选择性作用于组蛋白去乙酰化酶亚型的新型小分子抑制剂的构建和作用机制研究

Histone Deacetylase (HDAC) is one of the important target enzymes in the research of antitumor drugs. The several Histone Deacetylase Inhibitors (HDACi) on the market are maily hydroxamates. The strong binding activity of hydroxamate with Zn2+ in target increases the binding activity of medicine with non-target protein, inducing poor selectivity of HDAC subtypes, great clinical toxicity and side effects. At present, the challenge is the development of HDAC subtype selective drugs to reduce non-target protein binding activity, resulting in higher clinical cure rate and safety. The present study constructs the novel purine benzamide derivatives by combining purine ring with benzamide moiety based on the selective effects of benzamide on HDAC subtypes. The purine benzamide derivatives can bind with foot pocket in HDAC2, and their chelating ability of Zn2+ is less than that of hydroxamates, so it is expected to reduce the binding activity of non-target proteins and obtain active compounds with HDAC subtype selectivity. Molecular biological methods will be used to study the mechanism of the interaction of these active compounds with HDAC subtype target proteins, and to clarify the mechanism of inhibiting tumor cell proliferation by these compounds and provide the basis for the design and syntheses of small molecules targeting HDAC subtype, and then the lead compounds with less toxic side effects will be obtained.

组蛋白去乙酰化酶（HDAC）是抗肿瘤药物研究的重要靶酶之一，目前上市的几种组蛋白去乙酰化酶抑制剂主要以异羟肟酸类化合物为主，异羟肟酸类与靶标Zn2+的强结合活性增加了药物的非靶标蛋白结合活性，对HDAC亚型的选择性差，临床毒副作用大；因此目前所面临的挑战是研发具有HDAC亚型选择性的药物来减少非靶标蛋白结合活性，带来更高的临床治愈率和安全性。本研究基于苯甲酰胺类药效团能选择性作用于HDAC亚型，将嘌呤环与苯甲酰胺结合构建新颖结构的嘌呤甲酰苯胺类衍生物；本类化合物能与HDAC2底部口袋结合，与Zn2+螯合能力小于异羟肟酸类，因而有望降低非靶标蛋白结合活性，获得具有HDAC亚型选择性的活性化合物，运用分子生物学方法对这些活性化合物与HDAC亚型靶蛋白作用机制进行研究，明确本类化合物抑制肿瘤细胞增殖的作用机制，为靶向作用于HDAC亚型的药物小分子设计合成提供依据，并获得毒副作用更小的先导化合物。

本研究基于苯甲酰胺类药效团能选择性作用于HDAC亚型，成功设计合成具有HDAC亚型选择性的嘌呤苯甲酰胺类衍生物，通过酶学试验、细胞毒实验等筛选出具有HDAC亚型选择性的先导化合物，并对先导化合物的靶蛋白作用机制、抑制细胞生长与凋亡和细胞周期间的关系、药代动力学及肝微粒体代谢进行了研究，发现所获得的先导化合物具有快结合-慢释放的靶蛋白结合特点，并通过阻滞G0/G1期而抑制肿瘤细胞的增殖，其作用机制为：（1）通过降低Cyclin D1而阻碍G1前期Cyclin D1与CDK4/6的结合；（2）降低CDK2而阻碍G1后期Cyclin E与CDK2结合，从而阻碍细胞从G1期向S期的转变，抑制肿瘤细胞的有丝分裂进程，使肿瘤细胞增殖受阻。细胞凋亡试验证实：先导物能使HCT-116细胞发生早期凋亡，且能上调Bax和下调Bcl-2，通过内在凋亡途径诱导HCT-116细胞凋亡。肝微粒体代谢研究证实：先导物9d在不同种属肝微粒体中的代谢稳定性为人>犬>大鼠，代谢稳定性优于阳性对照药伏立诺他。大鼠体内药动学研究结果表明：先导化合物9b, 9d单剂量静脉注射在大鼠体内的药代动力学过程符合二室模型，药物在体内的消除较快，其主要通过中央室消除，而不是通过周围室的扩散消除；呈现该代谢特点的原因可能与代谢过程涉及系列的酶促机制有关。本项目所获得的活性化合物为具有亚型选择性的HDAC抑制剂的开发奠定了基础，并有着广泛的应用前景。本项目研究成果获得江西省科技进步奖二等奖一项，发表学术论文7篇，其中SCI论文5篇，中文核心期刊论文2篇，申报2项中国发明专利。