基于结构生物学的噻唑类hsDHODH抑制剂的作用模式及优化研究

Human Dihydroorotate Dehydrogenase (hsDHODH) catalyzes the fourth committed step in the de novo biosynthesis of pyrimidines, so it is the key enzyme for the synthesis of pyrimidines. As rapidly proliferating human cells have an exceptional requirement for de novo pyrimidine biosynthesis, hsDHODH is an important target for the treatment of several autoimmune diseases, such as rheumatoid arthritis, cancer, transplant rejection and psoriasis. Brequinar and leflunomide are two examples of small molecular weight inhibitors of hsDHODH that had been in clinical development. Clinical application of both molecules suffers from various side effects. Thus, there is still a need for new and more efficient hsDHODH inhibitors with reduced side effects. Our group has screened a series of novel lead compounds of hsDHODH inhibitors using computer-aided drug design and enzyme inhibition assay methods, including a lead compound DH03A016 containing a thiazole ring (IC50=0.435 uM). This project will solve crystal structures of hsDHODH complexed with thiazole-based inhibitors, analyze interaction modes of hsDHODH with inhibitors, synthesize a series of derivatives based on the lead compounds and test activities of these compounds by enzyme inhibition assays and cell antiproliferation assays. The aim of this study is to provide new drug lead compounds for the treatment of several autoimmune diseases.

人二氢乳清酸脱氢酶（hsDHODH）被认为是治疗多种自身免疫性疾病的重要靶点。目前HsDHODH的抑制剂Brequinar和Leflunomide 已应用于临床研究，但均具有副作用。因此寻找毒副作用小的、结构新颖的、高效的hsDHODH抑制剂仍是免疫相关疾病治疗的研究热点。课题组前期综合利用计算机辅助药物设计虚拟筛选和高通量酶活性抑制实验筛选出一系列结构新颖的hsDHODH 抑制剂先导化合物，包括以噻唑环为母核的先导化合物DH03A016（IC50=0.435 uM）。本项目拟通过培养噻唑类抑制剂与hsDHODH的复合物晶体，阐明该系列抑制剂与hsDHODH 的作用模式，基于蛋白质三维结构理性地优化设计、药物化学合成一系列先导化合物衍生物，并通过酶活性抑制实验和细胞增值抑制实验评测化合物活性，以期发现高活性的hsDHODH抑制剂，为多种免疫性疾病的治疗提供新型的药物先导化合物。

人二氢乳清酸脱氢酶（hsDHODH）催化嘧啶从头合成途径中的第四步反应。抑制hsDHODH，可以导致细胞内嘧啶核苷酸的量降低，限制快速分化的细胞的生长、增殖及代谢。hsDHODH 抑制剂可以作为抗细胞增殖剂，用于类风湿性关节炎、肿瘤以及某些免疫相关疫病的治疗。因此hsDHODH是具有良好开发前景的药物靶标。本课题开展了hsDHODH 抑制剂的作用模式及优化研究：建立高效稳定地表达重组 hsDHODH 的体系；建立了hsDHODH抑制剂筛选及活性评价体系；运用计算机药物辅助物设计和酶活性抑制实验筛选出抑制剂先导化合物3个；优化设计与药物化学合成一系列先导化合物的衍生物100余个，测试其抑制 hsDHODH的活性；运用X射线晶体学研究hsDHODH与其抑制剂复合物晶体结构11个，解释抑制剂作用机理；基于复合物晶体结构优化设计获得6个分子水平活性达纳摩尔级别的高效hsDHODH抑制剂；发现hsDHODH抑制剂可抑制肿瘤细胞（HCT116和BxPC-3）的增殖，并将其阻滞在S期和诱导细胞凋亡，为hsDHODH抑制剂的抗肿瘤活性研究打下基础；发现2个高活性抑制剂对老鼠炎症模型具有显著治疗效果。本项目为hsDHODH 的抑制剂开发及其进一步功能研究打下了基础。在本项目资助下已发表研究论文7篇，其中通讯作者论文5篇，申请发明专利2项，培养硕士研究生2名，协助培养博士研究生1名。