以HDAC为靶标的小分子化合物的设计、合成及抗肿瘤活性评价
近年来，组蛋白去乙酰化酶（HDACs）已经成为治疗表观遗传学异常引起的癌症的重要靶点。到目前为止，许多的HDAC抑制剂(HDACIs)已经上市或处于临床测试阶段。大多数HDAC抑制剂的药效团模型包括一个Cap基团、一个Linker和一个锌离子结合基团(ZBG)。含有疏水环的Cap结构能够与蛋白质表面的氨基酸残基相互作用;Linker嵌入长的管状通道中，连接疏水的Cap基团和ZBG;ZBG与锌离子螯合并在催化位点形成氢键。异羟肟酸类和苯甲酰胺类是研究较为广泛的HDAC抑制剂。大部分的异羟肟酸类是泛HDAC抑制剂，对HDAC亚型几乎没有选择性，这类抑制剂存在比较严重的副作用。苯甲酰胺类对HDACs具有亚型选择性，但是这类抑制剂的活性弱于异羟肟酸类。因此，开发亚型选择性高的HDAC抑制剂成为治疗恶性肿瘤的主要研究方向。另一方面，单一的HDAC抑制剂已被证明可有效地治疗血液系统的恶性肿瘤，但是对实体瘤的治疗效果较弱。许多的临床研究表明HDAC抑制剂与其他抗癌药物联合使用具有协同的作用。然而，多组分药物面临着患者依从性差、复杂的药代动力学性质、不可预测的药物与药物之间相互作用等风险。因此，开发基于HDACs的多靶点药物成为癌症治疗的另一个主要研究方向。本论文根据两个主要研究方向，对HDAC抑制剂药效团的三部分进行结构设计改造。论文主要研究结果如下: (1)以硫代喹喔啉酮为基础的新型HDAC抑制剂的设计、合成以及生物学评价。首先，喹喔啉酮是药物设计领域常见的的药效团，具有广泛的生物学特性。我们将硫代喹喔啉酮基团引入MS275的Cap结构，设计合成了一系列硫代喹喔啉酮作为Cap基团、2-氨基苯甲酰胺作为ZBG的新型HDAC抑制剂。随后，我们评估了这些化合物对癌细胞的抗增殖活性。结果表明，一些化合物对所有研究的癌细胞系均表现出有效的抗增殖活性。与CS055、MS275和CI994相比，化合物7a、4i、4o和4p对三种癌细胞系A375、A549和SMMC7721均表现出更高的抗增殖活性。化合物4p对HDAC1的亚型选择性是HDAC6的4000倍以上，对HDAC2的选择性是HDAC6的250倍以上。分子对接实验合理地解释了HDAC的抑制活性和亚型选择性。此外，化合物7a、4i、4o和4p在迁移实验和克隆形成分析中显示出较强的抑制活性，并促进细胞凋亡。化合物7a、4i和4o在细胞周期的S期抑制SMMC7721细胞的生长，而化合物4p诱导细胞停滞在G2/M期。免疫荧光分析表明，化合物7a、4i、4o和4p可以增加H3K9的乙酰化状态。另外，我们评估了化合物4p在A549异种移植模型中的体内抗肿瘤功效，4p表现出有效的抗肿瘤活性(TGI=62.5％)。该研究为肿瘤靶向治疗的进一步发展提供了有效策略。 (2)新型的CDK和HDAC双重抑制剂的发现。首先，HDAC1和CDK4/9双重抑制剂可用于恶性肿瘤的治疗。这表明，合理设计可同时抑制HDAC和CDK的多靶点小分子药物可能是一种有前景的癌症治疗策略。我们将CDK抑制剂1的必需药效团与异羟肟酸或邻氨基苯甲酰胺部分合并，得到既能抑制HDAC又能抑制CDK的小分子化合物。随后，我们评估了化合物对癌细胞的抗增殖活性。代表性化合物7c和14a对五种人类癌细胞系均表现出有效的抗增殖活性，IC50值在0.71-7.76μM范围内。化合物7c和14a还表现出很好的HDAC和CDK抑制作用，其IC50值在纳摩尔水平。进一步的研究表明，化合物7c和14a能在A375、HCT116、H460和Hela细胞的G2/M期阻滞细胞周期，并促进细胞凋亡，这与细胞内活性氧水平升高有关。化合物7c在ICR小鼠中具有良好的药代动力学特性，并且在HCT116异种移植模型中具有良好的的体内抗肿瘤作用。 本论文运用药物化学、分子生物学以及计算机化学等学科，以HDACs为靶标，设计合成了不同系列的小分子抑制剂，并对化合物进行了体内和体外的抗肿瘤活性评价。一方面，得到了具有高选择性、高抗肿瘤活性的化合物4p，该化合物的进一步临床前研究正在进行。另一方面，我们也发现了HDAC和CDK的双重抑制剂7c，为多靶点药物的发展提供了新的思路。
组蛋白去乙酰化酶;小分子抑制剂;结构设计;合成工艺;抗肿瘤活性
北京化工大学
博士
化学工程与技术
袁其朋
2020
中文
R979.1
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）