随着对肿瘤分子生物学及相关学科的深入研究,分子靶向药物在肿瘤的临床治疗中发挥着越来越重要的作用。区别于选择性差、毒副作用大、易产生耐药性等传统细胞毒性药物,靶向抗肿瘤药物针对正常细胞和肿瘤细胞间的差异,可以达到高选择性、低副作用的治疗效果。因此,开发选择性杀死或抑制肿瘤细胞的抗癌药物已成为肿瘤研究领域的重要目标。相对于正常细胞来说,过度旺盛的新陈代谢导致癌细胞内积累大量活性氧自由基（Reactive Oxygen Species,ROS）。高水平的氧化压力会不断攻击DNA分子,造成严重的氧化损伤,其中8-氧-鸟嘌呤脱氧核苷酸（8-oxo-dGTP,8-oxo-dG）是最常见的氧化损伤形式。MTH1（Mut T homolog 1）作为一种焦磷酸酶,可以将8-oxo-dGTP转化成8-oxo-dGMP,从而有效清除核苷酸池中的氧化核苷酸,维持基因组的稳定性,因此对癌细胞的生存至关重要。MTH1蛋白也因此成为癌症治疗的新靶点,研发广谱高效的MTH1抑制剂成为抗癌新策略的重要目标。前期研究中,我们实验室合成并筛选到一批潜在的小分子MTH1抑制剂,在体外酶学上已经证实这批小分子抑制剂可以强烈抑制MTH1酶的活性,且通过细胞热位移测定实验发现,其均能在一定程度上与细胞内MTH1蛋白紧密结合,本研究选用了两种综合表现较好的小分子化合物进一步探究其抗癌活性及其具体机制。首先,我们发现501231和501221两种小分子MTH1抑制剂均能明显抑制人结肠癌细胞SW1116、肝癌细胞HepG2和乳腺癌细胞MCF-7的增殖能力,造成了显著的细胞毒性,但对人正常结肠上皮细胞NCM460影响较小,表明501231和501221均具有良好的癌细胞选择性毒性。接下来我们进一步探究501231和501221的具体抗癌机制。首先我们发现药物处理后造成癌细胞内大量8-oxoGuanine（8-oxoG）积累,并且随着时间的延长和药物浓度的增大,细胞内8-oxoG含量逐渐增多,加入ROS抑制剂NAC后8-oxoG的积累被明显抑制,表明8-oxoG的累积与MTH1蛋白的抑制和细胞内存在的氧化压力有关。接下来我们观察到8-oxoG的积累引起了癌细胞DNA双链断裂,造成了大量的DNA损伤。随后p-Chk1（S317）和p-Chk2（T68）含量的上调提示癌细胞内ATR-Chk1和ATM-Chk2两条DNA损伤应答途径（DNA damage response,DDR）均被激活,并且p21、p16两个衰老标志物的上调预示着癌细胞即将走向衰老。通过流式细胞术的进一步检测,我们发现癌细胞出现了显著的G1期阻滞,进而导致细胞衰老并最终走向凋亡。与此同时,我们发现衰老细胞清除剂ABT-263与501231、501221具有协同抗癌作用,联合用药治疗不仅能降低药物使用浓度,并且可以进一步加快癌细胞凋亡的速度。然而,在癌细胞内高表达MTH1蛋白后,显著降低了501231、501221的细胞毒性,充分证明了501231、501221通过有效抑制MTH1蛋白活性而产生抗癌作用。最后我们通过肿瘤异种移植实验验证了501231、501221在裸鼠体内具有显著抗肿瘤作用。综上所述,本研究证明了新型MTH1抑制剂501231、501221具有良好抗癌活性。两种小分子抑制剂通过有效抑制癌细胞内MTH1蛋白的活性,造成8-oxoG积累,继而产生大量难以修复的DNA损伤,导致G1期周期阻滞,最终引起细胞衰老甚至凋亡。这些研究结果为MTH1抑制剂的肿瘤治疗提供了实验基础和理论数据,同时501231、501221与ABT-263的协同抗癌作用也为MTH1抑制剂的肿瘤治疗提供了新的思路和可行性方案。