靶向Pim蛋白激酶抗肿瘤药物的设计、合成及活性研究

Anticancer drug is difficult to meet the treatment requirements of clinical oncology because of high toxicity, serious side-effect and chemoresistance problem. The recent study of the molecular mechanisms of neoplastic diseases and cell signal transduction network showed that Pim protein kinases has a very close relationship on cell proliferation, differentiation, apoptosis, and tumorigenesis, and overexpression in solid tumors and hematologic malignancies. Therefore, Pim kinases may be relevant anticancer drug targets and established synthesis of Pim inhibitors as an attractive area of chemical biology. Based on Pim protein kinase crystal structure and computer-aided drug design, the thiazolidine-2,4-diones SKLB-2012 was found and exhibited good inhibitory activity of Pim kinase (Pim-1 IC50 = 0.024 μΜ, Pim-2 IC50 = 0.11 μΜ) and antiproliferative activity in tumor cells with submicromolar IC50 values (for PC-3 DU145, B16, IC50 = 5.4 μΜ, 6.9 μΜ, 8.4 μΜ) in the early work. To improve the activity and specificity of the Pim protein kinase inhibitors, the project intends to design and modify structural of SKLB-2012. We will further synthesis a series of new compounds based on preliminary work and investigate the structure-activity relationship. We will enrich the pharmacodynamics of anticancer drugs based on the Pim kinase as a new target and ground further investigation of antitumor agent as a basic study.

传统抗肿瘤药物因为毒副作用大和耐药性问题很难满足临床肿瘤治疗要求。肿瘤疾病的分子机制和细胞的信号转导网络最新研究表明Pim蛋白激酶与细胞增殖、分化、凋亡以及肿瘤发生之间有密切的关系，并在多种实体瘤和恶性血液病中过度表达。因此，针对Pim蛋白激酶的小分子抑制剂有望成为新的抗肿瘤治疗药物。前期的工作中，我们基于Pim蛋白激酶晶体结构通过计算机辅助药物设计发现了噻唑二酮类化合物SKLB-2012具有较好的体外Pim激酶抑制活性（Pim-1 IC50 = 0.024 μΜ，Pim-2 IC50 = 0.11 μΜ）和体外肿瘤细胞抑制活性（PC-3，DU145，B16的IC50分别为5.4 μΜ，6.9 μΜ，8.4 μΜ），具有良好的理论研究价值。本项目将在已获得SKLB-2012结构上修饰，以提高其对Pim蛋白激酶的活性和特异性并用于体内药效学研究,为一类基于新靶点药物的研发提供重要依据。

在青年科学基金的资助下，我们完成了噻唑二酮TZD为骨架结构的系列化合物的设计与合成，并建立了基于蛋白激酶Pim-小分子抑制剂复合物晶体结构的药效团虚拟筛选和进一步计算机辅助药物设计的流程方法。通过虚拟筛选，我们还构建了其他多种多样性骨架的化合物库，并结合多样性导向合成策略发展了一系列列合成方法学合成其中化合物。对已合成的化合物在分子水平以及细胞水平进行了酶活检测、体外抗肿瘤活性测试，初步筛选出了一些与先导化合物活性相当或者优秀的候选化合物，进行了初步机制探讨和体内动物实验。. 结果显示：优化后的化合物具有广谱抗肿瘤细胞活性，与Pim激酶主要通过氢键、卤键和疏水作用结合，可以通过抑制Pim激酶活性使得tubulin聚合，阻止了肿瘤细胞的周期，停滞在G2/M期，促进了细胞凋亡，进而对肿瘤细胞起到抑制作用。这些结果能从实验水平验证本课题立项时提出针对Pim蛋白激酶的小分子抑制剂有望成为新的抗肿瘤治疗药物的设想。为后续靶向Pim蛋白激酶的抗肿瘤药物小分子药物研发提供了实验基础。另外，我们也构建了Pim蛋白激酶互作网络，为基于Pim激酶抑制剂抗肿瘤化合物作用新机制探讨提供更多的理论依据。. 在本项目研究经费的资助下，已经在SCI期刊上以通讯作者发表了论文10篇，参加了国内学术会议2次，并做相关poster展示。