新型PI3K抑制剂的设计合成及抗肿瘤活性研究

摘要

由PI3K介导的PI3K/AKT信号通路是细胞中关键的信号通路之一，在细胞的生命进程中发挥着至关重要的作用，包括细胞的存活、生长、增殖、分化及凋亡。该信号通路的失调将会引发多种肿瘤的发生，因而，PI3K激酶成为肿瘤治疗的重要的靶点之一。目前，PI3K激酶主要分为三类，其中Ⅰ型PI3K与肿瘤的发展紧密相关。根据催化亚基和调节亚基的不同，Ⅰ型PI3K又被进一步分为PI3Kα，β，δ和γ四个亚型。其中PI3Kα和β在各组织器官中广泛分布。PI3Kα的编码基因PIK3CA是目前在人类癌症中最常见的突变和扩增基因，从而使得PI3Kα成为肿瘤治疗的一个有效的靶点。PI3Kβ在PTEN缺失或失活的癌症患者中对肿瘤的形成发挥着重要的作用，并能够激活血小板引起血栓类疾病。PI3Kδ主要分布在造血器官的细胞中，与自身免疫性疾病有关。PI3Kδ失调容易导致骨髓和淋巴结微环境内恶性B细胞的增殖和存活，引起淋巴瘤和骨髓瘤。PI3Kγ主要分布在白细胞和T淋巴细胞中，也与炎症反应和免疫性疾病有关。随着对不同亚型PI3K的结构和生物功能的探索，大量具有不同结构母核和选择性的PI3K抑制剂相继被发现，对人类肿瘤、炎症及免疫相关疾病的治疗提供了很大的帮助。
　　本论文致力于发现新型PI3K抑制剂，研究内容主要分为以下两个部分:
　　一、作为PI3K/AKT信号通路抑制剂，先导化合物BENC-511在体外对多种肿瘤细胞具有显著的抗增殖活性，且可以通过抑制AKT的磷酸化，诱导细胞发生凋亡。在多发性骨髓瘤和前列腺癌异种抑制模型中，口服给药BENC-511均显示了良好的体内抗肿瘤活性。但BENC-511对PI3K激酶并没有明显的抑制活性，具体作用靶点并不明确，而且体内代谢不稳定。为了探索靶点明确、代谢更稳定的PI3K抑制剂，在香豆素母核上连接吡啶脲基结构片段，期望能提供氢键受体或供体，与铰链区的缬氨酸产生氢键结合，提高化合物的活性和亚型选择性。在构建香豆素环的过程中，发现N-Boc保护基在浓硫酸条件下，可以形成叔丁基碳正离子，作为叔丁基化试剂，发生傅克烷基化反应，这在文献中是鲜有报道的。另外，在香豆素C-7位羟基上引入不同的烷基，考察其对活性的影响。该部分共合成了36个化合物，包括6-叔丁基取代衍生物A系列，7-羟基香豆素衍生物B系列（6位无取代）和7-烷氧基衍生物C系列。多数化合物对A549，MCF-7，K562和Hela细胞表现出良好的抗增殖活性，化合物A2、A8、A11、A13、B2、B7、B9、B10、B14、C4、C7的活性优于BENC-511或与其相当。在A系列化合物中，脲基上含有卤素取代的苯基，或3，4-双卤素取代的苯基时，化合物对肿瘤细胞的抗增殖活性最好。与A系列化合物相比，去除香豆素C-6位叔丁基后，B系列化合物抗增殖活性更加显著。在B系列化合物中，脲基氮原子被2，5-二甲氧基苯基、对位卤素取代的苯基、3，4-双卤素取代的苯基或环丙基取代时，抗增殖活性较好。在香豆素C-7位羟基上引入不同烷基后，大部分C系列化合物对肿瘤细胞的抗增殖活性呈现不同程度的下降，个别化合物的活性略有提高，如化合物C8对肿瘤细胞的抗增殖活性高于B8。在30μM浓度下，化合物A2、A5、A8、A9和A11对PI3Kα的抑制率均在在69％至85％之间，其中A2具有P13Kα/β选择性，A8具有PI3Kα/β/δ选择性。另外，化合物A8能抑制AKT的磷酸化，诱导caspase3的活化和PARP的剪切，促进肿瘤细胞凋亡。
　　二、PI3Kδ的异常激活容易导致B细胞恶性肿瘤，如白血病和淋巴瘤等。CAL-101是一个选择性的PI3Kδ抑制剂，临床上用于治疗CLL、FL和SLL。本研究以CAL-101的结构基础，采用骨架跃迁策略，用4-氨基吡唑并嘧啶环代替CAL-101的嘌呤环，并在其C-3位引入含有氢键受体或供体的芳环或芳杂环;在喹唑啉酮的3位氮原子上引入邻甲基苯基（D系列）、2，6-二甲基苯基（E系列）或环己基（F系列），考察其对疏水性口袋的诱导作用;将CAL-101的结构进行简化，去掉其手型碳，以亚甲基将喹唑啉酮片段与4-氨基吡唑并嘧啶环连接。共合成了新型喹唑啉酮衍生物19个。大部分化合物对PI3Kδ抑制活性显著，在浓度为1μM时，抑制率在90％左右，其中化合物E4和E5的活性最好，IC50值分别为8.6和8.4 nM。在同一系列中，4-氨基吡唑并嘧啶环3位的取代基对化合物的PI3K8抑制活性影响较大，5-吲哚、3，4-二甲氧基苯取代活性最好，优于5-邻甲氧基吡啶、3-喹啉或5-苯并1，3-二氧戊环，而6-羟基萘或间三氟甲氧基苯基取代导致活性明显下降。喹唑啉酮环3位的苯环对活性保持十分重要，2，6-二甲基苯衍生物（E系列）对PI3K8抑制活性最好，优于邻甲基苯衍生物D系列，而环己基衍生物（F系列）的活性较弱。其中，吲哚衍生物E4为PI3Kδ选择性抑制剂，3，4-二甲氧基苯取代衍生物E5为PI3Kδ/γ选择性抑制，二者的亚型选择性均明显优于CAL-101，尤其是E4，对PI3K8的选择性是PI3Kα、β和γ亚型的3630、390和40倍，是目前选择性最好的PI3Kδ选择性抑制剂。E4和E5还能够有效抑制SU-DHL-6细胞的增殖，其IC50值分别为0.149和0.222μM，具有进一步研究开发价值。

目录

声明

摘要

符号说明

第一部分 前言

2 PI3K激酶的分类

第二节 PI3K／AKT信号通路

2 PI3K／AKT信号通路与肿瘤的关系

第三节 PI3K抑制剂的研究进展

2 第二代PI3K抑制剂

第二部分 香豆素类PI3K抑制剂的设计合成及活性研究

1 先导化合物的研究背景

2 香豆素类化合物的设计策略

第二节 香豆素类PI3K抑制剂的合成

1 仪器与试剂

2 A—C系列化合物的合成

1 体外抗肿瘤细胞增殖实验

2 体外对PI3K激酶抑制实验

3 AKT磷酸化抑制活性

4 诱导细胞凋亡活性

第四节 本章小结

第三部分 喹唑啉酮类PI3Kδ抑制剂的设计合成及活性研究

2 典型PI3Kδ抑制剂

3 喹唑啉酮类化合物的设计策略

第二节 喹唑啉酮类PI3Kδ抑制剂的合成

1 仪器与试剂

2 D—F系列化合物的合成

第三节 活性测定

1 体外对PI3K激酶抑制实验

2 体外对SU-DHL-6细胞的抑制活性

第四节 小结

第四部分 总结与展望

参考文献

致谢

附录

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