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新型抗凋亡Bcl-2蛋白抑制剂的设计、合成及初步活性研究

癌症已成为当代影响人类社会健康发展的重要问题。在人类与癌症长期斗争

的历程中,已发展了多种治疗方法用于临床。

其中药物疗法已成为当前临床干预、治疗癌症的主要手段之一。分析近年来

多种新型抗癌药物的作用机制,很多药物都是通过诱导肿瘤细胞凋亡而发挥作用

的。

现代生物医学认为,细胞凋亡是机体的一种正常的生理过程,在胚胎的形成、

组织内环境稳定以及去除多余或受感染细胞等过程中扮演着重要角色。在病理条

件下,细胞凋亡发生紊乱与多种疾病(癌症、自身免疫疾病、心血管疾病等)的发

展进程密切相关。

细胞主要通过两条途径发生凋亡,即线粒体介导途径和死亡受体介导途径。

在线粒体介导途径中,Bcl-2蛋白家族是一类重要的调节因子。

该蛋白家族成员主要包括促凋亡蛋白(Bax、Bak、Bid等)和抗凋亡蛋白(如

Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1等)两大类。研究发现,抗凋亡Bcl-2蛋白在许多恶性肿

瘤中过度表达。

例如80%的B-细胞淋巴瘤和30-60%的前列腺癌中可以发现过度表达的Bcl-2

蛋白,乳腺癌和肺癌中则观察到Bcl-xL蛋白的过度表达。因此,研究靶向针对抗

凋亡Bcl-2蛋白的抑制剂,可以有效抑制抗凋亡蛋白的活性,诱导癌细胞发生细

胞凋亡,从而达到治疗癌症的目的。

最近十几年中,人们报道了许多抗凋亡Bcl-2蛋白抑制剂,包括反义寡核苷

酸、BH3模拟肽和小分子抑制剂。由于前两种药物在体内递送过程中存在较多问

题,因此发展高效、低毒的小分子抑制剂成为当前该类药物研发的重点。

随着现代结构生物学、计算机虚拟筛选和核磁共振等先进技术的发展,许多

活性较好的抗凋亡Bcl-2蛋白抑制剂相继被报道,比如ABT-199、ABT-263、

(R)-Gossypol(AT-101)、GX015-070、HA14-1等。WL-276是2008年美国明尼苏

达大学邢成国教授课题组报道的2-硫代-4-噻唑烷酮类Bcl-2蛋白抑制剂,具有

骨架结构新、活性好、可以有效诱导PC-3肿瘤细胞发生凋亡等多种优点。

在体内药效学评价中,该化合物显示出良好的抑制前列腺肿瘤生长活性。在

前期与邢成国教授合作的基础上,我们课题组合成了一系列新型的2-硫代-4-噻

唑烷酮衍生物。

活性结果显示:芳香氨基酸侧链的衍生物活性高于相应的脂肪氨基酸侧链衍

生物,联苯结构被苯环替换后活性下降,苯磺酰胺片段上的甲基是活性非必需基

团。在本论文研究中,我们基于WL-276的分子骨架,将氨基酸侧链换成4-溴苯丙

氨酸、色氨酸等芳香氨基酸,保留联苯部分并在芳环上增加一些取代基,同时在苯

磺酰胺的芳环上引入不同取代基以考察目标化合物2-硫代-4-噻唑烷酮衍生物

的构效关系(seriesA)。

另外,我们在前期研究中发现了新型吡咯烷类先导物BPA2。该化合物对

Mcl-1蛋白表现出一定的抑制活性(Ki=8.4μM),而对其他抗凋亡Bcl-2蛋白的活

性很差。

由于吡咯烷类化合物水溶性好、骨架比较稳定,不存在早期WL-276衍生物结

构碱性条件下不稳定和水溶性差等缺陷。因此,在本论文研究中,我们根据前期得

到的初步构效关系,基于BPA2的结构,引入苯磺酰胺片段,并且在联苯、苯丙氨酸

以及Boc保护基部分进行深入的结构修饰,设计合成了两类吡咯烷类衍生物

(seriesB和seriesC)。

对于2-硫代-4-噻唑烷酮衍生物,我们以L-氨基酸为起始原料,通过一锅法

合成2-硫代-4-噻唑烷酮骨架,然后经过Knoevenagel反应以及酰胺缩合反应生

成目标化合物;对于吡咯烷类衍生物,我们以L-羟基脯氨酸为起始原料,经过

Mitsunobu反应、威廉姆森反应和酰胺缩合反应等过程合成了最终的目标化合物。

共合成新化合物140个,其中目标化合物78个,新中间体62个。

所有的新化合物都用1H-NMR、13C-NMR以及质谱进行了结构确证,并且测定

了熔点等物理常数。在活性评价研究中,我们主要通过荧光偏振法(FPAs)测试目

标化合物与抗凋亡Bcl-2蛋白的竞争结和力;通过MTT法测试了部分活性目标化

合物的抗肿瘤增殖活性;通过AnnexinV-FITC/PI双染色法测试了诱导PC-3肿瘤

细胞发生细胞凋亡的能力。

测试结果显示,seriesA中的大多数化合物对Bcl-