噻二唑类组蛋白去乙酰化酶抑制剂的设计、合成与生物活性研究

论文摘要

组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases, HDACs）是广泛存在于真核细胞中的一类金属蛋白酶。HDACs家族各亚型根据结构分为HDACsⅠ、Ⅱ、Ⅲ和ⅣV亚族,其中HDACsⅠ、Ⅱ和Ⅳ亚族属于Zn。+依赖性蛋白酶,HDACsⅢ亚族需要NAD+发挥作用。HDACs主要通过催化组蛋白底物和非组蛋白底物的去乙酰化反应调控基因表达、影响蛋白质的稳定性和结合作用等。HDACs各亚型在许多种癌症中过度表达及其在癌细胞的周期、分化、凋亡、侵袭和转移和血管生成过程中发挥的重要作用,证明HDACs与癌症的发生发展密切相关。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（histone deacetylase inhibitors, HDACi）能够有效地抑制癌细胞的增殖,诱导癌细胞分化和凋亡。现有Vorinostat和Romidepsin被FDA批准上市用于治疗皮肤T-细胞淋巴瘤和总计22个HDACi进入临床抗癌研究阶段,因此近年来HDACi已成为抗癌新药研发的热点。根据已有HDACs的晶体结构和HDACi的化学结构得出HDACi的药效团模型：Zn。+螯合基团和酶表面识别区域通过连接区域相连接。根据Zn2+螯合基团可将HDACi分为异羟肟酸类、2-氨基苯胺甲酰类、酰胺类、亲电子酮类、硫醇类、αα-巯基酮类、硫脲类、三硫代碳酸酯类和硼酸类等。本课题通过对新近报道的HDAC2的X射线晶体结构进行分析,结合文献报道的对HDACsⅠ和Ⅱ亚族和胰腺癌细胞增殖的抑制活性较好的异噁唑类HDACi,通过生物电子等排原理,以2-氨基-1,3,4-噻二唑结构代替异噁唑结构设计了一系列新型化合物。在目标化合物的合成过程中,我们对2-氨基-1,3,4-噻二唑衍生物的合成方法进行了认真分析研究,选用氨基硫脲与苯甲酸、苯乙酸或3-苯丙酸等羧酸以三氯氧磷为脱水剂进行反应,集酰卤生成、酰胺缩合和成环反应于一锅法反应,简化操作,提高产率。上述反应得到的不同取代的2-氨基-1,3,4-噻二唑结构与各种长度的脂肪二酸发生缩合,最后转化成异羟肟酸。合成过程共得到40个新化合物,其中目标化合物22个,新中间体18个均通过核磁共振氢谱、电喷雾质谱或高分辨质谱等方法进行了结构确证。采用HDACs试剂盒对所有目标化合物进行初步活性筛选,结果显示多数噻二唑类异羟肟酸衍生物对HDACs有较好的抑制作用,其中化合物6i、6d、6j、6n、6m、6o和6k抑制HDACs的活性与SAHA相当,IC50值均在0.5μM以下。上述结果说明,1,3,4-噻二唑基团与异羟肟酸基团之间有5或6个亚甲基时抑酶活性较高。对于抑酶活性较高的噻二唑类化合物6i、6d、6j和6n又进行了抗肿瘤细胞增殖活性测试,初步研究发现这四个化合物对高表达HDACs的人MDA-MB-231乳腺癌细胞系和人K562慢性粒细胞白血病细胞系均具有抗增殖活性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 HDACs家族
• 1.2 HDACs的功能
• 1.2.1 HDACs催化组蛋白的去乙酰化反应
• 1.2.2 HDACs催化非组蛋白的去乙酰化反应
• 1.2.2.1 转录因子结合DNA和激活转录的作用
• 1.2.2.2 蛋白质的稳定性
• 1.2.2.3 蛋白质的结合作用
• 1.3 HDACs与癌症的关系
• 1.3.1 细胞周期和分化
• 1.3.2 细胞凋亡
• 1.3.3 细胞侵袭和转移
• 1.3.4 血管生成
• 1.4 HDACs的晶体结构
• 1.4.1 HDACs Ⅰ亚族的晶体结构
• 1.4.2 HDACs Ⅱ亚族的晶体结构
• 1.5 HDACi的研究进展
• 1.5.1 异羟肟酸类
• 1.5.1.1 直链异羟肟酸类
• 1.5.1.2 N-羟基苯丙烯酰胺类
• 1.5.1.3 N-羟基苯甲酰胺类
• 1.5.2 2-氨基苯胺甲酰类
• 2+螯合基团类'>1.5.3 其他Zn²⁺螯合基团类
• 1.5.3.1 酰胺类
• 1.5.3.2 亲电子酮类
• 1.5.3.3 硫醇类
• 1.5.3.4 α-巯基酮类
• 1.5.3.5 硫脲类
• 1.5.3.6 三硫代碳酸酯类
• 1.5.3.7 硼酸类
• 1.6 结语
• 第二章 噻二唑类HDACi的设计
• 2.1 HDACi的药效团模型
• 2.2 噻二唑类HDACi的设计依据
• 2.3 噻二唑类HDACi的合成路线
• 2.3.1 逆合成分析
• 2.3.2 合成路线
• 第三章 噻二唑类HDACi的合成
• 3.1 实验部分
• 3.2 2-氨基-1,3,4-噻二唑中间体的合成讨论
• 3.3 化合物光谱特征
• 3.3.1 目标化合物的光谱特征
• 3.3.2 反式苯乙烯基取代化合物的芳香区光谱特征
• 第四章 噻二唑类HDACi的生物活性测定
• 4.1 噻二唑类HDACi的HDACs抑制活性测定实验
• 4.1.1 实验原理
• 4.1.2 实验材料与方法
• 4.1.2.1 实验材料及所用仪器
• 4.1.2.2 操作步骤
• 4.1.3 HDACs抑制活性测定结果
• 4.1.4 HDACs抑制活性测定结果讨论与构效关系研究
• 4.2 噻二唑类HDACi抑制人肿瘤细胞增殖的活性测定实验
• 4.2.1 实验原理
• 4.2.2 实验材料与方法
• 4.2.2.1 实验材料及所用仪器
• 4.2.2.2 操作步骤
• 4.2.3 抗增殖活性测定结果
• 4.2.4 抗增殖抑制活性测定结果讨论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 1H NMR和HRMS图谱'>附录: 目标化合物的¹H NMR和HRMS图谱
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表