，研究方向 ：抗肿瘤药物研发，E-mail ：mzhou0801@。 *通讯作者 ：余聂芳，男，博士，教授，博士生导师，研究方向 ：抗肿瘤药物研发，E-mail ：nfy_group@。
肿瘤药学 2013 年 4 月第 3 卷第 2 期 Anti-tumor Pharmacy, April 2013, Vol. 3, No. 2
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外，Borrelidin 还具有良好的抑制新生血管生成活性 （IC50=0.8nM）［6］，极有可能是一个潜在的新生血管生 成抑制剂。更重要的是，血管生成抑制剂是目前抗 肿瘤药物研究开发的热点之一，加之 Borrelidin 新 颖独特的结构和良好的生物活性，吸引了大批科 研工作者对其展开更深入的研究。因此，本文就 Borrelidin 的抗肿瘤活性、作用机制及其合成等方面 进行阐述。 1 Borrelidin 及其衍生物的抗肿瘤活性 研究发现，Borrelidin 及其衍生物能够有效抑制 新生血管生成，并可剂量依赖性地诱导毛细血管细 胞凋亡，抑制人脐静脉内皮细胞增殖［6，7］。进一步 的研究发现，Borrelidin 可以较好地抑制结肠癌细胞 诱导的新生血管生成及 B16-BL6 黑色素瘤的自发 性肺转移［8］。 肿瘤血管生成是一个极其复杂的过程，一方 面，肿瘤细胞释放血管内皮生长因子（VEGF）激活 血管内皮细胞，促进内皮细胞的增殖和迁移 ；另一 方面，内皮细胞分泌的某些物质也会刺激肿瘤细胞 的生长。肿瘤新生毛细血管可以给不断浸润生长 的肿瘤组织提供营养，同时肿瘤细胞在生长过程中 又会分泌多种物质来加速毛细血管的新生。因此， 血管生成在肿瘤的发展和转移过程中起到非常重 要的作用，抑制这一过程将能明显阻止肿瘤组织的 发展和扩散转移［7］。 Borrelidin 及其衍生物对新生血管生成的强抑 制活性使其可能的抗肿瘤作用受到广泛关注。随 后的研究发现，Borrelidin 衍生物不仅具有选择性 抗增殖活性［9，10］，而且可以逆转 VEGF 亚型比例［11］， 进一步影响肿瘤细胞的增殖与转移。Borrelidin 及 其衍生物在抑制新生血管生成及抑制肿瘤细胞转 移等方面的突出表现，使其作为潜在的抗肿瘤药物 （尤其是血管生成抑制剂）的研究独具吸引力。 2 Borrelidin 的抗肿瘤作用机制 据文献报道，Borrelidin 的血管生成抑制作用至 少通过两条途径得以体现，其一是苏氨酸依赖的途 径，另一条是非苏氨酸依赖，并且 Borrelidin 还可以 通过 caspase-8/-3 诱导内皮细胞的凋亡［12］。其中 苏氨酸依赖途径是通过 ThrRS 的抑制，从而抑制内 皮细胞的增殖。同时，Borrelidin 还可以调节剪切因
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之，ThrRS 的抑制致使空载 tRNA 的积累，激活应急 调控程序关闭大量的代谢过程，其中主要致使蛋白 合成受阻，抑制内皮细胞增殖。
图4 Borrelidin的内皮细胞增殖抑制作用 Fig. 4 Growth inhibition of endothelial cells by Borrelidin
Borrelidin 对 ThrRS 的作用方式不同于大部分 aaRSs 的抑制剂，如吲哚霉素（色氨酰 -tRNA 合成 酶抑制剂）、莫匹罗星（异亮氨酰 -tRNA 合成酶抑 制剂）等，这些抑制剂可与底物竞争性结合到相应 合成酶的活性中心位置，产生可逆性抑制作用，而 Borrelidin 并不与 ThrRS 的活性中心结合，而是结 合到疏水非活性中心——簇 A，簇 A 由氨基酸残基 Thr 307、His 309、Cys 334、Pro 335、Leu 489 和 Leu 493 围绕而成，其中 Cys 334 紧挨着活性中心的锌 离子。簇 A 是一个保守区域，存在于很多原核生物 和真核生物体内，而这些生物均对 Borrelidin 敏感。 Borrelidin 结合到簇 A 位置可能引起 Cys 334 位置的 改变，影响锌离子的配位作用，导致 ThrRS 活性中 心催化构象改变而使其活性丧失［2，14］。 更有最新研究报道，ThrRS 是细胞外促血管生 成和转移的信号转导分子。Borrelidin 对于 ThrRS 的抑制可以直接抑制血管生成［15］。 2.2 Borrelidin 通过 Splicing factor 发挥抗肿瘤作 用 VEGF 是血管内皮细胞特异性的肝素结合生 长因子，可在体内诱导血管新生，是血管形成的一 个关键调节因子。VEGF 基因由 8 个外显子和 7 个 内含子组成，定位于染色体 6p21.3，由于外显子剪 切的不同而形成不同的亚型。在 VEGF mRNA 上， 一个 C 端的剪切事件（选择性剪切前体 mRNA 外显 子 8 的 3’部位）可以导致两个 VEGF 亚型家族的产 生，分别为 VEGFxxx 和 VEGFxxxb。在这两个家族 的亚型中，选择性剪切使蛋白质虽然保持着相同的 氨基酸残基数，却致使 mRNA 在开放阅读框的编
ThrRS 的抑制导致结合到核糖体上的空载 tRNA 的积累，进而诱导由应急因子 relA 介导的应 急调控程序的发生。在应急因子 relA 的作用下， GTP 和 ATP 合成五磷酸鸟苷（pppGpp）和四磷酸鸟 苷（ppGpp，魔斑），魔斑可以影响 RNA 聚合酶的活 性及下调一系列能量需求的过程，其中包括抑制核 糖体及其他大分子如 RNA、DNA、蛋白质、肽聚糖 等的合成。在氨基酸饥饿状态下，空载 tRNA 的积 累激活 GCN2，促使 eIF2α 的磷酸化。而 GCN2 激 酶通道的激活和 eIF2α 的磷酸化可以导致细胞凋 亡、细胞周期停滞、细胞分化等［13］（图 4）。总而言
子（Splicing factor）改变促血管生成和抗血管生成的 VEGF 亚型的比例，进而影响血管的形成［11（］ 图 2）。
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图3 氨酰-tRNA合成酶及翻译过程 Fig. 3 Aminoacyl-tRNA Synthetases and Translation
关键词 ：Borrelidin ；ThrRS ；血管生成抑制 中图分类号 ：R730 文献标识码 ：A 文章编号 ：2095-1264（2013）02-0082-06 doi ：10.3969/j.issn.2095-1264.2013.019
Research Progress on the Anti-tumor Activities and Synthesis of the Potent Angiogenesis Inhibitors Borrelidin★
Key words: Borrelidin; ThrRS; Inhibition of angiogenesis.
前言 Borrelidin 是一个结构特异的十八元大环内 酯化合物，最早由 Berger 等人在 1949 年从娄彻氏 链霉菌（Streptomycete. rochei）代谢产物中分离得 到［1，2］。带有环戊烷羧酸的十八元内酯环和共轭的 氰二烯是 Borrelidin 的特征结构（如图 1 所示）。早 期对于 Borrelidin 的研究主要集中于其抑制苏氨 酰 -tRNA 合成酶所产生的抗菌活性［3］，随着研究 的深入，发现除了抗菌、抗真菌［4］、抗疟作PTJT
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图2 Borrelidin血管生成抑制的作用途径
Fig. 2 The mechanisms of borrelidin with anti-angiogenic effects
2.1 Borrelidin 通过 ThrRS 发挥抗肿瘤作用 氨 酰 -tRNA 合成酶（aaRSs）是信使 RNA 翻译成蛋白 质过程中不可或缺的角色，可催化 tRNA 的氨酰化 （aa-tRNA），选择特定的氨基酸（aa）用于蛋白质的合 成。aa-tRNA 的形成包括两个步骤 ：首先，aa 的 α 羧基在 aaRS 的作用下结合 ATP 形成氨酰 - 腺苷酸 （aa-AMP）和无机焦磷酸（ppi）；然后 tRNA 的末端核 糖上的 2’- 或 3’- 羟基亲核结合 aa-AMP 形成 aatRNA 和 AMP，如图 3a 所示。而 Borrelidin 主要是 抑制苏氨酰 -tRNA 合成酶（ThrRS）的活性（图 3b）［3］。
摘要 ：Borrelidin 是从娄彻氏链霉菌代谢产物中分离得到的十八元大环内酯化合物，具有良好的抗菌、抗疟和抗 病毒等活性。近年报道其具有血管生成抑制活性（IC50=0.8 nM），是潜在的血管生成抑制剂，使 Borrelidin 再受瞩目， 而血管生成抑制剂是目前抗肿瘤药物研究的热点之一，加之 Borrelidin 结构新颖独特，在药物科研开发领域再度引 起了科技工作者的兴趣。本文就 Borrelidin 的抗肿瘤活性、作用机制及其合成的相关研究进行综述。
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