拓扑异构酶Ⅱ抑制剂的合成及其抗肿瘤机制的研究

拓扑异构酶Ⅱ抑制剂的合成及其抗肿瘤机制的研究DNA拓扑异构酶是一类负责解决DNA拓扑结构的酶,这些酶在细胞的一些基
础生命活动,如复制、转录、重组、修复、染色质的重新构建、M期染色体的浓
缩和分离等中起着关键作用。

随着Topo Ⅱ毒剂被广泛应用于治疗肿瘤疾病中,
人们逐渐发现这些毒剂具有严重的副作用,如治疗过程产生的耐药、继发性肿瘤和心脏毒性等,限制了其临床使用。

还会导致多药耐药性的产生,降低肿瘤细胞对化学药物的敏感性,从而限制
抗肿瘤药物应用。

而常见的Topo Ⅱ毒剂,往往都会产生严重的DNA损伤作用,例如依托泊苷(Etoposide),或者容易被药物外排泵排出细胞外,而降低细胞内药物的浓度,导致药物敏感性降低。

同时,TopoⅡ毒剂还会导致细胞内拓扑异构酶Ⅱ水平的降低,导致细胞对TopoⅡ靶点的药物敏感度降低。

许多天然来源的吖啶酮类似物具有良好的抗肿瘤、抗菌、抗寄生虫、抗炎等生理活性。

同时吖啶酮类似物具有抑制P-gp以及MRP家族蛋白的功能。

基于此,本研究对吖啶酮进行结构修饰,希望发现活性好、毒副作用低,有潜在开发前景的新型Topo Ⅱ抑制剂。

我们首先对2,6二氯苯甲酸的5位上硝基,第二步的进行最为困难,经过一系列的探究,最终利用了 Buchwald-Hartwig人名反应实现了中间体C的大量合成;第三步为傅克酰基化反应,生成中间体D;第四步为不同氨基化合物的亲核取代
反应,生成E系列化合物;第五步为部分E系列化合物硝基还原成氨基,得到F系列化合物。

接着我们对所得化合物进行抗肿瘤细胞增殖活性测试,选取三株肿瘤细胞(HCT116、SW480、HeLa),得到化合物对三株肿瘤细胞的IC50值,其中活性较
好的化合物(IC50<10 μM)有E24、E25、E27、E29、E30、E31、E32、E33、F8等几个化合物。

对这些化合物进行体外Topo Ⅱα抑制活性分析,筛选出活性较好的Topo Ⅱα抑制剂:E24、E25、E29-E33等。

综合IC50值与体外酶活抑制情况我们选择了 E33对其进行机理研究。

并得到了一些有意义的实验结果。

E33在体外能够抑制Topo Ⅱα介导的超螺旋DNA解螺旋实验以及KDNA断裂实验,说明E33能够抑制Topo Ⅱα的活性。

同时,E33显著降低了肿瘤细胞的生存率,且表现出比依托泊苷更强的细胞
毒性;E33显著抑制了肿瘤细胞的克隆形成;同时E33还显著抑制了肿瘤细胞的伤口愈合速率。

我们发现E33并不引起显著的细胞凋亡和周期阻滞作用,我们使用双阻法检测细胞对Gi/S期的影响,发现E33没有引起Gi/S期的损伤;接着使用同样的方法验证E33对G2/M期的影响,发现E33能够使结肠癌细胞发生G2/M期阻滞;接着为了探究周期阻滞的原因,同时考虑到拓扑异构酶Ⅱ在细胞周期中的作用,我们进行了染色体伸展实验,发现E33能够抑制肿瘤细胞染色体浓缩,因而我们得出结论染色体浓缩的抑制导致了HCT116细胞G2/M期阻滞。

同时为了验证E33是否是通过抑制细胞内Topo Ⅱ来发挥细胞功效,我们进行了Topo Ⅱ-DNA捕获实验,发现E33能够抑制细胞内Topo Ⅱ,但却不引起Topo Ⅱ蛋白的降解;我们还发现E33不引起HCT116细胞DNA损伤,这一结果同时也解释了为什么E33没有引起Topo Ⅱ的降解。

这些结果均表明了E33具有潜在的抗肿瘤细胞增殖活性,同时表现出比传统的Topo Ⅱ毒剂更好的性质,需要后续进
行深入的研究评价。