新结构类型Hedgehog通路抑制剂的设计、合成及构效关系研究

The Hedgehog (Hh) signaling pathway is receiving increasing attention in the field of molecular targeting anti-cancer drug discovery. Hedgehog is a highly conserved developmental pathway involved in organogenesis, stem cell maintenance, and tissue repair/regeneration. Genetic mutations associated with this signaling pathway result in tumorigenesis in basal cell carcinoma (BCC), medulloblastoma and many other cancers. Vismodegid (GDC-0449) as a Hh inhibitor has been approved for the treatment of basal cell carcinoma by US FDA in 2012. But a single point D473 mutation in Smo makes it loss of efficacy. Based on the co-crystal structures of Smo bound to the antagonists and our successful preliminary study, we design a collection of meta-amino benzamide or their pyridine derivatives as novel key scaffold of Hh inhibitors. After the chemical synthesis, the in vitro Hh pathway (WT and D473H) inhibitory activities and tumor cell growth inhibition of these synthesized compounds will be tested. The detailed pharmacology property and their structure-activity/ toxicity/metabolism relationship will be evaluated. Then the compounds with potent in vitro anti-tumor activities will be further investigated with respect to their in vivo activities and toxicity properties which would lead to a new generation of Hh pathway inhibitors as promising new anti-tumor drug candidates.

靶向Hedgehog(Hh)信号通路的抗肿瘤药物已成为分子靶向抗肿瘤药物研究领域新的热点。Hh信号通路是维持肿瘤干细胞的增殖、生存和自我更新必需的信号通路之一，在肿瘤的发生发展中发挥着重要的作用，与人类超过1/3的肿瘤有着密切联系。本研究项目针对第一代Hh抑制剂存在的耐药问题，拟在前期研究基础上，以对Smo蛋白D473突变不敏感的Hh通路抑制剂为先导，在结构生物学信息指导下，保持关键氢键作用，设计一系列以邻氨基苯甲酰胺及其吡啶类似物为新骨架Hedgehog通路抑制剂，合成100余个新结构类型的Hh通路抑制剂，探索这类邻氨基苯甲酰胺结构和生物效应之间的规律，进一步优化其它药效基团结构及其连接方式，以提高活性、抗耐药性和选择性，得到1-2个新颖强效的第二代Hedgehog 信号通路抑制剂，对于提高肿瘤临床治疗效果，具有重要的科学意义和广阔的临床应用前景。

Hedgehog(Hh)信号通路是维持肿瘤干细胞的增殖、生存和自我更新必需的信号通路之一，在肿瘤的发生发展中发挥着重要的作用。靶向Hh信号通路的抗肿瘤药物研究主要集中在Smoothened(Smo)蛋白抑制剂，目前已有Vismodegib、Sonidegib和Glasdegib三个药物被开发上市，用于治疗基底细胞癌和急性骨髓性白血病。本课题以Hh信号通路中关键蛋白Smo为靶点，在结构生物学信息指导下，设计合成了含氨基哌啶连接基团的酞嗪类、含3-氨基吡咯烷连接基团的酞嗪类、二甲基哒嗪类、邻氨基苯甲酰胺类等多个结构类型共计100多个新目标化合物。并进行了体外Hedgehog信号通路抑制活性评价、体内外抗肿瘤实验、靶蛋白Smo选择性实验、初步药代动力学实验和毒性实验等综合评价这些新结构类型的目标分子，并总结构效关系。经筛选发现Gli-luciferase实验中有20多个化合物体外Hedgehog信号通路抑制活性IC50在10nM及以下；髓母细胞瘤体外抗肿瘤细胞活性测试发现多个化合物优于先导化合物和已上市药物，IC50在30nM及以下；进一步动物体内实验发现优选化合物对小鼠髓母细胞瘤移植瘤的生长具有很强抑制活性，略优于先导化合物。另外，以Vismodegib为代表的第一代Hh抑制剂存在因SMO突变带来的耐药问题。我们成功建立了在转染了Smo突变体(D473H)的细胞筛选模型，经评价发现优选化合物对含野生型Smo蛋白和突变型(D473H)Smo蛋白的Hh信号通路抑制活性基本相同，而Vismodegib则对突变型(D473H)Smo蛋白的Hh信号通路抑制活性大大降低15倍。表明该新化合物有希望克服Smo突变带来的耐药问题，为今后开发Hedgehog信号通路抑制剂候选药物奠定坚实基础。