喹唑啉类药物最初用于抗疟原虫领域、抗菌领域,其多种衍生物能够从植物中提取。近十多年来由于蛋白激酶成为抗肿瘤领域药物研发的重要靶标,喹唑啉骨架作为良好的激酶抑制剂模板被广泛地应用于肿瘤药物开发领域。目前投入市场使用的和在临床上进行试验的药物多含有喹唑啉骨架结构,特别是以表皮生长因子受体酪氨酸激酶(EGFR)为靶标成功开发出三种激酶抑制剂厄洛替尼、拉帕替尼和阿法替尼(Erlotinib、Lapatinib和Afatinib)。它们在结合位点处的作用模式各有特色(Figure1):厄洛替尼与EGFR的活性构象结合,被称为Ⅰ型激酶抑制剂；拉帕替尼与EGFR的非活性构象结合,被称为Ⅱ型激酶抑制剂；阿法替尼能够与活性位点处CYS残基共价结合,被称为Ⅲ型激酶抑制剂(不可逆抑制剂),这基本上涵盖激酶抑制剂的发展历史。因此,对喹唑啉骨架是改造是药物化学领域热点之一。本论文分为两个部分：第一部分是围绕喹唑啉骨架,设计并合成出新型喹唑啉类化合物96种(2-20～2-44、3a～3j、6a～6j、3-11～3-41、3-5a～3-5j和3-6a-3-6j),并且进行了初步抗癌活性筛选和构效关系研究,其中大部分化合物表现出良好的抗癌活性和对应靶标激酶抑制作用；第二部分是围绕EGFR耐药性问题,基于结构药物设计的原理,借助于分子对接和3D-QSAR虚拟筛选技术,理性设计出116种EGFR/c-Met双靶标激酶抑制剂并筛选较优的小分子14种,后面化合物的合成工作将陆续完成。对以上结果简述如下。Figure1.厄洛替尼、拉帕替尼和阿法替尼的作用模式分类。第一部分：(1)临床上在研的多种EGFR激酶抑制剂在6位处(Figure2)具有丙烯酰胺结构。这种结构能够与EGFR活性位点处半胱氨酸不可逆地形成共价键,从而进一步增强对靶标蛋白的亲和力。受此启发,本部分设计并合成出25种具有喹唑啉骨架的肉桂酰胺类衍生物(2-20-2-44)并作为EGFR不可逆抑制剂进行研究。首先通过起始原料2-氨基-4-硝基苯氰与N’N-二甲基甲酰胺二甲缩醛形成高活性中间体,并随后加入不同取代的苯胺发生环合反应生成4-苯氨喹唑啉骨架；其次使用铁粉还原喹唑啉骨架6位的硝基,最后与不同取代的肉桂酰氯发生亲核取代反应生成目标化合物。所有化合物都通过1HNMR和质谱技术得到鉴定,并对其熔点和产率都进行测定。使用MTT法测试化合物对肿瘤细胞的抗增殖活性实验；并选择细胞抗增殖实验中表现较好的化合物进行EGFR激酶抑制实验。结果表明大部分化合物对EGFR蛋白磷酸化表现出潜在抑制活性；对小鼠黑色素瘤细胞B16-F10和非小细胞肺癌细胞A549均表现出较好的抗增殖活性。构效关系分析表明在不考虑取代基类型情况下,肉桂酰胺苯环上间位取代要优于邻位和对位取代。化合物2-43(Figure2)的激酶抑制实验和A431细胞抗增殖实验中活性最好的化合物,IC50值分别为0.12μM和0.19μM,与阳性对照药物厄洛替尼(0.03μM和0.27μM)同处于微抑制水平。分子对接实验预测出化合物2-43和EGFR激酶口袋之间的作用方式。结果显示：化合物2-43能够很好地嵌入到EGFR蛋白激酶ATP结合口袋中；与蛋白晶体中原始配体小分子Erlotinib结合构象一致；二者在活性位点处能够很好地叠合。(2)临床上在研的蛋白激酶抑制剂大部分属于可逆的ATP竞争性抑制剂。围绕喹唑啉骨架修饰和改造一般都是从4、6和7位开始的。在此基础上,本章设计并合成出四组(A、B、C和D)喹唑啉骨架类可逆激酶抑制剂,共71种新化合物。所有化合物都通过1HNMR和质谱技术得到鉴定,并对其熔点和产率都进行测定。A组(3a-3j和6a-6j)主要作用靶标蛋白是VEGFR2蛋白激酶,其余的三组(B:3-10～3-22; C:3-5a～3-5j和3-6a～3-6j; D:3-23～3-41)主要靶标蛋白是EGFR蛋白激酶。经过初步活性筛选,大部分化合物表现出一定程度的激酶抑制活性,并获得四种先导化合物(Figure2):3j、3-19、3-5b和3-35。化合物3j对VEGFR2激酶磷酸化具有很强抑制作用,其IC50值能够达到2.72nM,随后地激酶选择性实验表明该化合物对VEGFR2具有高度专一性。剩余的三种化合物具有不同的修饰结构,分别对EGFR蛋白激酶具有不同抑制活性。值得注意的是化合物3-35,它能够同时抑制EGFR和HER2激酶的活性,IC50分别达到0.12μM和0.096μM。Figure2.以喹唑啉为骨架优化得到的先导化合物。第二部分：c-Met激酶高表达与EGFR耐药性密切相关,并且临床上通过EGFR激酶抑制剂和c-Met激酶抑制剂联合用药能够显著提高EGFR耐药性患者的生存期。受此启发,我们深入比较两种抑制剂结合口袋的特点；拆分存在于PDB中EGFR和c-Met抑制剂；比较两种抑制剂片段相似性以获取开发EGFR/c-Met双靶标抑制剂公共模板；通过片段药物设计理念设计出116种双靶标抑制剂；最后借助分子对接与3D-QSAR技术虚拟筛选高活性分子,得到14种打分靠前的小分子。值得注意的是,化合物2R2-A-12和2R2-A-6在分子对接实验中表现要明显优于Vichem公司化合物4-1(Figure3).此外,化合物合成工作将后续在实验室中完成。Figure3.先导化合物2R2-A-12和2R2-A-6的化学结构。