新型小分子procaspase-3变构激活剂的分子构建和抗肿瘤活性评价

Caspase-3 plays a very important role in the apoptotic cascade as the downstream key executioner caspase. It would be ideal to identify a small molecule that directly activates procaspase-3 into active caspase-3 to induce tumor cell apoptosis. Compared to the side effects of activation of procaspase-3 by chelating zinc ion, targeting allosteric site of procaspase-3 with small molecule shows higher selectivity and less side effects. Discovery of compound 42 provided the possibility for the design of procaspase-3 allosteric activator. Also, we have reported a series of lipophilic groups that can significantly enhance the antitumor activity and enzymatic activity. Thus, in our continuing study, based on previous study and the mode of action of compound 42 and procaspase-3 allosteric site, we will design and discover novel small molecule procaspase-3 activator with targeting allosteric site by modifying and optimizing the structure of compound 42.

Caspase-3作为细胞凋亡通路的下游关键执行蛋白，在细胞凋亡信号传导中扮演着重要的作用。开发小分子药物直接激活高表达状态的procaspase-3转变为caspase-3，已成为克服中/上游凋亡蛋白突变、重启肿瘤细胞凋亡的新途径。相比较于锌离子螯合剂类procaspase-3激活剂在临床上的副作用，靶向procaspase-3变构位点的小分子激活剂表现出选择性高、副作用小等优势。化合物42的发现为设计靶向procaspase-3变构激活剂提供了可能。同时，在前期研究中，课题组已发现了一系列能增强化合物抗肿瘤活性和酶活性的脂溶性基团。因此，在继续的研究中，本课题拟基于前期研究基础和化合物42的作用模型，对化合物42进行结构优化，一方面修饰氢键结合区域；另一方面延长化合物两端的疏水区域，设计并获得具有良好生物活性和成药性的靶向procaspase-3小分子变构激活剂。

Caspase-3作为细胞凋亡通路的下游关键执行蛋白，在细胞凋亡信号传导中扮演着重要的作用。设计小分子药物直接激活高表达状态的procaspase-3转变为caspase-3，已成为克服中/上游凋亡蛋白突变、重启肿瘤细胞凋亡的新途径。目前，文献报道的procaspase-3激活剂主要分为通过与锌离子螯合的小分子procaspase-3激活剂和直接作用procaspase-3蛋白的小分子procaspase-3变构激活剂。. 在本课题中，课题组结合前期研究发现的优选化合物，参考procaspase-3活性空腔的结构特点，分别对LHR区、HBR区和RHR区开展了结构设计工作，共设计并合成了四个系列目标化合物。测试了目标化合物对多株肿瘤细胞株（U937、MCF-7、HT29、SK-N-SH、MDA-MB-231和MKN45）的体外抗肿瘤活性；同时，进一步对活性突出的化合物进行了细胞凋亡检测、caspase-3激活活性测试和procaspase-3激活活性测试。为了初步探究其安全性和成药性，分别利用人正常细胞模型（人脐静脉内皮细胞，HUVEC）、斑马鱼模型和肝微粒体模型，对活性突出的化合物开展了毒性评价和体外代谢稳定性评价工作。此外，为了初步评价化合物与体内锌离子结合带来副作用的潜在风险，我们还对活性突出的化合物开展了体外锌离子结合力测试。. 通过以上细胞和分子水平的活性筛选工作，我们发现具有进一步研究价值的活性化合物5个（8j，8k，11q，11s和5f），其中。化合物8j、8k和5f不仅表现出显著的procaspase-3激活活性，同时还显示出弱的体外锌离子结合力，分子对接研究表明可能为潜在的procaspase-3变构激活剂；另外，11q和11s也表现出了显著的procaspase-3激活活性和突出的抗肿瘤活性，深入的研究目前正在进行中。我们的研究在获得活性化合物的同时，进一步阐述了procaspase-3激活剂的构效关系，找到了全新的优势结构骨架，拓宽了procaspase-3激活剂的结构类型，为进一步设计安全强效的procaspase-3激活剂奠定了良好基础。