CHIR-99021是一种氨基嘧啶衍生物，常温常压下为白色至浅棕色固体粉末，具有特殊的生理活性，它也是一种GSK-3α和GSK-3β抑制剂，IC50分别为10 nM and 6.7 nM。CHIR-99021可通过上调β-连环蛋白促进新生儿心房肌细胞的增殖，在生物化学研究领域中有一定的应用。
图1 CHIR-99021的化学结构性
生物活性
图2 CHIR-99021抑制晚期内皮祖细胞中GSK-3作用的机制示意图
Laduviglusib (CHIR-99021) HCl是CHIR-99021的盐酸盐, 是GSK-3α/β抑制剂，IC50为10 nM/6.7 nM。其对GSK-3的选择性比对Cdc2和ERK2高500倍以上。CHIR-99021 是一种有效的药理性的 Wnt/beta-catenin 信号通路的激活剂。CHIR-99021 可显著地拯救光诱导的 autophagy，并可增强 GR，RORα和自噬相关蛋白等表达。
诱导心肌细胞增殖
近期研究表明，GSK-3β抑制剂能促进大鼠和小鼠的心肌细胞增殖，因此可能成为诱导人类心肌细胞增殖的理想候选药物。研究人员从室间隔缺损常规手术获取的右心房样本中分离出人类心肌细胞，并分别采用GSK-3β抑制剂（CHIR-99021）和β-连环蛋白抑制剂（IWR-1）进行培养。通过免疫细胞化学染色观察5-乙炔基-2'-脱氧尿苷（EdU）阳性或Ki67阳性心肌细胞——这些标志物均指示增殖态心肌细胞。实验结果显示：GSK-3β抑制剂CHIR-99021显著促进β-连环蛋白在细胞核内的积聚，而β-连环蛋白抑制剂则明显降低其在细胞质中的聚集。这些发现证实GSK-3β抑制剂CHIR-99021具有促进人类心房肌细胞增殖的作用。尽管心房肌细胞的观测结果能否直接适用于心室肌细胞尚待验证，但目前研究结果提示Wnt/β-连环蛋白信号通路可能成为调控人类心脏内源性再生的重要途径。[1]
生物研究
体外研究
CHIR-99021作用于GSK-3比作用于其最接近的同系物CDC2和ERK2，及其他蛋白激酶选择性高500倍。此外，CHIR-99021只与一组22种药理相关的受体微弱结合，且对一组23种非激酶的酶几乎没有抑制活性。CHIR-99021作用于表达胰岛素受体的CHO-IR细胞，诱导糖原合成酶(GS)激活，EC50为0.763 μM。CHIR-99021(3 μM)作用于3T3-L1前脂肪细胞，除了模拟胰岛素的作用，抑制GSK-3，使胞内游离β-catenin增加1.9倍，模仿经典Wnt信号通路。在分化的前3天，CHIR-99021处理，抑制脂肪细胞分化，IC50为0.3 μM，通过抑制CCAAT/增强子结合蛋白α（C/EBPα）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的诱导作用。[2] 不像LiCl和AR-A014418，CHIR-99021处理，即使在高浓度，不会降低INS-1E细胞活力。相反，CHIR-99021增加INS-1E细胞增殖，这种作用具有剂量依赖性，且显著抑制高糖和高棕榈酸诱导的INS-E细胞死亡，这种作用具有浓度依赖性。CHIR-99021浓度低至1 μM，处理离体大鼠胰岛，促进β细胞复制，5 μM CHIR-99021处理，使细胞复制增长2-3倍。
激活人角质形成干细胞
人角质形成干细胞（hKSCs）可作为牙再生领域的上皮成体干细胞来源，但其介导的牙齿形成效率较低。研究人员通过小分子化合物CHIR-99021激活hKSCs的Wnt/β-catenin信号通路后，将其具备成牙潜能的小鼠胚胎牙间充质细胞进行重组。组织学与免疫组化分析显示，FGF8处理组的嵌合牙成牙效率（牙齿形成率）达27.80%，已形成牙齿中hKSCs向成釉细胞分化的效率（成釉细胞分化率）为40.00%。而CHIR-99021预处理可使成釉细胞分化率提升至100%，当CHIR-99021与FGF8协同作用时，成牙效率提高至40.00%，成釉细胞分化率达75.00%。机制研究表明，CHIR-99021通过激活hKSCs中Wnt/β-catenin信号通路上调FGF8的蛋白与mRNA表达水平，从而显著促进hKSCs向成釉细胞定向分化。该研究项目为以hKSCs作为人上皮干细胞源的牙齿再生研究提供了关键实验依据。[2]
参考文献
[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.