新型噻吩类秋水仙碱位点微管蛋白抑制剂的设计、合成和抗肿瘤机制研究

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目的:  秋水仙碱位点的微管蛋白抑制剂自发现以来,由于其特殊的结构和强抗癌活性,一直受到科学家们的关注,是微管蛋白抑制剂研究领域的热点之一,但目前仍未有上市治疗肿瘤的药物。借鉴秋水仙碱位点微管蛋白聚合抑制剂噻吩衍生物105与4-取代的苯甲酰基噻唑SMART195的苯甲酰基支架,我们设计、合成了一系列新型的5-芳基炔基-2-苯甲酰基噻吩类化合物(PST),并研究其抑制微管蛋白聚合与抗肿瘤的作用机制。  方法:  1.将5-苯基乙炔基部分引入到具有苯甲酰基支架的噻吩核中进行药物设计、合成并评价新型的具有5-芳基炔基-2-苯甲酰基噻吩结构的小分子化合物,在Schr(ε)odinger程序中对PST系列化合物的药动学性质进行预测,分子对接模拟实验研究PST-3与微管蛋白的结合位点,并评价PST系列化合物在体外对肿瘤细胞增殖与克隆形成能力的影响,急性毒性实验评价PST-3的体内毒性。  2.免疫荧光染色实验、微管蛋白聚合抑制实验、Western blot以检测PST-3与微管蛋白的结合位点,以及其对微管形态、动力学、表达量的影响;使用流式细胞术及Western blot检测PST-3对细胞周期进程与凋亡的影响;构建乳腺癌异种移植动物模型在体内验证PST-3的抗肿瘤活性。  3.MTT法检测PST-3与Dox联合用药对乳腺癌细胞增殖的影响。PCR法、Western blot法、双荧光素酶报告基因检测PST-3与多柔比星联用对乳腺癌细胞的miR-21与PTEN的影响。流式细胞术AnnexinV/PI双染法定量检测PST-3与多柔比星联用对乳腺癌细胞凋亡的诱导作用。体内抗肿瘤实验验证PST-3与多柔比星联用在体内对乳腺癌MCF7、T47D的抗肿瘤活性。  结果:  1.所有PST化合物预测的药代动力学特征在允许范围内,分子对接模拟实验表明PST-3化合物PST-3与微管蛋白的秋水仙碱位点具有相互作用。基于以上结果合成并鉴定了一系列新型的5-芳基炔基-2-苯甲酰基噻吩类化合物。PST系列化合物对多种细胞有抗肿瘤活性,IC50值达到μM级别。其中活性最强的PST-3,在抑制肿瘤细胞增殖的同时,对正常的乳腺上皮细胞在治疗剂量下却几乎没有细胞毒性;而在体内的急性毒性试验中,PST-3的LD50值(>2000mg/kg)远大于阳性对照药物秋水仙碱(17.08mg/kg)。  2.免疫荧光染色实验、微管蛋白聚合抑制实验及Westem blot均表明,PST-3处理后可抑制乳腺癌细胞的微管蛋白聚合,与秋水仙碱的作用相似,使得细胞内α、β微管蛋白发生断裂,正常的微管网状结构被破坏,但对α、β微管蛋白表达量无明显影响。PST-3能够阻滞乳腺癌细胞周期于G2/M期,并诱导细胞凋亡,在体内实验中PST-3的肿瘤抑制率达到88.25%,抗肿瘤效果优于阳性对照药物秋水仙碱,同时对实验动物的体重无明显影响。  3.双荧光素酶报告基因、Western blot及PCR检测确认了PTEN是miR-21直接调控的靶基因,PST-3通过上调miR-21表达从而抑制PTEN的表达,最终显著增强对多柔比星诱导的细胞凋亡。体内抗肿瘤实验中,单独使用PST-3基本不产生细胞凋亡,PST-3与多柔比星联用能够显著增强多柔比星诱导的细胞凋亡,抑制体内肿瘤的生长,与单一药物组相比,具有统计学异差(p<0.001)。  结论:  1.首次合成并鉴定了一系列新型的5-芳基炔基-2-苯甲酰基噻吩类化合物。  2.PST系列化合物具有广泛的抗肿瘤活性,其中PST-3的活性最强且低毒,具有进一步研究的价值。  3.PST-3是作用于秋水仙碱位点的微管蛋白抑制剂,在体内外具有良好的抗肿瘤活性。  4.PST-3通过miR-21/PTEN途径提高乳腺癌细胞对多柔比星的敏感性,在体内外协同增强多柔比星的抗肿瘤作用。
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