CHIR-99021是一種氨基嘧啶衍生物，常溫常壓下為白色至淺棕色固體粉末，具有特殊的生理活性，它也是一種GSK-3α和GSK-3β抑制劑，IC50分別為10 nM and 6.7 nM。CHIR-99021可通過上調(diào)β-連環(huán)蛋白促進新生兒心房肌細胞的增殖，在生物化學(xué)研究領(lǐng)域中有一定的應(yīng)用。
圖1 CHIR-99021的化學(xué)結(jié)構(gòu)性
生物活性
圖2 CHIR-99021抑制晚期內(nèi)皮祖細胞中GSK-3作用的機制示意圖
Laduviglusib (CHIR-99021) HCl是CHIR-99021的鹽酸鹽, 是GSK-3α/β抑制劑，IC50為10 nM/6.7 nM。其對GSK-3的選擇性比對Cdc2和ERK2高500倍以上。CHIR-99021 是一種有效的藥理性的 Wnt/beta-catenin 信號通路的激活劑。CHIR-99021 可顯著地拯救光誘導(dǎo)的 autophagy，并可增強 GR，RORα和自噬相關(guān)蛋白等表達。
誘導(dǎo)心肌細胞增殖
近期研究表明，GSK-3β抑制劑能促進大鼠和小鼠的心肌細胞增殖，因此可能成為誘導(dǎo)人類心肌細胞增殖的理想候選藥物。研究人員從室間隔缺損常規(guī)手術(shù)獲取的右心房樣本中分離出人類心肌細胞，并分別采用GSK-3β抑制劑（CHIR-99021）和β-連環(huán)蛋白抑制劑（IWR-1）進行培養(yǎng)。通過免疫細胞化學(xué)染色觀察5-乙炔基-2'-脫氧尿苷（EdU）陽性或Ki67陽性心肌細胞——這些標(biāo)志物均指示增殖態(tài)心肌細胞。實驗結(jié)果顯示：GSK-3β抑制劑CHIR-99021顯著促進β-連環(huán)蛋白在細胞核內(nèi)的積聚，而β-連環(huán)蛋白抑制劑則明顯降低其在細胞質(zhì)中的聚集。這些發(fā)現(xiàn)證實GSK-3β抑制劑CHIR-99021具有促進人類心房肌細胞增殖的作用。盡管心房肌細胞的觀測結(jié)果能否直接適用于心室肌細胞尚待驗證，但目前研究結(jié)果提示W(wǎng)nt/β-連環(huán)蛋白信號通路可能成為調(diào)控人類心臟內(nèi)源性再生的重要途徑。[1]
生物研究
體外研究
CHIR-99021作用于GSK-3比作用于其最接近的同系物CDC2和ERK2，及其他蛋白激酶選擇性高500倍。此外，CHIR-99021只與一組22種藥理相關(guān)的受體微弱結(jié)合，且對一組23種非激酶的酶幾乎沒有抑制活性。CHIR-99021作用于表達胰島素受體的CHO-IR細胞，誘導(dǎo)糖原合成酶(GS)激活，EC50為0.763 μM。CHIR-99021(3 μM)作用于3T3-L1前脂肪細胞，除了模擬胰島素的作用，抑制GSK-3，使胞內(nèi)游離β-catenin增加1.9倍，模仿經(jīng)典Wnt信號通路。在分化的前3天，CHIR-99021處理，抑制脂肪細胞分化，IC50為0.3 μM，通過抑制CCAAT/增強子結(jié)合蛋白α（C/EBPα）和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）的誘導(dǎo)作用。[2] 不像LiCl和AR-A014418，CHIR-99021處理，即使在高濃度，不會降低INS-1E細胞活力。相反，CHIR-99021增加INS-1E細胞增殖，這種作用具有劑量依賴性，且顯著抑制高糖和高棕櫚酸誘導(dǎo)的INS-E細胞死亡，這種作用具有濃度依賴性。CHIR-99021濃度低至1 μM，處理離體大鼠胰島，促進β細胞復(fù)制，5 μM CHIR-99021處理，使細胞復(fù)制增長2-3倍。
激活人角質(zhì)形成干細胞
人角質(zhì)形成干細胞（hKSCs）可作為牙再生領(lǐng)域的上皮成體干細胞來源，但其介導(dǎo)的牙齒形成效率較低。研究人員通過小分子化合物CHIR-99021激活hKSCs的Wnt/β-catenin信號通路后，將其具備成牙潛能的小鼠胚胎牙間充質(zhì)細胞進行重組。組織學(xué)與免疫組化分析顯示，F(xiàn)GF8處理組的嵌合牙成牙效率（牙齒形成率）達27.80%，已形成牙齒中hKSCs向成釉細胞分化的效率（成釉細胞分化率）為40.00%。而CHIR-99021預(yù)處理可使成釉細胞分化率提升至100%，當(dāng)CHIR-99021與FGF8協(xié)同作用時，成牙效率提高至40.00%，成釉細胞分化率達75.00%。機制研究表明，CHIR-99021通過激活hKSCs中Wnt/β-catenin信號通路上調(diào)FGF8的蛋白與mRNA表達水平，從而顯著促進hKSCs向成釉細胞定向分化。該研究項目為以hKSCs作為人上皮干細胞源的牙齒再生研究提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)。[2]
參考文獻
[1] Wang S , Ye L , Li M ,et al.GSK-3β Inhibitor CHIR-99021 Promotes Proliferation Through Upregulating β-Catenin in Neonatal Atrial Human Cardiomyocytes[J]. Journal of Cardiovascular Pharmacology, 2016, 68:425.
[2] Bing-Mei W , Ying L , Cheng-Lin L ,et al.Induction of Human Keratinocytes into Enamel-secreting Ameloblasts through the Synergy of CHIR-99021 and FGF8[J]. Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 2014, 30:778-786.