【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)生組織公布其預計數(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：手術治療,放射治療和化學治療。其中化學療法(簡稱化療)可以跟隨血液循環(huán)進入其他兩種方法難以達到的具體病灶進行針對治療,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制主要有以下幾個方面：抑制癌細胞核酸合成,例如氟尿嘧啶；干擾破壞DNA作用,例如烷化劑,柔紅霉素等；干擾細胞的微管系統(tǒng),例如長春新堿,紫杉醇等；抑制細胞蛋白酶類,例如抑制拓撲異構酶的依托泊甙,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重瓶頸：一是目前臨床應用的化療藥物普遍存在著嚴重的不良反應和毒副作用,包括消化道反應、骨髓抑制、神經(jīng)毒性等。例如長春新堿會造成淋巴細胞減少,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)文獻報道,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用于臨床治療和基礎研究。因此,我們分別采取改造已知活性結構和組合化學兩種方式,設計合成了三環(huán)類硫氮雜卓衍生物(27個化合物)和4-噻唑烷酮(372個化合物)這兩類硫氮雜環(huán)衍生物小分子庫,并對這些化合物的抗癌活性和抗癌分子機理機制進行了詳細研究。具體內(nèi)容如下文所述：三環(huán)類化合物主要是傳統(tǒng)上應用于治療精神疾病的藥物,母體結構由三個駢合的多元環(huán)組成,如噻奈普汀、奎硫平等。近些年來,對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,尤其是最近有文獻報道,通過篩選美國FDA批準的三環(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)類藥物對癌癥也具有良好的療效。但是目前,并沒有報道對三環(huán)類硫氮雜環(huán)衍生物的詳細抗癌分子機理進行研究。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)運蛋白有著直接的關系-P糖蛋白(P-gp)。此類蛋白是一個位于細胞膜,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”所識別的,且安全有效的抗肺癌藥物十分必要。因此,在吉林大學柏旭教授的幫助下,通過改造活性化合物結構的方法,設計合成了27個的三環(huán)類七元硫氮雜環(huán)衍生物,并在經(jīng)過詳細表征之后,對其抗非小細胞肺癌活性進行了測定。我們發(fā)現(xiàn)27個衍生物中,有6個化合物(4號,9-12號和14號)對非小細胞肺癌細胞系H460和其耐藥性變種細胞系H460TaxR都具有良好的抗癌效果,其EC50均小于1μM。其后,通過體外的藥動學模擬實驗,我們發(fā)現(xiàn)這6個化合物藥動學性質(zhì)非常類似,都具有良好的細胞滲透性和代謝穩(wěn)定性,具有良好的類藥性藥動學性質(zhì)。我們從6個化合物中,選取了活性最好且藥動學性質(zhì)良好的4號化合物即6-對甲苯基-苯駢[f]吡啶駢[2,3-b][1,4]硫氮雜卓-11,11-二砜(TBPT)進行進一步的動物體內(nèi)實驗,結果顯示：TBPT在小鼠體內(nèi)對兩種細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)運機制,臨床藥物紫杉醇對耐藥的細胞系H460TaxR的抗癌效果無論是在體外實驗還是小鼠體內(nèi)實驗中,與非耐藥的細胞系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,從而發(fā)揮對P-gp過表達的耐藥細胞系的抗癌活性。通過基因芯片,我們檢測了TBPT對癌細胞全基因組轉(zhuǎn)錄水平的影響以及其代表的生命過程,我們發(fā)現(xiàn)TBPT對癌細胞的微管系統(tǒng)活動和細胞核代謝過程產(chǎn)生了顯著的影響,通過進一步的驗證實驗,我們發(fā)現(xiàn),TBPT靶向于微管蛋白的秋水仙素結合位點,抑制微管蛋白的聚合,對細胞微管產(chǎn)生損傷,造成細胞周期抑制,并引發(fā)細胞凋亡。同時,其對正常纖維細胞NHFB和小鼠海馬組織細胞的細胞周期和凋亡狀態(tài)都沒有產(chǎn)生顯著影響。我們通過激酶篩選試驗發(fā)現(xiàn),TBPT對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細胞正常信號通路的紊亂。這或許是其低毒性的一個重要原因。噻唑烷酮類化合物是一類母體結構為具有一個硫原子和一個氮原子的五元雜環(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。文獻報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。已有上市的臨床藥物為含有兩個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)其衍生物對多種癌細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胞或間葉細胞。其中主要有兩個亞型：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)建議針對橫紋肌肉瘤采取的標準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,這些癌癥藥物會引起嚴重的毒副作用,甚至有報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用。因此,前期我們實驗室通過組合化學的方法,設計合成了包含372個新穎結構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)對橫紋肌肉瘤細胞系RD(屬于ERMS)和SJ-RH30(屬于ARMS)兩種細胞系均具有良好的抗癌活性,EC50分別是0.4和1.4 μM,同時對正常人類纖維細胞NHFB沒有明顯毒性,ECso大于100μM。進一步的抗癌機制研究發(fā)現(xiàn),MHPT可以抑制微管蛋白的聚合,干擾微管正常合成,引起細胞的G2/M期周期阻滯,并引起細胞凋亡。并且后期動物實驗證明,MHPT在40 mg/kg劑量下對RD移植瘤具有良好的抑瘤效果,并且在我們的實驗條件下并未發(fā)現(xiàn)對小鼠造成明顯的毒性,而臨床藥物長春新堿在達到類似抗癌效果的同時,造成了嚴重的毒副作用,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制,我們推測,由于MHPT對微管的溫和抑制效果(IC50=6.28μM)對正常細胞影響較小,而對快速分裂的微管動力學活躍的癌細胞足以抑制其生長,而發(fā)揮抗癌效果。因此,MHPT是一種對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構的設計方法和組合化學兩種方式,設計合成了三環(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)了在細胞水平和小鼠腫瘤模型中均具有顯著抗癌效果的兩個抗癌活性化合物——抗非小細胞肺癌的TBPT和抗橫紋肌肉瘤的MHPT,而且其正常細胞和器官的毒性顯著小于臨床應用藥物紫杉醇或長春新堿。進一步的分子機理研究證明,這兩個硫氮雜環(huán)類衍生物具有類似的抗癌作用機制,可以抑制微管蛋白的聚合,造成癌細胞周期阻滯并導致細胞凋亡。
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【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】：R96;O626
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本文編號：2423805