蛋白激酶CK2因参与细胞增殖、分化及凋亡等生理过程调控而与肿瘤发生、发展密切相关,被认定为癌症治疗的重要靶标,其抑制剂成为抗癌先导化合物的重要来源。然而,多数作用于ATP结合口袋的小分子抑制剂因具有选择性差及成药性低等缺陷,而未能成为候选药物。因此,靶向作用于非ATP结合位点的抗癌CK2抑制剂的研发,具有重要的学术意义和潜在的应用前景。CK2全酶是由催化亚基CK2α和调节亚基CK2β组成的四聚体结构。作用于CK2亚基结合位点的环肽抑制剂,通过阻断CK2α/CK2β亚基的相互作用,进而特异性的抑制CK2全酶的生物学功能,已成为CK2抑制剂研究中的新热点。本论文综合运用计算机辅助药物设计方法和生物学实验技术,开展基于亚基作用位点的新型环肽抑制剂的设计、优化及生物活性评价,为抗癌先导化合物的研发提供了思路和实验基础。1.基于CK2亚基作用位点的环肽抑制剂设计CK2β衍生物环肽Pc(cyclic peptide,Pc)因有效干扰α亚基与β亚基相互作用而阻断CK2全酶结构的形成,进而抑制其生物学功能。为进一步提高环肽与CK2的作用亲和力,在详细阐述Pc与CK2α之间的作用模式基础上,运用蛋白-多肽相互作用结合能计算预测方法,开展基于氨基酸突变策略的新型环肽抑制剂设计。结果表明,Arg186、Tyr188和Phe190因具有较大的结合能贡献而认定为关键残基,在新型环肽设计中予以保留;对于Leu187、Ile192、His193残基,提出了通过增大或延长其侧链结构的设计思路,以增强其与CK2α之间的疏水性作用,综合考虑理论结合能计算结果,设计了L187V(Leu187突变为Val),I192F(Ile192突变为Phe),I192W(Ile192突变为Trp),H193F(His193突变为Phe)及H193W(His193突变为Trp)共五个环肽抑制剂。2.新型环肽的合成及其与CK2α结合力评价研究运用固相合成法和Fmoc正交保护策略,选用Rink树脂,按照环肽的C端到N端的序列顺序,依次将含有Fmoc保护基团的氨基酸连接在Rink树脂上,得到线性的多肽,再进行切割与树脂分离,并将其形成二硫键环化,纯化得到环肽,进行结构表征。为评价环肽与CK2α的结合力,运用等离子共振方法(Surface Plasmon Resonance,SPR),选择适用于蛋白-多肽相互作用检测的CM5芯片,预富集并确定最佳的检测条件,将CK2偶联在芯片上,检测不同浓度环肽与CK2α的亲和力。结果表明,环肽抑制剂与CK2α的亲和力由强到弱依次为:I192F,L187V,Pc,H193F,I192W,H193W。其中,I192F的平衡解离常数KD为0.5μM,与CK2α具有最强的亲和力。3.新型环肽抑制剂的抗癌活性评价为进一步探究所合成环肽的抗癌活性,在肺癌细胞A549和肝癌细胞Hep G2中,运用CCK8法、磷脂酰丝氨酸外翻分析法(Annexin-V法)和细胞划痕法分别检测了环肽抑制剂抗细胞增殖、促凋亡以及抑制细胞迁移的活性。结果表明,环肽抑制剂H193W,H193F和I192F对A549和Hep G2的抗细胞增殖活性均优于Pc。同时,H193W与I192F还对上述两种细胞表现出显著的促凋亡活性。另外,I192F也表现出良好的抑制肿瘤细胞迁移的能力。综上,I192F表现出最强的抗增殖,促凋亡以及抑制细胞迁移的活性,有望成为抗癌多肽药物先导物。综上所述,本论文综合运用计算机辅助肽类药物设计、蛋白-多肽相互作用检测和细胞生物学实验等方法,设计、合成了新型CK2亚基作用位点的环肽抑制剂,并进行抗癌活性评价,为抗癌多肽药物的研发提供了理论依据和实验指导。