西沙海绵中抗肺癌干细胞功能分子的发现、全合成和构效关系研究

Cancer stem cells (CSCs) play a vital role in the occurrence, development, invasion, metastasis and drug resistance of cancer. Targeting CSCs along with actively dividing cancer cells may significantly contribute to the solution of the problem of resistance and relapse. But only a few of anti-CSCs activity drug molecules were reported so far. Therefore, to discover the new leads with potent inhibition activity against CSCs is a scientific problem to be solved urgently. Based on the previous work, applicant firstly found the secondary metabolites 3-(phenethylamino) demethyl-(oxy)aaptamine (PAAP) from marine sponge Aaptos aaptos possessed stronger inhibitory effect toward lung CSCs by combination with cisplation than that of cisplatin alone..In this project, the proposal focuses on the total synthesis of PAAP parent nucleus as the main line in order to solve difficult problem of separation and extraction. On this basis, with the help of the computer aided technology for guiding structure-activity relationship analysis and Buchwald-Hartwig coupling as a key reaction, a series of diverse derivatives decorated with amino side chain at 3-position will be synthesized to expand the molecular chemical diversity. The in vitro and in vivo bioactivities and the mechanism of the compounds will be evaluated.

肿瘤干细胞是肿瘤发生、发展、侵袭、转移及耐药产生的关键因素，靶向肿瘤干细胞的治疗具有重要的临床价值。但到目前为止，以肿瘤干细胞为靶标的药物分子屈指可数，因此寻找新型抗肿瘤干细胞的先导化合物成为亟待解决的科学难题。基于前期的工作，申请人首次发现从西沙海绵中分离的次生代谢产物3-(phenethylamino)demethyl-(oxy)aaptamine (PAAP)和顺铂联合用药表现出比顺铂单独用药更强的抑制肺癌干细胞的活性。本项目拟以PAAP母核的全合成为主线，通过化学全合成的方法解决该类化合物的药源问题，在完成母核结构的基础上，以计算机辅助技术为指导分析构效关系，采用Buchwald-Hartwig偶联反应为关键步骤，在母核的3-位引入不同的氨基侧链，合成系列结构特异的衍生物，以扩充其分子化学多样性，评价其体外和体内抗肺癌干细胞活性，并深入探讨强活性化合物的药理作用机制。

基本完成申请书所要求的任务。本项目成功构建了两株稳定表达OCT4和NANOG的肺癌干细胞模型，从西沙海绵中筛选发现并结构鉴定得到多种抗肿瘤活性分子，其中化合物3-(phenethylamino)demethyl-(oxy)aaptamine (PAAP)对肺癌干细胞的抑制活性较为突出。我们从商业购买的6，7-二甲氧基异喹啉出发，通过5步反应实现了本项目目标化合物PAAP的高效全合成。对PAAP进行了系统的化学合成方法学以及反应机理研究，缩短了反应步骤并提高了产率，关键步骤包括Pd催化的硝基-烯还原环化反应、氢键参与的亲核加成-氧化串联以及乌尔曼等反应，使反应累计总收率在10%以上。并在PAAP母核3位上进行了结构修饰，获得了一系列新型衍生物，拓展了此类分子的化学多样性。发现PAAP对肺癌干细胞PC0-Oct4和PC9-Nanog的IC50为1 μM左右。对PAAP进行了深入的抗肿瘤机制研究，阐明了PAAP靶向抑制肺癌干细胞耐药关键激酶Chk-1,通过抑制肺癌干细胞ATM/Chk1/Cdc25通路取消化疗药物诱导的肿瘤干细胞DNA损伤修复的机制。在本项目的资助下，申请了1项中国发明专利，发表了3篇SCI文章，为研制出具有明显治疗特色的新型抗肺癌药物提供了候选药源分子。