新型茚并吡唑类微管蛋白抑制剂的设计、合成及活性研究

摘要

恶性肿瘤严重威胁着人类的生命健康，是导致人类死亡的主要原因之一。肿瘤细胞与正常细胞最大的区别在于癌细胞的有丝分裂异常频繁而且不受控制，这使癌细胞生长极其依赖于微管蛋白/微管之间的动态循环（聚合和解聚）。另外，由于肿瘤细胞快速分裂增殖过程，肿瘤的侵袭，肿瘤转移等过程极大依赖于周围血管中养分的供应，因此肿瘤组织内血管增生明显。而参与肿瘤血管生成的内皮细胞发育不够成熟，需要微管组成的骨架网络来维持其形态。由于微管在肿瘤细胞的生长和发育中起到非常关键的作用.使得它成为比较理想的抗肿瘤药物研究的靶点。
　　目前，微管蛋白抑制已经成为一类主要的化疗药物，广泛用于临床各类肿瘤的治疗。在微管的上，有四个典型的微管蛋白抑制剂结合的位点，分别是紫杉醇结合位点、laulimalide结合位点、长春碱结合位点和秋水仙碱结合位点。结合于紫杉醇位点和laulimalide位点的抑制剂，能够促进微管蛋白聚合为微管井抑制已形成的微管解聚，被称为微管稳定剂。而结合于后两个位点的抑制剂则能够促进微管的解聚并抑制聚合行为，被称为微管聚合抑制剂。
　　其中，作用于秋水仙碱位点的新型小分子微管蛋白抑制剂（如CA-4P，OXi4503等）可以作为抗有丝分裂剂和抗血管阻断剂应用，表现出抗瘤谱广、能抗多药耐药性并能抑制肿瘤扩散的特性。这也使靶向秋水仙碱位点的小分子微管蛋白抑制剂的研究，成为目前抗肿瘤药物发现的热点之一。
　　秋水仙碱药物结合位点的研究，包括抑制剂药效团模型，结合区域以及结构特征，不仅为了解蛋白和抑制剂的相互作用提供了依据，更为开展基于靶点结构的合理药物设计奠定了理论基础。
　　我们以微管蛋白秋水仙碱结合位点的晶体结构为基础，遵循结合位点的特征及抑制剂的结构模型，设计含有全新结构骨架的茚并吡唑类微管蛋白抑制剂。结合计算机辅助药物设计和虚拟筛选，我们选取了16个化合物进行合成并通过1H-NMR，13C-NMR，ESI-MS，元素分析等进行了结构确证。另外，对16个化合物进行了体外抗肿瘤细胞增殖(K562，PC3，HeLa，HepG2，MCF-7)活性测试。该系列化合物对测试的五种肿瘤细胞均表现出较强增殖抑制活性，大多优于或与对照药ABT-751相当。其中，化合物LL-01和LL-04的抑制肿瘤细胞增殖的活性尤为突出（均为纳摩尔级），显著优于对照药ABT-751。体外微管蛋白聚合实验结果显示化合物LL-01和LL-04均可以抑制微管蛋白聚合，与秋水仙碱活性相当。另外，化合物LL-01和LL-04作用于肿瘤细胞分裂周期，使其停滞于G2/M期。
　　化合物LL-01和LL-04显示出明显优于ABT-751的抗肿瘤细胞增值活性，可能与该系列化合物与秋水仙碱结合位点形成的多个氢键相互作用有关。以LL-01为例，化合物LL-01分子中7位的乙酰胺基侧链上的NH2作为氢键供体，与β-微管蛋白交界处的α微管蛋白亚基的Ser178α、Thr179α形成氢键结合，而ABT-751则在此部分没有任何结合。另外，间乙氧基苯胺的氨基作为氢键供体与Thr240β结合，而乙氧基的氧原子作为氢键受体分别与Tyr202β和Asn167β结合。
　　通过上述研究，我们发现了高活性的微管蛋白抑制剂，正在进行深入的抗肿瘤药理学研究。该研究也为进一步的结构修饰和构效关系研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

符号说明

第一部分 前言

1．1 微管的结构、动力学特性及相关功能

1．1．1 微管的组成及相关功能

1．1．2 微管的结构及动力学特性

1．1．3 微管的生物学功能

1．2 微管与肿瘤的关系

1．3 微管蛋白抑制剂的研究

1．3．1 微管蛋白抑制剂的作用机制

1．3．2 微管蛋白抑制剂的作用位点及代表药物

1．3．3 作用于秋水仙碱位点的新型小分子抑制剂的优势

第二部分 靶向秋水仙碱结合位点的微管蛋白抑制的设计

2．1 秋水仙碱结合位点

2．1．1 秋水仙碱结合位点抑制剂药效团模型

2．1．2 秋水仙碱结合位点抑制剂结合区域

2．1．3 秋水仙碱结合位点抑制剂结构特征

2．2 茚并吡唑类微管蛋白抑制剂的设计

2．3 目标化合物的合成

2．3．1 目标化合物的合成路线

2．3．2 中间体的合成路线

第三部分 化学合成实验

3．1 实验仪器与试剂

3．2 实验操作与结果

3．2．1 茚并吡唑母核的制备

3．2．2 中间体的制备

3．2．3 目标化合物的合成

第四部分 生物活性研究

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 体外微管蛋白聚合实验

4．1．3 细胞周期实验

4．2 活性结果与讨论

4．2．1 肿瘤细胞生长抑制实验结果

4．2．2 体外微管蛋白聚合实验结果

4．2．3 细胞周期实验结果

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