基于p53和NF kappa B信号通路的组合抗肿瘤药物设计和作用机制研究

In most cases, the multi-target drugs have much more potential to overcome drug resistance than single antitumor agents. Based on the discovery of novel p53-MDM2 inhibitors, the pyrrolidone compound MZY167 was found to inhibit two pathways of p53 and NF-kappa B which are critical for cancer cell survival. To our surprise, the key proteins MDM2 and IKK beta of these two pathways were identified in silico as potential targets for the R-isomer and S-isomer of the racemic compound MZY167, respectively. In addition, specific binding of the two isomers was confirmed by pharmacological experiments. This proposal aim to investigate the effects of these two isomers on the transcriptional regulation of p53 and NF kappa B signal pathways by a series of molecular pharmacology experiments. Molecular dynamics simulations will be used to clarify the binding modes of the isomers with the targets. As a result,novel pyrrol-2(5H)-one derivatives as dual inhibitors of MDM2 and IKK beta with increased antitumor activity and lower toxicity will be identified.

多靶点抑制剂是解决分子靶向抗肿瘤药物耐药性的重要途径之一，本课题组在p53-MDM2小分子抑制剂抗肿瘤药物研究过程中，发现吡咯酮类化合物MZY167具有非常强的激活p53信号通路和抑制NF-kappa B信号通路双重调节作用。通过计算机靶标筛选研究和分子生物学的初步验证，意外地发现MZY167的R和S异构体分别专一性作用于两个信号通路的关键调控蛋白MDM2和IKK beta激酶。本课题拟通过分子药理学和分子动力学的研究，揭示R、S异构体对p53及NF-kappa B信号通路交互应答作用的分子机理，识别确认作用靶标和作用部位，研究确定两异构体与靶标的结合模式，以MZY167为先导物，设计合成对p53与NF-kappa B信号通路交互应答双靶点作用的抗肿瘤药候选化合物，为创制一类手性对应体协同作用于MDM2和IKK beta两个靶标、高效、低毒、抗耐药的抗肿瘤新药奠定基础。

本课题共设计合成七大类103个新化合物和1个分子探针化合物，系统总结了吡咯酮并吡唑类p53-MDM2小分子抑制剂的构效关系，采用老药新用策略设计出一类全新结构的四氢噁嗪类化合物，从中筛选发现2个具有优秀体内外抗肿瘤活性化合物。药代研究发现化合物5q半衰期为2.11小时，最大血药浓度为2548 ng/mL，大鼠口服生物利用度为72.9%。. 采用手性拆分和不对称合成的方法获得了化合物MZY167光学纯对映异构体，以体外抗肿瘤活性为指标，筛选确定对映异构体最佳配比为R异构体比例为64%。体外抗肿瘤活性研究发现化合物MZY167及其类似物均显示出一定的对映异构体合并效应，并且通过裸鼠人移植瘤模型进一步证实了对映异构体能产生明显的体内协同抗肿瘤作用。. 对映异构体作用机制研究表明，肺癌A549细胞内R-MZY167 能激活p53，并呈剂量依赖关系，同时抑制MDM2蛋白的表达，S-MZY167则对p53通路没有明显作用。而S-MZY167可以激活磷酸化的IKKα、IKKβ和IKKγ，抑制NF-κB的激活，R-MZY167则对NF-κB通路没有影响。分子对接研究表明R构型能很好的模拟p53的三个关键残基插入到MDM2蛋白的疏水口袋，溴代苯占据Trp23口袋，咪唑侧链与Leu26口袋结合而苯环插入到Phe19口袋，氟代苄基则暴露在溶剂中。对于激酶IKKβ，S构型可以模拟IKKβ晶体中原配体的走向，结合模式基本一致，并且咪唑环可以与Lys106形成氢键。对映异构体作用机制和结合模式的阐明，为手性抗肿瘤药物提供了一条新思路。. 项目执行期间，获国家发明专利授权1项，新申请国际专利和国家发明专利各1项，研究成果在药物化学权威期刊J Med Chem、Oncotarget、Bioorg Med Chem Lett等发表SCI研究论文6篇，培养博士研究生1名，硕士研究生3名，其中获评全军优博1名。在2014年上海市药学会生药学、药物化学、天然药物化学、中药学青年学术论文报告会、2014年长三角药物化学研讨会、第十二届全国青年药学工作者最新科研成果交流会等学术会议进行口头报告，分别获得一二三等奖。