新型Pim--1激酶抑制剂的设计，合成及其生物活性测定
Pim-1是具有高度保守特性的原癌基因，Pim-1激酶的功能作用与肿瘤的形成息息相关。Pim-1激酶在结构上不同于其它激酶，其在ATP结合口袋的铰链区域含有一个脯氨酸残基，使得它只能与ATP形成一个氢键，这一特点使得针对Pim-1激酶的ATP竞争性抑制剂的研究得以快速发展。目前已有20多种不同骨架的Pim-1激酶抑制剂被报道，其中3个小分子化合物进入临床阶段研究，但仍没有化合物成功进入市场，因此新型骨架的Pim-1激酶抑制剂具有巨大的开发价值。 首先以虚拟筛选得到的吩噁嗪类化合物10-DEBC为先导化合物，通过培养其与Pim-1激酶复合物蛋白晶体，分析两者之间的结合模式，将10-DEBC分为A、B、C三个部分进行了结构改造，共合成了36个全新化合物，并经1H NMR、13C NMR和LC-MS，对合成的化合物进行了结构确认。对A部分进行结构修饰，设计并合成了15个全新化合物，通过放射性标记ATP的方法进行了生物活性测定，发现化合物A2～A10的生物活性高于先导化合物10-DEBC(IC50=1200nM)，其中化合物A7的抑制活性(IC50=156nM)提高了近10倍;对B部分进行结构修饰，设计并合成了7个全新化合物，生物活性测定结果表明化合物B4～B7的抑制活性比10-DEBC有较大提高，其中化合物B7的抑制活性(IC50=10.6nM)较先导化合物提高了113倍;对C部分进行结构修饰，设计并合成了10个全新化合物，化合物C2的IC50为3.1nM，低于进入临床研究阶段的Pim-1激酶抑制剂SGI-1776(IC50=11nM)。在B6(IC50=16.4nM)基础上进行进一步结构修饰以增强激酶与抑制剂之间的疏水作用，设计并合成了化合物D1-D4，活性测试结果显示化合物D2和D4的IC50分别为1.70nM和0.97nM，其中化合物D4的抑制活性较先导化合物10-DEBC提高了1237倍。 对吩噁嗪类化合物进行构效关系分析发现:①疏水母核与侧链氨基的距离保持在5个碳原子以上为宜，环状侧链相对于柔性脂肪侧链对抑制活性的提高更有优势，在侧链上引入更多的碱性基团，能够增强化合物与Asp128，Asp131等氨基酸残基之间的盐桥作用力;②在B区域引入吡啶环结构可增加化合物与Lys67之间的氢键作用力，从而显著提高其抑制活性;③位于Pim-1激酶loop区域附近体积较大的疏水性卤族基团对抑制活性的提高贡献较大，可能与抑制剂和激酶之间疏水作用力有关。 建立了一种新的将“构象选择学说”和“诱导契合学说”结合起来的柔性对接虚拟筛选方法。把不同阶段的计算方法有序地组合在一起，并且所有步骤都可以使用不同软件进行计算。通过对对接真实度和对接富集度的验证，证明此方法能够准确预测对接位点的柔性残基的构象，可用于大规模的虚拟筛选。利用建立的虚拟筛选方法对NIBS小分子数据库中的20万余个化合物进行筛选，从中选择了对Pim-1激酶抑制作用较好的化合物21个，利用HTRF激酶分析法对其进行体外活性测试，发现了苯并噻吩类化合物E和具有三氮唑并内酰胺结构的化合物F对Pim-1激酶的抑制活性较好，通过放射性标记ATP方法测定化合物E的IC50为39.2nM。培养了E与Pim-1激酶复合物晶体，分析发现其结合模式与模拟结果基本一致，进一步验证了新构建的虚拟筛选方法的可行性。 基于化合物E与Pim-1激酶的复合物的晶体结构，以考察不同基团对增加化合物与激酶之间疏水作用的影响为目的，设计并合成了8个化合物，生物活性测定表明通过甲氧基修饰的化合物E2的IC50=1.39nM，其抑制活性较先导物E提高约30倍。 本研究工作发现了具有新型的吡啶并[3，4-b][1，4]苯并噁嗪类骨架且生物活性较优的Pim-1抑制剂(D2和D4)，同时利用新建立的虚拟筛选方面发现了具有Pim-1激酶抑制活性的不同结构的苯并噻吩类苗头化合物E并通过结构优化获得了活性更优的E2。为后续Pim-1激酶抑制剂的研究奠定了较好的基础。
Pim-1激酶抑制剂;虚拟筛选;分子设计;合成工艺;抑癌活性
北京化工大学
博士
化学工程与技术
郑国钧
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）