3-硝基-2H-苯并吡喃类组蛋白去乙酰化酶抑制剂的设计、合成及抗肿瘤活性研究

摘要

恶性肿瘤（癌症）严重威胁着人类的生命和健康。当前，癌症患者越来越多，抗癌形势非常严峻，急需更加安全有效的抗肿瘤药物来治疗缓解癌症患者的疾苦。组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylases，HDACs）作为抗肿瘤药物研究的一个热门靶点，近年来倍受药物化学家们的关注。伏立诺他(SAHA)、罗米地辛(Romidepsin)、贝利司他(Belinostat)、帕比司他(Panobinostat)和西达本胺(Chidamide)等HDACs抑制剂(HDACi)的成功上市，不仅证实了HDACi作为抗肿瘤药物的安全有效性，更增强了人们对新型HDACi类抗肿瘤药物的期待。
　　作为一类催化赖氨酸残基去乙酰化的水解酶，HDACs在机体的多种调节过程中发挥着非常重要的作用。HDACs的失调与癌症、神经系统紊乱、细胞代谢紊乱和炎症等多种疾病的发生和发展密切相关。
　　目前，在哺乳动物体内共发现了18种不同亚型的HDACs，按序列特征和结构功能的不同可将其分为四类。其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类为Zn2+依赖性HDACs，第Ⅲ类又名sirtuins，为NAD+(Nicotinamide adenine dinucleotide)依赖性HDACs。Zn2+依赖性HDACs与NAD+依赖性HDACs在结构和功能上存在较大差距。从蛋白结构上看，Zn2+依赖性HDACs的活性位点可分为表面结合区、疏水性通道、Zn2+结合区以及内腔等四个部分。按结合部位的不同，HDACi的药效团模型也相应的分为帽子区(Cap)、连接区(Linker)、Zn2+结合基团(ZBG)和内腔结合基团(Internal cavity motif)等四个药效团。其中，Cap常为芳环和芳杂环等各种环状结构。Linker通常为脂肪长链或取代芳环。最常见的ZBG主要有异羟肟酸、邻苯二胺类等，而内腔结合基团则通常为各种芳环或杂环。
　　在前期研究中，本课题组以3-硝基-2H-苯并吡喃结构作为母核，设计并合成了一系列具有良好抗肿瘤活性的3-硝基-2H-苯并吡喃衍生物。考虑到3-硝基-2H-苯并吡喃符合Cap药效团的结构特征，本文以6-氨基-3-硝基-8-乙氧基-2H-苯并吡喃作为Cap;以各种直链二元羧酸或氨基酸碳链作为Linker;以酰胺，邻氨基酰胺或乙氧基酰胺作为ZBG;以取代苯环或5-甲基噻吩作为内腔结合基团，设计了一系列3-硝基-2H-苯并吡喃类HDACi。
　　本研究采用先合成Cap，再引入其它药效团的方法制备这类化合物。沿用本课题组在前期研究中建立的方法，制备6-叔丁氧甲酰氨基-3-硝基-8-乙氧基-2H-苯并吡喃后，在酸性条件下脱去Boc保护基。再采用简单的缩合反应，通过形成酰胺键将各基团连接起来，得到目标化合物。
　　本研究初步测试了这19个目标化合物对PC3、Hela、A549、MCF-7和K562等肿瘤细胞株的体外抗增殖活性及对HDAC1、HDAC2和HDAC6的抑制活性。从整体上看，大部分化合物表现出比阳性对照药SAHA和MS-275更高的体外抗肿瘤细胞增殖活性，且对血液瘤K562细胞的抑制活性最好。其中，A10、A11、A13和A14等以酰胺作为ZBG的化合物抗增殖活性最高，对所测5株肿瘤细胞的增殖抑制活性均高于SAHA和MS-275。对HDAC1、HDAC2和HDAC6的抑制实验表明，邻苯二胺类化合物A01-A09及苯丙氨酸类化合物A15与A16对HDAC1和HDAC2的活性较强、选择性较好，而对HDAC6的抑制活性很弱。内腔结合基团的引入，明显提高了邻苯二胺类化合物对HDAC1的选择性。其中，化合物A03、A05和A06对HDAC1的抑制活性高于阳性对照药MS-275(IC50=271 nM)，IC50值分别为232 nM、128 nM和179 nM。另外，在研究中发现，(R)-2-氨基苯丙酰胺基团能同时发挥ZBG药效团和内腔结合基团的作用，引入此基团有望成为HDACi设计的有效策略之一。

目录

声明

摘要

符号说明

第一部分 前言

1．1 组蛋白去乙酰化酶

1．1．1 HDACs的功能及分类

1．1．2 Zn离子依赖性HDACs的结构特征

1．2 组蛋白去乙酰化酶抑制剂

1．2．1 HDACi的抗肿瘤机制

1．2．2 HDACi的结构特征

1．2．3 异羟肟酸类HDACi

1．2．3 邻苯二胺类HDACi

1．2．4 其它HDACi

1．3 小结

第二部分 3-硝基-2H-苯并吡喃类HDACi的设计

2．1 HDACi的药效团模型

2．2 BENC-511及其衍生物

2．3 3-硝基-2H-苯并吡喃类HDACi的设计

2．4 目标化合物的合成路线

2．4．1 目标化合物A01-A12的合成路线

2．4．2 目标化合物A13-A19的合成路线

第三部分 化学合成实验

3．1 实验仪器与试剂

3．2 操作步骤与实验结果

3．2．1 中间体的制备

3．2．2 目标化合物的制备

3．2．3 阳性对照药的制备

第四部分 初步活性研究

4．1 活性实验测定方法

4．1．1 肿瘤细胞增殖抑制实验

4．1．2 HDACs抑制活性测试实验

4．2 活性结果与讨论

4．2．1 肿瘤细胞生长抑制实验结果与讨论

4．2．2 HDACs抑制活性测试结果与讨论

第五部分 总结与展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士学位期间发表的论文