【摘要】：癌癥,也稱為惡性腫瘤,是一類可影響身體任何部位的疾病。癌癥的主要特征是部分細(xì)胞組織快速分裂增生,并打破其正常的生長邊界形成腫瘤,甚至侵襲轉(zhuǎn)移到身體其他部位。癌癥是人類的重要死亡原因,在2008年死亡的760萬人中,約占所有死亡人數(shù)的13%,并且其中大約70%的癌癥死亡發(fā)生在像中國這樣的低收入和中等收入國家(數(shù)據(jù)引自國際癌癥研究中心,IARC)。據(jù)世界衛(wèi)生組織公布其預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)：世界范圍內(nèi)的癌癥死亡人數(shù)將持續(xù)升高,估計(jì)到2030年左右死亡人數(shù)可能超過1300萬人。目前癌癥的治療主要有三種治療手段：手術(shù)治療,放射治療和化學(xué)治療。其中化學(xué)療法(簡稱化療)可以跟隨血液循環(huán)進(jìn)入其他兩種方法難以達(dá)到的具體病灶進(jìn)行針對(duì)治療,是治療癌癥中必不可少的治療手段,起著非常重要的地位。目前化療藥物的抗癌機(jī)制主要有以下幾個(gè)方面：抑制癌細(xì)胞核酸合成,例如氟尿嘧啶；干擾破壞DNA作用,例如烷化劑,柔紅霉素等；干擾細(xì)胞的微管系統(tǒng),例如長春新堿,紫杉醇等；抑制細(xì)胞蛋白酶類,例如抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶的依托泊甙,抑制DNA多聚酶的阿糖胞苷等；還有激素類藥物,例如雌激素,雄激素等。但目前化療藥物面臨嚴(yán)重瓶頸：一是目前臨床應(yīng)用的化療藥物普遍存在著嚴(yán)重的不良反應(yīng)和毒副作用,包括消化道反應(yīng)、骨髓抑制、神經(jīng)毒性等。例如長春新堿會(huì)造成淋巴細(xì)胞減少,嘔吐,肢體麻木等毒副作用。二是目前可選擇化療藥物少,并且耐藥現(xiàn)象嚴(yán)重。癌癥發(fā)生率不斷提高而化療藥物發(fā)展緩慢并且產(chǎn)生多種耐藥性癌癥。因此,急需研究新的療效確切且安全可靠的抗癌藥物。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,三環(huán)類化合物和噻唑烷酮類衍生物具有多種生物活性,這兩類化合物也廣泛應(yīng)用于臨床治療和基礎(chǔ)研究。因此,我們分別采取改造已知活性結(jié)構(gòu)和組合化學(xué)兩種方式,設(shè)計(jì)合成了三環(huán)類硫氮雜卓衍生物(27個(gè)化合物)和4-噻唑烷酮(372個(gè)化合物)這兩類硫氮雜環(huán)衍生物小分子庫,并對(duì)這些化合物的抗癌活性和抗癌分子機(jī)理機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)研究。具體內(nèi)容如下文所述：三環(huán)類化合物主要是傳統(tǒng)上應(yīng)用于治療精神疾病的藥物,母體結(jié)構(gòu)由三個(gè)駢合的多元環(huán)組成,如噻奈普汀、奎硫平等。近些年來,對(duì)于此類藥物其他生物活性的研究表明,此類化合物還具有抗艾滋病毒等活性,尤其是最近有文獻(xiàn)報(bào)道,通過篩選美國FDA批準(zhǔn)的三環(huán)類抗精神病藥物,發(fā)現(xiàn)包括氯丙咪嗪在內(nèi)的多種三環(huán)類藥物對(duì)癌癥也具有良好的療效。但是目前,并沒有報(bào)道對(duì)三環(huán)類硫氮雜環(huán)衍生物的詳細(xì)抗癌分子機(jī)理進(jìn)行研究。肺癌是癌癥中發(fā)病率和死亡率最高的病種之一,其中約80%的肺癌是非小細(xì)胞肺癌,而在臨床治療中,癌癥的耐藥性是化療失敗的最重要的原因,尤其是對(duì)于紫杉醇,長春新堿等自然類的化療藥物。其中,耐藥性的產(chǎn)生與一類跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有著直接的關(guān)系-P糖蛋白(P-gp)。此類蛋白是一個(gè)位于細(xì)胞膜,分子量為170 kDa的跨膜蛋白,可以將某些藥物特異性的排出細(xì)胞外,所以其又被形象的稱為“藥泵”。所以,開發(fā)不被“藥泵”所識(shí)別的,且安全有效的抗肺癌藥物十分必要。因此,在吉林大學(xué)柏旭教授的幫助下,通過改造活性化合物結(jié)構(gòu)的方法,設(shè)計(jì)合成了27個(gè)的三環(huán)類七元硫氮雜環(huán)衍生物,并在經(jīng)過詳細(xì)表征之后,對(duì)其抗非小細(xì)胞肺癌活性進(jìn)行了測(cè)定。我們發(fā)現(xiàn)27個(gè)衍生物中,有6個(gè)化合物(4號(hào),9-12號(hào)和14號(hào))對(duì)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系H460和其耐藥性變種細(xì)胞系H460TaxR都具有良好的抗癌效果,其EC50均小于1μM。其后,通過體外的藥動(dòng)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)這6個(gè)化合物藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)非常類似,都具有良好的細(xì)胞滲透性和代謝穩(wěn)定性,具有良好的類藥性藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)。我們從6個(gè)化合物中,選取了活性最好且藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)良好的4號(hào)化合物即6-對(duì)甲苯基-苯駢[f]吡啶駢[2,3-b][1,4]硫氮雜卓-11,11-二砜(TBPT)進(jìn)行進(jìn)一步的動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示：TBPT在小鼠體內(nèi)對(duì)兩種細(xì)胞系的移植瘤也具有良好的抑瘤效果,然而由于P-gp的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,臨床藥物紫杉醇對(duì)耐藥的細(xì)胞系H460TaxR的抗癌效果無論是在體外實(shí)驗(yàn)還是小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,與非耐藥的細(xì)胞系H460相比都有顯著性差距。我們研究發(fā)現(xiàn),TBPT可以避免“藥泵”p-gp的轉(zhuǎn)運(yùn),從而發(fā)揮對(duì)P-gp過表達(dá)的耐藥細(xì)胞系的抗癌活性。通過基因芯片,我們檢測(cè)了TBPT對(duì)癌細(xì)胞全基因組轉(zhuǎn)錄水平的影響以及其代表的生命過程,我們發(fā)現(xiàn)TBPT對(duì)癌細(xì)胞的微管系統(tǒng)活動(dòng)和細(xì)胞核代謝過程產(chǎn)生了顯著的影響,通過進(jìn)一步的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn),TBPT靶向于微管蛋白的秋水仙素結(jié)合位點(diǎn),抑制微管蛋白的聚合,對(duì)細(xì)胞微管產(chǎn)生損傷,造成細(xì)胞周期抑制,并引發(fā)細(xì)胞凋亡。同時(shí),其對(duì)正常纖維細(xì)胞NHFB和小鼠海馬組織細(xì)胞的細(xì)胞周期和凋亡狀態(tài)都沒有產(chǎn)生顯著影響。我們通過激酶篩選試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TBPT對(duì)正常的人類激酶組并沒有抑制效果,從而可以最低限度的減少對(duì)細(xì)胞正常信號(hào)通路的紊亂。這或許是其低毒性的一個(gè)重要原因。噻唑烷酮類化合物是一類母體結(jié)構(gòu)為具有一個(gè)硫原子和一個(gè)氮原子的五元雜環(huán)的化合物,與前文所述三環(huán)類硫氮雜卓衍生物類似,都屬于硫氮雜環(huán)類化合物。文獻(xiàn)報(bào)道其具有多種生物活性,包括抗菌、抗病毒、抗炎癥、降血糖等多種藥物效應(yīng)。已有上市的臨床藥物為含有兩個(gè)羰基的噻唑烷二酮類化合物,主要用于口服降血糖。近年來,對(duì)于噻唑烷酮的抗癌活性也逐步引起了人們的注意,發(fā)現(xiàn)其衍生物對(duì)多種癌細(xì)胞有較好的抗癌活性。橫紋肌肉瘤是兒童軟組織肉瘤中最常見的一種一種惡性腫瘤,主要起源于橫紋肌細(xì)胞或間葉細(xì)胞。其中主要有兩個(gè)亞型：胚胎型橫紋肌肉瘤(ERMS)和腺泡型橫紋肌肉瘤(ARMS)。世界兒童癌癥組織和橫紋肌肉瘤國際研究組織(IRSG)建議針對(duì)橫紋肌肉瘤采取的標(biāo)準(zhǔn)治療方案是長春新堿,更生霉素和環(huán)磷酰胺三種藥物的聯(lián)合療法。但是正如前文所述,這些癌癥藥物會(huì)引起嚴(yán)重的毒副作用,甚至有報(bào)道病人因此而死亡的案例。這極大限制了此類藥物的臨床應(yīng)用。因此,前期我們實(shí)驗(yàn)室通過組合化學(xué)的方法,設(shè)計(jì)合成了包含372個(gè)新穎結(jié)構(gòu)的噻唑烷酮化合物庫。然后,我們通過高通量的抗癌活性篩選,發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)化合物,2-(4-羥基苯亞胺基)-5-(3-甲氧基苯亞甲基)-4-噻唑烷酮(MHPT)對(duì)橫紋肌肉瘤細(xì)胞系RD(屬于ERMS)和SJ-RH30(屬于ARMS)兩種細(xì)胞系均具有良好的抗癌活性,EC50分別是0.4和1.4 μM,同時(shí)對(duì)正常人類纖維細(xì)胞NHFB沒有明顯毒性,ECso大于100μM。進(jìn)一步的抗癌機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),MHPT可以抑制微管蛋白的聚合,干擾微管正常合成,引起細(xì)胞的G2/M期周期阻滯,并引起細(xì)胞凋亡。并且后期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,MHPT在40 mg/kg劑量下對(duì)RD移植瘤具有良好的抑瘤效果,并且在我們的實(shí)驗(yàn)條件下并未發(fā)現(xiàn)對(duì)小鼠造成明顯的毒性,而臨床藥物長春新堿在達(dá)到類似抗癌效果的同時(shí),造成了嚴(yán)重的毒副作用,出現(xiàn)小鼠體重下降,血液毒性,甚至死亡。我們也討論了其低毒性的機(jī)制,我們推測(cè),由于MHPT對(duì)微管的溫和抑制效果(IC50=6.28μM)對(duì)正常細(xì)胞影響較小,而對(duì)快速分裂的微管動(dòng)力學(xué)活躍的癌細(xì)胞足以抑制其生長,而發(fā)揮抗癌效果。因此,MHPT是一種對(duì)橫紋肌肉瘤有效而且無明顯毒副作用的微管抑制劑。綜上所述,我們前期分別采取改造活性化合物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和組合化學(xué)兩種方式,設(shè)計(jì)合成了三環(huán)類硫氮雜卓衍生物和4-噻唑烷酮這兩類硫氮雜環(huán)衍生物小分子庫,通過抗癌活性篩選,成功發(fā)現(xiàn)了在細(xì)胞水平和小鼠腫瘤模型中均具有顯著抗癌效果的兩個(gè)抗癌活性化合物——抗非小細(xì)胞肺癌的TBPT和抗橫紋肌肉瘤的MHPT,而且其正常細(xì)胞和器官的毒性顯著小于臨床應(yīng)用藥物紫杉醇或長春新堿。進(jìn)一步的分子機(jī)理研究證明,這兩個(gè)硫氮雜環(huán)類衍生物具有類似的抗癌作用機(jī)制,可以抑制微管蛋白的聚合,造成癌細(xì)胞周期阻滯并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R96;O626
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本文編號(hào)：2423805