基于三维药效团模型的新型抗肿瘤Bcl-2小分子抑制剂的设计合成和构效关系研究

Bcl-2蛋白是细胞凋亡信号通路中的重要蛋白。许多肿瘤中可见Bcl-2的过度表达，它目前被一致公认是肿瘤发生和耐药产生的重要原因之一。Bcl-2小分子抑制剂有望克服现有抗肿瘤药物的毒副作用大，容易产生耐药等严重问题，成为具有全新作用机制的临床口服抗肿瘤药物。已发现的小分子抑制剂在亲和力、类药性及选择性多方面存在问题。近几年我们课题组对Bcl-2活性腔进行了深入研究，并在此基础上首次构建了Bcl-2小分子抑制剂三维药效团模型。本项目研究就是基于该模型，针对抑制剂存在的这些问题，设计合成具有较高亲和力、合理分子量和水溶性、以及分别对Bcl-2和Bcl-xL具有较好选择性的两类小分子抑制剂先导化合物。并通过系列衍生物合成和构效关系研究，建立蛋白亲和力预测性较好的三维定量构效关系模型，并分析它们的结构与选择性的关系，为指导抑制剂的再设计并最终发现高效、低毒的抗肿瘤临床前研究候选物打下基础。

凋亡信号通路中的Bcl-2蛋白家族抗凋亡成员是靶向抗肿瘤药物的新靶点。近十年，其小分子抑制剂逐渐成为研究热点，其中有三个（ABT-263，AT-101，GX15-07）已进入临床研究，展现出良好的发展前景。然而，该类小分子抑制剂总体来说结构类型还比较匮乏，且已发现的很多小分子抑制剂在生物活性和类药性等多方面也存在很多问题。针对这些问题，本基金课题设计合成了四类共89个具有较好类药性的新小分子抑制剂，通过虚拟筛选发现二类3个天然产物小分子抑制剂。部分抑制剂展现出较好的生物活性，值得进一步深入研究。另外，通过确定不同Bcl-2蛋白家族抗凋亡成员结合底物选择性结构基础建立了广谱小分子抑制剂设计平台。在本基金的资助下，已申请专利5项（其中授权1项），发表论文4篇（其中SCI论文3篇）。本课题主要取得三方面进展，具体如下：（一）在前期研究基础上，完成了N-酰基嘧啶磺胺和N-酰基苯磺胺两类32个新化合物的设计合成和生物活性评价，实验结果显示它们对Bcl-2和Bcl-xL蛋白具有不同选择性，是两类具有较好生物活性和类药性的小分子抑制剂先导化合物；（二）近年研究表明Bcl-2蛋白家族抗凋亡成员中Mcl-1和Bcl-2、Bcl-xL蛋白的高表达对肿瘤发生和耐药产生都起到了重要作用。一些小分子抑制剂因对Mcl-1蛋白作用较差，导致抗瘤谱很窄临床使用受限，因此研究具有抑制Mcl-1蛋白活性的广谱抑制剂更具优势。本课题研究确定了不同Bcl-2蛋白家族抗凋亡成员结合底物选择性结构基础，建立了广谱小分子抑制剂设计平台；（三）在此平台基础上，以N-酰基苯磺胺类抑制剂为先导化合物设计合成一类33个新化合物，活性测试表明它们是广谱小分子抑制剂。部分化合物在多个肿瘤细胞株上的活性超过阳性药ABT-737，值得进一步研究。采用药效团模型和分子对接相结合的方法，通过虚拟筛选实验确证发现两个结构类型3个天然产物具有广谱抑制活性。对其中活性最好的化合物采用分子、亚细胞和细胞不同层面实验和分子对接确证了机制。以此天然产物为先导化合物，基于广谱小分子抑制剂设计平台设计合成了一类24个新化合物。活性测试表明大部分化合物对靶蛋白亲和力都显著提升，部分化合物在Mcl-1蛋白高表达的肿瘤细胞株上的活性显著优于阳性药ABT-737，是一类值得进一步研究的广谱Bcl-2蛋白家族抗凋亡成员小分子抑制剂。