微管是由α-和β-微管蛋白异二聚体以头尾相连的方式形成,是真核细胞中细胞骨架的关键元素。微管在细胞功能中起着至关重要的作用,如纺锤体形成,细胞形态维持和细胞内运输。微管的功能取决于其连续聚合和解聚的动力学性质。在真核细胞周期中,微管蛋白聚合形成微管,微管动态平衡的破坏可以诱导细胞周期停滞在G2/M期,最终导致细胞凋亡。因此,微管蛋白靶向剂已被广泛应用于癌症的治疗。秋水仙素（Colchicine）是一种生物碱,最初从百合科植物秋水仙中提取,它结合在微管蛋白秋水仙碱位点,属于秋水仙碱位点抑制剂（Colchicine Binding Site Iinhibitors,CBSIs）的一种,但对正常细胞系也具有较强的细胞毒性。虽然已经发现多种潜在CBSIs,但至今还没有一个药物被FDA批准上市用于癌症的治疗。因此,发现新型的CBSIs,并用于癌症的治疗仍是抗癌药物研究领域的热点之一。基于已知秋水仙碱位点抑制剂,借助多种机器学习的方法,本研究首次建立CBSIs活性预测模型,并对模型进行评估发现NB＿FCFP＿8和NB＿FCFP＿12模型预测性能最优。通过设计组合虚拟筛选流程,包括模型预测、分子对接和类似物相似度搜索,并结合生物学测试,我们发现新型的CBSIs。其中,化合物23g对肿瘤细胞系具有较强的抗癌活性,包括Hep G2,MDA-MB-231,He La,CNE2,A549和HCT116六种细胞系,其IC₅₀值分别为2.29、5.45、8.61、2.91、7.47和4.10μM。此外,23g对阿霉素耐药的人肝癌细胞以及紫杉醇或CDDP耐药的人肺腺癌细胞也显示出较强的抗癌活性,且对人正常肝细胞也显示出较高的选择性。体外微管蛋白聚合,免疫荧光和竞争性结合实验表明23g是新型的CBSI。进一步细胞实验研究表明:23g是通过调节PARP蛋白诱导细胞凋亡、阻滞细胞周期于G2/M期,并且能有效抑制肿瘤细胞迁移。最后,通过分子对接、分子动力学模拟和自由能分析研究了23g与微管蛋白具体的相互作用模式,发现23g结合在微管蛋白秋水仙碱位点。因此,23g具有开发成新药的潜力。本研究对新药的研发具有一定的理论意义和应用价值。论文主要包括:第一章介绍当前药物的发现流程、发现策略和秋水仙碱位点抑制剂的研究状况。第二章介绍CBSIs活性预测模型的构建。第三章介绍基于CBSIs活性预测模型先导化合物的发现。第四章介绍先导化合物23g抗癌作用机制的研究。第五章为总结和展望。概述本课题研究的创新之处和需要进一步深入研究的方向。