新型蒽環(huán)類抗腫瘤藥物ADOX的設(shè)計(jì)合成及逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥機(jī)制研究
本文關(guān)鍵詞:新型蒽環(huán)類抗腫瘤藥物ADOX的設(shè)計(jì)合成及逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥機(jī)制研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《山東大學(xué)》 2012年
新型蒽環(huán)類抗腫瘤藥物ADOX的設(shè)計(jì)合成及逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥機(jī)制研究
俞淑文
【摘要】:蒽環(huán)類化療藥物是臨床常用的抗腫瘤抗生素類藥物,無論是作為單一藥物或聯(lián)合治療,它們都被認(rèn)為是一些最有效的抗癌藥物之一。其中,柔紅霉素(Daunorubicin, DNR)和去甲氧柔紅霉素(Idarubicin, IDA, Zavedos(?))通常用于治療白血病和淋巴瘤,而阿霉素(Doxorubicin, DOX)和表柔比星(Epirubicin, EPI, Farmorubicin(?))在治療白血病、淋巴瘤和各種實(shí)體瘤包括乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌、子宮頸癌和頭頸癌中有著廣泛的應(yīng)用。但是,除高效的抗癌作用,蒽環(huán)類藥物對(duì)正常健康細(xì)胞尤其是心肌細(xì)胞也產(chǎn)生毒性作用,極大地影響了癌癥患者的生存率和生活質(zhì)量,從而限制了蒽環(huán)類藥物在臨床的廣泛應(yīng)用。此外,蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素長(zhǎng)期應(yīng)用易產(chǎn)生耐藥性,包括本類藥物之間的交叉耐藥性以及對(duì)長(zhǎng)春新堿的交叉耐藥性。 為改善蒽環(huán)類化療藥物的心臟毒性和多藥耐藥(MDR),開發(fā)更為安全、有效、低毒的該類藥物,選擇高效的心臟保護(hù)劑及其最佳劑量是今后的探討方向。本課題以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)合成了新型的蒽環(huán)類藥物DOX的類似物疊氮阿霉素(ADOX),并分別從細(xì)胞水平、荷瘤動(dòng)物水平驗(yàn)證了其抗腫瘤活性和避免MDR蛋白的識(shí)別而克服P-gp介導(dǎo)的藥物耐受的能力,初步探討了其安全性的機(jī)制。本課題的研究?jī)?nèi)容及取得的成果主要有以下幾個(gè)方面。 1新型蒽環(huán)類藥物的設(shè)計(jì) 以新化合物不被P-gp識(shí)別為目的,借助于計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)和基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的合理藥物設(shè)計(jì)思路,設(shè)計(jì)將DOX的3'-氨基轉(zhuǎn)換為3'-疊氮基,得到疊氮阿霉素(3'-azido doxorubicin, ADOX)新型蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素。借助于Autodock3.0、Syby17.1和UCSF Chimera軟件,將DOX、ADOX與RCSB數(shù)據(jù)庫(kù)的P-gp (PDB entry:3G60)晶體(Sav1866,一種細(xì)菌MDR蛋白,與人類P-gp具有相似的底物)進(jìn)行分子對(duì)接模擬。 DOX易于對(duì)接P-gp蛋白。13位C上的酮基氧與Gln130B形成氫鍵;10位碳上的羥基與Asn126B連接;6位碳上的羥基與Gln130A形成氫鍵;糖結(jié)構(gòu)上4'位碳上的羥基與Asp133A形成氫鍵;糖結(jié)構(gòu)上3'位碳上的氨基與Gln130A和Glu129A最易于形成氫鍵,同時(shí)還包涵有靜電作用。這使對(duì)接化合物的對(duì)接自由能為-10.0kcal/mol。強(qiáng)的氫鍵作用加上低的自由能使DOX是一個(gè)很好的多藥耐藥蛋白的底物。另外,與DOX相比,ADOX與P-gp蛋白不適宜對(duì)接。3'的氨基轉(zhuǎn)換為疊氮基完全改變了ADOX在對(duì)接試驗(yàn)的符合構(gòu)象。ADOX上的疊氮糖與Glu129A和Asp133A產(chǎn)生相互排斥作用,從而使疊氮糖的修飾完全抵消了C-3與P-gp蛋白的氫鍵。ADOX的疊氮糖與P-gp蛋白的氨基酸殘基沒有特殊的相互作用。這使對(duì)接化合物對(duì)接自由能達(dá)到2.5kcal/mol,表明ADOX是P-gp蛋白的差的底物。 2目標(biāo)化合物的合成 本課題合成了新型的多柔比星類似物3'-azido doxorubicin (ADOX),具有獨(dú)特的疊氮基結(jié)構(gòu)。ADOX的合成嘗試了兩種方法,其中方法一較為繁瑣;方法二以DOX為原料,經(jīng)一步反應(yīng)得到,產(chǎn)品產(chǎn)率在80%左右。 3ADOX殺傷瘤細(xì)胞作用及逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥機(jī)制的研究 3.1ADOX殺傷腫瘤細(xì)胞及逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥活性 采用MTS[3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-5-(3-羧甲酯基)-2-(4-磺苯基)-2H-四唑(金翁),內(nèi)鹽]法檢測(cè)多組藥物敏感及耐藥細(xì)胞的活性,不同濃度的ADOX或DOX對(duì)敏感細(xì)胞均有殺傷作用,并且呈劑量-作用正相關(guān)。同時(shí)只有ADOX表現(xiàn)出對(duì)耐藥細(xì)胞殺傷作用,其對(duì)MCF-7/ADR和K562/DOX兩種耐藥細(xì)胞的IC50小于DOX (20μM和27μM)。根據(jù)公式DRI=IC50(耐藥細(xì)胞)/IC50(藥物敏感細(xì)胞)計(jì)算耐藥指數(shù)。ADOX的DRI分別為1.6和1.4,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DOX的DRI,分別為182和338。這表明,ADOX能夠在細(xì)胞水平上有效克服耐藥性。 3.2ADOX逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥機(jī)制的研究 通過RT-PCR方法檢測(cè)腫瘤耐藥細(xì)胞中MDR1的表達(dá),Western-blot方法檢測(cè)腫瘤耐藥細(xì)胞中MDR1基因表達(dá)產(chǎn)物P-gp,流式細(xì)胞技術(shù)(FACS)檢測(cè)腫瘤耐藥細(xì)胞K562/DOX中DOX、ADOX的蓄積情況。RT-PCR結(jié)果顯示腫瘤耐藥細(xì)胞MDR1高表達(dá),而FACS顯示ADOX在該類細(xì)胞中顯示了高的胞內(nèi)濃度,說明ADOX克服耐藥性可能是因?yàn)樗鼙苊獗籔-gp蛋白識(shí)別,從而從分子水平上解釋了ADOX能克服抗藥性的機(jī)制。 4ADOX逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥的生物學(xué)活性評(píng)價(jià) 4.1裸鼠轉(zhuǎn)移性癌癥模型抑瘤作用研究 建立裸鼠耐藥白血病癌癥模型后,經(jīng)腹腔注射DOX、ADOX,每周2次,共給藥3周。測(cè)定裸鼠體重、腫瘤體積、存活率。給藥一周后,與腫瘤在空白組(未給藥)的快速生長(zhǎng)相比,給藥(5mg/kg) ADOX組和DOX組顯著抑制了腫瘤的生長(zhǎng),ADOX組作用好于DOX組,這表明了ADOX在體內(nèi)的活性優(yōu)于DOX。 DOX治療組的小鼠體重降低量大于82%,在結(jié)束3周的治療后,全部死亡;而ADOX治療組和空白對(duì)照組沒有表現(xiàn)出明顯的體重降低。各組后期的體重降低也與腫瘤體積增大后消耗增加有關(guān)。ADOX組的所有動(dòng)物(8/8)在50d后100%存活,而DOX治療組(6/6)30d前死亡,50%在20d之內(nèi)死亡,一方面是由于腫瘤體積增大,另一方面是由于藥物累積,毒性增加?瞻讓(duì)照組(5/5)都在33d內(nèi)死亡(50%在25d內(nèi)死亡)。 以上三方面結(jié)果證實(shí)了ADOX與DOX相比有較強(qiáng)的抗腫瘤效應(yīng),未產(chǎn)生明顯的毒副作用。 4.2以小鼠半數(shù)致死量LD50為評(píng)價(jià)指標(biāo)的急性毒性 根據(jù)Litchfield and Wilcoxon method設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),以小鼠半數(shù)致死量LD50為評(píng)價(jià)指標(biāo),測(cè)定ADOX和DOX的急性毒性。所用balb/c小鼠重量均在18-22g,每組5只雌性小鼠,5只雄性小鼠,共7組。單劑量腹腔注射給藥,觀察時(shí)間為14d。通過Origin7.5計(jì)算得知,ADOX的半數(shù)致死量為35mg/kg, DOX的半數(shù)致死量為10mg/kg, ADOX引起死亡的劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DOX組,且用藥后小鼠精神狀態(tài)明顯好于DOX組。 5ADOX、DOX對(duì)大鼠慢性心肌毒性的研究 根據(jù)文獻(xiàn)改良設(shè)計(jì)大鼠心肌損傷模型。連續(xù)給藥5周后,分別于最后一次給藥后2天、4周、8周,觀察大鼠心電圖指標(biāo)心率、QRS間期、Q-T間期的變化。 (1)心率:與對(duì)照組相比,DOX用藥組心率顯著減慢,且隨著用藥次數(shù)的增加,藥物累計(jì)增高,這種降低更加顯著(P0.05);相反,ADOX組稍有降低,與對(duì)照組相比無顯著性差異(P0.05) (2)QRS間期:與對(duì)照組相比,DOX用藥組QRS間期顯著延長(zhǎng)(P0.05)。ADOX組QRS間期也有延長(zhǎng)但較DOX組短,DOX組與ADOX組比較QRS間期顯著延長(zhǎng)(P0.05) (3)Q-T時(shí)間:與對(duì)照組相比,DOX用藥組Q-T時(shí)間顯著延長(zhǎng)(P0.05)。ADOX組Q-T時(shí)間也有延長(zhǎng)但較DOX組短,DOX組與ADOX組比較QRS間期顯著延長(zhǎng)(P0.05) 大鼠心電圖結(jié)果顯示,ADOX用藥組在心率減慢、QRS間期延長(zhǎng)、Q-T時(shí)間延長(zhǎng)方面都較DOX組有明顯改善。 酶聯(lián)免疫法檢測(cè)大鼠用藥前及1-5次用藥后心肌鈣蛋白cTnT的濃度。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示,當(dāng)DOX的累積劑量分別為3、6、9、12和15mg/kg時(shí),大鼠的cTnT的分別為0.68、1.17、2.42、5.11、12.76和18.8ng/ml,血清cTnT濃度隨著DOX累積劑量的上升而逐漸升高,呈明顯的正相關(guān)。提示DOX對(duì)心肌的損害作用隨著它的累積量增加而加重。而對(duì)于ADOX用藥組,cTnT分別為1.13、1.29、1.75、1.99、2.03和2.42ng/ml,與對(duì)照組相比,增加數(shù)值較小,變化幅度窄。說明ADOX可以減少心臟毒性。 本研究取得的主要結(jié)論如下: (1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DOX是P-gp的底物,不能抵抗多藥耐藥;而ADOX不是P-gp的底物,能夠有效抵抗多藥耐藥作用; (2)合成了新型的多柔比星類似物ADOX,具有獨(dú)特的疊氮基結(jié)構(gòu); (3) RT-PCR結(jié)果顯示腫瘤耐藥細(xì)胞MCF-7/ADR、K562/DOX MDRl高表達(dá),而ADOX在該細(xì)胞中顯示了高的胞內(nèi)濃度,說明ADOX克服耐藥性可能是因?yàn)樗鼙苊獗籔-gp蛋白識(shí)別; (4)流式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)(FACS)證實(shí):ADOX不是P-gp轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的底物,從而從分子水平上解釋了ADOX能克服抗藥性的機(jī)制; (5)小鼠轉(zhuǎn)移性癌癥模型荷瘤鼠的腫瘤體積變化、存活率、相對(duì)體重變化曲線結(jié)果顯示,ADOX給藥組和DOX給藥組相比有較強(qiáng)的抗腫瘤效應(yīng),未產(chǎn)生明顯的毒副作用。 (6)大鼠慢性心肌毒性實(shí)驗(yàn),大鼠體重變化、存活率、心率及心電圖的改變顯示,ADOX給藥組與DOX給藥組相比,可以減輕大鼠的心臟損害,減少副作用。
【關(guān)鍵詞】:
【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】:2012
【分類號(hào)】:R96
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【參考文獻(xiàn)】
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本文編號(hào):151063
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