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白血病是一类起源于造血干细胞的恶性增殖性疾病,其发病率和死亡率位居肿瘤前十位。目前临床使用的抗白血病化疗药仍存在着毒副作用、易耐药等弊病,故研发新的低毒的抗白血病小分子靶向药具有重要意义。核糖核苷酸还原酶(RR)能还原核糖核苷二磷酸(NDPs)产生脱氧核糖核苷二磷酸(dNDPs),随后经激酶催化生成脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs),为DNA复制和DNA损伤修复提供原料。人核糖核苷酸还原酶可分为行使催化功能的大亚基(RRM1)和具有调节功能的两类小亚基(RRM2和RRM2B)。包括白血病在内的血液肿瘤及其他实体瘤细胞的快速增殖常需要大量dNTPs用于DNA合成,RR作为DNA合成限速酶在此过程中起重要作用。临床现有抗白血病化疗药如羟基脲和阿糖胞苷等均可抑制RR催化活性,故RR是合理的抗白血病药物靶点。我们基于RRM2蛋白的X射线衍射晶体结构对老药化合物数据库进行计算机辅助虚拟筛选,得到可能以非共价键形式结合RRM2的小分子化合物莫诺苯宗(Monobenzone)。莫诺苯宗曾被FDA批准添加于软膏中用作治疗白癜风的外用药,有研究指出该化合物是一种酪氨酸酶抑制剂,可抑制黑色素合成,但其具体作用机制不明确。分子对接分析显示,莫诺苯宗可与RRM2第270位半胱氨酸和第323位酪氨酸形成氢键,且与多个氨基酸残基有其他非键互作(包括极性作用、疏水作用和π-π键)。计算表明,该化合物配体与靶蛋白受体结合自由能为-4.84～-4.76kcal/mol。活性分析结果表明,该化合物可显著抑制体外重组RR酶活性,其半抑制浓度(IC50)约为480nM。同时,莫诺苯宗对白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤细胞增殖有不同程度的抑制作用,且对白血病细胞增殖抑制活性更高,对不同细胞的IC50在5uM至40uM范围。软琼脂克隆形成实验表明,莫诺苯宗可有效抑制白血病细胞软琼脂克隆形成能力。通过检测细胞周期,我们发现莫诺苯宗可引起急性髓系白血病(AML)和淋巴瘤细胞发生细胞周期S期阻滞。免疫印迹实验结果表明,莫诺苯宗可诱导AML细胞DNA双链断裂(DSB)信号分子γ-H2AX蛋白表达水平上调。此外,莫诺苯宗与Bd-2抑制剂ABT-737在细胞水平体现出协同促凋亡和抑制肿瘤细胞增殖作用。AML细胞系裸鼠皮下移植瘤实验表明,腹腔注射莫诺苯宗150mg/kg剂量下可显著抑制AML移植瘤生长,且无明显毒副作用。综上,在本研究中,我们发现了老药化合物莫诺苯宗的潜在新靶点RR,证明了其具有显著的体内外抗白血病作用,在有效剂量下无明显裸鼠体内毒性,;并提出具有抗恶性增殖作用的RR抑制剂与促凋亡小分子如Bcl-2抑制剂联合使用能够强化抗肿瘤作用的概念,为临床合理用药方案提供实验理论依据。