苯并咪唑类新型血管内皮生长因子受体-2酪氨酸激酶抑制剂的设计与合成

Angiogenesis play key roles in tumor's growth, infiltration, diffusion and the metastasis. The aim of present subject is to design and synthesize some novel vascular endothelial growth factor receptor 2 protein tyrosine kinase (VEGFR-2 PTK) inhibitors. Based on VEGFR-2 PTK spatial structure of active site, adenosine triphosphate (ATP) binding site and nearby area of VEGFR-2 PTK is being studied by molecular simulation, the mode of action of existing VEGFR-2 PTK inhibitors to the ATP binding site (especially adenine part and γ-phosphoric acid part) and its nearby area will be paid more attention to. Under the guidance of the results of three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) of the reported VEGFR-2 PTK inhibitors, novel benzimidazole derivatives as novel vascular endothelial growth factor receptor 2 protein tyrosine kinase inhibitors will be designed. They will combined both with the activity conformation and non-activity conformation of VEGFR-2 PTK. The virtual compound databases will be generated, and the drug-like properties will be predicted by culculations of their solubility, polar surface area(PSA), partition coefficient, etc. The mode of actions and affinities of novel benzimidazole derivatives to VEGFR-2 PTK will be simulated by molecular docking and virtually screening. Selecting valuable compounds prognosticated by above methods will be synthesized, and their VEGFR-2 inhibition activities is being determinated, and new three-dimensional quantitative structure-activity relationship will be established. New drug candidates or lead compounds will be discovered. This project belongs to original research and the idea of combining the ATP binding site and γ-phosphoric acid bingding site together for inhibitor designing is absolutly new, and also is our main innovation.

血管新生在肿瘤生长、浸润、扩散和转移的发展过程中发挥重要的作用。本项目以血管内皮生长因子受体-2蛋白酪氨酸激酶（VEGFR-2 PTK）的空间结构为基础进行其抑制剂分子的设计和合成。对ATP结合区域活性口袋的构象进行分子模拟研究，分析现有的有效抑制剂与VEGFR-2 PTK的活性位点（特别是腺嘌呤和γ-磷酸结合部分）及其附近核心区域空间结构的作用方式，并以三维定量构效关系研究结果为指导，设计既能与VEGFR-2 PTK的活性构象结合，又能与其非活性构象结合的具有双重抑制作用的新型苯并咪唑类小分子抑制剂。通过虚拟筛选等方法预测这些化合物的作用方式和亲和力，选择具有价值的化合物进行合成。测定所合成化合物的活性，建立新型构效关系，以期发现具有良好药物特性的新型候选药物或者先导化合物。本项目属于原创性研究，将ATP和γ-磷酸的结合位点作为整体进行分子设计是我们全新的思路和方法，也是主要创新之一。

肿瘤是严重影响人类健康、威胁人类生命的主要疾病之一。血管内皮生长因子受体-2（VEGFR-2）是诱导血管新生的关键蛋白酪氨酸激酶，研究表明阻断血管内皮生长因子（VEGF）与VEGFR-2蛋白酪氨酸激酶（VEGFR-2 PTK）的相互作用能抑制肿瘤细胞的生长，达到治疗肿瘤的效果。.本课题首先运用比较分子场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)的方法研究了2-吲哚酮类VEGFR-2 PTK抑制剂的三维定量构效关系（3D-QSAR），并建立了相应的3D-QSAR模型。然后以VEGFR-2 PTK的空间结构和定量构效关系的结果为基础，运用计算机辅助药物设计（CADD）方法，结合已知苯并咪唑类酪氨酸激酶抑制剂的结构，进行了系列全新化合物的从头设计，得到一系列结构新颖的VEGFR-2 PTK抑制剂，并组建成虚拟化合物库。通过虚拟筛选，分子对接，分子动力学和类药性研究，选择了六类理论活性较高、具有价值的VEGFR-2 PTK抑制剂作为合成目标。以吲哚及其衍生物为起始原料，合成了吲哚-苯并咪唑类化合物，其连接基团分别为亚甲基、酯键、醚键、酰脲基等，脲基连接的吲哚酮-苯并咪唑类化合物，以及酰胺键连接的吲哚-苯并噻唑类化合物。.测定了所合成化合物对VEGFR-2 PTK和人肺腺癌细胞A549、人结肠癌细胞HT-29、人乳腺癌高转移细胞MDA-MB-435、人宫颈癌细胞Hela、人脐静脉血管内皮细胞HUVEC等5种肿瘤细胞的抑制活性。所合成化合物对VEGFR-2 PTK和上述肿瘤细胞具有不同程度抑制的活性。大多数化合物对肿瘤细胞的抑制活性与阳性药苹果酸舒尼替尼的活性相当，部分化合物的活性优于阳性药苹果酸舒尼替尼。因此，这些结构新颖的化合物有望成为抗肿瘤药物的候选药物，研究成果也能为VEGFR-2 PTK抑制剂的设计与结构改造提供有益参考。