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以ABCA1为靶点的新型抗动脉粥样硬化药物筛选模型的构建与应用研究

高洁  
【摘要】: 动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是缺血性心脑血管疾病(如冠心病、心绞痛、心肌梗塞、脑卒中等)共同的病理生理基础,而外周细胞内胆固醇代谢障碍是动脉粥样硬化的重要发病机制。过量胆固醇从肝外组织中的清除是预防和治疗AS的关键步骤。ATP结合盒转运体A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)是ATP结合盒转运体超家族成员之一,是一种重要的以ATP为能源转运各种离子、脂类等细胞代谢物的膜转运蛋白。ABCA1可介导细胞内磷脂和游离胆固醇转运至贫脂或无脂的载脂蛋白A-I(apolipoprotein A-I,apoA-I),从而促进高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)生成,启动胆固醇逆转运过程,在机体清除多余脂质的过程中发挥重要作用。ABCA1基因突变可导致严重的HDL缺乏综合症-Tangier Disease(TD),患者以血浆HDL及apoA-I严重缺乏和组织巨噬细胞内胆固醇酯增多为主要特征,常伴有高胆固醇血症、心血管疾病和AS。对转基因小鼠的研究表明ABCA1过度表达使apoA-I介导的胆固醇流出明显增加,血浆HDL水平显著升高,而且ABCA1蛋白水平与胆固醇流出增加及HDL水平升高明显相关。因此,以ABCA1为靶点筛选得到其表达上调剂,不仅将加深我们对真核生物ABCA1基因表达调控及其生物学意义的理解,揭示胆固醇逆转运调控关键环节,而且对新型抗动脉粥样硬化药物的开发也具有指导意义。 为了寻找能够提高ABCA1表达水平的活性化合物,本工作构建了一个新颖的以细胞为基础的高通量筛选模型。将在荧光素酶报告基因上游克隆有ABCA1基因上游调控序列的重组质粒pGL3-ABCA1与pcDNA3共转染人肝癌细胞HepG2,经G418筛选得到稳定转染细胞株,命名为ABCA1-LUC HepG2细胞。以9-顺式-视黄酸为阳性对照,利用ABCA1-LUC HepG2细胞株建立了ABCA1表达上调剂筛选模型。对该模型进行了条件优化和高通量筛选适应性评价,结果表明所选的文献报道阳性药物在此基于细胞的高通量筛选模型中都呈现良好的量效关系和较高的信噪比,而且用于评价模型稳定性的参数Z'因子>0.5,从而证明了所建模型具有良好的灵敏度和稳定性。应用本模型对4000个微生物发酵液粗提物和2200个天然产物与合成化合物进行了8200样次的筛选,经过初筛和复筛,获得了具有ABCA1表达上调活性的3个阳性菌株和7阳性个化合物。 对两株阳性菌株105-1143和105-1743进行了生物学鉴定、发酵条件摸索和发酵液活性成分的分离与性质的初步研究。从105-1743发酵液中得到一个活性组分,命名为组分1743A;从105-1143发酵液分离得到的一个单体化合物1143A,并进行了结构鉴定,确证1143A为4',7-二羟基异黄酮,与已知化合物大豆素结构相同。 对筛选得到的4个天然活性产物:吡咯霉素(2006-F7)、阿克拉霉素(2008-F4)、大豆素(1143A)和红车轴草素(4776B)进行了分子药理学及细胞水平生物活性研究。研究结果表明吡咯霉素、阿克拉霉素、大豆素和红车轴草素都能在微摩尔浓度下上调ABCA1的转录活性,最大上调倍数在1.8~2.5倍之间。采用Real-timequantitative RT-PCR和Western blot方法进一步证实了4个活性化合物对HepG2细胞中ABCA1转录和翻译水平的影响。利用小鼠单核-巨噬细胞RAW264.7泡沫化实验结果显示,吡咯霉素、阿克拉霉素、大豆素和红车轴草素对巨噬细胞的泡沫化具有一定的抑制作用。 本研究首次构建了适于高通量筛选的ABCA1表达上调剂筛选模型,通过筛选和分离纯化获得了8个具有上调ABCA1表达活性的化合物,并在分子和细胞水平确证了其生物学活性,为寻找新型抗动脉粥样硬化药物或其先导化合物奠定了基础,同时使利用小分子化合物深入研究ABCA1基因的转录调节机制成为可能,具有重要的理论和实践意义。


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