1.研究背景及研究目的复杂性疾病是一类由多个基因或环境因素引起的疾病,具有复杂的致病机制和明显的异质性,常见的复杂性疾病有癌症、代谢性疾病、关节炎和哮喘等。近年来此类疾病的发病率逐年攀升,严重影响患者的生活质量,而临床上常使用多种药物联合对症治疗,但并未得到良好的疗效。因此,亟需发现复杂性疾病新的药物靶点,为病患的治疗提供新的策略,也为疾病的康复给予新的希望。药物的研究和开发一直是人类与疾病抗争的过程中非常重要的一个部分。在传统的药物研发过程中,研发成本巨大,且研发周期常常超过10年。近年来,测序技术和生物信息分析技术迅猛发展,各组学数据库也应运而生,这使药物研究发生了革命性的变化。它们为快速、高效地进行疾病靶点和药物的筛选提供海量的数据支持和强大的分析能力,也大大缩短药物研发的周期和成本。在本研究中,我们利用生物信息技术对组学数据进行分析,采用两种不同的模式对两种复杂性疾病-癌症与代谢性疾病进行药物筛选,并在细胞水平上对药物的治疗效果及作用机理进行探讨。2.研究内容及结果1)非小细胞肺癌的潜在治疗靶点筛选及候选药物的发现:本课题围绕CDK家族基因,通过整合全基因组细胞表型数据(Depmap)及肿瘤基因组计划的多组学数据,针对非小细胞肺癌开展了治疗性靶点筛查。我们发现在19个已知的CDK基因中,肿瘤细胞对CDK7的依赖性最强;CDK7在多种肿瘤中显著高表达,且明显影响患者预后。在分子机制方面,我们进一步利用细胞模型证实CDK7抑制剂THZ1可抑制多株肺癌细胞系的增殖和迁移,阻滞细胞周期,诱导细胞凋亡。由于肿瘤细胞的大量增殖需要丰富的代谢产物和能量的支持,故我们在分子机制的研究中,聚焦于THZ1对肿瘤代谢途径的影响。我们发现THZ1能够通过抑制Akt-mTOR信号轴干扰非小细胞肺癌细胞的糖酵解途径,减少癌细胞内的能量提供和代谢产物的生成。同时,我们也发现THZ1通过促进NUDT21的泛素化降解逆转谷氨酰胺酶两种亚型的表达,但对总体谷氨酰胺酶的表达和代谢途径影响不大。然后,我们用THZ1和谷氨酰胺酶抑制剂CB-839共同处理肿瘤细胞,发现更低浓度的THZ1即可显著的抑制非小细胞肺癌细胞的生长。这些发现提示,CDK7在非小细胞肺癌的发生发展和预后中起重要作用,以CDK7为靶点的抑制剂THZ1有希望成为治疗非小细胞肺癌的潜在药物,从而为非小细胞肺癌的治疗提供新的方案。2)非酒精性脂肪肝的潜在治疗靶点筛选及候选药物的发现:针对代谢性疾病,我们以非酒精性脂肪肝为研究对象,围绕HepG2细胞模型构建了73种化合物的CMap图谱。筛查发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂能够显著影响脂代谢相关通路(脂肪酸代谢、脂肪酸生物合成、脂肪酸延长、固醇生物合成和甘油酯代谢等),提示该类抑制剂是治疗非酒精性脂肪肝疾病的潜在药物。我们选取已上市的HDAC抑制剂(SAHA)验证假说,实验证明SAHA的确能够显著减少在脂肪肝细胞模型中的脂滴的形成和沉积。我们进一步确定了甘油三酯生物合成的关键限速酶DGAT2是受HDAC2直接调控的靶基因,SAHA可以通过抑制HDAC2减少DGAT2的表达,使肝细胞内的甘油三酯合成减少,从而缓解脂质积聚的情况。我们的研究表明,SAHA对非酒精性脂肪肝具有潜在的治疗作用。3.结论:综上所述,我们利用多组学数据分别对非小细胞肺癌(NSCLC)和非酒精性脂肪肝(NAFLD)的潜在治疗靶点及候选药物进行了筛选,找到了针对上述疾病的潜在靶点及其相应的小分子抑制剂。通过实验我们验证了这些潜在的药物靶点,并对其候选药物的治疗作用及其分子机制进行了探讨,从而为深入理解NSCLC和NAFLD的致病机理及针对该类疾病的药物开发提供了新的策略及方向。