金属离子可调控的PAT识别及DNA嵌入双靶向"多胺-药物"缀合物的设计、合成及抗肿瘤活性

Polyamines is one of remarkable endogenous small molecule with widely biological activity which arouses people's attention in the design of anticancer drugs. However, there is few research reported. Although our group have designed "polyamines-drug" conjugates by utilizing tumor cells uptaking more polyamine through the polyamine transporter (PAT), however, how to design polyamine conjugates precisely by PAT regulation "open-off" effects, is still a huge challenge. This project is based on the PAT transporters and polyamine cycle mechanism, choosing DNA intercalating agents as the research object, by utilizing of PAT regulation, metal ions, PAT transport, molecular recognition, polyamine cycle, DNA intercalating mechanism as well as anti-tumor mechanism to design "polyamines-Drug" conjugates, not only to find for new anti-tumor drug candidates, but also to provide new ideas for advancing PAT molecular structure and transport mechanism.

多胺（polyamines）是一类具有广泛生理活性的生物内源性小分子，在抗肿瘤药物设计中颇受关注，然而其缀合物的研究报道较少。虽然本课题组曾利用肿瘤细胞通过多胺转运蛋白（PAT）摄取更多的多胺这一特性进行"多胺-药物"缀合物的设计，然而如何精确地对PAT调控来设计有"开-关"效应的多胺缀合物，仍具有巨大挑战性。本项目基于PAT转运及多胺循环机制，选择平面稠环类DNA嵌入剂为研究对象，通过金属离子调控PAT，深入地研究PAT转运机理、分子识别、多胺循环、DNA嵌入以及抗肿瘤等分子机制，并以PAT及DNA为双靶点设计"多胺-药物"缀合物，不但有可能发现新的候选药物，而且能够为推进PAT分子结构与转运机制的理论研究提供一种新思路。

本项目以萘酰亚胺、蒽环、芸香宁碱和黄酮等富含稠环的母核为基本骨架，采用天然多胺和合成的多胺对其进行结构修饰，合成了80余种新的多胺缀合物，并通过核磁、质谱和元素分析等手段确定了其结构。利用缀合物的荧光特性，通过DFMO/Spd竞争实验证明了缀合物能有效利用PAT选择性地进入靶细胞，并显示出了良好的对肝癌细胞和正常肝细胞选择性。多胺缀合物能够与金属铜离子发生特异性的相互作用，影响缀合物的光谱特性，且作用强弱与多胺结构有关。铜离子能够影响缀合物的细胞毒性，发挥对肿瘤细胞的调控作用。此外，我们意外发现蒽环及蒽醌-多胺类缀合物对胆碱酯酶具有较强的抑制活性，蒽环-多胺缀合物对丁酰胆碱酯酶（BChE）具有选择性抑制（最高达3125倍），IC50值最强的为16和23 nM，优于对照药物他克林。另外，黄酮-多胺类缀合物具有良好的抑制肺转移效果，在与DFMO联用时得到了增效作用（48.9%），与阳性对照米托蒽醌相当（49.2%）。综上所述，金属铜离子能够选择性的调控多胺缀合物，从而影响其生物活性，不但可以作为抗肿瘤或抗转移的先导物，而且为阿尔茨海默症治疗药物提供了新的分子模板，对这些多胺缀合物进行更加深入的评价将具有广阔的应用前景和科学价值！