新型PIM/AKT双重抑制剂的设计、合成及抗前列腺癌活性研究

PIM and AKT kinases have been identified to be over-expressed in prostate cancer cells, and both of them are considered to be potential therapeutic targets for cancer treatment. The signaling pathway of PIM kinases parallels that of AKT kinases and they share multiple overlapping substrate proteins, thus PIM/AKT will complement each other in function. Development of PIM/AKT dual inhibitors might result in reduced drug resistance and improved synergistic antitumor activity. In our previous research, 2-(N-(pyridin-2-yl)amino)-quinoline derivatives were screened as potent PIM kinase inhibitors, and part of them demonstrated preferable anti-proliferative activity. This current project will focus on the modification of lead compound to improve biological activity and enrich structure type under the guidance of structure based drug design strategy. The PIM/AKT kinases inhibitory activities and anti-proliferative effects should be determined, and structure-activity relationships will be summarized in detail. The internal connection between kinases inhibition and anti-proliferation will be analyzed as well. Furthermore, the acute toxicity assay and pharmacokinetics/pharmacodynamics study in vivo will be executed to obtain candidate compounds. Mechanism of single and dual PIM/AKT inhibitors will be investigated and compared to verify the hypothesis of this project. Through these above approaches, we hope to develop novel groups of PIM/AKT dual inhibitors with satisfying druggability, which will be beneficial for prostate cancer treatment.

PIM和AKT激酶在前列腺癌细胞中过度表达，是潜在的前列腺癌治疗药物的作用靶标。PIM/AKT在细胞信号转导通路下游有多个共同的底物蛋白而功能互补，研究二者的双重抑制剂可降低耐药率、增强协同抗肿瘤活性。前期研究中，通过筛选得到具有PIM激酶抑制活性的2-(N-(吡啶-2-基)氨基)喹啉类化合物，部分化合物表现出较好的体外抗增殖活性。本项目拟在此基础上，采用基于靶点结构的药物设计策略对先导化合物进行系统的结构优化；通过PIM/AKT抑制活性筛选和体外抗增殖活性研究，总结构效关系并探讨激酶抑制和肿瘤细胞生长抑制之间的内在联系；进行小鼠急性毒性试验和体内药代药效学研究，获得候选化合物并考察其作用机制，比较单一和双重抑制剂的异同，验证立题思想。通过上述研究，旨在获得结构新颖、成药性良好的PIM/AKT双靶点抑制剂，为开发新型抗前列腺癌药物奠定基础。

PIM和AKT同属于丝氨酸/苏氨酸激酶，在前列腺癌、白血病、骨髓瘤等多种肿瘤细胞中过表达，且其表达量与癌症恶性程度和患者不良预后有关，是潜在的癌症治疗药物作用靶标。PIM和AKT作为两条并行信号通路的核心成员，单独使用其抑制剂阻断相关通路可诱导另一条通路异常地补偿性激活，使癌细胞避开药物的杀伤作用而产生耐药性，但同时抑制PIM和AKT激酶可发挥协同抗肿瘤作用。本研究选择MS-0225作为先导化合物，基于PIM和AKT蛋白ATP结合口袋的结构特点，在前期研究基础上以分子对接结果为导向设计PIM/AKT双靶点抑制剂。设计目标化合物的结构类型包括喹啉衍生物、3,5-二取代-1H-吲唑衍生物以及2,4-二取代-1H-苯并咪唑衍生物，通过逆合成分析确立七条合成路线并完成I/II/III/IV/V/VI系列共80余个化合物的合成，结构经HR-MS、1H-NMR、13C-NMR等图谱数据确证。采用CCK8法测试目标化合物对前列腺癌PC-3细胞、急性骨髓性白血病KG-1细胞以及胃癌A549细胞的体外抗增殖活性，结果显示I/VI系列化合物的细胞生长抑制作用较弱，而多数II/III/IV/V系列化合物表现出较强的抗肿瘤细胞增殖活性。采用迁移率变动法测试目标化合物对PIM和AKT激酶的抑制活性，其中I/II/III系列部分化合物表现出一定的PIM-1激酶抑制活性，但对AKT1激酶抑制活性欠佳；IV/V/VI系列化合物对PIM和AKT激酶的抑制作用均得到显著提升，且IV/V系列化合物具有双靶点抑制作用。流式细胞术结果显示，用II-05、IV-03、IV-04等化合物处理PC-3细胞可引起明显的细胞周期阻滞和细胞凋亡。此外，本课题对处于II期临床研究的AKT激酶抑制剂Afuresertib进行合成工艺优化，所建立的工艺路线与原始合成路线相比，缩短了反应步骤，减少了保护基的使用，增加了原子经济性，提高了反应收率。基于Afuresertib的结构特点，对其关键药效团进行结构优化，设计并合成9个衍生物。本课题为进一步开发具有体内外抗肿瘤活性的新型PIM/AKT双靶点抑制剂奠定了研究基础。