基于肿瘤干细胞标志物APN/CD13为靶标的抗癌先导物的发现

Cancer stem cell plays an important role in the tumor recurrence. Aminopeptidase N(APN/CD13), one of liver cancer stem cell markers, is closely associated with the recurrence and metastasis of liver cancer. We will obtain the more precise structure information of the compound binding site of the human APN by molecular dynamic simulations. Taking the advantage of multidiscipline, we design and synthesize the diverse small molecules. All the small molecules will be assayed in the enzymatic level, cellular level and animal level. Then we obtain the three-dimension quantitative structure-activity relationship and the co-crystallized complex of activity compounds and human APN. After several rounds of screening, we will maybe able to find a lead compound with the satisfactory anti-tumor activity. We expect to lay the foundation for research and development of new drugs.

肿瘤干细胞的存在被认为是引起肿瘤复发和转移的重要原因之一。研究证明APN/CD13是肝癌干细胞的生物标志物，在肝癌的复发和转移中发挥着重要作用。本课题借助多学科交叉的优势，利用分子动力学模拟，获得人源APN与其抑制剂探针分子结合位点更精确的结构信息。再根据hAPN与其抑制剂Bestatin晶体结构揭示的三维结合模式，进行合理药物设计、定向合成，构建具有结构多样性的小分子化合物库，然后进行分子水平抑酶活性筛选和细胞、动物水平的抗癌活性评价。通过获得三维定量构效关系和高活性化合物与酶的共结晶复合物培养及结构解析，指导下一轮的分子设计和结构优化。经过几轮筛选后，期望能发现活性良好的抗肿瘤先导化合物，为研究开发具有自主知识产权的抗癌药物奠定基础。

氨肽酶N（APN，又称CD13，EC 3.4.11.2）是一类Zn2+依赖的II型跨膜蛋白酶，广泛分布于不同的组织细胞中。CD13是一个外肽酶（ectoenzyme），它能够水解多肽或者寡肽，是与肿瘤的侵袭转移、新生血管生成、镇痛和免疫调节等多方面相关的靶点。现代研究表明，CD13是一种人肝癌干细胞表面生物标志物，而肿瘤干细胞的存在与恶性肿瘤极易复发、转移和耐药的特性密切相关。因此，CD13抑制剂对癌症的治疗具有很大的应用前景。世界上第一个上市的CD13抑制剂是作为免疫调节剂应用的乌苯美司（Ubenimex），它在临床上被用于白血病和恶性实体肿瘤手术和放化疗后的辅助治疗，能够显著提升恶性肿瘤患者手术和放化疗后的生存率。另外，实验证明Ubenimex与传统的细胞毒类药物五氟尿嘧啶（5-FU）、环磷酰胺、阿霉素等联合用药可显著提高抑瘤效果，逆转肿瘤细胞的耐药。因此，本研究论文主要基于协同前药（mutual prodrug）的设计原理设计、合成了全新骨架的Ubenimex与5-FU及Ubenimex与吉西他滨的协同前药，并对其进行了系统的结构改造优化，最终得到了体内外抗肿瘤活性较好的候选化合物12a（BC-02）。同时这一设计思想对于以减毒增效为目的的传统细胞毒类化疗药物的二次开发具有特殊的意义和价值。