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B-cell lymphoma2(Bcl-2)家族蛋白是细胞凋亡的主要调控者,它包括促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白两类,这两种功能截然相反的蛋白通过共有的Bcl-2homology domain3(BH3)进行相互作用决定细胞的生与死。因此,许多研究组致力于靶向Bcl-2家族蛋白BH3沟槽的小分子抑制剂的研究,这些小分子抑制剂也称为BH3mimetics,目前还没有BH3mimetics被批准上市。处于临床期的ABT-737由于不能拮抗myeloid cell leukemia sequence1(Mcl-1)蛋白而对许多癌症产生耐药。因此,BH3mimetics作为抗癌药的研究依然面临着很多挑战。众所周知,药物分子与靶标蛋白的结合过程必然涉及到热量的变化。在热力学水平,结合常数(Ka)、由吉布斯自由能(△G)、焓(△H)和熵(△S)是描述小分子与靶标蛋白相互作用的参数,等温滴定量热实验(isothermal titration calorimetry, ITC)是唯一一种将结合能拆分成焓变和熵变,并且能测得上述所有参数的一种方法。焓变值可以证实氢键的形成,在分子优化过程中实时监测焓值、熵值的变化可以用于指导小分子抑制剂的优化。因此,将量热学手段运用于小分子抑制剂的优化不失为一种有效的方法。本文通过BH3mimetics和Mcl-1蛋白的等温滴定量热实验,分析其结合模式,并用于指导其他BH3mimetics的优化。首先,我们构建了人源Mcl-1蛋白的重组质粒,通过条件的摸索与优化获得了纯度为95%的Mcl-1蛋白。通过圆二色光谱分析证明纯化所得蛋白的二级结构以a螺旋为主,15N-1H异核化学位移相关谱(’H detected heteronuclear single quantum coherence,HSQC)表明蛋白质各氨基酸的共振峰分散均匀,具有稳定的、折叠良好的结构,荧光偏振实验证明Mcl-1蛋白的活性正常,这一系列结果证明纯化所得蛋白满足后续检测的要求。接下来,我们对本课题组合成的小分子8与Mcl-1蛋白进行核磁滴定实验证实了化合物8结合在Mcl-1的BH3沟槽,然后用等温滴定量热的方法分别测得化合物8与Mcl-1和Mcl-1(R263A)作用的量热学数据,通过分析两次焓值证实了化合物8与Mcl-1BH3沟槽的R263形成了氢键。基于上述研究,我们又用等温滴定量热实验监测一系列BH3mimeticsl-6与Mc1-1蛋白的作用,并对量热学数据进行了测定与分析。化合物2与1相比,焓变增加值4.65kcal/mol直接证实了化合物2较之1与Mcl-1多形成了一个氢键。热力学参数显示化合物1-6在优化过程中克服了焓熵补偿效应,化合物的亲和力逐渐提高,最优分子6对于Mcl-1蛋白的亲和力Kd为238nM,较之1提高了104倍。从焓效能、熵效能和分子量的相关性分析发现配体效能的趋势取决于焓效能。本研究是首次将量热学手段用于指导BH3mimetics的优化。