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基本信息
- 項目名稱：
- 新型FGFR1酪氨酸激酶抑制劑的合成及體外抗腫瘤活性研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- FGFR酪氨酸激酶抑制劑已成為抗腫瘤藥物研究的熱點，而經(jīng)典抑制劑具有靶向選擇性差等缺點，科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了新型抑制劑。EF24為一種靶點未知的抗腫瘤藥物，本文發(fā)現(xiàn)其為新型結(jié)構(gòu)的FGFR1抑制劑；并合成、篩選到多個活性優(yōu)于EF24的類似物；部分為可能克服經(jīng)典抑制劑耐藥性的新型非ATP競爭性抑制劑，B和C類有好的靶向選擇性，均有很好的研發(fā)前景；C4和C5有好的抗腫瘤和抗血管生成活性，具有好的成藥前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 1. 研究背景 受體酪氨酸激酶（RTKs）在腫瘤細(xì)胞惡性增殖過程中有著重要的作用，目前很多臨床在用的腫瘤治療藥物屬于RTKs抑制劑。成纖維細(xì)胞生長因子受體（FGFR）酪氨酸激酶也是RTKs中的一種，F(xiàn)GFR異常高表達(dá)與多種腫瘤密切相關(guān)。與其它生長因子抑制劑相比，F(xiàn)GFR抑制劑研究相對較少。而最近多篇發(fā)表在nature等國際著名學(xué)術(shù)期刊上的綜述文章分析了FGFR作為多種腫瘤治療靶點的重要性和可行性，F(xiàn)GFR激酶抑制劑已經(jīng)成為新的研究熱點。已經(jīng)上市的FGFR抑制劑都為經(jīng)典抑制劑，由于它們均作用于RTKs上保守的“ATP作用口袋”，因此具有特異靶向性差、副作用大、且易耐藥等缺點。 鑒于經(jīng)典競爭性抑制劑的以上缺點，尋找能克服經(jīng)典抑制劑缺點的新型抑制劑藥物成為新的研究熱點，具有新骨架結(jié)構(gòu)或者在激酶上具有新作用靶位點的抑制劑已經(jīng)成為新型抑制劑研發(fā)的一個主流方向，非ATP競爭性抑制劑就屬于后一種類型。06年在Nat Chem Biol上報道了研發(fā)非ATP競爭性抑制劑的重要性，此類抑制劑作用于各種RTKs 所特有的“非ATP作用口袋”，因此此類抑制劑可能會克服經(jīng)典抑制劑的以上缺點；11年在J Biol Chem上首次報道了通過共結(jié)晶得到了非ATP競爭性抑制劑在FGFR1上的作用位點；接下來很可能會掀起一股研究此類抑制劑的熱潮。 2. 研究內(nèi)容 EF24為一種對結(jié)腸癌、卵巢癌等多種腫瘤具有很好治療作用的藥物(Cancer Res 2009, 68(6): 1962），但到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)其在體內(nèi)作用的靶點。本文在前期工作中發(fā)現(xiàn)EF24對FGFR1酪氨酸激酶有明顯的抑制作用，其IC50達(dá)到14μmol/L。而EF24的結(jié)構(gòu)完全不同于臨床或者已經(jīng)報道的經(jīng)典ATP競爭性抑制劑，預(yù)期其和受體的作用模式可能不同于經(jīng)典抑制劑。 因此本文以EF24為先導(dǎo)物設(shè)計合成了4個系列（A、B、C和D類）的新型EF24類似物，合成的34個化合物大部分為新化合物，其中B、C和D類為新結(jié)構(gòu)類型，合成螺雜環(huán)類化合物（B和C類）采用的是高產(chǎn)率的“一鍋煮”反應(yīng)，且具有極高的區(qū)域選擇性和立體選擇性。 FGFR1激酶抑制活性實驗顯示大部分A、B和C類化合物都有較好的活性：化合物濃度在20μM時，有22個化合物的抑制率大于60%；其中13個化合物的IC50小于10 μmol/L，均優(yōu)于先導(dǎo)化合物EF24；螺雜環(huán)類（B和C類）的活性普遍很好，其中B3、C1、C4和C5的IC50均小于5μmol/L；B和C類化合物有很好的靶向選擇性，對血管內(nèi)皮生長因子受體（KDR）激酶與血小板衍生生長因子受體beta（PDGFRb）激酶基本不表現(xiàn)出抑制活性，B和C類化合物具有很好的研究開發(fā)前景。 選擇典型的活性化合物進行ATP競爭性實驗，發(fā)現(xiàn)A16和B3為全新型的非ATP競爭性抑制劑，推測其它A、B和C類化合物也屬于此類抑制劑。A類化合物雖然具有共平面的共軛結(jié)構(gòu)，但是其骨架完全不同于經(jīng)典抑制劑，因而其作用模式也不同于經(jīng)典抑制劑。B和C類化合物為立體的螺雜環(huán)類結(jié)構(gòu)，完全不同于經(jīng)典抑制劑的平面結(jié)構(gòu)，這也許是此類化合物靶向選擇性好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；為此我們提出了假說：立體結(jié)構(gòu)的B和C類螺雜環(huán)化合物由于其立體選擇性，恰好能夠進入FGFR1所特有的“非ATP作用口袋”，但是其詳細(xì)分子作用機制還有待進一步通過蛋白-藥物的分子對接和共結(jié)晶等方法進行研究。 C4和C5對FGFR1高表達(dá)人膠質(zhì)瘤細(xì)胞（U251）、人成骨肉瘤細(xì)胞（Saos-2）、人肺癌細(xì)胞（A549）、人宮頸癌細(xì)胞（HELA）具有好的抑制生長活性，其中C4和C5在5μM時對U251和Saos-2的抑制活性非常明顯，且具有較好的量效關(guān)系。進一步研究顯示，C4和C5對Saos-2中促增殖信號分子FGFR1激酶和Erk1/2的磷酸化水平有明顯的降低作用：作用16h時抑制效果最佳；化合物濃度為5μM時就有很好的抑制作用；具有很好的量效關(guān)系，其中C5尤其顯著。選擇C5進一步進行雞胚絨毛尿囊膜（CAM）微血管生成抑制實驗，發(fā)現(xiàn)其在1mmol/L時就能明顯降低CAM微血管生成的數(shù)量。C4和C5為具有一定研究開發(fā)前景的FGFR1激酶抑制劑。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 研發(fā)抗腫瘤藥效佳、靶向選擇性強的EF24類新型FGFR1酪氨酸激酶抑制劑候選藥物。 以FGFR1激酶為靶標(biāo)，以前期發(fā)現(xiàn)的新型FGFR1激酶抑制劑EF24為先導(dǎo)物，設(shè)計合成類似物；測定類似物對FGFR1激酶的抑制活性（為表征靶向選擇性，用KDR與PDGFRb激酶做對照）；研究活性類似物與ATP的競爭性關(guān)系、對FGFR1高表達(dá)腫瘤細(xì)胞的增殖抑制活性和FGFR信號通路的抑制作用、對血管生成的抑制活性。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 新型FGFR酪氨酸激酶抑制劑已成為抗腫瘤藥物的新熱點。 發(fā)現(xiàn)FGFR1激酶為靶點未知的抗腫瘤藥物EF24的新靶點，為其體內(nèi)抗腫瘤活性提供新機制； 尚未有文獻報道的新型FGFR1激酶抑制劑（EF24類似物）；新型非ATP競爭性抑制劑（A16和B3）；靶向選擇性好（B和C類）；治療腫瘤潛力（C4和C5）； 合成的大部分化合物為新化合物，用一鍋煮的方法高產(chǎn)率地合成了B、C類新結(jié)構(gòu)類型。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 新型FGFR抑制劑藥物對腫瘤治療具有非常重要的實際應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。本文發(fā)現(xiàn)了EF24的新靶點和新用途，這將增加其實際應(yīng)用價值。以EF24為先導(dǎo)物合成的多個類似物活性優(yōu)于EF24，B和C類化合物好的靶向選擇性顯示其具有較好的研發(fā)前景。C4和C5優(yōu)秀的體外抗腫瘤等活性顯示它們具有好的成藥前景。EF24類抑制劑屬于非ATP競爭性抑制劑，該類抑制劑能克服經(jīng)典抑制劑易耐藥等缺點，有更好的應(yīng)用前景。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了發(fā)現(xiàn)抗腫瘤藥效佳、靶向選擇性強的新型成纖維細(xì)胞生長因子受體（FGFR）激酶抑制劑。本文在前期工作中發(fā)現(xiàn)靶點未知的抗腫瘤藥物EF24為一種新型FGFR1抑制劑，以EF24為先導(dǎo)物，設(shè)計合成了4個系列（A、B、C和D）共34個類似物，結(jié)構(gòu)經(jīng)1H-NMR及ESI-MS確認(rèn)；培養(yǎng)出活性化合物B3的單晶，并通過X衍射確證其屬于單斜晶系，空間群P21/n；FGFR1激酶抑制活性實驗顯示，大部分A、B和C類化合物都有較好的活性，其中B和C類化合物有很好的靶向選擇性，對血管內(nèi)皮生長因子受體（KDR）激酶與血小板衍生生長因子受體beta（PDGFRb）激酶基本不表現(xiàn)出抑制活性；ATP競爭性實驗顯示A16和B3為新型的非ATP競爭性抑制劑；B3、 C1、C4和C5對FGFR1高表達(dá)人膠質(zhì)瘤細(xì)胞（U251）、人成骨肉瘤細(xì)胞（Saos-2）、人肺癌細(xì)胞（A549）、人宮頸癌細(xì)胞（HELA）都表現(xiàn)出了不同程度的抑制增殖活性，其中C4和C5尤為明顯，且具有較好的量效關(guān)系；C4和C5對Saos-2中FGFR1激酶和Erk1/2的磷酸化水平有明顯的降低作用，且具有很好的量效關(guān)系，C5尤其顯著；C5對雞胚絨毛尿囊膜（CAM）微血管生成有很好的抑制作用；C4和C5為具有一定研究開發(fā)前景的FGFR1激酶抑制劑。
獲獎情況
- 學(xué)生第一作者文章 ①Acta Cryst. E. 2010. E66, 03015. (SCI) ②Acta Cryst. E. 2010, E66, o2518. (SCI) ③新型FGFR1酪氨酸激酶抑制劑的合成及體外抗腫瘤活性研究, 中國藥學(xué)會2011年生化與生物技術(shù)藥物年會會議論文(已接收) 已申請專利 ①一類新型螺雜環(huán)化合物及其作為治療劑的用途(201110120476.5) ② 新型成纖維細(xì)胞生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑(201110139209.2) 學(xué)生課題資助 ①前期工作獲2010年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃項目（2010R413019）資助 ②獲2011年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃項目資助
鑒定結(jié)果
- 在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，課題組成員在查閱文獻資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計出整體實驗方案，克服一切困難順利完成了實驗工作，并完成專利和論文的撰寫工作，作品具有一定的創(chuàng)新性，在校和省賽中獲得了好成績。申報情況均屬實。
參考文獻
- RTKs抑制劑研究現(xiàn)狀 1) Nat Rev Cancer 2009, 9(1): 28. 2) Nat Chem Biol. 2006, 2(7): 358. FGFR與腫瘤關(guān)系及其抑制劑研究現(xiàn)狀 1) Nat Rev Drug Discov 2009, 8(3): 235. 2) Nat Rev Cancer 2010, 10(2): 116. 3) Pharmacology & Therapeutics 2010, 125(1): 105. 4) Cancer Res 2010, 70(13): 5199 5) Cell Cycle 2009, 8(4): 580. 6) J Biol Chem. 2011. M110.213736 [pii]10.1074/jbc.M110.213736. EF24研究概括 1) Mol Cancer 2009, 8: 133. 2) Cancer Res 2009, 68(6): 1962.
同類課題研究水平概述
- 1 受體酪氨酸激酶（RTKs）抑制劑的研究現(xiàn)狀 以RTKs為靶點的抗腫瘤藥物的研發(fā)已成為藥物科學(xué)的熱點。研發(fā)RTKs抑制劑是治療相關(guān)腫瘤的有效辦法，已有近120種RTKs抑制劑藥物上市或進入臨床試驗。多種生長因子受體都屬于RTKs，目前臨床在用的RTKs抑制劑中，研究較多的是表皮生長因子受體、人血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體等，而對成纖維細(xì)胞生長因子受體(FGFR)的研究相對較少。 2 FGFR抑制劑的研究概述及經(jīng)典抑制劑的局限性 FGFR突變或異常高表達(dá)會導(dǎo)致腫瘤生成，已證實與之相關(guān)的腫瘤有：神經(jīng)膠質(zhì)瘤、前列腺癌、成骨肉瘤、肺癌和宮頸癌等。最新在nature等國際著名雜志上相繼報道了以FGFR作為腫瘤治療靶點的重要性，顯然FGFR成了相關(guān)腫瘤治療的熱門靶點，F(xiàn)GFR抑制劑。以FGFR為靶標(biāo)對腫瘤治療的有效方法是研發(fā)FGFR抑制劑藥物。盡管已有其抑制劑藥物上市，但相對于其它生長因子抑制劑來說，F(xiàn)GFR抑制劑相對年輕，并逐漸成為新的熱點。已經(jīng)有多種經(jīng)典FGFR抑制劑藥物上市。但經(jīng)典抑制劑共同的缺點是：特異靶向性差，副作用大，且易耐藥。其主要原因是：經(jīng)典抑制劑都是RTKs的ATP競爭性抑制劑，作用于高度保守的ATP結(jié)合域，該結(jié)合域的三維結(jié)構(gòu)在幾乎所有的RTKs家族中都高度保守，因而降低了藥物的靶向選擇性，增加了其體內(nèi)毒性。 3 克服經(jīng)典抑制劑缺點的新型FGFR抑制劑 鑒于經(jīng)典競爭性抑制劑的以上缺點，近年來研究人員開始尋找可以克服以上缺點的新型抑制劑。其中新骨架結(jié)構(gòu)或者在激酶上新作用位點藥物的研發(fā)是新型抑制劑研發(fā)的一個主流方向，非ATP競爭性抑制劑就屬于后一種類型。06年在Nat Chem Biol上報道了研發(fā)非ATP競爭性抑制劑的重要性，此類抑制劑作用于各種RTKs 所特有的“非ATP作用口袋”，因此此類抑制劑可能會克服經(jīng)典抑制劑的以上缺點；11年在J Biol Chem上首次報道了通過共結(jié)晶得到了非ATP競爭性抑制劑在FGFR1上的作用位點；非ATP競爭性抑制劑已經(jīng)成為新的研究熱點。 本文在發(fā)現(xiàn)靶點未知的抗腫瘤藥物EF24為新型FGFR1抑制劑的基礎(chǔ)上，篩選到多個活性優(yōu)于EF24的抑制劑，其中A16和B3為非ATP競爭性抑制劑，且B和C類化合物有好的靶向選擇性，其原因很可能是與此類抑制劑作用于FGFR1所特有的“非ATP作用口袋”有關(guān)。
