基于靶酶结构的PI3K/mTOR双重抑制剂的设计、合成及抗肿瘤活性研究
近年，恶性肿瘤正在加速侵蚀人类健康、威胁人类生命，因而攻克癌症已被世界卫生组织和各国政府卫生部门列为首要任务。目前，临床上常用的抗癌药物主要是细胞毒类药物，这类药物因其细胞毒的固有性质而难以避免的具有选择性差、毒副作用大、耐药性强等缺点。为了减缓传统肿瘤化疗药物的严重毒副作用，肿瘤治疗药物的研究正逐渐从细胞毒类药物向以胞内信号通路中关键酶为靶点的特异性肿瘤抑制剂转型。近年来，随着研究的深入，靶向抗肿瘤药物已经取得了显著的成效。其中，PI3K/Akt/mTOR通路抑制剂的研发已成为靶向治疗领域中备受关注且有望出现重大新药突破的热点研究领域之一。
磷脂酰肌醇3激酶(Phosphoinositide3-kinases，PI3K)是脂激酶家族成员之一，其介导的信号通路在生长、增殖、存活、凋亡、转录、翻译、血管生成和细胞周期中发挥重要的调控作用。PI3K激酶在人类各种肿瘤中被频繁的激活，因而抑制PI3K是一个有前景的癌症治疗策略。最近研究已经表明，和单独的mTOR抑制剂功效相比，PI3K和mTOR的双重抑制剂可以通过针对该信号通路上的多个点进行抑制，同时防止AKT介导的信号的增加，达到增强抗肿瘤功效的作用。另外，PI3K中p110亚基和mTOR的催化结构域之间的结构相似性也极大推动了该类双重抑制剂的快速发展。在最近的二十年里，数十个PI3K/mTOR的双重抗肿瘤小分子抑制剂先后进入临床试验，临床数据表明该类化合物具有良好的治疗效果。这些都表明，针对PI3K/mTOR双重靶点的抗肿瘤药物设计具有很好的前景。
因此，本课题围绕PI3K开展研究。目前有数个PI3K与小分子抑制剂共晶结构的报道，为我们开展计算机辅助药物设计进行药物研究提供了良好的结构基础。因此，我们搜集了大量文献及蛋白共晶结构进行分析，研究其活性位点的结合模式，寻找规律。通过PI3K四种亚型和mTOR蛋白的一级结构序列对比，我们发现它们蛋白序列的催化区具有高度的保守性，这也为我们研究PI3K和mTOR的双重抑制剂合理性提供了理论基础。其次，通过结晶学分析我们发现现有抑制剂的不同结构类型的小分子双重抑制剂在ATP结合位点处的结合模式具有高度的相似性，特别是6-喹啉基-3-吡啶基-苯磺酰胺骨架能够很好的结合到PI3K活性腔，拥有很高的“配体效率”，因此我们选它作为先导骨架。然后利用基于结构的“两步设计策略”:首先，基于先导骨架，我们发现对甲苯基是一个能够使含氮侧链衍生到核糖腔的合理连接子。其次，通过聚焦化合物库的计算策略和虚拟筛选的方法合理设计合成了合成了一系列新型高效、水溶性好的含氮侧链取代的芳基磺酰胺衍生物。随后进行的PI3Kα激酶活性表明绝大多数合成化合物的IC50均低于4.0 nM。优选的四个化合物(HJS-0009，HJS-A005，HJS-A017和HJS-A026)进行的PI3K不同亚型及mTOR活性测试表明他们对PI3Kα抑制活性分别是0.55 nM，1.30 nM，0.59 nM and0.65 nM，对mTOR的抑制活性分别是1.1nM，3.8 nM，2.2 nM and1.1 nM。进一步的MTT法体外抗肿瘤实验表明，大多数所合成的化合物对非小细胞肺癌A549、结肠癌HCT116及神经胶质瘤U87MG的抑瘤活性均达到纳摩尔水平。
在此基础上，我们优选部分化合物送到美国国家癌症研究所(NCI)进行了对包含人体九大类型共60种肿瘤细胞进行活性测试，结果表明它们均具有非常显著的细胞毒活性，它们对人60种肿瘤细胞的平均半数生长抑制浓度(GI50)分别为15.13nM，15.85nM和18.62nM，较目前著名的细胞毒类抗肿瘤用药紫杉醇和喜树碱(平均GI50为31.50nM和39.80nM)活性更好。该3个化合物的裸鼠A549移植瘤体内抗肿瘤活性发现化合物HJS-A005的抑瘤率达73.52％，超过临床一期的GSK2126458（抑瘤率为65.93％），同时毒性明显低于对照化合物。目前该化合物被美国癌症研究所(NCI)生物评价委员会(BEC)选中进行更一步的生物学评价。进一步的早期化学稳定性、代谢稳定性及生物利用度实验及初步的小鼠耐受性试验表明:化合物A005具有较高的化学稳定性及较好的代谢稳定性，小鼠的耐受性强于对照化合物，且大鼠口服生物利用度达95.27％。上述结果均表明，化合物A005适合作为候选抗肿瘤药物进行临床前研究。目前相关研究已经申请中国国家发明专利两项，即将进行PCT国际专利申请。本研究将为开发具有自主知识产权的高效、低毒、广谱抗肿瘤药物奠定坚实基础。
抗肿瘤活性;磷脂酰肌醇3激酶;特异性肿瘤抑制剂;靶向抗肿瘤药物
第二军医大学
硕士
药物化学
朱驹;宋云龙
2013
中文
R979.1
152
2013-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）