基于组蛋白去乙酰化酶的苯甲酰胺类抑制剂的设计与合成及其活性评价
表观遗传调控在癌症和其它人类疾病的发生、发展和转移中起着至关重要的作用。组蛋白去乙酰化酶(HDACs)和组蛋白乙酰基转移酶(HATs)是一对表观遗传拮抗酶，共同调节组蛋白中赖氨酸残基的乙酰化状态。过表达的HDACs能够增强组蛋白和DNA之间的静电相互作用，导致染色体固缩和转录终止，最终导致肿瘤的发生。近年来，HDAC抑制剂(HDACIs)被认为是治疗癌症的有效抗肿瘤药物。迄今为止，HDACIs主要分为四种不同的化学类别:异羟肟酸类、苯甲酰胺类、环肽类和脂肪酸类。这些抑制剂的常见药效团模型由三部分组成:(1)CAP基团，它可以与活性位点表面产生相互作用。(2)锌离子结合基团(ZBG)，如异羟肟酸和2-氨基苯甲酰胺等，它是HDACIs的核心药效单元。(3)连接CAP基团和ZBG的Linker。 异羟肟酸类具有很高的生物活性，但是它对HDACs亚型不具有选择性，导致其副作用较大。苯甲酰胺类具有亚型选择性和较少的副作用，但是这类抑制剂的活性弱于异羟肟酸类。因此，开发高亚型选择性、高抗肿瘤活性的HDACIs是一个重要方向。另一方面，HDACIs对血液癌的抑制活性很高，但是对实体瘤表现出较弱的抑制作用。目前的研究表明，作用于多个靶点的单分子可以同时调节肿瘤的不同途径，从而获得良好的治疗效果并减少不良反应。因此，开发多靶点药物也是HDACIs研究的一个趋势。本论文基于以上HDACIs的发展方向，设计、合成了多种新型HDACIs并评价了它们的抗肿瘤活性。主要内容如下: (1)基于硫醚的2-氨基苯甲酰胺衍生物的设计、合成及生物学评价。在以前的工作中，我们筛选出的化合物9表现出极好的体外抗增殖活性，但是化合物9显示出较差的药代动力学性质，半衰期短且代谢快，这限制了它的成药性。我们重点优化化合物9的结构以增强药代动力学性质。根据生物电子等排原理，我们将硫醚基团引入到化合物9的CAP结构中，得到了一系列新型的HDACIs。首先，我们进行了体外抗增殖实验。化合物12g和12h对A549、HCT116、Hela、A375和SMMC7721五种实体癌细胞系均具有明显有效的抗增殖活性，对NIH3T3正常细胞的细胞毒性较低。12g和12h还显示出对HDAC1、HDAC2和HDAC3有效的抑制作用。此外，化合物12g和12h能够在G2/M期阻滞细胞周期，促进细胞凋亡。这两个化合物对癌细胞集落的形成有较强的抑制作用，并有效地阻止A549癌细胞的迁移。更重要的是，化合物12g和12h具有比先导化合物9更好的药代动力学特性，证实了对化合物9优化的正确性。受益于这些成果，我们探索了12g和12h在A549裸鼠移植瘤模型中的抗肿瘤活性。体内实验结果表明，12g和12h具有较强的抗肿瘤活性，TGI分别达到56.9％和62.7％。 (2)新型HDAC1/2和CDK2双靶点抑制剂的设计、合成及生物学评价。最近的研究表明，伏立诺他(SAHA)和CDK泛抑制剂Flavopiridol联合用于治疗神经母细胞瘤和黑色素瘤。我们认为利用CDK抑制剂的药效团与HDAC靶向药物组合设计双重作用的抑制剂是治疗肿瘤疾病的重要手段。我们将Roscovitine(CYC202)的嘌呤结构药效团与苯甲酰胺部分合并，得到一种靶向CDK2和HDACs的抑制剂。首先，我们进行了体外抗增殖实验和酶活抑制实验。在这些抑制剂中，化合物14d对H460、A375、HepG2、HCT116和Hela细胞系具有优异的抗增殖活性，IC50值分别为1.59μM、0.47μM、0.86μM、0.58μM和1.05μM。化合物14d还显示出对HDAC1、HDAC2和CDK2有效的抑制活性，IC50值分别达到70.7nM、23.1nM和0.80μM。流式细胞仪检测显示14d使肿瘤细胞周期停滞在G2/M期，并明显诱导细胞凋亡，这可能与细胞内ROS水平升高有关。荧光免疫分析表明14d明显抑制CDK2，增加H3的乙酰化。此外，化合物14d显著抑制了A375和H460细胞的迁移。重要的是，化合物14d表现出有效的药代动力学性质，腹腔给药的生物利用度达到50.8％和良好的体内抗肿瘤活性。因此，化合物14d有望成为开发多靶点抗癌药物的先导化合物。 本论文综合运用有机化学、生物化学和计算机科学等学科，设计并合成多种新型苯甲酰胺类HDACIs，筛选出的小分子化合物具有很高的体内体外抗肿瘤活性。本论文为新型HDACIs的开发提供了新的思路和方向。
组蛋白去乙酰化酶;苯甲酰胺类抑制剂;分子设计;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）