抗肿瘤转移先导化合物ION-31a的衍生合成、分子机制及靶点研究

After finished the last project of NSFC, we continued this research to focus on the chiral derivative synthesis of bioactive natural compound, found a derivative ION-31a with new natural structure skeleton, which had significant anti-metastasis effect on human breast cacer cell, and showed anti-metastasis and anti-angiogenesis effects on implantation model of human breast carcinoma in nude mice. In this project, we study on the structure-relationship and structural optimization of lead compound ION-31a, synthesized two types of probe molecules by using the active group of ION-31a, used for identification of the target molecules. On the basis of the target research, the molecular mechanism of ION-31a is demonstrated by using molecular pharmacological method. Finally, the new drug candidates are found by in vivo evaluation on active derivatives of ION-31a.

本课题在前一个国家自然科学基金面上项目结题、后续开展了活性天然成分的手性衍生物合成，发现了一个新天然来源骨架的手性紫罗兰酮生物碱衍生物ION-31a，具有很强的抗乳腺癌细胞转移作用，裸鼠移植瘤实验不仅验证了抗乳腺癌肺转移作用，而且具有抗血管生成作用。本课题以ION-31a为先导化合物，开展构效关系和结构优化研究，同时以ION-31a为活性基团合成两类探针分子研究鉴定抗肿瘤转移作用靶点；另一方面，以分子细胞药理学手段，结合靶点研究结果，阐明衍生物抗肿瘤转移作用分子机制，最后通过优选活性衍生物的体内药效评价发现成药性更高的新药候选化合物。

设计并合成了紫罗兰碱生物碱衍生物88个，化合物N2、N5、N7、N8、N10、N18、N25、N26、N37、N38、N43，N69和N71显示较强的抗乳腺癌转移活性。其中衍生N18的表型筛选活性显著强于先导化合物ION31a。构效关系研究表明，链状叔胺基团对化合物的活性产生重要的影响，氰基取代基团显著提高衍生物的活性。.以合成的活性探针进行靶点垂钓和质谱分析，经SPR验证，鉴定了ION-31a的主要作用靶点为HSP90α。进一步经过系统的体内外分子作用机制研究，阐明了基于靶点的分子机制：紫罗兰酮生物碱衍生物作用于HSP90α的N端结构域，造成伴侣蛋白HIF-1α降解，表达水平下降，进而引起其靶基因VEGF表达水平下降和受体VEGFR2的磷酸化水平下降，最后下调VEGFR2下游信号分子Akt，FAK，Erk1/2，PKCzet，mTOR等分子的磷酸化水平，发挥抗乳腺癌细胞迁移、侵袭和粘附，以及抗血管生成的作用。.体内药效评价表明，生物碱衍生物抗血管生成作用与阳性对照药索拉菲尼相当。初步进行了骨架跃迁衍生物合成并用SPR方法筛选对HSP90α的结合作用，发现骨架跃迁衍生物N81较先导化合物ION31a的结合强度（KD值比较）提高了4倍，说明本项目发现的衍生物具有很高的深入研究价值。