蛋白相互作用小分子抑制剂的发现、设计及生物活性评价

摘要

基因调节、免疫应答、信号转导、细胞组装等生物过程都离不开蛋白-蛋白相互作用。多个蛋白-蛋白相互作用已被证实为有效的药物靶标，如p53-MDM2和Keap1-Nrf2。 p53-MDM2是肿瘤相关的一个重要靶标，抑制p53-MDM2相互作用能释放p53抑癌基因，发挥抗肿瘤作用，是肿瘤治疗的一个重要的新策略。基于这一靶标而开发的多个化合物已经处于Ⅰ期临床研究阶段。 Nrf2是细胞氧化应激反应中的关键因子，受Keap1蛋白的调控，通过与抗氧化反应元件ARE相互作用，调节抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的表达，发挥细胞保护作用。基于Keap1-Nrf2蛋白相互作用的小分子抑制剂研究尚处起步阶段，还没有发现非常有效地小分子抑制剂。 本论文通过基于结构药物设计，分别对p53-MDM2和Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用开展小分子抑制剂筛选、设计与生物活性研究。 一、吡咯酮类p53-MDM2小分子抑制剂的发现、设计和生物活性研究 通过基于结构的虚拟筛选从Specs商业数据库中筛选得到25个化合物，9个化合物具有p53-MDM2相互作用抑制活性，其中化合物A5和A9的蛋白结合抑制活性最强，分别为780nM和570nM。针对化合物A5设计合成了一系列吡咯酮衍生物并进行了蛋白结合抑制活性、体外和体内抗肿瘤活性研究，发现了30多个高活性的吡咯酮类小分子抑制剂。机制研究发现化合物A41可作为p53-MDM2/X双靶点抑制剂。对化合物A60不同构型的研究证实吡咯酮5位手性中心对活性具有较大影响。化合物A41和A60a均能有效抑制裸鼠移殖瘤的生长，化合物A60a在300mg/kg对肺癌的抑瘤率达52.53％，而且表现出毒性小、耐受性强的特点。 二、吡咯酮并吡唑类p53-MDM2和NF-κB双重小分子抑制剂的设计、合成与机制研究 通过合理药物设计策略，设计合成了一类具有吡咯酮并吡唑骨架作为p53-MDM2和NF-κB通路双重小分子抑制剂。活性研究发现，大部分具有优异的蛋白抑制活性和体外细胞增殖抑制活性。化合物5j，5q，5s和5u均能有效抑制裸鼠肺癌A549移殖瘤的生长，其中化合物5q对肺癌的抑瘤率达52.43％，与多柔比星相当，而且表现出毒性小、耐受性强的特点;并且化合物5q具有优异的口服生物利用度，达到72.9％。 机制研究表明，化合物5s在细胞内既可以释放p53，也能抑制NF-κB的激活。激酶筛选发现，化合物5s可抑制NF-κB信号通路中关键的IKK激酶。有意思的是，深入的机制研究发现，化合物5s的两种异构体分别作用于p53-MDM2和NF-κB通路，并且具有较好的体内抗肿瘤协同作用，这一思路也为今后手性药物研究提供了一个新思路。 三、基于结构的虚拟筛选和先导核心骨架相似性搜寻策略的新型Keap1-Nrf2小分子抑制剂的发现及活性研究 通过基于结构的虚拟筛选技术从Specs商业数据库中筛选得到65个化合物，9个化合物具有Keap1-Nrf2蛋白相互作用抑制活性，其中化合物S47活性最强，达到2.9μM，与阳性对照相当。以活性较好的三类化合物为先导，基于先导核心骨架的相似性搜寻(HBSS)为策略，发现了多个高活性衍生物并探讨了它们的构效关系。细胞活性研究发现，具有较好蛋白抑制活性的11个化合物均表现出优异的细胞保护活性，远优于阳性对照。机制研究进一步证实化合物S47能在细胞内抑制Keap1-Nrf2的结合，解离Nrf2，并入核诱导下游靶基因的表达。

目录

声明

摘要

缩略词表

前言

第一部分 p53-MDM2蛋白-蛋白相互作用小分子抑制剂的发现、优化与机制研究

第一章 p53-MDM2蛋白-蛋白相互作用抑制剂研究进展

一、p53-MDM2的结构基础

二、基于结构设计的p53-MDM2相互作用小分子抑制剂

三、总结与展望

参考文献

第二章 吡咯酮类p53-MDM2小分子抑制剂的发现、设计和生物活性研究

一、受体及配体准备

二、对接方法验证

三、虚拟筛选

四、筛选化合物对p53-MDM2结合抑制作用

五、结构优化及活性研究

六、初步机制研究

七、体内抗肿瘤活性

八、小结

九、实验部分

参考文献

第三章 吡咯酮并吡唑类p53-MDM2和NF-κB双重小分子抑制剂的设计、合成与机制研究

一、设计思想

二、吡咯酮并吡唑类化合物的合成

三、吡咯酮并吡唑类化合物的活性研究

四、吡咯酮并吡唑类小分子的机制研究

五、吡咯酮并吡唑类小分子的体内抗肿瘤活性

六、化合物5q的药代动力学研究

七、化合物5s对映异构体作用机制研究

八、小结

九、实验部分

参考文献

第二部分 Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用小分子抑制剂的设计与活性研究

第一章 Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用抑制剂研究进展

一、Keap1-Nrf2的结构基础

二、Keap1-Nrt2相互作用小分子抑制剂

三、总结和展望

参考文献

第二章 基于结构的虚拟筛选发现新型Keap1-Nrf2小分子抑制剂及其活性研究

一、受体及配体准备

二、虚拟筛选

三、筛选化合物的Keap1-Nrf2结合抑制活性

四、基于先导核心结构相似性搜寻(HBSS)与构效关系研究

五、可逆性结合验证

六、蛋白热变性实验

七、细胞保护活性研究

八、克隆形成能力实验

九、机制研究

十、小结

十一、实验部分

参考文献

在读期间发表论文和获奖情况说明

致谢

附录