基于靶酶結(jié)構(gòu)的PI3K-mTOR雙重抑制劑的設(shè)計(jì)、合成及抗腫瘤活性研究.pdf

1、近年，惡性腫瘤正在加速侵蝕人類(lèi)健康、威脅人類(lèi)生命，因而攻克癌癥已被世界衛(wèi)生組織和各國(guó)政府衛(wèi)生部門(mén)列為首要任務(wù)。目前，臨床上常用的抗癌藥物主要是細(xì)胞毒類(lèi)藥物，這類(lèi)藥物因其細(xì)胞毒的固有性質(zhì)而難以避免的具有選擇性差、毒副作用大、耐藥性強(qiáng)等缺點(diǎn)。為了減緩傳統(tǒng)腫瘤化療藥物的嚴(yán)重毒副作用，腫瘤治療藥物的研究正逐漸從細(xì)胞毒類(lèi)藥物向以胞內(nèi)信號(hào)通路中關(guān)鍵酶為靶點(diǎn)的特異性腫瘤抑制劑轉(zhuǎn)型。近年來(lái)，隨著研究的深入，靶向抗腫瘤藥物已經(jīng)取得了顯著的成效。其中，PI

2、3K/Akt/mTOR通路抑制劑的研發(fā)已成為靶向治療領(lǐng)域中備受關(guān)注且有望出現(xiàn)重大新藥突破的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。
　　 磷脂酰肌醇3激酶(Phosphoinositide3-kinases，PI3K)是脂激酶家族成員之一，其介導(dǎo)的信號(hào)通路在生長(zhǎng)、增殖、存活、凋亡、轉(zhuǎn)錄、翻譯、血管生成和細(xì)胞周期中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。PI3K激酶在人類(lèi)各種腫瘤中被頻繁的激活，因而抑制PI3K是一個(gè)有前景的癌癥治療策略。最近研究已經(jīng)表明，和單獨(dú)的mTOR

3、抑制劑功效相比，PI3K和mTOR的雙重抑制劑可以通過(guò)針對(duì)該信號(hào)通路上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行抑制，同時(shí)防止AKT介導(dǎo)的信號(hào)的增加，達(dá)到增強(qiáng)抗腫瘤功效的作用。另外，PI3K中p110亞基和mTOR的催化結(jié)構(gòu)域之間的結(jié)構(gòu)相似性也極大推動(dòng)了該類(lèi)雙重抑制劑的快速發(fā)展。在最近的二十年里，數(shù)十個(gè)PI3K/mTOR的雙重抗腫瘤小分子抑制劑先后進(jìn)入臨床試驗(yàn)，臨床數(shù)據(jù)表明該類(lèi)化合物具有良好的治療效果。這些都表明，針對(duì)PI3K/mTOR雙重靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物設(shè)計(jì)具有很

4、好的前景。
　　 因此，本課題圍繞PI3K開(kāi)展研究。目前有數(shù)個(gè)PI3K與小分子抑制劑共晶結(jié)構(gòu)的報(bào)道，為我們開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)進(jìn)行藥物研究提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因此，我們搜集了大量文獻(xiàn)及蛋白共晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究其活性位點(diǎn)的結(jié)合模式，尋找規(guī)律。通過(guò)PI3K四種亞型和mTOR蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)序列對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)它們蛋白序列的催化區(qū)具有高度的保守性，這也為我們研究PI3K和mTOR的雙重抑制劑合理性提供了理論基礎(chǔ)。其次，通過(guò)結(jié)晶學(xué)分析

5、我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有抑制劑的不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的小分子雙重抑制劑在ATP結(jié)合位點(diǎn)處的結(jié)合模式具有高度的相似性，特別是6-喹啉基-3-吡啶基-苯磺酰胺骨架能夠很好的結(jié)合到PI3K活性腔，擁有很高的“配體效率”，因此我們選它作為先導(dǎo)骨架。然后利用基于結(jié)構(gòu)的“兩步設(shè)計(jì)策略”:首先，基于先導(dǎo)骨架，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)甲苯基是一個(gè)能夠使含氮側(cè)鏈衍生到核糖腔的合理連接子。其次，通過(guò)聚焦化合物庫(kù)的計(jì)算策略和虛擬篩選的方法合理設(shè)計(jì)合成了合成了一系列新型高效、水溶性好的含氮側(cè)鏈

6、取代的芳基磺酰胺衍生物。隨后進(jìn)行的PI3Kα激酶活性表明絕大多數(shù)合成化合物的IC50均低于4.0 nM。優(yōu)選的四個(gè)化合物(HJS-0009，HJS-A005，HJS-A017和HJS-A026)進(jìn)行的PI3K不同亞型及mTOR活性測(cè)試表明他們對(duì)PI3Kα抑制活性分別是0.55 nM，1.30 nM，0.59 nM and0.65 nM，對(duì)mTOR的抑制活性分別是1.1nM，3.8 nM，2.2 nM and1.1 nM。進(jìn)一步的MTT法

7、體外抗腫瘤實(shí)驗(yàn)表明，大多數(shù)所合成的化合物對(duì)非小細(xì)胞肺癌A549、結(jié)腸癌HCT116及神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87MG的抑瘤活性均達(dá)到納摩爾水平。
　　 在此基礎(chǔ)上，我們優(yōu)選部分化合物送到美國(guó)國(guó)家癌癥研究所(NCI)進(jìn)行了對(duì)包含人體九大類(lèi)型共60種腫瘤細(xì)胞進(jìn)行活性測(cè)試，結(jié)果表明它們均具有非常顯著的細(xì)胞毒活性，它們對(duì)人60種腫瘤細(xì)胞的平均半數(shù)生長(zhǎng)抑制濃度(GI50)分別為15.13nM，15.85nM和18.62nM，較目前著名的細(xì)胞毒類(lèi)抗腫瘤

8、用藥紫杉醇和喜樹(shù)堿(平均GI50為31.50nM和39.80nM)活性更好。該3個(gè)化合物的裸鼠A549移植瘤體內(nèi)抗腫瘤活性發(fā)現(xiàn)化合物HJS-A005的抑瘤率達(dá)73.52％，超過(guò)臨床一期的GSK2126458（抑瘤率為65.93％），同時(shí)毒性明顯低于對(duì)照化合物。目前該化合物被美國(guó)癌癥研究所(NCI)生物評(píng)價(jià)委員會(huì)(BEC)選中進(jìn)行更一步的生物學(xué)評(píng)價(jià)。進(jìn)一步的早期化學(xué)穩(wěn)定性、代謝穩(wěn)定性及生物利用度實(shí)驗(yàn)及初步的小鼠耐受性試驗(yàn)表明:化合物A00