新型靶向肿瘤细胞活性氧可诱导DNA交联剂的合成及分子作用机制研究

Based on our preliminary data (Yunyan Kuang, et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19278-19281), a class of novel ROS inducible DNA cross-linking agents will be designed, synthesized and characterized, which are targeting the increased intrinsic ROS stress in cancer cells. Such agents consist of two separate functional domains: a ROS-accepting moiety ('trigger') and a DNA damage moiety ('effector'). They are expected to release pharmacologically active species and generate biquinone methide as additional potent effector to disrupt DNA replication and transcription upon activation by ROS. The selectivity and activity of these novel prodrugs toward ROS was determined by measuring DNA interstrand cross-links and/or DNA alkylation and the cytotoxicity against the cancer cell lines and non-cancer cell lines. The ideal ROS-targeting agents should have a dual mode of action: reducing the amount of ROS available to induce cancer, while also generating toxic species in cancer cell.

在前期创新性研究工作（Yunyan Kuang, et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19278-19281）的基础上，本项目将靶向肿瘤细胞高含量活性氧（reactive oxygen species, ROS）标志物，设计并合成一系列由"ROS受体激发单元（trigger）+DNA毒性单元（effector）"构成的可诱导DNA交联剂，该类分子到达靶目标后，通过激活引发单元的反应来促使分子释放活性体片段（effector 1）以及产生新的细胞毒性单元（effector 2，双醌甲基分子biquinone methides）协同阻断DNA复制而造成细胞凋亡。通过DNA交联（或烷基化）反应以及体外细胞活性筛选来评价化合物的生物活性。新的靶向目标药物分子将通过改变细胞内ROS的含量、释放多个DNA交联剂的双重作用模式高效抑制肿瘤的转移和侵袭。

活性氧（Reactive oxygen species，ROS）物质水平的升高通过多途径引导了正常细胞肿瘤化。如何能通过外源性还原物质降低ROS浓度，经多途径抑制癌细胞增殖和转移，是抗肿瘤药物研究的热点。基于硼酸（酯）官能团对ROS物质的特异敏感性氧化，我们制备了以芳香硼酯为ROS引发单元、连接氮芥药效团的新型抗肿瘤前药分子。化合物在H2O2存在下，显示出有效的DNA交联能力，细胞活性测试表明该类分子具有好的抗肿瘤活性，对正常细胞基本无毒性。同时，基于肿瘤细胞乏氧的特性，我们以对紫外可见光敏感的联二硝基咪唑为分子骨架，合成了含氮芥抗癌片断的季铵盐类前药分子。该类分子在氮气保护环境下，经紫外光照射后，分子结构中的硝基拉电子基团吸收电子被还原，从而推动分子中的季铵盐片段离去，生成活泼的联二硝基咪唑双自由基中间体及游离的氮芥分子，从而显示出一定的DNA交联活性，实验结果对新型靶向肿瘤抗癌药物分子结构的设计与研究提供了新的思路。随着炎-癌转化机理研究的深入，我们在研究中还提出了靶向肿瘤细胞中具有高表达的环氧合酶-2以及活性氧成分（ROS），设计并合成了一类以环氧合酶-2抑制剂尼美舒利（Nimesulide）为母核，并引入芳香硼酸频哪醇酯以及氮芥分子片段的新型前药分子。我们期望该类化合物在进入肿瘤细胞后，能够同时达到两种药效功能：通过氮芥诱导的DNA交联反应来抑制肿瘤细胞的复制，消灭肿瘤细胞；以及通过环氧合酶-2抑制剂减少炎症介质的合成，控制慢性炎症的发展，调节细胞微环境，从而阻止肿瘤细胞的浸润、转移与增长。这一新型药物分子的抗炎及抗肿瘤生理活性正在进一步深入研究中。从2013-2015年期间共合作发表SCI学术论文5篇，申请美国专利一项。