基于缺氧信号通路HIF-1a的实体瘤靶向药物设计、合成与生物活性研究

实体瘤占恶性肿瘤的90%，普遍具有缺氧特性，使肿瘤细胞易发生浸润转移，导致患者复发和死亡率增加。本项目从实体瘤的分子生物学特性（缺氧区域富含还原酶，高表达HIF-1a，促进肿瘤细胞浸润转移）入手，基于喜树碱衍生物全新的作用机理（抑制HIF-1a表达），将缺氧触发器融入其结构中，设计合成缺氧激活前药(HAP)。HAP在常氧的正常组织中无活性，而在实体瘤的缺氧微环境中被还原酶激活，靶向释放喜树碱类抗肿瘤药物，抑制HIF-1a，达到杀灭肿瘤细胞的目的。 . 本项目在前期对喜树碱类衍生物研究的基础上，设计了一系列HAP，研究目标化合物：1，体内外对缺氧肿瘤细胞的抑制和选择性；2，缺氧信号通路作用机理；3，血浆及肝脏稳定性。以此为依据，优化分子结构，挑选靶向杀灭缺氧细胞的苗头化合物。为开发具有自主知识产权，新型的实体瘤治疗药物提供独特的研究策略和有益的理论探索。

缺氧是实体瘤的典型特征，临床实践证明缺氧诱导因子1（HIF-1α）的高水平表达与患者死亡率高、预后差和放化疗耐药明显相关。本项目在喜树碱类化合物对HIF-1α有选择性抑制作用基础上，以HIF-1α为靶点，喜树碱类衍生物为先导化合物，在其活性必需位点上，引入三种在缺氧条件下会被还原脱除的触发基团，设计合成了60多个靶向缺氧区域的HIF-1α抑制剂。对所合成的目标化合物，评价了对人结肠癌细胞HT-29抑制活性和缺氧选择性。实验结果表明，三种缺氧触发器中芳香氮氧化物具有很强的缺氧选择性，硝基芳环季铵盐类缺氧选择性不强且芳环醚类衍生物无缺氧选择性。化合物HCNO-03被挑选出来做进一步检测。HCNO-03对四种瘤株HT-29, A549, Panc-1 和HepG2均表现很好的缺氧选择性和细胞毒活性。HCNO-03以剂量和时间依赖的方式致A549细胞凋亡。体内试验显示，在10mg/kg剂量下，显著抑制荷瘤裸鼠的肿瘤生长，抑制率达49.7%。肿瘤组织中HIF-1α表达下降，提示抗肿瘤活性与抑制HIF-1α相关。更为重要的是，与阳性药拓扑替康相比，HCNO-03的肝脏毒性和血液毒性显著下降，中位生存期明显延长。本项目通过对缺氧触发结构的研究，成功实现了对HIF-1α抑制剂的缺氧靶向释放，解决了喜树碱类化合物的毒性问题。对缺氧靶向释放药物进行了有意义的探索，找到的候选化合物具有重要的科研价值，值得进一步开发。本项目获得专利授权1项；发表文章5篇，其中SCI一篇，另有一篇SCI论文投稿中；培养硕士研究生4名。