氨基酸多吡啶铜配合物作为蛋白酶体抑制剂的合成及诱导肿瘤细胞凋亡机制研究

Proteasome inhibitor blocks angiogenesis and induces cell apoptosis, this makes it an important antitumor drug. In recent years, researchers found that metal complexes especially copper complexes have strong inhibitory effect on proteasome and can induce apoptosis in tumor cells, while they have little toxicity to normal cells. Previously, we have synthesized series of copper、zinc、cobalt and nickel-based polypyridyl complexes with tpbd ligands, carried out antitumor and nuclease activities, and studies the structure-activity relationship. We discovered that copper complexes had high antitumor activity and could induce tumor cells apoptosis, and they also could inhibit tumor metastasis. But the antitumor activity of this polypyridyl complexes is not high, it is likely due to the poor water solution. In this work, we design and synthesize amino acid polypyridyl copper complexes, on the one hand, regulating the lipoid water partition to improve water solubility of polypyridyl complexes through construction of different molecular skeleton; on the other hand, increasing the target of polypyridyl complexes with the aid of affinity tumor cells for amino acid. We also explore the proteasome inhibition and apoptosis mechanism of amino acid polypyridyl copper complexes, this work will result in providing scientific basis for development of new metal based antitumor drugs.

蛋白酶体抑制剂阻断血管生成及诱导细胞凋亡的双重作用使其成为目前一类重要的抗肿瘤药物。近年来发现金属配合物尤其是铜配合物对肿瘤细胞中蛋白酶体有强抑制作用且能诱导细胞凋亡，而对正常细胞毒性很小。申请者前期以tpbd多吡啶为配体，合成了系列多吡啶过渡金属配合物（Cu、Zn、Co、Ni），开展了核酸酶活性及抗肿瘤活性评价，总结了构效关系，发现了多吡啶铜配合物具备较强的抗肿瘤活性及能诱导肿瘤细胞凋亡，且具备抗肿瘤转移能力。但这类配合物水溶性差，可能是导致抗肿瘤活性不是很高的原因。本课题我们设计将水溶性氨基酸结构引入多吡啶配合物中，通过构建不同的分子骨架来调控脂水分配系数，提高多吡啶配合物的水溶性，以改变配合物进入细胞内的活性；另外，借助肿瘤细胞对氨基酸的亲和性，增加配合物的靶向性。并以蛋白酶体为靶点，探讨配合物作为蛋白酶体抑制剂诱导肿瘤细胞凋亡机制，为开发新型金属基抗肿瘤药物提供科学依据。

铂类药物在治疗实体瘤中的疗效是不容置疑的，说明金属基化合物在化疗中发挥重要作用，然而由于作用靶点为DNA，缺乏对肿瘤细胞的选择性，导致极大的胃肠道和血液毒副作用，加之铂类不能口服和严重的耐药性，限制了其临床广泛应用。近年来发现金属配合物尤其是铜配合物对肿瘤细胞中蛋白酶体有强抑制作用且能诱导细胞凋亡，而对正常细胞毒性很小。基于此，我们前期合成系列多吡啶金属配合物，能够断裂DNA发挥抗肿瘤作用，且对Hela和MCF-7细胞增殖有较高抑制作用。接下来，将氨基酸结构引入到多吡啶配合物中，合成系列氨基酸多吡啶铜配合物，它们对MDA-MB-231, CAL-51, Hela细胞增殖有显著抑制作用，尤其对于CAL-51细胞，配合物1-5，8的IC50值分别为0.52，0.37，0.082，0.69，0.27和0.035µM，且与CBP联用发挥协同作用，显著增强卡铂抗三阴性乳腺癌的敏感性。酶水平和细胞水平实验发现，它们与MDA-MB-231 和 CAL-51细胞作用后，p53，Bax蛋白表达量显著上调，而Bcl-2表达量显著下调。而且，出现PARP断裂碎片p89，泛素化蛋白Ub蓄积，证实该类铜配合物能够抑制蛋白酶体活性，诱导细胞凋亡，进而发挥抗肿瘤作用。且分子对接术进一步显示该类配合物与靶点蛋白酶体的作用位点。体内实验发现小鼠对5的最大耐受剂量为43mg/kg，该结果为下步进行体内抗肿瘤疗效评价提供给药剂量参考。另外，利用斑马鱼模型评价了配合物对斑马鱼胚胎和幼鱼的毒性。这为下一步开发该类化合物作为潜在的靶向抗肿瘤药物奠定了基础。.另外，我们也发现，3和5可以明显抑制乳腺癌细胞微球体的生长，破坏其形态。流式检测发现3和5能明显降低MDA-MB-231中CD44+/CD24- 和ALDH1+细胞亚群的比例，呈现剂量依赖性；也能够明显减低CAL-51中ALDH1+细胞亚群的比例，亦呈现剂量依赖性。说明3和5在对MDA-MB-231和CAL-51细胞产生细胞毒作用的过程中对干细胞具有更强的杀伤作用。该研究也说明配合物具有一定的靶向乳腺癌干细胞作用特点，影响乳腺癌干细胞分子机制需要继续探讨，该研究为今后进一步寻找作用高效特异的靶向肿瘤干细胞的抑制剂奠定基础。