以PI3K为靶点的抗肿瘤化合物的设计、合成及生物活性评价

发布时间：2019-10-08 00:49

【摘要】：恶性肿瘤正成为威胁人类健康的第二大疾病。传统的抗肿瘤药物直接作用于细胞有丝分裂或DNA合成修复等过程,但往往存在疗效不佳、毒副作用大等缺点。一些在肿瘤产生及发展中发挥重要作用的关键信号通路及膜受体、激酶等生物大分子得以揭示,使得针对这些肿瘤特异性分子靶标设计低毒高效的抗肿瘤药物成为可能。作用于细胞内信号通路上关键靶点的小分子抑制剂是一类新型的抗肿瘤药物。磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是细胞内参与调控包括细胞增殖、存活、生长、转移、凋亡等重要生命活动的一类脂激酶。大量研究表明PI和肿瘤的发生发展密切相关,越来越多的研究表明PI3K激酶是抗肿瘤药物的重要靶点,开发新型小分子PI3K抑制剂已经成为药物化学领域的研究热点。本课题针对PI3Ka设计、筛选具有新骨架的小分子化合物作为新型的PI3Ka抑制剂。利用片段药物设计原理和计算机虚拟对接筛选,设计并合成了113个化合物,其中新化合物112个,所有这些化合物都利用1H-NMR、MS-ESI和元素分析进行结构鉴定,部分化合物(1-4a～1-4y)进行了碳谱鉴定,5个化合物(1-4p, 3-4a,5-7o,5-7r,5-7s)通过单晶X-射线结构分析进一步确定了结构。课题研究简述如下。本文根据文献报道的P13K抑制剂Wortmannin和LY294002的结构特征及它们与P13K的作用模式,结合该位点抑制剂中出现的苯并毗喃酮结构母核,利用合理药物设计原理,通过在香豆素环的3,4位引入一个吡唑环并在吡唑环的NH位引入不同的苄基或烷基片段,设计并合成了25个含苄基或烷基的香豆素[4,3-c]并吡唑衍生物。体外抗肿瘤活性筛选结果表明：大部分化合物的细胞增殖抑制活性优于阳性对照,其中部分化合物(如化合物1-41和1-4m)对部分受试细胞株增殖抑制的IC50达到了纳摩尔级。初步构效关系研究显示,N-苄基取代优于N-烷基取代；N-苄基芳环上引入卤素等取代基时对活性有利。目标化合物的PI3Ka抑制实验表明,化合物1-41 (ICso:0.014 μM)和化合物1-4m (IC50:0.046μM)具有较强的PI3Ka抑制活性,并且对其具有一定的选择性。对化合物1-41进行分子对接,其与蛋白(PDB:3HHM)结合模式与文献报道的Wortmannin与蛋白的结合模式相似(Fig.1)。这一结果证实以香豆素[4,3-c]并吡唑为骨架设计PI3K抑制剂的可行性。Fig.1化合物1-41和Wortmannin分别与蛋白PI3Ka的对接模式在上述实验结果基础上,基于片段药物设计原理,利用计算机辅助药物设计方法,通过Discovery Studio软件将上述活性化合物与PI3Ka蛋白活性位点进行了对接,利用对接得到的分子与蛋白的结合方式,及蛋白活性位点结构特征及空间大小及氮取代基的性质,进一步设计并合成了一系列含有哌嗪以及磺酰基片段的香豆素[4,3-c]并吡唑衍生物,一共分为三个系列共69个化合物。体外细胞抗肿瘤活性测试的结果表明,大部分化合物显示出了优于阳性对照药的抗肿瘤细胞增殖活性。部分化合物表现出很好的对PI3Ka的抑制活性。构效关系及分子对接结果表明：香豆素[4,3-c]并吡唑环氮上取代基的空间位阻及疏水性的大小程度影响了化合物的活性大小,取代基的空间位阻越大,疏水性越好,化合物的活性越好；无论是含哌嗪等氮杂环的化合物还是含磺酰基哌嗪的化合物,取代基上含芳香结构的化合物活性要比含烷基结构的活性要好,当芳香环上的取代基的位阻越大时,化合物的活性越好,而且对PI3Ka具有明显的选择性,如化合物2-4o(ICso:0.021μM),3-4p (IC50:0.012 pM),4-7m (IC50:0.009μM),以上结果表明这些化合物是有潜力的PI3Ka抑制剂。此外,我们根据上述结论,在吡唑环上用乙酰基链接一些疏水性和空间位阻比较大的苯基哌嗪,二苯甲基哌嗪和吗啉,哌啶等氮杂环的化合物,一共设计了19个香豆素[4,3-c]并吡唑衍生物。体外抗肿瘤活性测试结果表明,乙酰基上链接二苯甲基哌嗪等位阻较大的基团时,化合物也具有明显的抗细胞增殖活性,同时表现出强的PI3Ka抑制活性,如化合物5-7p (ICso:0.074μM)和5-7q(IC50：0.016μM)。该研究为香豆素[4,3-c]并吡唑类PI3K抑制剂的研发提供了新的思路。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R914;R96

【共引文献】