Bcl-2-like蛋白抑制剂是靶向抗癌药物研究的热点和前沿。尤其是Mcl-1/Bcl-2蛋白双抑制剂,已经被证明具有靶向抗肿瘤、低毒、高效的显著优势。研究双抑制剂的构效关系、分析总结分子基础和分子规律、设计、合成活性更高、成药性更好的双抑制剂,对靶向抗癌药的研发具有重大意义。小分子S1(3-硫吗啉基-8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈),已经从功能上证明是一个Mcl-1/Bcl-2蛋白双抑制剂,而且是目前唯一一个纯粹通过拮抗Mcl-1/Bcl-2蛋白的BH3结构域发挥抗癌活性的临床前双抑制剂类抗癌药。在本论文中,利用基于溶液的荧光实验、分子对接计算和构效关系分析研究了S1与Mcl-1/Bcl-2蛋白的结合模式,并通过蛋白质二维核磁进行了验证。S1具有双抑制功能的分子结构特征在于：S1的羰基模拟BH3-only蛋白的Bim的D67,能够与Bcl-2蛋白的R146和Mcl-1蛋白的R263形成氢键；硫吗啉取代基模拟Bim的L62,插入蛋白的p2口袋。这不仅揭示了双抑制剂的关键结构基础,也为Bcl-2广谱抑制剂的设计提供了一个指导原则。在这个原则指导下,通过基于结构的构效关系分析,设计合成了18个未见报道的化合物,得到了两个高效的双抑制剂3-(4-氨基苯硫基)-8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈(B8)和3-(4-氨基苯硫基)-8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈(B9)。荧光偏振实验、ELISA实验、MTT实验和免疫共沉淀实验表明：B8表现出比s1增强10倍的细胞毒性(IC50=12 nM)、更强的干扰细胞内Bcl-2家族蛋白相互作用的能力和更高的激活Caspase3、诱导凋亡的作用。另外,根据4一特戊基苯基取代硫吗啉得到的衍生物3-(4-特戊基苯硫基)-8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈(B7)更倾向于结合Bcl-2蛋白的特征(对Bcl-2蛋白的Ki=355 nM,对Mcl-l蛋白的Ki=950 nM),揭示了Bcl-2和Mcl-1蛋白的p2口袋空间构象的差异：Mcl-1蛋白的p2口袋比Bcl-2蛋白的更狭窄,要求小分子以占据Mcl-1蛋白的p2口袋为首选,才可能实现Mcl-1/Bcl-2蛋白双抑制功能。通过fragment-based药物设计方法,结合计算机辅助分子对接,对化合物S1进行结构拆分,确定了分子量更小的片段苊醌和8-氧-8H-苊并[1,2-b]吡咯-9-腈作为优化起点片段(hit),分别进行分子生长。利用BEI(结合效率,Binding Efficiency Index)值等参数跟踪监测优化路径。设计合成了16个未见报导的化合物,实现了可预见性的Mcl-1/Bcl-2双抑制剂的优化。最终获得了4个目前最高亲和力的双抑制剂：9-(3-苯基丙氨基)-8H-苊并[1,2-b]吡e咯-8-酮(G3)、3-(4-溴苯硫基)-9-(3-苯基丙氨基)-8H-苊并[1,2-b]吡咯-8-酮(H2)、3-硫吗啉基-9-(3-苯基丙氨基)-8H-苊并[1,2-b]吡咯-8一酮(I2)和3-(4-异丙基苯氧基)-9-(3-苯基丙氨基)-8H-苊并[1,2-b】吡咯-8-酮(J2)。它们对Mcl-1和Bcl-2蛋白的IC50值都达到10 nM左右,相对于S1显著提高。并且,通过对比Mcl一1与Bcl-2蛋白优化过程中优化效率的不同,探测了Mcl一1与Bcl-2蛋白在p4口袋的差异：Mcl。1蛋白的p4口袋相对于Bcl-2蛋白更平坦和敞开。因此可以通过占据p4口袋增强对Bcl-2蛋白的亲和力,但是对Mcl.1蛋白贡献不大。利用纳米技术制备了水溶性的S1纳米制剂：S1-γ-CD环糊精包合物。通过相溶解度实验、荧光光谱分析、红外光谱分析、热失重分析、氢核磁共振法检测、圆二色谱分析和扫描电镜等方法表征了包合物是S1与γ-CD以1：1的比例进行包合。纳米剂型明显改善了Sl的水溶性,溶解度达到80μM,满足细胞试验和动物试验的水溶性给药的要求。利用S1的荧光同系物S2,实时示踪了包合物以内吞方式进入细胞的过程,并提高了细胞内的S1的浓度。通过动物实验,最终证明了S1-γ-CD不仅能够在体内运输,还能保持S1的靶向抗肿瘤特征,能够在体内通过解离Mel-1/Bak二聚体,达到抗肿瘤作用,抑瘤率为41.2%,保持甚至提高了S1的抗肿瘤活性。首次证明了环糊精在改善结构特异性小分子药物水溶性的同时,可以保持其原有的靶向性。本论文所获得的新的Mcl-1/Bcl-2双抑制剂,申请了中国专利和PCT专利(200910209961.2),已经进入美国、日本、欧洲、南非、俄罗斯、乌克兰、西班牙、墨西哥、新西兰等32个国家和地区。专利许可权已经转让给医药企业,正在进行以化学1类药为标准的研发。