基于靶酶結(jié)構(gòu)的PI3K-mTOR雙重抑制劑的設計、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健康、威脅人類生命，因而攻克癌癥已被世界衛(wèi)生組織和各國政府衛(wèi)生部門列為首要任務。目前，臨床上常用的抗癌藥物主要是細胞毒類藥物，這類藥物因其細胞毒的固有性質(zhì)而難以避免的具有選擇性差、毒副作用大、耐藥性強等缺點。為了減緩傳統(tǒng)腫瘤化療藥物的嚴重毒副作用，腫瘤治療藥物的研究正逐漸從細胞毒類藥物向以胞內(nèi)信號通路中關鍵酶為靶點的特異性腫瘤抑制劑轉(zhuǎn)型。近年來，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)已成為靶向治療領域中備受關注且有望出現(xiàn)重大新藥突破的熱點研究領域之一。
　　 磷脂酰肌醇3激酶(Phosphoinositide3-kinases，PI3K)是脂激酶家族成員之一，其介導的信號通路在生長、增殖、存活、凋亡、轉(zhuǎn)錄、翻譯、血管生成和細胞周期中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。PI3K激酶在人類各種腫瘤中被頻繁的激活，因而抑制PI3K是一個有前景的癌癥治療策略。最近研究已經(jīng)表明，和單獨的mTOR

3、抑制劑功效相比，PI3K和mTOR的雙重抑制劑可以通過針對該信號通路上的多個點進行抑制，同時防止AKT介導的信號的增加，達到增強抗腫瘤功效的作用。另外，PI3K中p110亞基和mTOR的催化結(jié)構(gòu)域之間的結(jié)構(gòu)相似性也極大推動了該類雙重抑制劑的快速發(fā)展。在最近的二十年里，數(shù)十個PI3K/mTOR的雙重抗腫瘤小分子抑制劑先后進入臨床試驗，臨床數(shù)據(jù)表明該類化合物具有良好的治療效果。這些都表明，針對PI3K/mTOR雙重靶點的抗腫瘤藥物設計具有很

4、好的前景。
　　 因此，本課題圍繞PI3K開展研究。目前有數(shù)個PI3K與小分子抑制劑共晶結(jié)構(gòu)的報道，為我們開展計算機輔助藥物設計進行藥物研究提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎。因此，我們搜集了大量文獻及蛋白共晶結(jié)構(gòu)進行分析，研究其活性位點的結(jié)合模式，尋找規(guī)律。通過PI3K四種亞型和mTOR蛋白的一級結(jié)構(gòu)序列對比，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。其次，通過結(jié)晶學分析

5、我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有抑制劑的不同結(jié)構(gòu)類型的小分子雙重抑制劑在ATP結(jié)合位點處的結(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骨架。然后利用基于結(jié)構(gòu)的“兩步設計策略”:首先，基于先導骨架，我們發(fā)現(xiàn)對甲苯基是一個能夠使含氮側(cè)鏈衍生到核糖腔的合理連接子。其次，通過聚焦化合物庫的計算策略和虛擬篩選的方法合理設計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)選的四個化合物(HJS-0009，HJS-A005，HJS-A017和HJS-A026)進行的PI3K不同亞型及mTOR活性測試表明他們對PI3Kα抑制活性分別是0.55 nM，1.30 nM，0.59 nM and0.65 nM，對mTOR的抑制活性分別是1.1nM，3.8 nM，2.2 nM and1.1 nM。進一步的MTT法

7、體外抗腫瘤實驗表明，大多數(shù)所合成的化合物對非小細胞肺癌A549、結(jié)腸癌HCT116及神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87MG的抑瘤活性均達到納摩爾水平。
　　 在此基礎上，我們優(yōu)選部分化合物送到美國國家癌癥研究所(NCI)進行了對包含人體九大類型共60種腫瘤細胞進行活性測試，結(jié)果表明它們均具有非常顯著的細胞毒活性，它們對人60種腫瘤細胞的平均半數(shù)生長抑制濃度(GI50)分別為15.13nM，15.85nM和18.62nM，較目前著名的細胞毒類抗腫瘤

8、用藥紫杉醇和喜樹堿(平均GI50為31.50nM和39.80nM)活性更好。該3個化合物的裸鼠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73.52％，超過臨床一期的GSK2126458（抑瘤率為65.93％），同時毒性明顯低于對照化合物。目前該化合物被美國癌癥研究所(NCI)生物評價委員會(BEC)選中進行更一步的生物學評價。進一步的早期化學穩(wěn)定性、代謝穩(wěn)定性及生物利用度實驗及初步的小鼠耐受性試驗表明:化合物A00