以COX-2为靶点的抗肿瘤化合物的设计、合成及生物活性评价

作     者：卢小院 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱海亮

授予年度：2017年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 10[医学] 100701[医学-药物化学] 100602[医学-中西医结合临床] 

主      题：COX-2抑制剂 抗肿瘤 1,5-二芳基吡唑 香豆素 计算机模拟分子对接 

摘      要：肿瘤是一种与慢性呼吸系统疾病、心脏病以及糖尿病类似的非传染性疾病。它们大多是长时间的慢性疾病,随着年龄的增大、都市化的发展、环境污染以及紊乱的生活习惯等因素而逐渐出现的。恶性肿瘤严重威胁着人类的健康。近些年大量权威研究表明,炎症是一个诱导肿瘤发生发展的危险因素。炎症介质是参与和介导炎症反应的化学因子,前列腺素作为一种重要的炎症介质诱导炎症发生继而改变细胞内环境,激活多种蛋白质及炎性因子参与的内源性或外源性信号,促进肿瘤的恶性增殖。pGE2作为前列腺素重要组成部分,通过各种机制增强癌细胞存活生长、促进癌细胞的迁移侵袭、血管生成以及抑制机体免疫反应。如诱导细胞发生基因突变和后天修改、抑制抗肿瘤效应的自然杀伤细胞(Natural killer cells)和CD8+T细胞的作用。前列腺素是由花生四烯酸经过环氧化酶(Cyclooxygenase)催化所合成。国内外研究发现,多种实体瘤中都能检测到环氧化酶-2的过表达。其与肿瘤的恶性增殖与扩散有着密切的联系。因此COX-2与它的下游产物PGE2逐渐成为抗癌药物研究的新型靶点。开发新颖的小分子COX-2抑制剂也一直是药物化学的研究热点。本课题针对COX-2靶点以1,5-二芳基吡唑为基本骨架,基于文献报道的活性片段,利用计算机辅助药物设计方法,结合分子模拟对接、力场比较分析法,引入二氢吡唑杂环、香豆素基团,设计合成了 2个系列共64个1,5-二芳基吡唑新型衍生物。所有的化合物都利用1H NMR、13C NMR、ESI-MS方法进行结构分析,表征数据显示全部正确。此外,2个目标化合物(A2,A20)通过单晶X-衍射结构分析进一步确定了分子结构。在设计合成的一系列含磺胺基团的1,5-二芳基吡唑COX-2抑制剂的研究中,通过体外抗肿瘤增殖、COX-2抑制活性以及诱导癌细胞凋亡实验评估了 44个化合物的抗肿瘤活性。其中化合物A28表现出最高效的抗肿瘤细胞增殖活性(对A549的IC50值为0.78μM)和COX-2抑制活性(IC50= 0.37 μM)。细胞凋亡实验表明,化合物A28能有效诱导A549癌细胞凋亡。此外,大部分化合物对293T细胞与COX-1的毒性和干扰较微弱,具有非常可靠的安全性。前期计算模拟分子对接结果显示,化合物A28与COX-2活性位点紧密结合,这些结果证实了在含磺胺片段1,5-二芳基吡唑骨架上引入活性片段的设计思路的可行性。在上述实验的基础上,基于药物片段设计原理,运用计算机模拟对接技术,我们对结构进行进一步修饰优化,设计并合成了一系列1,5-二芳基吡唑香豆素类衍生物。并且测试了 20个化合物对HeLa、HepG2、F10以及A549几种癌细胞抗增殖活性。其中化合物B20具有最强的抑制肿瘤细胞增殖活性(对HeLa、HepG2细胞的IC50值分别为0.36±0.05与0.85±0.08μM)。酶特异抑制活性实验显示化合物B20抑制COX-2的IC50= 0.09±0.01μM。抗肿瘤细胞增殖和COX-2抑制活性都优于阳性对照Celecoxib的效果。其对应的抑制HeLa、HepG2细胞及 COX-2 的 IC50 分别为 20.79±1.84、27.03±2.04 和 0.31±0.12μM。细胞凋亡实验结果表明化合物B20呈剂量和时间依赖性有效诱导HeLa细胞凋亡。Transwell肿瘤迁移侵袭实验进一步证实了 B20显著抑制HeLa细胞的迁移和侵袭能力,抑制肿瘤在机体内转移扩散。细胞毒性和COX-1抑制实验数据显示绝大部分化合物的安全性均优于上市药物Celecoxib。这些结果也证实了含磺胺基团的1,5-二芳基吡唑香豆素类衍生物有良好的研究前景。3D-QSAR模型的构建也为此类高效低毒的COX-2小分子抑制剂的研究提供了更多有价值的理论指导。