多重选择性靶向肿瘤组织线粒体的药物设计、合成及活性研究

High selectively or specifically targeting tumor tissue is the utmost goal in anti-tumor drug research. In current project, we will focus on the suicide weaponry, mitochondria, of cells in tumor tissue. Starting from the structure of spinosad, an oxidative phosphorization inhibitor, combining lipophilic cations which can selectively accumulate in the mitochondria matrix of tumor cells due to the elevated membrane potential and RGD peptide, which can be selectively recognized by the highly expressed integrin αvβ3 on the activated endothelial cells of tumor neovasculature and other tumor cells, furthermore, by utilizing the acidic micro environment of tumor tissues, a class of novel spinosyn derivatives with multiple selectivity to tumor tissue is designed. Synthesis and anti-tumor activity in vitro and vivo of the designed spinosad conjugates will be studied and their mechanism of action will be further explored. That, we aim to superimpose the selectivity of three different structure fragments to tumor tissue in order to enhance the selectivity of spinosad derivatives which we hope will be able to break the bottleneck of mitochondria targeting antitumor drug research, to produce an novel class of ideal muti-selective anti-tumor drug candidates.

高选择性、特异性杀灭肿瘤组织一直是抗肿瘤药物研究的最高目标，本项目拟针对肿瘤组织细胞的"自杀性武器库"- - -线粒体，以氧化磷酸化抑制剂多杀菌素为切入点，结合RGD肽对肿瘤组织新生血管内皮细胞及肿瘤细胞表面高表达整合素αvβ3的选择性识别作用和亲脂性阳离子化合物对肿瘤细胞线粒体的选择性作用，并充分利用肿瘤组织酸性微环境的特点，设计、合成一类具有多重选择性的多杀菌素衍生物，研究其在体外、体内的抗肿瘤活性和构效关系，并通过实验来验证相关作用机制。我们希望通过本项目研究，能实现不同结构片段对肿瘤组织选择性的叠加作用，显著提高多杀菌素类化合物对肿瘤组织线粒体的靶向性，从而突破靶向线粒体的抗肿瘤药物研究选择性不高的瓶颈，研究开发出具有完全自主知识产权、高效低毒的多重选择性抗肿瘤药物分子。

本研究成功合成了非离子型多杀菌素衍生物33个，三大类亲脂性阳离子多杀菌素衍生物41个。针对肿瘤细胞的抗增值实验表明阳离子多杀菌素有较高的抗细胞增值作用，而且其活性与化合物的亲脂性密切相关，进一步研究显示亲脂性阳离子多杀菌素化合物能引起细胞凋亡，并能显著抑制细胞的氧化磷酸化，说明这些化合物正如我们所预期的一样是靶向于线粒体的。遗憾的是随后对其中活性较好的两个化合物的裸鼠肺癌肿瘤模型实验显示这些化合物毒性较大，但本部分工作中合成的三苯基阳离子多杀菌素衍生物具有极强的氧化磷酸化抑制作用，有望进一步开发成为线粒体相关功能研究的工具药物。.本研究成功建立了带酰肼侧链RGDfK环肽的合成方法，并成功地合成了5个RGDfK-多杀菌素衍生物共轭物和RGDfK-亲脂性阳离子多杀菌素衍生物共轭物。正如预期一样，稳定性实验研究表明这些酰腙共轭物在中性条件下较为稳定，而酸性条件下会较快分解，体外细胞实验表明这些化合物的细胞毒性极低，整合素结合实验表明这些化合物能较强的结合αVβ3整合素，随后的动物实验初步显示RGDfK-亲脂性阳离子多杀菌素衍生物共轭物的毒性较亲脂性阳离子多杀菌素衍生物大大降低，实验剂量下未观察到明显副作用，遗憾的是在实验剂量下也未曾观察到明显的抗肿瘤活性，因此该类化合物的抗肿瘤作用有待进一步加大剂量进行评估。.本研究成功地合成了生物素多杀菌素共聚物并通过进一步的调靶实验发现多杀菌素衍生物可能具有新的作用靶点，可能与精氨基琥珀酸合成酶有关。.虽然目前本项目还没有获得具有明确应用价值的抗肿瘤活性分子，但本项目合成的RGDfK-阳离子多杀菌素共轭物衍生物及建立的多重选择性靶向肿瘤细胞线粒体抗药物研究方法具有重要的科研价值及意义。本项目基本完成预期研究计划，申请专利4项，其中1项已获得授权另外三项处于实审阶段，目前已发表论文5篇，另有2篇论文在整理撰写阶段。本项目研究的RGDfK-亲脂性阳离子多杀菌素衍生物共轭物的抗肿瘤作用及多杀菌素的作用机制有待进一步研究。