基于PI3K/HDAC6双靶点的抑制剂设计、合成及抗实体瘤活性研究

PI3K and HDAC6 are popular targets in the field of antitumor drugs. The poor effectiveness to solid tumors and side effects are main shortcomings of single target inhibitors. Combinations of PI3K and HDAC6 inhibitors increased anti-tumor activities compared to each single treatment in a synergistic manner. And selectivity from other HDAC isoforms avoids some side effects. Based on this, this project aims to design and synthesis of PI3K/HDAC6 dual small molecular inhibitors through building a virtual compound library of scaffold with bioactivity and zinc-binding side chains, screening based on molecular docking. The synthesized compounds are examined on enzymatic and cellular inhibition in vitro, and antitumor activities in vivo. The compoounds are filtered with druggability, leading to candidate discovery of new drug development. In preliminary experiment, dual PI3K/HDAC6 inhibitors were synthesized. These compounds displayed inhibition on enzyme in nanomole concentration, and exhibited excellent anti-proliferation activities against solid tumor cells. This first research on PI3K/HDAC6 dual inhibitors provides a new approach to drug therapy for solid tumors. This project aims to enhance the antitumor effectiveness and lower side effects on solid tumors, which offers a new research direction on small molecular targeted drugs with solid tumor inhibition.

PI3K和HDAC6是近年来抗肿瘤靶向药物研究的热门靶点，单个靶点抑制剂存在对实体瘤效果不佳、毒副作用大等缺点。联用该两个靶点的抑制剂能够达到协同增效的实体瘤抑制效果。同时，实现对HDAC6的选择性，能够避免不必要的毒副作用。基于此，本项目通过构建具有PI3K抑制活性骨架与锌离子结合侧链的虚拟化合物库，经过对接筛选，设计出一类具有PI3K/HDAC6双重抑制活性的小分子化合物，并进行化学合成。对所合成的目标产物进行体外和体内的分子、细胞及动物水平的抗肿瘤活性及成药性筛选，优选出新药开发的候选苗子化合物。预实验中已合成具有纳摩尔级抑酶活性的PI3K/HDAC6抑制剂，并对多种实体瘤细胞有优异的抗增殖活性。该项目首次开展PI3K/HDAC6双靶点的抑制剂研究，对实体瘤有增效减毒的靶向作用，为实体瘤药物治疗提供新的研究思路，有望为小分子靶向抗肿瘤药物研究领域开辟一个新的方向。

PI3K和HDAC6是抗肿瘤靶向药物研究的潜力靶点，单个靶点抑制剂存在对实体瘤治疗效果不佳的缺点，而多靶点抑制剂往往存在毒副作用大等缺点。多项研究报道，联用该两个靶点的抑制剂能够达到协同增效的抗实体瘤效果，实现对HDAC6亚型的选择性，能够避免不必要的毒副作用。基于以上，本项目构建具有PI3K抑制活性的骨架6-喹啉基-3-吡啶基-苯磺酰胺与不同结构类型的侧链构建化合物库，与PI3Kα进行虚拟对接筛选，得到后备化合物库。设计并优化合成路线，合成得到全新化合物20个。对所合成的化合物进行体外抑酶活性测试，其中化合物DI103、DI104、DI115对PI3Kα的半数抑制浓度在10nM以内。对以上三个化合物进行PI3K各亚型抑酶活性测试，化合物DI103对PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kδ、PI3Kγ的半数抑制浓度均在5nM以内，分别为1.58、3.9、2.6、0.75nM。化合物DI103和DI115进行人9种瘤种、57种肿瘤细胞的增殖抑制活性测试。化合物DI115对57种肿瘤的平均半数生长抑制浓度(GI50)值为550 nM， 化合物DI103对57种肿瘤细胞的GI50为16 nM。化合物DI103对其中50种肿瘤细胞的GI50值在10 nM以内，具有很优异的肿瘤细胞增殖抑制活性，并且抑瘤谱很广。化合物DI103进行了HDAC各亚型的体外抑酶活性测试，化合物DI103对HDAC6亚型活性最优，达到11 nM，对其它HDAC亚型达到22-9000倍的选择性。候选化合物DI103体内毒性的初步实验显示，裸鼠最大灌胃剂量为1000mg/kg时，未出现明显的毒性。该化合物对实体瘤有增效减毒的靶向作用，有潜力作为临床试验候选药物，继续进行后续研究，有望在乳腺癌的靶向治疗中，作为双靶点化合物开展更广泛的研究。