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蛋白激酶CK2是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,因参与多种细胞调节进程,在许多癌症细胞中高表达,而成为抗癌药物的研发靶点。传统蛋白激酶CK2抑制剂作用于ATP活性位点,但因为该位点的保守性使其面临选择性问题。相对于高度保守的正构位点,别构位点的多样化赋予别构调节剂更强的选择性和更低的毒性。因此,靶向蛋白激酶CK2的别构位点开发具有高选择性和特异性的抑制剂成为该类激酶抑制剂的研发热点。CK2的aD口袋是一个深而疏水的U型空腔,具有较高的结构柔性和部分打开的独特构象,使之成为高选择性CK2别构抑制剂发现的重要位点。本论文以蛋白激酶CK2的aD别构位点为研究靶点,综合利用药效团模型,分子对接及亲和力预测方法开展基于小分子片段数据库的虚拟筛选,并对理论苗头化合物进行生物活性评价,获得了兼具激酶抑制活性和抗肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭活性的新型抗癌CK2抑制剂,为靶向蛋白激酶CK2的抗肿瘤药物研发提供了理论依据和实验指导。1.基于CK2αD口袋的药效团模型构建基于受体结构构建药效团模型是药物设计中的重要方法。为获取CK2αD口袋的结构特征,运用分子动力学的方法探究了对αD口袋具有良好结合亲和力的化合物（PDB ID:5ORJ的配体）与该位点的结合模式,揭示了蛋白激酶CK2aD位点的关键作用残基包括疏水性残基Phe121、Tyr125、Ile133、Tyr136、Met221和Met225,以及极性残基Asn118、Pro159和Val162。进一步,利用Discovery Studio 4.0构建基于CK2αD口袋的药效团模型,得到包含两个氢键供体特征元素和两个疏水特征元素的药效团模型。模型验证结果表明两个氢键供体特征可与10个已知活性的小分子配体上的亚氨基匹配,并指向口袋入口处Pro159、Val162的骨架羰基和Asn118的侧链羰基;而两个疏水特征则与活性分子联苯结构上的氯基、烷基苯或甲氧基匹配,并落入由残基Ile133、Tyr136、Met221和Met225组成的疏水空腔中。结果表明该药效团模型合理可靠,可以用于指导后续基于受体的虚拟筛选。2.靶向CK2aD位点抑制剂的虚拟筛选小分子片段化合物因具有分子量小,结构简单,可改造空间大等优势,而成为虚拟筛选过程中小分子库的重要来源。以上述基于受体构建的药效团模型作为提问结构,对包含13802个小分子化合物的Chem Bridge?片段库进行匹配初筛,并在此基础上进行基于结合亲和力预测、分子对接打分和相互作用模式的虚拟筛选研究,进而得到6个对接打分高、具有良好结合亲和力且能与残基Asn118、Pro159或Val162产生氢键相互作用并能嵌入由残基Phe121、Tyr125、Ile133、Tyr136、Met221和Met225组成的疏水口袋的理论苗头化合物进行生物活性评价。3.理论苗头化合物的生物活性评价运用分子生物学及细胞生物学方法,对上述所筛选的理论苗头化合物进行激酶抑制活性和抗肿瘤活性测试。ADP-GloTM激酶活性检测实验结果表明,化合物3表现出最高的CK2激酶抑制活性(IC50=13.1μM),而与之结构相似的化合物4则表现出较弱的抑制活性(IC50>1000μM)。分子模拟结果揭示了化合物4上萘取代基的立体位阻效应是导致两者抑制活性差异的结构因素。而细胞增殖、迁移及侵袭实验结果表明化合物3、4、5、6对人肺癌细胞A549的增殖、迁移和侵袭均有一定抑制作用,其中化合物3对人肺癌细胞A549的IC50值为23.1μM,在40μM时对A549细胞具有较好的迁移抑制效果,此时抑制了47%的细胞迁移,且在20μM浓度下36h的肿瘤细胞侵袭抑制率为28%。综上所述,本研究以蛋白激酶CK2的aD别构位点为研究靶点,整合药效团模型,分子对接,亲和力预测和相互作用模式分析等方法,开展基于Chem Bridge?片段库的虚拟筛选,并结合理论苗头化合物的生物活性评价获得了兼具高激酶抑制活性和抗肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭活性的新型骨架化合物3,为基于该化合物的结构优化设计奠定了理论基础,也为靶向CK2α开发抗癌抑制剂提供了新的研究思路。