研究背景和目的癌症是一个全球性健康问题。据2015年世界卫生组织发布的全球癌症报告,全球癌症患者发病率和死亡率逐年升高,死亡人数约占全球总死亡人数的13%。目前,癌症已经成为危害人类健康的重要杀手。在世界范围内,肺癌仍是男性首位癌症死因。此外,宫颈癌也是危害全球女性健康的主要元凶。目前,除手术治疗外,化学疗法是最常用的方法。但是由于化疗选择性差,副作用大,给癌症病人的治疗过程带来了极大的痛苦。因此亟待寻找参与肿瘤生长调控的新因子,发现肿瘤调控的新通路,开发抑制肿瘤生长的新型化合物。目前,肿瘤治疗策略主要有诱发肿瘤细胞凋亡,抑制肿瘤细胞增殖和抑制肿瘤细胞迁移等。化疗是治疗癌症的主要手段之一,利用化学药物抑制细胞生长是化疗的终极目标。细胞凋亡也被称为Ⅰ型程序性细胞死亡,参与细胞发育、分化,在维持生物体稳态过程中发挥重要作用。肿瘤细胞可以通过上调抗凋亡蛋白或者下调凋亡蛋白进而抑制细胞凋亡,因此促进肿瘤细胞凋亡也可以有效抑制肿瘤生长。持续增殖是肿瘤细胞最为显著的特征。诱导肿瘤细胞周期阻滞,进而抑制肿瘤细胞过度增殖也是肿瘤治疗的主要策略之一。高转移倾向是恶性肿瘤难以根治的主要原因之一。因此通过抑制肿瘤细胞迁移也是肿瘤治疗的有效手段。自噬又被称为Ⅱ型程序性细胞死亡,它参与细胞内蛋白和细胞器质量控制的重要过程,在细胞稳态的维持过程中发挥重要作用。细胞自噬可以控制细胞命运,适度自噬促进细胞存活,而过度自噬诱发自噬性细胞死亡。化疗药物诱导细胞凋亡的同时,常伴随着自噬水平的改变。因此,研究肿瘤细胞自噬和凋亡之间的相互关系,确定自噬性质,有助于发现新的抗肿瘤药物的有效靶点以及建立合理的肿瘤治疗策略。化学遗传学作为交叉学科的新兴产物,旨在以化学小分子为工具阐明复杂的生物学问题。基于化学遗传学的方法筛选高效诱导抑制肿瘤生长的化学小分子,研究小分子抑制肿瘤细胞生长的新机制,已经成为化学遗传学研究的热点。目前,越来越多的研究者开始关注基于细胞器的肿瘤治疗方法。线粒体不仅作为细胞的“动力工厂”,而且是肿瘤治疗的一个重要靶点。设计并合成靶向线粒体的新型抗肿瘤化合物,研究其调控的新因子,揭示其抑制肿瘤生长的新机制,有助于发现潜在的药物靶点并建立开创性的肿瘤治疗策略。研究化学小分子对肿瘤细胞的调控作用是本课题的研究重点。我们希望筛选到能够有效抑制肿瘤细胞生长的新型荧光化合物,研究其抑制肿瘤生长的具体机制,以期找到一个调控肿瘤细胞生长的新因子和新通路,从而发现新的药物靶点和建立合理的肿瘤治疗策略。研究方法1.倒置相差显微镜观察细胞形态变化2.SRB法检测细胞存活率3.LDH法检测细胞坏死4. Hochest 33258染色检测细胞凋亡5.免疫印迹分析MAP1LC3I/II水平,p62水平6.点扫描激光共聚焦显微镜研究EGFP-MAP1LC3点状聚集7.免疫印迹分析mTOR下游底物RPS6KB1和EI4EBP1的磷酸化水平8.免疫印迹分析PARP和CASP3切割情况9.点扫描激光共聚焦显微镜分析化合物CPC在细胞内的分布10.利用流式细胞术探究化合物CPC对细胞周期的影响实验结果1.CPC诱导Hela细胞凋亡2.CPC诱导mTOR依赖的保护性自噬3.CPC抑制Nrf2活性4.CPC靶向线粒体5.CPC抑制A549细胞生长6.CPC抑制A549细胞迁移实验结论本研究从化学遗传学角度出发,我们筛选出了一个能够靶向线粒体并且能够有效抑制肿瘤细胞生长的新型荧光小分子化合物CPC,并探究了它抑制肿瘤细胞生长的机制。我们发现CPC可以通过诱导肿瘤细胞凋亡,阻滞肿瘤细胞周期以及抑制肿瘤细胞迁移等机制抑制肿瘤细胞生长。在Hela细胞中,CPC诱导细胞凋亡,同时诱导mTOR依赖的保护性自噬。CPC能够抑制Nrf2活性,增加细胞内的ROS。此外,CPC能够特异性聚集于Hela细胞线粒体,是一种具有抑制肿瘤生长和靶向线粒体的新型双功能化合物。在A549细胞中,CPC能够明显阻滞细胞周期并且能够抑制细胞迁移。