肿瘤的恶性进展与表观遗传的修饰有关,包括基因组DNA的甲基化,以及转录后修饰的组蛋白乙酰化等,这些修饰能够在不改变DNA序列的情况下,调节DNA的可接触性以及染色体的结构。组蛋白去乙酰化酶(HDAC)是一类蛋白酶,能够从组蛋白和其他细胞蛋白上移除乙酰基基团,使组蛋白所结合的染色体的结构发生改变,从而调节该区域的基因的转录和复制。根据不同组蛋白去乙酰化酶HDAC的结构和特性,包括真核生物细胞中的HDAC与酵母中HDAC的同源关系、分子量、所包含的催化结构、在细胞中的分布位置等的分析,HDAC可被分为四个亚型,I、II、III和IV型。组蛋白去乙酰化酶HDAC特异性抑制剂(HDACi)在临床对多种肿瘤的化学治疗方式中,具有广泛认可的治疗应用前景。I型组蛋白去乙酰化酶(HDAC)是传统的疾病治疗靶点。目前已经有多种具有不同类型化学结构的小分子HDAC抑制剂被发现和研究,其中有很多化合物在前期的实验室研究和临床药物试验中表现出优良的抗肿瘤药物活性,能够特异性治疗特定癌症,例如皮肤T细胞淋巴瘤和外周T细胞淋巴瘤。目前研究较多的HDACi可分为四大类,异羟肟酸类化合物,氨基苯甲酰胺类化合物,环肽类化合物以及短链脂肪酸。异羟肟酸类化合物是开发最广泛并且进入临床前和临床研究的HDAC抑制剂化合物,包括已被FDA批准上市的伏立诺他和贝利司他。恩替诺特具有苯甲酰胺结构,应用于治疗ER+乳腺癌。环肽类HDAC抑制剂例如罗米地辛,已于2009年通过美国食品药品管理局批准并投放药品市场,用于临床治疗T细胞淋巴瘤。即便如此,目前所知的几种HDAC抑制剂对HDAC亚型的特异性有限,具有靶点以外的非特异性结合活性,或者具有无法预知的药性或毒副作用。因此,需要开发具有新型化学结构的HDAC抑制剂来弥补这些不足。通过一种高通量筛选(HTS)的方式,本研究发现了一类化合物能够选择性抑制I类HDAC,包括HDAC1,HDAC2以及HDAC3。这类化合物均具有苯甲酰肼骨架基团结构,之前并未有报道显示苯甲酰肼基团具有HDAC抑制药效。本研究前期的SAR分析证实,这种骨架的结构以中心的-C(O)-NH-NH-基团,两侧的苯基以及短的脂肪链组成三重结构。中心的基团提供氢键以及弱Zn2+螯合活性,而两侧的疏水基团特异地与HDAC催化中心的疏水口袋相互作用。重要的是,HDAC抑制剂的弱的Zn2+螯合作用可降低非靶蛋白结合活性。这类竞争性复合物抑制剂结合HDAC的机制具有结合快-释放慢的特点。在这类复合物中,本研究选取了最具有代表性的复合物,UF010。UF010以及其类似物的HDAC抑制活性能够削弱肿瘤细胞的增殖过程,它能够通过抑制I类HDAC来抑制肿瘤细胞的生长。这是因为细胞内的蛋白包括组蛋白和非组蛋白赖氨酸残基的乙酰化修饰能够与双链DNA结合,进而调控乙酰化蛋白所结合区域的基因的转录和复制,能够引起肿瘤抑制调节通路的活化,并且同时抑制许多致癌通路。在基于细胞的实验基础上,UF010对抑制组蛋白和p53的去乙酰化抑制水平,高于氨基苯甲酰胺类化合物,低于具有强Zn2+螯合弹头的异羟肟酸类化合物。另外,UF010可以调控广泛的基因表达,以激活抗肿瘤通路。NUPR1可能在肿瘤的发生和发展中具有重要作用。另外,ERK1/2通路也会被活化。这些通路的活化都可能会对UF010产生耐药性。因此将UF010与其他能够抑制这些存活通路的药物联用可能能够提高抗肿瘤效果。从已有的HDAC抑制剂的临床毒性来看,减少的一般毒性的HDAC抑制剂对于肿瘤治疗来说更好。此外,低毒性的化合物更适合治疗神经退行性疾病和代谢系统疾病,因为治疗这些疾病要避免细胞死亡。在初步的实验中,本研究展示了UF010在细胞培养基中的半衰期能够达到15.8小时,与罗米地辛的代谢相似。进一步的研究可以分析UF010及其类似物的药代动力学性质。因此,筛选具有UF010的同种亚基,并且具有抑制肿瘤细胞生长活性的化合物,为临床治疗药物的筛选提供了新的方向。在本研究中筛选并鉴定的这种新型HDAC抑制剂能够作为强有力的工具来研究HDAC在人类疾病中的生物学功能,同时开发新型HDAC抑制剂其临床的应用前景广阔。