基于拓扑异构酶II抑制的白鲜皮中抗肺癌喹诺酮的结构修饰与构效关系研究

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths worldwide. Voreloxin, a quinolone DNA topoisomerase II (Topo II) inhibitor developed by Dainippon Sumitomo Pharma. Co., Ltd., exhibited the superior antitumor activity in clinics. Currently, total synthesis plays the primary role in the construction of the main structure of quinolones and structural modification had become a powerful tool in the finding of stronger selective inhibition quinolones. Phytochemical research of Cortex Dictamni indicated the presence of natural antitumor furoquinolones. Molecular docking study showed that the existence of 2,3-furan ring and the substitution of C-7 nitrogen heterocyclic ring were beneficial to the combination of quinolones and Topo II ligands, thus could enhanced the inhibitory activity of Topo II. Therefore, in this project, we planned to screen the active and novel furoquinolones from Cortex Dictamni by integrating liquid chromatography/mass spectrometry analysis and orthogonal column chromatography. Then, by using the semi synthesis method, a typical furoquinolone named isodictamnine will be modified into multiple voreloxin analogues. In addition, MTT assay will be used to screen target compound with the strongest anti-lung cancer activity from those voreloxin analogues. Mechanism of the target compound on Topo II inhibition will be conducted using RT-PCR and Western blot technologies. Structure-activity relationship of those furoquinolones will be studied in order to provide scientific evidence for developing Topo II inhibitors with high selectivity and strong affinity for the treatment of lung cancer.

由日本住友制药株式会社开发的喹诺酮类拓扑异构酶 II（Topo II）抑制剂voreloxin，在临床实验上表现出优越的抗肺癌活性。目前，喹诺酮母核多是通过全合成的手段设计合成，经结构改造得到活性较好的产物。白鲜皮富含结构新颖的天然呋喃喹诺酮。分子对接研究显示，呋喃环的存在有利于喹诺酮与Topo II配体的结合，从而增强其抑制Topo II的活性。本项目拟在前期工作基础上，进一步分离和富集白鲜皮中的呋喃喹诺酮；采用有机合成手段构建voreloxin类似物并对其进行改造；采用MTT法评价产物抗肺癌细胞活性并筛选出良好活性的目标化合物；采用电泳法评价目标化合物抑制Topo II的活性；采用RT-PCR及Western blot探讨其抑制Topo II的作用机制；初步阐明呋喃喹诺酮抗肺癌活性的构效关系。为研发选择性高、亲和力强的Topo II抑制剂类抗肺癌药物提供科学依据。

白鲜皮富含结构新颖的天然呋喃喹诺酮类化合物，分子对接研究显示，呋喃环的存在有利于喹诺酮与Topo II配体和微管蛋白秋水仙碱位点的结合，从而增强其抑制Topo II和微管蛋白聚合的活性。本项目拟结合UFLC-IT-TOF/MS富集狭叶白鲜根皮中的白鲜碱，进一步低损耗分离结构新颖的呋喃[2,3-b]喹啉类化合物以期发现更理想的先导化合物；采用基于片段的药物设计理念，将白鲜碱活性片段与多种容易特异性结合Topo II配体与秋水仙碱位点各个口袋的活性片段拼接，构建呋喃[2,3-b]喹啉类抗乳肿瘤多药耐药化合物库；深入阐明活性化合物抑制Topo II和微管蛋白聚合及多药耐药的作用机制，为研究和开发基于Topo II和微管蛋白抑制的抗乳肿瘤多药耐药药物提供科学依据。由于天然微管抑制剂毒性高、口服生物利用度低、溶解性差，更重要的是多药耐药性己成为临床化疗失败的重要原因，所以研制能够克服以上缺点的新型小分子微管抑制剂已迫在眉睫。近年来，呋喃[2,3-b]喹啉类化合物抗肿瘤作用引起了人们的关注。申请人前期实验研究表明，白鲜碱可在体外有效抑制多种类型的肿瘤及其多药耐药细胞增殖而没有明显的毒副作用，尤其是对乳腺癌细胞表现出较高的敏感性，且其生物利用度高，具有良好的细胞膜透性、广泛的肝代谢和快速清除能力。对白鲜碱结构修饰得到的化合物DAL-6表现出良好的抗乳腺癌及多药耐药活性，对移植人乳腺癌细胞MCF-7的小鼠以10 mg/kg/day的剂量给药三周后，肿瘤抑制率达40.3%。进一步实验表明DAL-6可结合微管蛋白的秋水仙碱位点，抑制微管蛋白聚合，从而阻断细胞周期的G2/M期，促使MCF-7及MCF-7/ADR细胞凋亡。另外，在对多药耐药蛋白P-gp作用研究中我们发现，DAL-6可抑制MCF-7及MCF-7/ADR细胞中P-gp的功能，减少其底物Rh123的外排，降低P-gp蛋白的表达。本项目的开展为寻找具有抗肿瘤多药耐药的小分子呋喃[2,3-b]喹啉类药物提供研究基础。