氟代喜树碱小分子偶联化合物设计和生物学研究

Small molecule-drug conjugates(SMDCs) have become a novel opportunity for the development of selective cytotoxic agents. Based on the fluorinated drug design strategy, we firstly reported a new bioisostere α-fluorine ether and identified fluorinated camptothecin analogues (FCPT) with more stable lactone than natural camptothecin. Further optimization led to the discovery of potent antitumor FCPT analogue 8l. Thus, the present proposal aims to perform bioisostere expansion and find potent fluorinated homocamptothecin analogues. Moreover, the novel small molecule-drug conjugates based on 8l or potent fluorinated homocamptotheins and MDM2 inhibitor PMI will be designed. These compounds will be investigated by the stability, drug metabolism, tissue distribution and antitumor activity assays. This project will identify antitumor candidates of SMDCs based on fluorinated analogues and provide an new strategy for SMDCs design.

小分子偶联药物是抗肿瘤药物研究新领域，通过偶联技术降低细胞毒类抗肿瘤药物毒性。课题组采用含氟药物合理设计新方法创新性提出喜树碱不稳定内酯环含氟生物电子等排体α-氟醚结构，优化获得高稳定性、高活性氟代喜树碱衍生物8l。本课题拟拓展α-氟醚结构至高喜树碱化合物，筛选高活性氟代高喜树碱衍生物。以能与氟代喜树碱起协同抗肿瘤效应的MDM2蛋白抑制剂PMI为小分子偶联化合物靶头，基于高活性氟代喜树碱8l和氟代高喜树碱化合物，通过选择性在肿瘤细胞代谢释放药物的链接基团连接靶头和活性化合物，设计新型氟代喜树碱小分子偶联化合物。通过稳定性、体外药物代谢、动物模型组织分布、体内外活性等研究化合物靶向作用和抗肿瘤活性，从中筛选氟代喜树碱小分子偶联候选药物。通过我们的合理设计和生物活性研究，为小分子偶联药物研究探索一条药物设计新思路。

本课题共设计合成30个氟代喜树碱及喜树碱衍生物和两大类18个喜树碱小分子偶联化合物，同时设计合成28个荜拔酰胺和沙蟾毒精类新型细胞毒类药物分子，进一步阐明氟代喜树碱7位和20位构效关系，初步筛选发现二硫键为最佳Linker基团，在此基础上设计出GSH敏感型和Cathepsin B敏感型小分子偶联物。. 体外抗肿瘤活性筛选发现化合物体现出对HCT116的敏感性，9个化合物IC50值达到纳摩尔级。机制研究发现，化合物的Topo I酶和p53-MDM2结合抑制活性明显下降，但能显著上调HCT116细胞中p53蛋白的表达，呈明显的浓度依赖。并且，化合物能在细胞内经GSH和Cathepsin B代谢断裂释放出活性药物分子喜树碱和p53-MDM2抑制剂。体内抗肿瘤活性研究显示，化合物ZM413、ZM476和ZM484对人移植瘤裸鼠HCT116模型的抑瘤率分别达到80.23%、73.93%和84.64%。后续药代研究发现化合物ZM483和ZM484的AUC(0-∞)分别为59422±7870和2660±436 ng*h/mL，t1/2分别为2.01±0.04和1.65±0.75 h。而且，化合物ZM483和ZM484具有较低的心脏毒性，其hERG活性的IC50值均大于40 μM。 . 另外，还开展p53-MDM2和HDAC双重小分子抑制剂的研究，进一步验证双靶点抑制剂的合理性。并通过优化设计获得新型的荜拔酰胺和沙蟾毒精类细胞毒药物分子，可用于丰富小分子偶联物的优化设计研究。. 项目执行期间，研究成果在Chem Rev、J Med Chem、Eur J Med Chem、Bioorg Med Chem Lett等发表SCI论文7篇，受邀撰写Natural Product in Clinic Trials第二卷2章节，培养硕士研究生3名，已毕业2名，申请国家发明专利1项，受邀在亚洲药学科学联盟2017年学术会议等进行报告。