新型拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑的發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和生物活性評(píng)價(jià).pdf

1、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(Topoisomerase，Top)是真核細(xì)胞體內(nèi)必需酶，主要功能是負(fù)責(zé)解決DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問(wèn)題，廣泛參與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組和染色體組裝和分離等生命活動(dòng)。Top分為T(mén)op1和Top2，它們通過(guò)DNA切斷和連接，維持DNA正常拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和代謝過(guò)程。由于Top在DNA代謝過(guò)程的重要作用，干擾Top的催化活性或者誘導(dǎo)產(chǎn)生Top介導(dǎo)的DNA損傷已經(jīng)成為抗腫瘤治療的重要策略。Top被譽(yù)為最重要抗腫瘤藥物靶點(diǎn)之一，臨床上有近50％

2、的治療方法要依賴于使用一種或幾種Top抑制劑。
　　 本論文以開(kāi)發(fā)新型Top抑制劑為主要研究方向，以基于結(jié)構(gòu)的虛擬篩選為手段，著重進(jìn)行全新結(jié)構(gòu)Top1和Top2抑制劑的發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和抗腫瘤機(jī)制研究。
　　 一、新型Top1抑制劑的虛擬篩選和生物活性研究
　　 通過(guò)基于分子對(duì)接的虛擬篩選從Specs庫(kù)中篩選得到23個(gè)化合物，14個(gè)化合物具有Top1抑制活性，其中化合物A1酶抑制活性與喜樹(shù)堿相當(dāng)。體外抗腫瘤活性測(cè)試

3、結(jié)果表明，A1、A14、A20、A21和A23表現(xiàn)出中等以上的抗腫瘤活性，其中A1活性最好，IC50值為0.50-43μM?；衔顰1和A20（吳茱萸堿）適合作為先導(dǎo)化合物進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化研究。
　　 二、新型吳茱萸堿衍生物的設(shè)計(jì)、合成和抗腫瘤作用機(jī)制研究
　　 吳茱萸堿是從傳統(tǒng)中藥吳茱萸中提取分離得到的一種生物堿，前期研究發(fā)現(xiàn)它具有Top1抑制活性和體外抗腫瘤活性，是一個(gè)理想的抗腫瘤先導(dǎo)化合物。本研究設(shè)計(jì)合成了51個(gè)全新

4、結(jié)構(gòu)的吳茱萸堿衍生物，發(fā)現(xiàn)大部分化合物體外抗腫瘤活性得到明顯提高，部分化合物(B4、B5、B38和B39) GI50值小于3nM。細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)顯示，高活性化合物(B4、B38、B39、B41和B45)能夠誘導(dǎo)A549腫瘤細(xì)胞凋亡，使細(xì)胞停滯在G2/M期。機(jī)制研究和分子模擬表明吳茱萸堿衍生物為T(mén)op1和Top2雙重抑制劑。體內(nèi)小鼠移植瘤實(shí)驗(yàn)顯示，10-羥基吳茱萸堿(B38)和3-氨基-10-羥基吳茱萸堿(B45)在1 mg/kg和2 mg

5、/kg劑量下抑瘤率分別為44.43％和52.71％，并表現(xiàn)出低毒性和高耐受性的特點(diǎn)，有希望作為候選藥物進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
　　 三、4-取代蒽并[1，2-c][1，2，5]噻二唑-6，11-二酮的設(shè)計(jì)、合成和抗腫瘤活性研究
　　 化合物4-（對(duì)甲苯磺?；┹觳1，2-c][1，2，5]噻二唑-6，11-二酮(A1)是前期虛擬篩選發(fā)現(xiàn)的新型Top1抑制劑。本研究設(shè)計(jì)合成54個(gè)4-取代蒽并[1，2-c][1，2，5]噻二唑-6，1

6、1-二酮衍生物，從結(jié)構(gòu)上分為兩類:4-含硫側(cè)鏈衍生物和4-含氮側(cè)鏈衍生物。前者因其溶解性差，體外抗腫瘤活性表現(xiàn)不佳，僅有部分化合物(D14和D15)表現(xiàn)出較好的腫瘤生長(zhǎng)抑制活性;后者在溶解性和體外抗腫瘤活性上均有較大提高，其中化合物E1、E6和E19表現(xiàn)出與喜樹(shù)堿相當(dāng)?shù)捏w外抗腫瘤活性。
　　 四、新型Top2抑制劑的虛擬篩選和生物活性研究
　　 研究發(fā)現(xiàn)Top2催化性抑制劑毒性較低，并有望克服腫瘤耐藥性，而ATPase抑

7、制劑是一類非常重要的Top2催化性抑制劑。本研究通過(guò)虛擬篩選，以ATPase為作用位點(diǎn)，篩選得到37個(gè)化合物。研究發(fā)現(xiàn)，19個(gè)化合物具有Top2抑制活性，其中化合物F2、F8、F15、F17、F26和F27對(duì)Top2抑制活性強(qiáng)于依托泊苷。體外抗腫瘤活性實(shí)驗(yàn)顯示，化合物F8對(duì)肺癌腫瘤株抑制活性明顯超過(guò)依托泊苷，F(xiàn)20對(duì)三個(gè)腫瘤株的抑制活性均超過(guò)依托泊苷。機(jī)制研究表明，高活性化合物F8和F20能微弱的穩(wěn)定Top2-DNA復(fù)合物。分子對(duì)接研究

8、預(yù)示兩者能夠很好結(jié)合于ATPase活性腔，為ATPase抑制劑。綜上所述，F(xiàn)8和F20適合作為先導(dǎo)化合物進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化研究。
　　 綜上所述，本研究對(duì)抗腫瘤重要藥靶Top1和Top2開(kāi)展了虛擬篩選研究，成功發(fā)現(xiàn)多類全新結(jié)構(gòu)的抑制劑（活性化合物的命中率分別為60.9％和51.4％）。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)合成得到了105個(gè)新化合物，從中發(fā)現(xiàn)多個(gè)高活性化合物在分子、細(xì)胞和動(dòng)物水平顯示了優(yōu)秀抗腫瘤活性。首次采用現(xiàn)代藥物設(shè)計(jì)