新型SENP1抑制剂的设计、合成及抗前列腺癌活性的研究

Prostate cancer is one of the most prevalent types of malignant cancers in men and has a high mortality rate among all male cancers. Identification of novel targets and small molecular drugs against prostate cancer would thus be crucial for therapy in order to descrease morbidity and mortality of patients and enhance their quailities of life. In the previous study, we have demonstrated Sentrin/SUMO-specific protease 1(SENP1) plays an important role in the occurrence and development of prostate cancer, and screened a series of small compounds that can induce the prostate cancer cells to apoptosis. Remarkably, these compounds are easy to modify for drug discovery and no reactive groups has been found in their structures, different from known irreversible covalent inhibitors of SENP1. Here, we plan to further optimize the SENP1 inhibitors at both molecular and cellular levels, unveil the mechanism of them on SENP1, sysmatically evaluate their pharmacological effects on prostate cancer and toxicity, and finally identify promising anti-prostate cancer compounds. The study not only reveals pharmacological evidences of SENP1 target for prostate cancer, but provide potential anti-prostate cancer leads with self-owned intellectual property right and excellent performance, leading to a new way in the treatment of prostate cancer.

前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤，其死亡率高且预后差, 发现抗前列腺癌的治疗靶点及抗癌药物对控制前列腺癌发病率、提高病人生存质量、降低死亡率都具有十分重要的意义。在前期研究中，我们发现SUMO 化特异性蛋白酶 1(SENP1)对前列腺癌的发生发展具有重要作用，并初步筛选到一系列可以有效促进前列腺癌细胞凋亡的SENP1小分子抑制剂。这些抑制剂不与SENP1发生共价反应，易于改造，不同于目前发现的作用于SENP1的共价抑制剂。本课题拟在此基础上，设计并优化小分子结构，进一步发现在分子水平和细胞水平上都高效的SENP1抑制剂，揭示其和 SENP1的作用方式和机理，系统评估其对前列腺癌的药效学和毒理学效应，以获得理想的抗前列腺癌化合物。这些研究不仅为SENP1作为新的抗前列腺癌的靶标阐明药理依据，也为开发具有自主知识产权的抗前列腺癌创新药物奠定先导化合物基础，从而为前列腺癌的治疗提供新的解决方案。

前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤，其死亡率高且预后差，发现抗前列腺癌的治疗靶点及抗癌药物对控制前列腺癌的发病率、提高病人生存质量、降低死亡率都具有十分重要的意义。SUMO化特异性蛋白酶1(SUMO-specific proteases, SENP1)在前列腺癌的发生发展中发挥重要的作用，阐明SENP1蛋白的活化机制，发现抑制SENP1活性的小分子抑制剂，能够为前列腺癌治疗提供有效的解决方案。项目申请人通过分子动力学 (Molecular dynamics, MD) 模拟自由的SENP1，SUMO1-RanGAP1和SENP1-SUMO1-RanGAP1复合物，研究发现底物SENP1-RanGAP1破坏SUMO1和RanGAP1的疏水作用，促使异构肽从反式到顺式的构象变化。顺式的异构肽结构能够最优得结合到SENP1的催化位点，进行最佳的催化反应。进一步通过量子力学/分子力学(QM/MM)方法研究SENP1的催化反应机制，研究揭示SENP1的催化去SUMO化过程需要经历2个过程。第一个过程是SENP1的Cys603亲核硫负离子进攻SUMO1 Gly97的骨架羰基碳原子，形成第一个四面体中间体；第二个过程是RanGAP1从SENP1-SUMO1-RanGAP1复合物解离下来，形成酰基酶中间体，然后水解生成自由的SUMO1和SENP1。在SENP1催化去SUMO化反应中，研究揭示Cys603的亲核进攻是反应速率的决速步，而且我们计算的催化反应的势能能垒为20.2 kcal/mol，与已经报道的实验和结构数据很好的符合一致。在SENP1小分子抑制剂发现方面，项目申请人利用计算机辅助药物分子方法虚拟筛选SENP1活性位点，得到新型的苯甲酸氨基苯甲酸酯小分子抑制剂。根据分子对接的作用模式，设计了一系列该分子的衍生物，利用MM-GBSA结合自由能方法评价设计的小分子抑制剂与SENP1的结合能力，选出50个评价最好的小分子衍生物，利用化学合成方法合成。通过构建的SENP1抑制剂分子水平和细胞水平的筛选平台，得到最好抑制活性的2-(4-苯基)-2-氧乙基-4-苯甲酸氨基苯甲酸小分子抑制剂，抑制活性为2.4微摩尔。而且，该抑制剂能够有效地诱导SENP1高表达的前列腺癌细胞株细胞周期和凋亡。该类小分子化合物有望开发成为新的抗前列腺癌肿瘤的药物，对抗肿瘤药物的开发具有重要的意义。