新型丙酮酸激酶M2亚型（PKM2）激动剂的设计、合成及构效关系研究

Based on the particularity of tumor cell metabolism, selectively interrupting the key step of tumor cell metabolism could inhibit the proliferation of tumor cells without damaging normal cells. Abnormal glucose metabolism is one of the important characteristics of tumor cells (Warburg effect). Pyruvate kinase M2 isoform (PKM2) in tumor cells is significantly higher expressed, and plays an important role in the process of abnormal metabolism of tumor cells. PKM2 exists in equilibrium between less active dimeric form and highly active tetrameric form. The low activity dimeric form is mainly presented in normal cells; but the high activity tetrameric form exists predominantly in tumor cells. Therefore, the effective PKM2 activators could induce the low activity states of PKM2 into the active state of the PKM2 which will not only inhibit the growth of tumor cells, and do not produce the poisonous side effect. Hit compound A is a new structure of PKM2 activators screened out from our compound library. In this study, we will select PKM2 as target and optimize the structure of hit A by dividing it into three parts. The systemic optimization includes virtual screening, synthesis, activity evaluation. The aim of this work is to find the efficient PKM2 activators.

基于肿瘤细胞代谢的特殊性，选择性地干预肿瘤细胞代谢过程中的关键环节，有可能达到既不损伤正常细胞，又可以抑制肿瘤细胞增殖的目的。糖代谢异常是肿瘤细胞的一个重要特征（Warburg 效应）。丙酮酸激酶的M2亚型（PKM2）在肿瘤细胞中显著高表达，且在肿瘤细胞异常代谢过程中起重要作用。PKM2主要以高活性的四聚体和低活性的二聚体这两种形式存在，四聚体型PKM2主要存在于正常细胞中，而二聚体型PKM2主要存在于肿瘤细胞中。因此，设计、合成有效的PKM2激动剂可使低活性的PKM2转化成高活性的PKM2，既可抑制癌症发生的进程，又对正常细胞没有损伤。苗头化合物A是从我们化合物库中筛选出的结构全新的PKM2激动剂。本课题选择PKM2为靶点，将化合物A分为三部分进行结构优化，通过计算机虚拟筛选、合成、活性评价等系统研究，以期发现新结构类型的高效PKM2激动剂。

本课题分别以前期发现的化合物A和随机筛选得到的化合物B为先导化合物，完成了以下四部分工作：. 1）利用药物设计的基本策略，对化合物A进行了结构修饰和优化，共设计、合成目标化合物52个，12个化合物对PKM2的激动活性优于先导化合物A，其中化合物A33对PKM2的激动活性最好，AC50为76 nM，11个化合物的抗肿瘤活性优于先导化合物A；对化合物B进行结构修饰和优化，共设计、合成目标化合物38个，发现8个化合物对PKM2的激动活性优于先导化合物B，其中化合物B23对PKM2的激动活性最好，AC50为0.52 μM；5个化合物的抗肿瘤活性优于先导化合物B，对所测试的肿瘤细胞系的IC50值均在纳摩尔级水平；. 2）通过上述研究，总结出了一系列非常有价值的构效关系；. 3）从分子和细胞水平对这两类化合物的作用机制进行了深入研究，结果显示，化合物A33能够抑制细胞的克隆形成，阻止PKM2 进入细胞核，抑制STAT3和ERK的磷酸化，从而抑制肿瘤的发生和发展；化合物B23能够将细胞周期阻滞在G2/M期，从而发挥抗肿瘤作用；. 4）在该项目的研究过程中，为了更方便有效地合成目标化合物，发展了一类S-烯基二硫代甲酸酯的合成新方法。