靶向秋水仙碱结合位点的新型抗紫杉醇耐药微管蛋白抑制剂的设计与合成
批准号:
81573275
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
刘兆鹏
依托单位:
学科分类:
合成药物化学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐龙骞、张成梅、马陈晨、赵国栋、纪娅婷、谭帅、王静静、姚艺莉
中文摘要
茚并吡唑衍生物LL-01和LL-02是我们最近发现的、靶向秋水仙碱结合位点的强力微管蛋白抑制剂。它们通过抑制微管蛋白的聚合,发挥抗有丝分裂和破坏肿瘤血管的双重作用,对包括多药耐药、紫杉醇耐药在内的多种肿瘤细胞具有强抑制作用(nM)。“增强与活性中心蛋白骨架的结合”是克服因靶点蛋白变异而造成耐药的有效方法。基于这一药物设计策略,我们以LL-01的结构为基础,针对它与秋水仙碱结合位点的三个结合区域,综合考虑电性、疏水性、立体性、氢键结合等因素,拟在A、B和D环进行合理的结构修饰和优化,构建结构多样性茚并吡唑,苯并呋喃并吡唑和吡唑并吲哚三个系列化合物库。通过氢键受体、供体和极性基团的引入,增强它们与微管蛋白的多位点结合,提高其活性、水溶性和成药性。通过系统抗肿瘤药理学研究、初步毒性学、药代动力学评价等,阐明该类化合物的作用机制和构效关系,发现高效低毒、抗紫杉醇耐药、成药性好的新型微管蛋白抑制剂。
英文摘要
The indenopyrazol derivatives LL-01 and LL-02 are the newly discovered potent tubulin inhibitors targeting the colchicine binding site. Through the inhibiton of tubulin polymerization, they act as both antimitotic and vascular disrupting agents (VDAs), inhibit the proliferation of a variety of tumor cells, including those multi-drug resistant (MDR), Pgp-over-expressing and taxol–resistant, with IC50 values in the nM level. “Enhancing protein backbone binding” is a fruitful concept for combating drug-resistance caused by the target protein mutation. Following this drug design strategy and based on the structure of LL01 and its interactions with the three zones in the tubulin colchicine site, and by the full consideration of electronic parameters, hydrophobic properties, steric effects and hydrogen-bondings, etc., in this research, we will make rational modifications and optimizations at the A-, B-, and C-rings, to design and construct the structurally diverse indenopyrazole, benzofuropyrazole and pyrazoloindole series of compound libraries. By introducing hydrogen bond donors and acceptors, as well as the polar functional groups, these molecules are expected to make multiple interactions with the backbones in the active site and thus increase their binding potency to the tubulin. As a result, the antitumor and anti-drug resistance activities, water solubility and drug-like properties will be improved accordingly. Through the systematic pharmacological studies and the preliminary toxicological and pharmacodynamic evaluations, we will make a full understanding of their action mechanisms and structure-activity-relationships (SARs). We hope to find novel high efficient, low toxic tubulin inhibitors that can overcome paclitaxel resistance and have good water solubity and drugability.
以紫杉醇为代表的微管蛋白抑制剂广泛用于癌症的治疗,但这些药物水溶性差,存在剂量依赖性的骨髓抑制和神经毒性,并在临床应用中出现了多药耐药问题。为提高微管蛋白抑制剂的水溶性,降低其毒性和不良反应,克服肿瘤多药耐药和紫杉醇耐药等问题,本研究以微管蛋白秋水仙碱结合位点的蛋白晶体结构为基础,采用“增强与活性中心蛋白骨架的结合”的药物设计策略,在计算机辅助药物设计的指导下,基于与秋水仙碱结合位点三个区域的特点,进行合理的药物设计、结构修饰与优化,设计合成了茚并吡唑衍生物82个,苯并呋喃并吡唑及其开环吡唑胺衍生物各6个,苯并吡唑类(吲唑类)衍生物23个。通过抗肿瘤细胞增殖抑制活性评价,发现了18个高活性茚并吡唑衍生物LL01—LL18和2个高活性吲唑类衍生物BP01和BP02,对多种肿瘤细胞株(A549, HepG2, HCT116, MCF-7)等的抑制活性(IC50)均在纳摩尔水平,优于紫杉醇或与紫杉醇活性相当。这些高活性化合物靶向秋水仙碱结合位点,抑制微管蛋白的聚合。在细胞水平,这些高活性化合物能够抑制或干扰微管和微丝的形成,通过调控相关细胞周期蛋白,使细胞周期停滞于G2/M期;通过caspase 9、PARP 的活化,诱导肿瘤细胞凋亡。这些高活性化合物还能有效抑制HUVEC小管形成,具有潜在抗新生血管生成的作用。化合物LL01具有良好的肝微粒体代谢稳定性和药代动力学性质,口服生物利用度较好(41%)。在非小细胞肺癌、P-gp高表达的KB/V肿瘤模型、HepG2肿瘤模型和HCT116结肠癌模型中,这些高活性微管蛋白抑制剂具有良好的抗肿瘤活性,并对动物的体重等没有明显的影响。通过上述研究,明确了茚并吡唑衍生物的构效关系,提出了茚并吡唑衍生物与秋水仙碱结合位点的新型结合模式,并与该类化合物的构效关系完全吻合。更重要的是,这些高活性化合物不是P-gp底物,对紫杉醇耐药和多药耐药肿瘤细胞有效,解决了紫杉醇耐药这一科学问题;部分茚并吡唑衍生物盐酸盐,如LL04、LL17和LL18,水溶性好,解决了大多数微管蛋白抑制剂水溶性差的问题,有望作为候选药物进行临床前评价。
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Tubulin colchicine site binding agent LL01 displays potent antitumor efficiency both in vitro and in vivo with suitable drug-like properties
微管蛋白秋水仙碱位点结合剂 LL01 在体外和体内均表现出有效的抗肿瘤功效,并具有合适的药物样特性
DOI:
10.1007/s10637-019-00753-z
发表时间:
2019-03
期刊:
Investigational New Drugs
影响因子:
3.4
作者:
[Jing-De Wu, Ying-Jie Cui, Yi-Gang Zhou, Long-Qian Tang, Cheng-Mei Zhang, Zhao-Peng Liu]
通讯作者:
Zhao-Peng Liu
The discovery of novel indazole derivatives as tubulin colchicine site binding agents that displayed potent antitumor activity both in vitro and in vivo
发现新型吲唑衍生物作为微管蛋白秋水仙碱位点结合剂,在体外和体内均表现出有效的抗肿瘤活性
DOI:
10.1016/j.ejmech.2019.111968
发表时间:
2020-02-01
期刊:
EUROPEAN JOURNAL OF MEDICINAL CHEMISTRY
影响因子:
6.7
作者:
[Cui, Ying-Jie, Ma, Chen-Chen, Liu, Zhao-Peng]
通讯作者:
Liu, Zhao-Peng
DOI:
10.12970/2308-8044.2017.05.01
发表时间:
2017-01
期刊:
Journal of Modern Medicinal Chemistry
影响因子:
--
作者:
[Ying-Jie Cui, Zhao-Peng Liu]
通讯作者:
Zhao-Peng Liu
DOI:
10.14142/j.cnki.cn21-1313/r.2017.02.009
发表时间:
2017
期刊:
中国药物化学杂志
影响因子:
--
作者:
[姜彦杰, 刘兆鹏]
通讯作者:
刘兆鹏
Synthesis of Novel Pyrazole Derivatives and Their Tumor Cell Growth Inhibitory Activity
新型吡唑衍生物的合成及其肿瘤细胞生长抑制活性
DOI:
10.3390/molecules24020279
发表时间:
2019-01
期刊:
Molecules
影响因子:
4.6
作者:
[Cui Ying Jie, Tang Long Qian, Zhang Cheng Mei, Liu Zhao Peng]
通讯作者:
Liu Zhao Peng
共 7 条
新员工的亲组织道德滑坡的形成机理和治理机制研究:基于组织腐败的常态化理论视角
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批准号:72102122
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:刘兆鹏
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依托单位:
系列紫杉醇-靶向多肽偶合物的设计及化学合成研究
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批准号:81172108
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项目类别:面上项目
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资助金额:55.0万元
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批准年份:2011
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负责人:刘兆鹏
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依托单位:
结构多样性海藻糖衍生物的合成与抗肿瘤侵袭活性研究
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批准号:81072517
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项目类别:面上项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2010
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负责人:刘兆鹏
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依托单位:
新型苯并磺内酰胺类小分子微管蛋白抑制剂的合成与抗肿瘤活性研究
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批准号:30873134
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2008
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负责人:刘兆鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金