Staurosporine星孢菌素激酶抑制剂的作用机制及在神经生物学上的应用
2025-09-19 来源:本站 点击次数:99
Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）是一种从链霉菌属（Streptomyces staurosporeus）中分离得到的抗生素，属于吲哚咔唑类化合物。作为一种广谱蛋白激酶抑制剂，Staurosporine（星孢菌素，AbMole，M2066）能够抑制多种蛋白激酶，包括蛋白激酶 C（PKC）、cAMP 依赖性蛋白激酶（PKA）、酪氨酸激酶等。其广泛的生物学活性使其在细胞信号传导、细胞凋亡、细胞骨架调控等研究领域具有重要应用。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Staurosporine（星孢菌素）的作用机制
Staurosporine （AM-2282，AbMole，M2066）的化学结构属于非卤代吲哚咔唑类化合物，其核心结构包含两个吲哚环和一个吡咯环。Staurosporine最显著的生物学特性是其对蛋白激酶的广谱抑制能力，其作用机制基于与激酶催化结构域中的 ATP 结合位点竞争性地结合。Staurosporine 通过模拟 ATP的结构，与多种丝氨酸 / 苏氨酸激酶、酪氨酸激酶的活性中心结合，从而阻断激酶的磷酸化功能。这种抑制作用不依赖于特定激酶的底物或调控因子，使其能够同时影响多条信号通路，为解析复杂的细胞信号网络提供了独特的研究工具。在已知的研究中，Staurosporine 对蛋白激酶 C（PKC）家族的抑制作用最为经典，其半数抑制浓度可低至纳摩尔级别。此外，Staurosporine （STS）对蛋白激酶 A（PKA）、细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）、Src 家族酪氨酸激酶、丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）等均表现出显著抑制活性。
二、Staurosporine（星孢菌素）的研究应用
1. Staurosporine（AM-2282）用于细胞增殖与凋亡的研究
Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）通过抑制 CDKs（如 CDK1、CDK2）可显著阻断细胞周期进程，导致细胞停滞于G₁期或G₂/M期。这一特性使其成为研究细胞周期调控机制的常用工具。
Staurosporine（AM-2282，AbMole，M2066）也是诱导细胞凋亡的经典工具化合物。在多种细胞模型（如 HeLa 细胞、PC12 细胞、成纤维细胞）中，其可通过多重机制触发凋亡信号：一方面，Staurosporine抑制 PKC 等抗凋亡激酶导致促凋亡蛋白（如 Bax）的激活；另一方面，Staurosporine通过干扰线粒体膜电位稳定性，促进细胞色素 c 释放并激活 Caspases 家族。例如，原代培养的小鼠心肌细胞经4 μM Staurosporine处理8小时后，呈现典型的凋亡形态学特征—细胞体积缩小约40%、核染色质凝聚成块状、DNA电泳出现梯形片段[1]。
2. Staurosporine（星孢菌素）用于细胞骨架调控
Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）还能够显著影响细胞骨架的结构和功能，尤其是对微丝（actin filaments）的调控。Staurosporin处理PTK2上皮细胞、Swiss 3T3成纤维细胞和人包皮成纤维细胞等多种细胞后，细胞质中的微丝束逐渐变细并消失[2]。例如，在20 nM的Staurosporine作用下，PTK2细胞在60分钟内微丝束逐渐变薄并消失[2]。Staurosporine还能够通过调控微丝结构来影响软骨生成[3]。有研究表明Staurosporine可通过影响RhoA及其下游通路来调控微丝结构[2]。
3. Staurosporine（星孢菌素）用于肿瘤生物学研究
在肿瘤信号转导研究中，Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）因其强效抗增殖特性成为探索癌细胞死亡机制的重要工具。例如有文献研究发现，在食管鳞状细胞癌（ESCC）模型中，Staurosporine通过双重机制发挥效应：一方面，Staurosporine抑制mTOR/AKT信号通路导致细胞周期停滞；同时，Staurosporine可靶向ATP结合盒转运体ABCA1的核苷酸结合域（NBD），竞争性阻断其ATP的水解活性。在一项研究中，科研人员建立了JIMT-1细胞裸鼠模型，Staurosporine以3 mg/kg的剂量通过口服灌胃的方式给药，每周两次给予裸鼠，结果显示Staurosporine对其肿瘤生长有明显抑制作用[4]。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
4. Staurosporine（星孢菌素）用于神经科学研究
在大鼠海马神经元培养实验中，研究人员利用Staurosporine 诱导细胞毒性并启动凋亡，以研究2,3,5,4'-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷（THSG）的神经保护活性。实验中，Staurosporine以30 µM的浓度处理神经元24小时，导致细胞形态严重崩溃和细胞死亡，并伴随着基因表达的显著变化。研究发现，Staurosporine诱导的毒性主要通过激活Caspase-3来介导凋亡。此外，Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）还显著影响神经营养因子及其信号转导效应因子的表达，如BDNF及其下游信号通路TrkB、PI3K/Akt、Erk1/2等。这些发现为神经退行性疾病的研究提供了重要线索。
三、范例详解
1. Biomaterials. 2021 Aug;275:120958.
浙江大学的科研人员在上述研究中构建了一种含ROS响应性过草酸酯键的糖脂纳米载体（CSOPOSA），并通过 S1PR1 拮抗剂 Ex 26 修饰（Ex 26-CSOPOSA），实现了对肿瘤细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）双靶向递送 c-Myc 抑制剂 JQ1的目的。研究证实，该系统可通过以下机制发挥抗肿瘤作用：1. 诱导肿瘤细胞凋亡；2. 抑制 S1P 或 IL-4 诱导的巨噬细胞 M2 极化；3. 通过下调 c-Myc，经 lncRNA H19/miR-107 通路抑制 Caveolin-1 表达，减少肿瘤细胞与 M2 巨噬细胞间的外泌体交换，从而阻断 M2 外泌体介导的肿瘤迁移。体内动物实验显示，该系统能高效抑制动物肿瘤生长和转移。AbMole的Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）作为蛋白激酶抑制剂，被用于诱导 4T1 肿瘤细胞凋亡，以制备凋亡肿瘤细胞条件培养基（ACM）。具体而言，用 0.5 μg/ml 的 Staurosporine 处理 4T1 细胞 12 小时，可诱导 94.4% 的细胞凋亡，收集该条件培养基用于后续研究，以探讨凋亡肿瘤细胞分泌的 S1P 对巨噬细胞 M2 极化的诱导作用，及 Ex 26 修饰的纳米载体对这一过程的阻断效果[5]。
2. PLoS One. 2019 Oct 10;14(10):e0223096.
北京中医药大学的科研人员在上述论文中优化了血小板释放三磷酸腺苷（ATP）的生物发光分析方法，并将其应用于血小板抑制剂的高通量筛选。研究发现，在 Hank 平衡盐溶液（HBSS）和 Tyrode 缓冲液中，添加辅酶 A（CoA）可显著改善 ATP 分析的线性度，添加牛血清白蛋白（BSA）能有效延缓信号衰减，从而提高检测准确性。优化后的方法成功用于监测凝血酶和胶原诱导的血小板激活过程中 ATP 的释放，并验证了 PI3K 抑制剂 Ly294002 和蛋白激酶 C（PKC）抑制剂 Staurosporine 对血小板激活的抑制效果，表明该方法可用于高通量筛选血小板抑制剂。由AbMole提供的Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）作为 PKC 抑制剂，被用于验证优化后的 ATP 生物发光分析方法在筛选血小板抑制剂中的有效性。研究中，Staurosporine 预处理血小板后，可抑制凝血酶诱导的血小板激活及 ATP 释放，通过检测其对 ATP 释放的抑制率和半数抑制浓度（IC₅₀），证实了该方法能准确评估抑制剂的作用效果。
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[1] T. L. Yue, C. Wang, A. M. Romanic, et al., Staurosporine-induced apoptosis in cardiomyocytes: A potential role of caspase-3, Journal of molecular and cellular cardiology 30(3) (1998) 495-507.
[2] K. K. Hedberg, G. B. Birrell, D. L. Habliston, et al., Staurosporine induces dissolution of microfilament bundles by a protein kinase C-independent pathway, Experimental cell research 188(2) (1990) 199-208.
[3] M. Kim, K. Song, E. J. Jin, et al., Staurosporine and cytochalasin D induce chondrogenesis by regulation of actin dynamics in different way, Experimental & molecular medicine 44(9) (2012) 521-8.
[4] J. N. Zambrano, C. J. Williams, C. B. Williams, et al., Staurosporine, an inhibitor of hormonally up-regulated neu-associated kinase, Oncotarget 9(89) (2018) 35962-35973.
[5] X. Zhou, X. Liu, X. Yang, et al., Tumor progress intercept by intervening in Caveolin-1 related intercellular communication via ROS-sensitive c-Myc targeting therapy, Biomaterials 275 (2021) 120958.
[6] L. Wang, Y. Li, R. Guo, et al., Optimized bioluminescence analysis of adenosine triphosphate (ATP) released by platelets and its application in the high throughput screening of platelet inhibitors, PloS one 14(10) (2019) e0223096.
一、Staurosporine（星孢菌素）的作用机制
Staurosporine （AM-2282，AbMole，M2066）的化学结构属于非卤代吲哚咔唑类化合物，其核心结构包含两个吲哚环和一个吡咯环。Staurosporine最显著的生物学特性是其对蛋白激酶的广谱抑制能力，其作用机制基于与激酶催化结构域中的 ATP 结合位点竞争性地结合。Staurosporine 通过模拟 ATP的结构，与多种丝氨酸 / 苏氨酸激酶、酪氨酸激酶的活性中心结合，从而阻断激酶的磷酸化功能。这种抑制作用不依赖于特定激酶的底物或调控因子，使其能够同时影响多条信号通路，为解析复杂的细胞信号网络提供了独特的研究工具。在已知的研究中，Staurosporine 对蛋白激酶 C（PKC）家族的抑制作用最为经典，其半数抑制浓度可低至纳摩尔级别。此外，Staurosporine （STS）对蛋白激酶 A（PKA）、细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）、Src 家族酪氨酸激酶、丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）等均表现出显著抑制活性。
二、Staurosporine（星孢菌素）的研究应用
1. Staurosporine（AM-2282）用于细胞增殖与凋亡的研究
Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）通过抑制 CDKs（如 CDK1、CDK2）可显著阻断细胞周期进程，导致细胞停滞于G₁期或G₂/M期。这一特性使其成为研究细胞周期调控机制的常用工具。
Staurosporine（AM-2282，AbMole，M2066）也是诱导细胞凋亡的经典工具化合物。在多种细胞模型（如 HeLa 细胞、PC12 细胞、成纤维细胞）中，其可通过多重机制触发凋亡信号：一方面，Staurosporine抑制 PKC 等抗凋亡激酶导致促凋亡蛋白（如 Bax）的激活；另一方面，Staurosporine通过干扰线粒体膜电位稳定性，促进细胞色素 c 释放并激活 Caspases 家族。例如，原代培养的小鼠心肌细胞经4 μM Staurosporine处理8小时后，呈现典型的凋亡形态学特征—细胞体积缩小约40%、核染色质凝聚成块状、DNA电泳出现梯形片段[1]。
2. Staurosporine（星孢菌素）用于细胞骨架调控
Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）还能够显著影响细胞骨架的结构和功能，尤其是对微丝（actin filaments）的调控。Staurosporin处理PTK2上皮细胞、Swiss 3T3成纤维细胞和人包皮成纤维细胞等多种细胞后，细胞质中的微丝束逐渐变细并消失[2]。例如，在20 nM的Staurosporine作用下，PTK2细胞在60分钟内微丝束逐渐变薄并消失[2]。Staurosporine还能够通过调控微丝结构来影响软骨生成[3]。有研究表明Staurosporine可通过影响RhoA及其下游通路来调控微丝结构[2]。
3. Staurosporine（星孢菌素）用于肿瘤生物学研究
在肿瘤信号转导研究中，Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）因其强效抗增殖特性成为探索癌细胞死亡机制的重要工具。例如有文献研究发现，在食管鳞状细胞癌（ESCC）模型中，Staurosporine通过双重机制发挥效应：一方面，Staurosporine抑制mTOR/AKT信号通路导致细胞周期停滞；同时，Staurosporine可靶向ATP结合盒转运体ABCA1的核苷酸结合域（NBD），竞争性阻断其ATP的水解活性。在一项研究中，科研人员建立了JIMT-1细胞裸鼠模型，Staurosporine以3 mg/kg的剂量通过口服灌胃的方式给药，每周两次给予裸鼠，结果显示Staurosporine对其肿瘤生长有明显抑制作用[4]。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
4. Staurosporine（星孢菌素）用于神经科学研究
在大鼠海马神经元培养实验中，研究人员利用Staurosporine 诱导细胞毒性并启动凋亡，以研究2,3,5,4'-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷（THSG）的神经保护活性。实验中，Staurosporine以30 µM的浓度处理神经元24小时，导致细胞形态严重崩溃和细胞死亡，并伴随着基因表达的显著变化。研究发现，Staurosporine诱导的毒性主要通过激活Caspase-3来介导凋亡。此外，Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）还显著影响神经营养因子及其信号转导效应因子的表达，如BDNF及其下游信号通路TrkB、PI3K/Akt、Erk1/2等。这些发现为神经退行性疾病的研究提供了重要线索。
三、范例详解
1. Biomaterials. 2021 Aug;275:120958.
浙江大学的科研人员在上述研究中构建了一种含ROS响应性过草酸酯键的糖脂纳米载体（CSOPOSA），并通过 S1PR1 拮抗剂 Ex 26 修饰（Ex 26-CSOPOSA），实现了对肿瘤细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）双靶向递送 c-Myc 抑制剂 JQ1的目的。研究证实，该系统可通过以下机制发挥抗肿瘤作用：1. 诱导肿瘤细胞凋亡；2. 抑制 S1P 或 IL-4 诱导的巨噬细胞 M2 极化；3. 通过下调 c-Myc，经 lncRNA H19/miR-107 通路抑制 Caveolin-1 表达，减少肿瘤细胞与 M2 巨噬细胞间的外泌体交换，从而阻断 M2 外泌体介导的肿瘤迁移。体内动物实验显示，该系统能高效抑制动物肿瘤生长和转移。AbMole的Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）作为蛋白激酶抑制剂，被用于诱导 4T1 肿瘤细胞凋亡，以制备凋亡肿瘤细胞条件培养基（ACM）。具体而言，用 0.5 μg/ml 的 Staurosporine 处理 4T1 细胞 12 小时，可诱导 94.4% 的细胞凋亡，收集该条件培养基用于后续研究，以探讨凋亡肿瘤细胞分泌的 S1P 对巨噬细胞 M2 极化的诱导作用，及 Ex 26 修饰的纳米载体对这一过程的阻断效果[5]。
图 1. Apoptosis assay of 4T1 cells induced by staurosporine (0.5 μg/mL) via FCM[5]
2. PLoS One. 2019 Oct 10;14(10):e0223096.
北京中医药大学的科研人员在上述论文中优化了血小板释放三磷酸腺苷（ATP）的生物发光分析方法，并将其应用于血小板抑制剂的高通量筛选。研究发现，在 Hank 平衡盐溶液（HBSS）和 Tyrode 缓冲液中，添加辅酶 A（CoA）可显著改善 ATP 分析的线性度，添加牛血清白蛋白（BSA）能有效延缓信号衰减，从而提高检测准确性。优化后的方法成功用于监测凝血酶和胶原诱导的血小板激活过程中 ATP 的释放，并验证了 PI3K 抑制剂 Ly294002 和蛋白激酶 C（PKC）抑制剂 Staurosporine 对血小板激活的抑制效果，表明该方法可用于高通量筛选血小板抑制剂。由AbMole提供的Staurosporine（星形孢菌素，AbMole，M2066）作为 PKC 抑制剂，被用于验证优化后的 ATP 生物发光分析方法在筛选血小板抑制剂中的有效性。研究中，Staurosporine 预处理血小板后，可抑制凝血酶诱导的血小板激活及 ATP 释放，通过检测其对 ATP 释放的抑制率和半数抑制浓度（IC₅₀），证实了该方法能准确评估抑制剂的作用效果。
图 2. Washed platelets resuspended in HBSS or Tyrode’s buffer were seeded in white 96-well plate[6].
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[1] T. L. Yue, C. Wang, A. M. Romanic, et al., Staurosporine-induced apoptosis in cardiomyocytes: A potential role of caspase-3, Journal of molecular and cellular cardiology 30(3) (1998) 495-507.
[2] K. K. Hedberg, G. B. Birrell, D. L. Habliston, et al., Staurosporine induces dissolution of microfilament bundles by a protein kinase C-independent pathway, Experimental cell research 188(2) (1990) 199-208.
[3] M. Kim, K. Song, E. J. Jin, et al., Staurosporine and cytochalasin D induce chondrogenesis by regulation of actin dynamics in different way, Experimental & molecular medicine 44(9) (2012) 521-8.
[4] J. N. Zambrano, C. J. Williams, C. B. Williams, et al., Staurosporine, an inhibitor of hormonally up-regulated neu-associated kinase, Oncotarget 9(89) (2018) 35962-35973.
[5] X. Zhou, X. Liu, X. Yang, et al., Tumor progress intercept by intervening in Caveolin-1 related intercellular communication via ROS-sensitive c-Myc targeting therapy, Biomaterials 275 (2021) 120958.
[6] L. Wang, Y. Li, R. Guo, et al., Optimized bioluminescence analysis of adenosine triphosphate (ATP) released by platelets and its application in the high throughput screening of platelet inhibitors, PloS one 14(10) (2019) e0223096.
相关文章
更多 >