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恶性肿瘤已成为严重威胁人类健康的常见病和多发病之一,肿瘤的发生和发展涉及多重因素,导致其发病率和死亡率居高不下,因而亟待研发新一代抗肿瘤药物,提升肿瘤治疗效果、保障人们生命健康。组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)是一种表观遗传学靶点,与多种靶点的信号通路存在协同效应,如p53-MDM2相互作用,溴结构域蛋白(Bromodomain,BRD)等。基因调控、信号转导等细胞生理过程离不开蛋白-蛋白相互作用,目前已有多个蛋白-蛋白相互作用被证实为药物靶标。目前,已有多种HDAC抑制剂成功上市,在治疗皮肤T细胞淋巴瘤等方面取得了很好的临床效果,但对实体瘤疗效不佳,限制了临床实用,;此外,HDAC抑制剂与多种抗肿瘤靶标的抑制剂联用时具有协同抗肿瘤效应,但药物联用的策略往往存在剂量设置复杂、药代动力学性质不可控、药物-药物相互作用等缺陷。相比之下,单分子多靶点药物具有药效更强、药代性质更为合理、毒性低等优势。因而,基于HDAC设计多靶点分子可有效克服以上缺陷。化疗和放疗是肿瘤治疗的重要手段,但化疗和放疗选择性很差,毒副作用大,临床上急需开发新型的抗肿瘤治疗手段,以获得理想的治疗效果。蛋白降解靶向嵌合体(Proteolysis targeting chimera,PROTAC)是当前抗肿瘤药物研究的新技术,以其特有的优势成为当前抗肿瘤研究领域的热点。基于此,本论文围绕表观遗传类靶点HDAC和蛋白-蛋白相互作用相关靶点开展多靶点抗肿瘤分子及PROTAC的设计、合成和生物活性研究,内容主要包括:一、p53-MDM2/HDAC双靶点抑制剂的设计、合成与抗肿瘤活性研究。p53-MDM2和HDAC是抗肿瘤药物研究的重要靶标。本章基于p53-MDM2和HDAC的信号通路交叉及p53-MDM2抑制剂与HDAC抑制剂的协同抗肿瘤效应,采用药效团融合策略,设计合成了一类新型的p53-MDM2/HDAC双靶点抑制剂。多数目标化合物对两个靶点表现出良好的抑制活性,对多种肿瘤株表现出优秀的抗肿瘤活性。其中,化合物B15d对MDM2(Ki=110 nM)和HDAC6(IC50=17.5 nM)具有最为优秀的平衡抑制活性,对A549肿瘤细胞显示出较强的抑制活性。机制研究表明化合物B15d在细胞水平上能有效作用于两个靶标,引起A549肿瘤细胞凋亡并阻滞于细胞G1期。体内A549裸鼠移植瘤实验结果表明,化合物B15d口服给药剂量100 mg/kg抑瘤率为65.4%,优于同剂量下阳性药Nutlin-3(44%)和SAHA(57.3%),表现出多靶点抑制剂的药效优势。化合物B15d具有明确的量效关系,当给药剂量提高至口服150 mg/kg时,抑瘤率达到74.5%,裸鼠体重无明显变化。本研究为新型多靶点抗肿瘤药物的开发提供了一种有前景的先导化合物,进一步验证了设计多靶点抗肿瘤药物的可行性。二、BET/HDAC双靶点抑制剂的设计、合成与抗肿瘤活性研究。HDAC和BET溴结构域蛋白在调控组蛋白乙酰化的内稳态上起着关键作用。研究表明,抑制HDAC和BET溴结构域蛋白可影响c-Myc等基因的转录,是用于治疗胰腺癌的新策略。基于BET抑制剂与HDAC抑制剂表现出的协同效应,本章采用药效团融合策略,设计合成了一类结构新颖的BET/HDAC双靶点抑制剂。分子水平活性测试结果表明,化合物C17a对BRD4(1/2)和HDAC1表现出优秀的平衡抑制活性。亚型选择性结果显示,化合物D17a是一个广谱的HDAC抑制剂,对BRD4(BD1)的选择性最高(IC50=10.5 nM)。体外抗肿瘤活性结果显示化合物C17a对人胰腺癌Capan-1细胞的抑制活性最佳(IC50=0.15 μM)。作用机制研究表明化合物C17a在细胞水平上能有效作用于两个靶标,诱导肿瘤细胞凋亡。在Capan-1裸鼠移植瘤模型中,化合物C17a(60.8%)在腹腔给药15 mg/kg时抑瘤率高于阳性药(+)-JQ1(42.6%)、SAHA(44.7%)和联合给药组(59.8%)。当给药剂量提高至20 mg/kg时,抑瘤率达到87.1%,裸鼠体重无明显变化,具有低毒耐受性好的特点。本研究发现了一个高活性先导化合物,为开发用于胰腺癌的新型多靶点抗肿瘤药物提供了研究基础。三、基于MDM2同型PROTAC的设计、合成及生物活性评价。基于PROTAC的药物设计已成为抗肿瘤领域的研究热点,该技术具有克服耐药性、扩大药物靶向空间等优势。本章研究以MDM2为E3泛素连接酶,通过合理的药物设计,合成了一类新型的MDM2同型PROTAC化合物。所有目标化合物表现出中等以上的p53-MDM2结合抑制活性。其中,化合物D10b结合抑制活性最强(Ki=226 nM),对A549抑制活性最佳(IC50= 1.01 μM)。细胞凋亡实验表明,化合物D10b能有效诱导A549细胞凋亡。作用机制研究进一步证实化合物D10b在A549细胞内以浓度依赖性方式降解MDM2蛋白,上调p53表达水平。本研究为设计基于MDM2同型PROTAC的药物奠定了基础。