基于G3BP靶蛋白的抗癌多肽药物设计

本项目申请针对现有抗癌药物毒性强、选择性差的缺陷，开展以G3BP为靶点，基于G3BP和Ras-GAP蛋白-蛋白相互作用的抗肿瘤多肽药物设计。申请人拟通过虚拟突变、蛋白质结构预测、蛋白质对接、分子动力学模拟、结合自由能计算及能量分解等分子模拟方法，提供理论设计的抗癌多肽；结合多肽合成和细胞水平的活性、毒性、及对肿瘤细胞的选择性测定，以期寻找高活性、低毒副作用、拥有自主知识产权的抗癌多肽先导化合物。因此，本项目研究是在我们前期研究的基础上（即初步发现的两条未被他人报道的抗癌肽段基础上），进一步修正和确定模型，并在此模型上重新设计，合成及筛选新的抗癌多肽类药物先导化合物，属原创性工作，具有重要的学术意义和应用价值。

本项目主要针对现有抗肿瘤药物毒性强、选择性差的缺陷，开展了以 G3BP 为靶点，基于G3BP与Ras-GAP蛋白–蛋白相互作用的抗肿瘤多肽药物设计。我们运用计算机辅助药物设计和多种分子模拟方法（如蛋白–蛋白对接、虚拟突变、分子动力学模拟、结合自由能计算以及自由能分解等），结合化学及药理学实验技术（如固相多肽合成、MTT细胞检测等），通过重复“设计-合成-测活”这一过程，对原型抗肿瘤多肽进行优化设计和细胞水平的活性、毒性、及其对肿瘤细胞选择性的测定。最终我们获得了两条高活性、低毒副作用、拥有自主知识产权的新型抗肿瘤26肽（M308和M312）先导药物；同时，开展了纳米载药体系研究，初步解决了多肽药物易水解及生物屏障问题。因此，本项目的研究具有十分重要的学术意义和应用前景。具体的研究结果如下：.1）提出了通过设计特异性结合G3BP的多肽，从而阻断G3BP与Ras-GAP的结合来抑制肿瘤细胞异常增殖的新药设计思路；.2）通过对G3BP表面静电势分析，显示结合位点附近存在负电荷中心，从而引入碱性残基取代，提高了多肽与G3BP的理论结合能力，预测结合能从-32.23降低至-58.52 （kcal/mol）；.3）发展了递进式虚拟突变(PVM)的计算策略，即：单位点突变---双位点突变---多位点组合突变。首先，应用该策略优化了原型多肽，将多肽抑制率从17%提高到52%。然后，通过进一步优化26肽（包括非重要残基和重要残基的分步虚拟突变），结合多肽合成和细胞水平的活性、毒性及选择性测试，最终寻找得到二条（M308和M312）高活性、低毒副作用、拥有自主知识产权的新型抗肿瘤26肽先导药物；.4）通过细胞实验证明，最佳的26肽（M312）对肿瘤细胞的抑制活性与临床一线用药奥沙利铂相当，显著优于临床一线用药顺铂和五氟尿嘧啶；.5）通过26肽（M312）对G3BP高表达的多种肿瘤细胞系（包括宫颈癌细胞株HeLa、肺癌细胞株A549、结肠癌细胞株HCT116）的杀伤作用以及对正常细胞（huvec）的杀伤作用评估，进一步明确其选择性。.6）设计合成了不同氨基与羧基比例的pH敏感的生物多糖载体分子。.7）通过体外释药性能研究，证实该多糖纳米粒子对多肽具有极佳的保护性能，即只在偏酸性环境（pH 5.0）释放药物，而在中性环境（pH7.4）不释放，因此初步解决了多肽在体内易水解问题。.