本文選題：組蛋白去乙�；�　切入點：HDACs抑制劑　出處：《山東大學》2016年博士論文

【摘要】：一、研究背景組蛋白去乙�；�(HDACs)是一類催化組蛋白去乙酰化作用的蛋白酶,它能使核染色質變得更加緊密,從而抑制基因轉錄。目前,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的人源的HDACs共有18個亞型,被分為4個亞族。HDACs通過對組蛋白和非組蛋白的去乙�；瘉碛绊懜鞣N細胞功能。HDACs的突變和異常表達會導致多種疾病的發(fā)生,尤其是腫瘤,這使HDACs成為了重要的抗腫瘤靶點,越來越多的HDACs抑制劑(HDACIs)被開發(fā)出來用于腫瘤的治療。它們的抗腫瘤作用主要通過調節(jié)基因轉錄、DNA損傷修復、細胞凋亡及周期、新陳代謝和血管生成等來實現(xiàn)。迄今為止,已經(jīng)有五個HDACIs被批準上市,分別為Vorinostat (SAHA)、Romidepsin(FK228)、Belinostat (PXD-101)、Panobinostat (LBH-589)和Chidamide,臨床上用于皮膚T細胞淋巴瘤、外周T細胞淋巴瘤或多發(fā)性骨髓瘤的治療。此外,還有二十余種HDACIs處于臨床研究階段。絕大多數(shù)的HDACIs的結構都符合經(jīng)典的藥效團模型,該模型主要分為三個部分：與酶表面相互作用的識別基團(cap)、深入酶底端的Zn2+螫合基團(ZBG)及將這兩個部分連接起來的疏水性長鏈(linker)。本研究論文結合臨床上或研究中的已知HDACIs的優(yōu)勢結構和HDACs酶活性中心結構特點,設計、合成了全新骨架的HDACIs,并對其藥效團模型三個部分進行不斷地改造和結構優(yōu)化,最終得到了高效、高選擇性的HDACIs。二、對位取代的N-羥基肉桂酰胺類HDACIs的設計、合成及抗腫瘤活性研究我們結合處于臨床研究階段或者已經(jīng)上市的HDACIs PXD101、LBH589和SB939的結構特點,以N-羥基肉桂酰胺為linker和ZBG,并且在cap中引入吲哚結構,經(jīng)過幾輪的結構優(yōu)化及改造,設計和合成了一系列具有全新骨架的HDACIs共32個�；瘜W結構經(jīng)過'HNMR和HRMS確證,化合物純度經(jīng)HPLC檢測大于95%。我們以Hela細胞核提取物(主要含HDAC1和2)為酶源對這一系列化合物進行了抑酶活性測定,結果顯示,絕大多數(shù)化合物的體外抑酶活性明顯高于陽性對照藥SAHA,活性最好的化合物ICso值達到了低納摩爾級�；衔飈lr對HDAC1和HDAC3的IC5o值分別為11.8 nM和3.9 nM,而對HDAC 2、4、6、8.11均在微摩爾級或者亞微摩爾級,表現(xiàn)為HDAC1/3雙選擇性。迄今為止,絕大多數(shù)臨床上的class Ⅰ選擇性HDACIs均為鄰苯二胺類,尚未有此類亞型選擇性的異羥肟酸類抑制劑的報道。此外,化合物11e、11p、11r、11w和lly對多株實體瘤和血液瘤細胞顯示出很強的抗增殖活性,ICso值比SAHA低了一個數(shù)量級�；衔�11e、11r、11w和1ly明顯增強了乙�；M蛋白H3和H4的表達水平,與體外抑酶活性結果相一致。同時,代表性化合物使pro-caspase3的表達水平明顯降低,這與促腫瘤細胞凋亡實驗結果相一致�；衔飈lr在U937裸鼠荷瘤模型中顯示出口服有效性。三、間位取代的N-羥基肉桂酰胺類HDACIs的設計、合成及抗腫瘤活性研究上一個系列中對位取代的肉桂酰胺類HDACIs有著很強的體內(nèi)外抗瘤活性,并且具有突出的HDAC1/3選擇性,因此我們對其進行了進一步的結構改造。我們觀察臨床上和已經(jīng)上市的含有肉桂酰胺基團的HDACIs,發(fā)現(xiàn)肉桂酰胺苯環(huán)上的取代基團處于不同的位置,比如LBH589是對位取代,而PXD1o1則是間位取代。因此我們設計了一系列間位取代肉桂酰胺類HDACIs,共計18個化合物,化學結構經(jīng)過1HNMR、13CNMR和HRMS確證,均未見其他文獻或專利報道。我們也以Hela細胞核提取物為酶源測定化合物的體外抑酶活性,結果顯示化合物都具一定的HDACs抑制活性,其中化合物29m、29q和29r活性明顯高于陽性對照藥SAHA。HDACs亞型選擇性測定實驗結果表明代表性化合物29k為廣譜的HDACIs。另外,化合物29k表現(xiàn)出良好的體外抗腫瘤細胞增殖活性和促凋亡活性。裸鼠體內(nèi)抗腫瘤細胞增殖活性結果表明,化合物29k是一個口服有效的HDACI。值得一提的是,間位取代肉桂酰胺類異羥肟酸HDACIs的抑酶活性和選擇性均弱于對位取代的抑制劑。四、N-羥基苯甲酰胺類HDACIs的設計、合成及初步活性研究在我們之前的研究中,以N-羥基苯甲酰胺為linker和ZBG結構的HDACIs表現(xiàn)出良好的HDACs抑制活性,這說明N-羥基苯甲酰胺基團可以作為活性片段應用在HDACIs設計中。因此在本系列化合物中,我們引入了N-羥基苯甲酰胺基團,并且沿用了第二章和第三章化合物cap中的吲哚結構,共設計合成了27個HDACIs,化學結構經(jīng)過1HNMR、13CNMR和HRMS確證,均未見其他文獻或專利報道。在這些化合物中,36q-36v對HDACs的ICso值達到了低納摩爾級(1.5-13.0nM),抑制活性遠遠高于陽性對照藥SAHA,而化合物36r對多種腫瘤細胞的體外抗增殖活性則只是略高于SAHA,我們猜測這是因為36r具有較差的細胞跨膜性,這一推測在細胞內(nèi)HDACs class Ⅰ抑酶活性實驗結果中得到了證實。此外,36r和361的細胞內(nèi)HDACs class Ⅱa抑制活性與HDACs class Ⅰ抑制活性相當,這說明這兩個化合物有可能是廣譜HDACIs。通過結構改造和藥物劑型手段提高此系列化合物跨膜性,以進一步增強其抗腫瘤活性,是此系列化合物繼續(xù)開發(fā)的重點。五、含有吲哚的鄰苯二胺類及硫醇類組蛋白去乙酰化酶抑制劑的設計、合成及初步抗腫瘤活性研究第一個系列中我們介紹了N-羥基肉桂酰胺類HDAC1/3雙選擇性抑制劑的發(fā)現(xiàn),但是,由于異羥肟酸對鋅離子有著非常強的螫合作用,上述異羥肟酸類HDACIs不可避免的對HDAC2、HDAC8和HDAC6等其他亞型也存在一定的抑制作用。所以,我們試圖使用其他的螯合基團來替代羥肟酸,以增強抑制劑的選擇性。據(jù)我們所知,臨床上絕大多數(shù)的class Ⅰ選擇性抑制劑均是以鄰苯二胺為螯合基團的,比如MS-275、MGCD0103、CI994和RG2833。因此,我們保持了第二章所述的代表性HDAC1/3選擇性抑制劑lly的cap結構(或者cap和linker)不變,引入上述class Ⅰ選擇性抑制劑的linker和鋅離子螯合基團,得到了新的鄰苯二胺類HDACIs。另外,一些以巰基為螯合基團的HDACIs也顯示出了class Ⅰ的選擇性,因此,我們也設計了硫醇衍生物類HDACIs.之前有研究報道,在鄰苯二胺類HDACIs螯合基團鄰苯二胺裸露氨基的對位引入芳環(huán)或芳雜環(huán)結構會降低化合物對HDAC3的抑制作用。而在裸露氨基的間位引入F原子會降低化合物的HDAC1的作用從而得到HDAC3選擇性抑制劑。所以,我們對鄰苯二胺類HDACIs的螯合基團進行了結構改造,以得到更多的選擇性屬性。在這一章中我們共設計合成了24個活性化合物,化學結構經(jīng)過'HNMR和HRMS確證,均未見其他文獻或專利報道。絕大多數(shù)鄰苯二胺類化合物均表現(xiàn)出HDAC抑制活性,但是巰酯和二硫化合物在10μM的濃度下并未表現(xiàn)出抑制活性�；衔�43b表現(xiàn)出最好的HDAC抑制活性、HDAC1選擇性和有效的體外抗增殖活性。體內(nèi)研究證實43b對白血病細胞U937和結腸癌細胞HCT116荷瘤模型均表現(xiàn)出良好的口服抗癌活性。盡管43b的活性略差于陽性對照藥MS275,但是43b對受試裸鼠并未表現(xiàn)出毒副作用,顯示出43b有更好的耐受性。新合成的噻吩基和苯基化合物72a、72b、84a、84b和84c表現(xiàn)出很強的HDAC.1/2雙選擇性。氟取代化合物78表現(xiàn)出中等程度的]3DAC3選擇性。令人失望的是,新合成的HDAC1/2選擇性抑制劑的抗增殖活性較差。我們通過比較化合物84c和43b的細胞內(nèi)液濃度得出化合物跨膜性的改變有可能為其細胞活性差的原因。因此,改善細胞跨膜性是我們這一系列化合物今后研究的重點。六、全文總結與展望本研究論文以Zn2+依賴性的HDACs為靶標,綜合運用藥物化學、生物化學及計算機化學等前沿學科,結合臨床上或研究中的已知HDACIs的優(yōu)勢結構,合理設計并合成了四個系列共100余個具有全新骨架結構的HDACIs,并對化合物進行了分子和細胞水平抑酶活性測定(包括亞型選擇性測定)、細胞水平和動物水平的抗腫瘤活性測定。利用得到的構效關系及亞型選擇性信息對化合物進行逐步的結構改造和優(yōu)化,得到了具有高選擇性、高抗腫瘤活性的化合物,尤其是HDAC1/3雙選擇性的異羥肟酸類抑制劑11r,是我們對此類抑制劑的首次發(fā)現(xiàn),之前未見有文獻報道,這也為異羥肟酸類選擇性抑制劑的發(fā)現(xiàn)提供了新的方向。對化合物llr的進行進一步的結構優(yōu)化,以得到選擇性更強,活性更好的化合物是我們接下來的研究重點。另外,基于HDACs的多靶點藥物的出現(xiàn)也為我們今后的研究提供了新的思路。除了抗腫瘤活性研究之外,HDAC1/3選擇性抑制劑對神經(jīng)系統(tǒng)多聚谷氨酰胺疾病的活性也正在找相關實驗室協(xié)作進行。
[Abstract]:In this paper , HDACIs ( HDACIs ) and HDACIs ( HDACIs ) , which have been listed in clinical or research , have been designed and synthesized . The results showed that the compound 29m , 11r , 11w and 1ly increased the activity of HDACIs . The results showed that the compound 29m , 11r , 11w and 1ly showed a strong anti - proliferative activity in vitro . The inhibition activity of HDAC1 / 3 selective inhibitor of HDACIs is studied in the first series . Combined with the dominant structure of HDACIs in clinic or study , we have designed and synthesized four series of HDACIs with completely new skeleton structure . It also provides a new way for the determination of compounds with high selectivity , high anti - tumor activity , especially HDAC1 / 3 .

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R91;R914.5;R96
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本文編號：1696836