N-取代异胡豆苷内酰胺类Topo I 抑制剂的设计、酶化学合成及初步活性筛选研究

DNA topoisomerase I(Topo I) is an essential human enzyme that controls and modifies the topological state of DNA in many cellular metabolic processes, such as replication, transcription, recombination, repair, chromatin assembly and chromosome segregation. Topo I is overexpressed in human cancers which makes it a viable target of anticancer drugs research. Preliminary screening of our chemo-enzymatically constructed non-natural indole alkaloids has afforded us a potential lead compound which showed close activity to Camptothecin on inhibiting Topo I and some of its overexpressed tumor cell lines. Based on our previous results, this project will try to find novel, stable, more active and better Topo I targeting inhibitor by carrying out rational drug design, chemoenzymatic synthesis, in vitro inhibitory activity evaluation on Topo I and corresponding cancer cell lines as well as structure-activity relationship research.

DNA拓扑异构酶I（Topo I）是一种重要的核酶，在 DNA 的复制、转录、重组和修复等过程中发挥重要的作用。而Topo I在肿瘤细胞中的含量和活性要明显高于正常细胞，是抗肿瘤药物研究的一个重要靶点。我们前期对酶化学法构建的非天然吲哚生物碱库进行抗肿瘤细胞活性筛选时，发现其中的E环芳杂化的五元N-乙酰异胡豆苷内酰胺类生物碱具有体外抗肿瘤细胞及Topo I抑制活性，其活性接近于阳性对照喜树碱。本项目将以此新颖的非天然生物碱为基础，通过合理药物设计、化学酶法合成，结合体外抗肿瘤细胞与Topo I抑制活性筛选以及构效关系等研究，以期发现结构新颖、可专利性强、活性、稳定性及靶向性更好的小分子，为后期发现更具潜力和成药性的新型Topo I抑制剂奠定基础。

肿瘤是一种严重威胁人类健康的疾病。目前，临床上使用的抗肿瘤药物主要是通过细胞毒作用杀死肿瘤细胞，在某些恶性肿瘤的综合治疗中发挥重要作用，但对多数实体瘤的疗效欠佳，同时还具有难以避免的选择性差、毒副作用大等缺点。因此，发现具有选择性作用于特定靶点的高效、低毒的抗肿瘤药物已经成为当今研究的趋势。. 拓扑异构酶I（topoisomerase I，Topo I）作为一种重要的核酶，它通过切断DNA 的一条链形成可切割复合物来完成超螺旋的松弛和DNA 的再连接，在 DNA 的复制、转录、重组和修复等重要核过程中发挥重要的作用。研究发现，肿瘤细胞中Topo I的含量和活性要明显高于正常细胞，如果能选择性抑制Topo I的生理作用，便能有效抑制肿瘤细胞的快速增殖，进而杀死肿瘤细胞。因此，Topo I成为抗肿瘤药物作用的一个重要靶点。. 本研究以前期发现的N-异胡豆苷内酰胺类单萜吲哚生物碱为先导物的前提下，采用合理药物设计，化学酶合成法合成了20多个目标化合物、并结合体外抗肿瘤细胞及Topo I抑制活性筛选及构效关系等研究，发现了部分化合物对Topo I具有抑制活性，并且在HepG2细胞毒活性测试实验中也验证了其抗肿瘤活性。我们还利用分子动力学模拟试验和计算机辅助对接试验来阐释其作用机理。同时，本项目利用骨架拓展原理，开发新的化学合成法构建了多环、多平面的新结构母核化合物。通过活性筛选，我们非常意外的发现构建的部分化合物具有较好的抗疟疾活性。上述研究成果对后续开发结构新颖、稳定、可专利性强、活性及靶向性更好的抗肿瘤药物具有重要的指导意义。同时对构建的化合物进行高通量筛选发现了具有抗疟疾活性小分子，这一成果可为后续发现新型的抗疟疾先导化合物奠定物质基础。. 最后在本项目的支持下，培养研究生2名，发表SCI论文2篇及申请专利2项。