肿瘤血管阻断剂(Vascular disrupting agents,VDAs)类抗癌新药的研究近年来备受关注,许多活性化合物已晋升为候选药物,并在临床试验中有出色表现。本课题组在先期研究中发现了一类具有N-(4-喹唑啉基)-3,4二氢喹喔啉-2-酮新骨架结构的新先导物。已有研究表明该类新先导物是一类具有达n M水平抗肿瘤细胞生长活性、广谱、且作用于微管蛋白秋水仙碱结合域(colchicine binding site)的新型肿瘤血管阻断剂(tumor-VDA)。在此基础上,本论文针对其喹唑啉环2位进行了目的性很强的修饰,旨在不影响活性的基础上增强化合物的类药性,即令其获得更为理想的水溶解度和合适的Log P,以便为此新药研制的后续开发提供更多备选或可替代的新候选药。在先导物的结构优化过程中,我们充分评价了已知的构效关系并借鉴了先前先导化合物的修饰经验,在保留对活性至关重要的喹唑啉环、内酰胺环和7位甲氧基的基础上,着重于变化喹唑啉环2位的取代基,以期考察其对分子活性和类药性的影响。另一方面,微管蛋白晶体结构与新先导物对接的分子模拟结果也提示,新骨架结构中喹唑啉环的2位对应蛋白质的一个空腔,具有一定的结构修饰空间。由于喹唑啉环2位为氯时更易修饰,因此我们以合成的4-(N-环内酰胺)-2-氯-喹唑啉化合物(16a)为关键中间体,之后在此位引入不同空间大小和不同链长的氨类取代基,比如甲胺、乙胺等。这个方案使得化合物的原料发生变化,同时整个合成步骤均要重新设计。在新的合成路线中,我们遇到了很多问题,最为关键的问题就是硝基氢化为氨基的步骤:原有的催化氢化方法很难得到纯净的目标氢化产物。在经过大量尝试后,醋酸、锌粉被用作为新的反应体系,特点是高效、可控、高产率、条件温和、后处理简单。该方法的优越之处使得整个合成的难度大为降低。在系统评价了最初一批衍生物的活性后,我们发现新目标化合物均表现出了n M级别(<10 n M,个别化合物<1 n M)的强抗肿瘤活性,由此肯定了此设计的修饰思路。进而我们对该位点展开了更为广泛的探究,共有16个新合成的化合物(5个<10 n M,11个化合物<1 n M)。我们对化合物修饰的初衷是在保持活性的基础上改善其理化性质,以提高类药性。在进行了全部化合物的理化实验后,大部分的化合物的水溶度较于先导化合物N-(4-喹唑啉基)-3,4二氢喹喔啉-2-酮类均有所提高,其中以3-氨基丙醇基取代化合物(16e)尤甚,水溶解度最高达到81μg/m L,这符合了我们最初的期望,而在油水分配系数方面,除去化合物16d,其余全部化合物的Log P都落在了1-3的区间。综合活性和类药性多因素考虑,3-氨基丙醇基取代化合物16e比较出色。为了进一步探索系列化合物的作用机理,我们选取了其中活性较好的若干个化合物,以CA-4为对照进行了微管蛋白的相关实验。从结果中不难看出,参加测试的化合物16a-g、16i、16j、16q在5μM和1μM都有明显活性区别。先导化合物12c和参与实验的其余化合物16c、16d、16g、16j、16q的微管蛋白抑制活性(0.42–0.77μg/m L)与CA-4(0.54μg/m L)处于同一水平。此外,此论文还采用了分辨率更高的微管蛋白新晶体结构(5LYJ)对代表性新活性化合物16e进行了分子对接模拟以用来验证最初的设想,即在喹唑啉2位是否存在一个空腔,使得长链衍生物不影响化合物的活性。结果表明:新的长链衍生物与之前先导化合物12c在蛋白结合位点的空间取向大致相同,二者与蛋白晶体的小分子原配体CA-4的空间取向基本重叠。2位上的延长侧链可分别通过氢键与Tyr 202和Asp 251两个氨基酸相结合。分子模拟结果不仅支持了细胞试验的抗肿瘤活性结果,也与微管蛋白的实验结果相符。因此我们推测微管蛋白的秋水仙碱结合域是该类抗肿瘤分子的作用位点之一。综合上述研究结果和有关研究报道,N-(4-喹唑啉基)-3,4二氢喹喔啉-2-酮类小分子化合物无疑是一类具有良好发展前景的新型肿瘤血管阻断剂,并极有可能发展成为一类具有新作用机制的抗肿瘤新药,而更加深入和具体的药理毒理研究和化学修饰也在同步进行当中。我们有信心期待,这类化合物在未来抗肿瘤药物中能有一席之地。