多靶点抗肿瘤药物和蛋白降解靶向嵌合体的设计、合成与生物活性研究
发布时间：2020-09-07 18:04
恶性肿瘤已成为严重威胁人类健康的常见病和多发病之一,肿瘤的发生和发展涉及多重因素,导致其发病率和死亡率居高不下,因而亟待研发新一代抗肿瘤药物,提升肿瘤治疗效果、保障人们生命健康。组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)是一种表观遗传学靶点,与多种靶点的信号通路存在协同效应,如p53-MDM2相互作用,溴结构域蛋白(Bromodomain,BRD)等。基因调控、信号转导等细胞生理过程离不开蛋白-蛋白相互作用,目前已有多个蛋白-蛋白相互作用被证实为药物靶标。目前,已有多种HDAC抑制剂成功上市,在治疗皮肤T细胞淋巴瘤等方面取得了很好的临床效果,但对实体瘤疗效不佳,限制了临床实用,;此外,HDAC抑制剂与多种抗肿瘤靶标的抑制剂联用时具有协同抗肿瘤效应,但药物联用的策略往往存在剂量设置复杂、药代动力学性质不可控、药物-药物相互作用等缺陷。相比之下,单分子多靶点药物具有药效更强、药代性质更为合理、毒性低等优势。因而,基于HDAC设计多靶点分子可有效克服以上缺陷。化疗和放疗是肿瘤治疗的重要手段,但化疗和放疗选择性很差,毒副作用大,临床上急需开发新型的抗肿瘤治疗手段,以获得理想的治疗效果。蛋白降解靶向嵌合体(Proteolysis targeting chimera,PROTAC)是当前抗肿瘤药物研究的新技术,以其特有的优势成为当前抗肿瘤研究领域的热点。基于此,本论文围绕表观遗传类靶点HDAC和蛋白-蛋白相互作用相关靶点开展多靶点抗肿瘤分子及PROTAC的设计、合成和生物活性研究,内容主要包括:一、p53-MDM2/HDAC双靶点抑制剂的设计、合成与抗肿瘤活性研究。p53-MDM2和HDAC是抗肿瘤药物研究的重要靶标。本章基于p53-MDM2和HDAC的信号通路交叉及p53-MDM2抑制剂与HDAC抑制剂的协同抗肿瘤效应,采用药效团融合策略,设计合成了一类新型的p53-MDM2/HDAC双靶点抑制剂。多数目标化合物对两个靶点表现出良好的抑制活性,对多种肿瘤株表现出优秀的抗肿瘤活性。其中,化合物B15d对MDM2(Ki=110 nM)和HDAC6(IC50=17.5 nM)具有最为优秀的平衡抑制活性,对A549肿瘤细胞显示出较强的抑制活性。机制研究表明化合物B15d在细胞水平上能有效作用于两个靶标,引起A549肿瘤细胞凋亡并阻滞于细胞G1期。体内A549裸鼠移植瘤实验结果表明,化合物B15d口服给药剂量100 mg/kg抑瘤率为65.4%,优于同剂量下阳性药Nutlin-3(44%)和SAHA(57.3%),表现出多靶点抑制剂的药效优势。化合物B15d具有明确的量效关系,当给药剂量提高至口服150 mg/kg时,抑瘤率达到74.5%,裸鼠体重无明显变化。本研究为新型多靶点抗肿瘤药物的开发提供了一种有前景的先导化合物,进一步验证了设计多靶点抗肿瘤药物的可行性。二、BET/HDAC双靶点抑制剂的设计、合成与抗肿瘤活性研究。HDAC和BET溴结构域蛋白在调控组蛋白乙酰化的内稳态上起着关键作用。研究表明,抑制HDAC和BET溴结构域蛋白可影响c-Myc等基因的转录,是用于治疗胰腺癌的新策略。基于BET抑制剂与HDAC抑制剂表现出的协同效应,本章采用药效团融合策略,设计合成了一类结构新颖的BET/HDAC双靶点抑制剂。分子水平活性测试结果表明,化合物C17a对BRD4(1/2)和HDAC1表现出优秀的平衡抑制活性。亚型选择性结果显示,化合物D17a是一个广谱的HDAC抑制剂,对BRD4(BD1)的选择性最高(IC50=10.5 nM)。体外抗肿瘤活性结果显示化合物C17a对人胰腺癌Capan-1细胞的抑制活性最佳(IC50=0.15 μM)。作用机制研究表明化合物C17a在细胞水平上能有效作用于两个靶标,诱导肿瘤细胞凋亡。在Capan-1裸鼠移植瘤模型中,化合物C17a(60.8%)在腹腔给药15 mg/kg时抑瘤率高于阳性药(+)-JQ1(42.6%)、SAHA(44.7%)和联合给药组(59.8%)。当给药剂量提高至20 mg/kg时,抑瘤率达到87.1%,裸鼠体重无明显变化,具有低毒耐受性好的特点。本研究发现了一个高活性先导化合物,为开发用于胰腺癌的新型多靶点抗肿瘤药物提供了研究基础。三、基于MDM2同型PROTAC的设计、合成及生物活性评价。基于PROTAC的药物设计已成为抗肿瘤领域的研究热点,该技术具有克服耐药性、扩大药物靶向空间等优势。本章研究以MDM2为E3泛素连接酶,通过合理的药物设计,合成了一类新型的MDM2同型PROTAC化合物。所有目标化合物表现出中等以上的p53-MDM2结合抑制活性。其中,化合物D10b结合抑制活性最强(Ki=226 nM),对A549抑制活性最佳(IC50= 1.01 μM)。细胞凋亡实验表明,化合物D10b能有效诱导A549细胞凋亡。作用机制研究进一步证实化合物D10b在A549细胞内以浓度依赖性方式降解MDM2蛋白,上调p53表达水平。本研究为设计基于MDM2同型PROTAC的药物奠定了基础。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R914;R96
【部分图文】：
１．３．２多靶点药物研究策略逡逑通常来说，多靶点药物的研究分为两个阶段：多靶点先导物结构的开发阶段；多靶逡逑点先导物结构的优化阶段（图１．２）。逡逑获得多靶点先导物的方式主要有三种：药物设计和筛选，其中，筛选又分为基于靶逡逑点的高通量筛选和表型筛选。第一种方式是通过将已知的单靶点化合物（己有的上市药逡逑或靶向明确的化合物）药效团进行连接，组合成单一分子化合物，该分子具有各单靶点逡逑化合物的靶向活性，该方法也称为药效团连接法。第二种方式是基于靶点进行高通量筛逡逑选，主要为两种形式：针对某个特定靶点进行化合物库的高通量筛选，对筛选出具有该逡逑靶点活性的化合物进行新靶点的活性研究；对一个己经明确靶点的化合物进行新靶标的逡逑筛选，以此获得多靶点先导物结构。第三种方式是基于表型筛选，所谓表型筛选通常是逡逑指在生物研究过程中，对筛选的底物（如多肽，小分子化合物）按预定的方式进行刺激，逡逑通过细胞或生物体表型的改变进行筛选，基于细胞或生物体表型筛选的方法可有效保证逡逑筛选的高效性
ＨＤＡＣ表达异常升高，抑制ＨＤＡＣ活性能有效诱导肿瘤细胞发生周期阻滞、凋亡＞７］。逡逑目前，经ＦＤＡ批准上市的ＨＤＡＣ抑制剂有４个，多个ＨＤＡＣ抑制剂正处于临床研究阶逡逑段［８］。研宄表明，ＨＤＡＣ抑制剂可分为三个部分（图１．３）：邋１）锌离子螯合基团（Ｚｉｎｃ－ｂｉｎｄｉｎｇ逡逑ｇｒｏｕｐ，邋ＺＢＧ），该结构与ＨＤＡＣ邋口袋底部的锌离子结合；２）帽子基团（ＣＡＰ），该结构逡逑位于ＨＤＡＣ邋口袋表面，可与蛋白表面氨基酸残基进一步成键；３）连接ＺＢＧ和ＣＡＰ结逡逑构的连接基团（Ｌｉｎｋｅｒ）邋ＨＤＡＣ抑制剂具有广谱抗肿瘤活性，与多种抗肿瘤药物逡逑联用时具有协同作用，基于其结构特征，药学研[側嗽辈捎梅肿尤诤系仁侄紊杓屏硕嘀皱义匣冢龋模粒枚喟械阋种萍痢ｅ义县贺义希皱危皱巍澹隋危皱危叔澹皱危皱危卞危皱危馘危皱危危叔澹蓿叔义希茫粒绣危蹋椋睿耄澹蝈危冢拢清危茫粒绣危蹋椋睿耄澹蝈危冢拢清义希樱粒龋铃危停樱玻罚靛义希粒卞危粒插义贤迹保冲澹龋模粒靡种萍烈┬拍Ｊ剑郏梗蒎义希疲椋纾澹保冲澹裕瑁邋澹穑瑁幔睿睿幔悖铮穑瑁铮颍邋澹穑幔簦簦澹颍铄澹铮驽澹龋模粒缅澹椋睿瑁椋猓椋簦铮颍箦义希保矗崩野彼峒っ福榈鞍兹ヒ阴；杆械阋种萍铃义侠野彼峒っ傅闹饕饔檬墙粒裕猩狭柞；频降孜铮ǖ鞍字剩┑睦野彼岵谢希义鲜蛊淞姿峄姿峄蟮牡鞍啄芄徊斡氲骺刂疃嘞赴砉蹋缦赴至选⑾赴只㈠义舷赴ず拖赴蛲
本文编号：2813661
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R914;R96
【部分图文】：
１．３．２多靶点药物研究策略逡逑通常来说，多靶点药物的研究分为两个阶段：多靶点先导物结构的开发阶段；多靶逡逑点先导物结构的优化阶段（图１．２）。逡逑获得多靶点先导物的方式主要有三种：药物设计和筛选，其中，筛选又分为基于靶逡逑点的高通量筛选和表型筛选。第一种方式是通过将已知的单靶点化合物（己有的上市药逡逑或靶向明确的化合物）药效团进行连接，组合成单一分子化合物，该分子具有各单靶点逡逑化合物的靶向活性，该方法也称为药效团连接法。第二种方式是基于靶点进行高通量筛逡逑选，主要为两种形式：针对某个特定靶点进行化合物库的高通量筛选，对筛选出具有该逡逑靶点活性的化合物进行新靶点的活性研究；对一个己经明确靶点的化合物进行新靶标的逡逑筛选，以此获得多靶点先导物结构。第三种方式是基于表型筛选，所谓表型筛选通常是逡逑指在生物研究过程中，对筛选的底物（如多肽，小分子化合物）按预定的方式进行刺激，逡逑通过细胞或生物体表型的改变进行筛选，基于细胞或生物体表型筛选的方法可有效保证逡逑筛选的高效性
ＨＤＡＣ表达异常升高，抑制ＨＤＡＣ活性能有效诱导肿瘤细胞发生周期阻滞、凋亡＞７］。逡逑目前，经ＦＤＡ批准上市的ＨＤＡＣ抑制剂有４个，多个ＨＤＡＣ抑制剂正处于临床研究阶逡逑段［８］。研宄表明，ＨＤＡＣ抑制剂可分为三个部分（图１．３）：邋１）锌离子螯合基团（Ｚｉｎｃ－ｂｉｎｄｉｎｇ逡逑ｇｒｏｕｐ，邋ＺＢＧ），该结构与ＨＤＡＣ邋口袋底部的锌离子结合；２）帽子基团（ＣＡＰ），该结构逡逑位于ＨＤＡＣ邋口袋表面，可与蛋白表面氨基酸残基进一步成键；３）连接ＺＢＧ和ＣＡＰ结逡逑构的连接基团（Ｌｉｎｋｅｒ）邋ＨＤＡＣ抑制剂具有广谱抗肿瘤活性，与多种抗肿瘤药物逡逑联用时具有协同作用，基于其结构特征，药学研[側嗽辈捎梅肿尤诤系仁侄紊杓屏硕嘀皱义匣冢龋模粒枚喟械阋种萍痢ｅ义县贺义希皱危皱巍澹隋危皱危叔澹皱危皱危卞危皱危馘危皱危危叔澹蓿叔义希茫粒绣危蹋椋睿耄澹蝈危冢拢清危茫粒绣危蹋椋睿耄澹蝈危冢拢清义希樱粒龋铃危停樱玻罚靛义希粒卞危粒插义贤迹保冲澹龋模粒靡种萍烈┬拍Ｊ剑郏梗蒎义希疲椋纾澹保冲澹裕瑁邋澹穑瑁幔睿睿幔悖铮穑瑁铮颍邋澹穑幔簦簦澹颍铄澹铮驽澹龋模粒缅澹椋睿瑁椋猓椋簦铮颍箦义希保矗崩野彼峒っ福榈鞍兹ヒ阴；杆械阋种萍铃义侠野彼峒っ傅闹饕饔檬墙粒裕猩狭柞；频降孜铮ǖ鞍字剩┑睦野彼岵谢希义鲜蛊淞姿峄姿峄蟮牡鞍啄芄徊斡氲骺刂疃嘞赴砉蹋缦赴至选⑾赴只㈠义舷赴ず拖赴蛲
本文编号：2813661
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