新型靶向诱导肿瘤细胞凋亡的小分子肽类希夫碱金属配合物的设计合成及作用机理研究

The proteasome inhibitor has excellent targeted anticancer effect. The research shows that some of amino acid Schiff base complexes can inhibit proteasome activities and induce tumor cell apoptosis, and some polypyridyl ternary metal complexes have better anticancer activities than the corresponding binary metal complexes. Small peptides are made from the condensation of amino acids, they have more active sites than the amino acids, and the peptide bonds play impotant roles in the organism, therefore the small peptides Schiff base complexes are expected to become the new tumor proteasome inhibitor. This subject is to investigate the abilities of metal complexes with small peptide Schiff base inhibiting tumor cellular proteasome and inducing apoptosis in vitro, and research the action mechanism of polypyridyl molecules improving the anticancer activities of corresponding ternary complexes when it is used as the second ligand. We use small peptides (alanyl-glutamine,glutathione) Schiff bases as ligands, 1,10-phenantroline, 2,2'-Bipyridine as the second ligand to synthesis binary or ternary metal complexes with the life essential elements elements (Cu, Zn ,V, Mn and Fe), then study on the complexes' anticancer activity as proteasome inhibitor and test the effect to normal cellls. Through docking the complexes molecule and the proteasome macromolecule with computer aided drug design simulated software program, we investigate the binding sites of complexes and proteasome, the reaction mechanism of tumor cells apoptosis induction, and the acting mechanism of polypyridyl molecule increasing metal complexes's antitumor activity. This study can provide theoretical basis for the molecule design of new anticancer drugs.

蛋白酶体抑制剂具有优良的靶向抗肿瘤作用，研究发现某些氨基酸类希夫碱配合物可作为蛋白酶体抑制剂诱导肿瘤细胞凋亡，且某些多吡啶三元金属配合物的抗肿瘤活性远大于其二元配合物。小分子肽是由氨基酸缩合而成，它们较氨基酸有更多的活性位点，且肽键在生物体中发挥着重要作用，其希夫碱金属配合物有望成为新型肿瘤蛋白酶体抑制剂。本课题旨在研究小分子肽类希夫碱金属配合物作为蛋白酶体抑制剂诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制及多吡啶增强金属配合物抗肿瘤活性的机理。以丙谷二肽、谷胱甘肽等小分子肽的希夫碱为配体，以邻菲罗啉、联吡啶等为第二配体，合成生命必需元素铜、锌、钒、锰、铁的二元或三元配合物，研究其作为蛋白酶体抑制剂的抗肿瘤活性，并试验配合物对正常细胞的影响。通过计算机辅助药物设计程序将配合物小分子与蛋白酶体大分子进行模拟对接，探讨配合物与蛋白酶体的结合位点及诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制，为新型抗癌药物的分子设计提供理论依据。

蛋白酶体抑制剂具有优良的靶向抗肿瘤作用。小分子肽由氨基酸缩合而成，具有优良的生物活性，研究小分子肽类希夫碱金属配合物作为蛋白酶体抑制剂的抗肿瘤活性对开发新型抗癌药物具有重要意义。.本课题设计合成了73种新型小分子肽类希夫碱二元或三元金属配合物，并对它们进行了表征。以蛋白酶体为靶点，研究了金属配合物抑制肿瘤细胞内蛋白酶体活性以及诱导肿瘤细胞凋亡的作用，应用分子模拟对接计算技术探讨了金属配合物与蛋白酶体的结合位点及诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制。主要研究结果为：.1.谷胱甘肽缩邻香草醛-Cu-1,10-菲罗啉三元配合物可抑制MDA-MB-231乳腺癌细胞蛋白酶体活性并诱导肿瘤细胞凋亡，且金属配合物的浓度以及作用时间与抑制效果成正相关。此配合物对正常乳腺细胞MCF-10A的毒性较小。.2. 丙谷二肽缩2,4-二羟基苯甲醛-1,10-菲罗啉铜配合物，丙谷二肽缩邻香草醛-1,10-菲罗啉铜配合物以浓度及时间依赖方式抑制人体乳腺癌MDA-MB-231细胞的蛋白酶体活性并诱导肿瘤细胞凋亡。.3. L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯缩2-羟基-1-萘甲醛铜配合物可作为蛋白酶体抑制剂而抑制人肝癌BEL-7402细胞增殖，且抑制效果与其浓度成正相关。.4. 铜和镉希夫碱配合物的抗肿瘤活性远大于同配体的其他金属配合物；邻菲罗啉作为第二配体时可显著增强其三元铜配合物的抗肿瘤活性。如：谷胱甘肽缩邻香草醛铜的二元配合物抗肿瘤活性很小，当加入第二配体邻菲罗啉时，所形成的三元金属配合物的抗肿瘤活性则显著增强。.5. 根据实验结果，结合分子模拟对接技术对谷胱甘肽缩邻香草醛-Cu-1,10-菲罗啉三元配合物 (B1)作为蛋白酶体抑制剂靶向诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制进行了探讨。结果表明，配合物B1结合到了20S蛋白酶体β5环与β6环的S2和S3区域，β5环中的氨基酸残基SER132及β6环中的氨基酸残基TRP25分别与B1分子中的氧原子形成氢键。β5环中的氨基酸残基ARG125及HIS166与B1分子中的1,10-菲罗啉环形成cation-π作用力。最终B1通过以上的作用力方式很好地结合到20S蛋白酶体中的β5环及β6环的S2和S3区域。S2和S3区域对于选择识别疏水性残基有重要的作用，因此B1在此两区域的结合模式能很好地阻碍蛋白质底物进入蛋白酶体活性位点，从而有效抑制20S蛋白酶体活性,继而诱导肿瘤细胞凋亡。