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喹喔啉/喹唑啉类磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）小分子抑制剂的设计、合成和活性研究

作　者: 伍鹏
导　师: 胡永洲
学　校: 浙江大学
专　业: 药物化学
关键词: 癌症 PI3K PI3Kα 小分子抑制剂构效关系喹喔啉类衍生物喹唑啉类衍生物
分类号: R914
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

恶性肿瘤正成为威胁人类健康的头号疾病。临床应用的直接作用于细胞有丝分裂或DNA合成修复等过程的传统抗肿瘤药物往往存在疗效不佳、毒副作用大等缺点。作用于细胞内信号通路上关键靶点的小分子抑制剂是一类新型的抗肿瘤药物。这些小分子抑制剂和传统的肿瘤治疗药物相比往往具有更好的疗效和较小的毒副作用。磷脂酰肌醇3-激酶(P13K)是细胞内参与调控包括细胞增殖、存活、生长、转移、凋亡等重要生命活动的一类脂激酶。大量研究表明P13K家族中的α亚型和肿瘤的发生发展关系最为密切,是有希望的肿瘤治疗靶点。近年来,P13K小分子抑制剂由于其在肿瘤治疗方面的潜在应用前景而备受关注。本文根据文献报道的P13K抑制剂的结构特征及它们与P13K的作用模式,结合该位点抑制剂中出现的喹喔啉结构母核,利用理性药物设计原理,通过在喹喔啉环的2位引入不同的芳胺片段并在喹喔啉环的3位引入不同的芳磺酰基或芳磺酰肼基片段,设计、合成了53个结构全新的N-芳基喹喔啉胺类衍生物。体外抗肿瘤活性筛选结果表明：大部分化合物的细胞增殖抑制活性优于阳性对照,其中部分化合物(如化合物1-27、1-51和1-61)对部分受试细胞株增殖抑制的IC50达到了纳摩尔级。初步构效关系研究显示,3-芳磺酰基取代优于3-芳磺酰肼基取代；2-芳胺基芳环上引入甲氧基、氨基、羟基等取代基时对活性有利。目标化合物的P13Ka抑制实验表明,化合物1-27(IC50：0.07μM)和化合物1-61(IC50：0.47μM)具有较强的P13Ka抑制活性。在上述实验基础上,进而利用计算机辅助药物设计方法,通过Catalyst软件包构建了P13Kα的药效团模型Hypol,并对数据库进行虚拟筛选。根据筛选得到的高活性吗啉喹喔啉类化合物WR01(2-30)的结构特征,结合生物电子等排和类似物设计等方法,进一步设计合成了93个2-脂环胺取代的喹喔啉类化合物。体外细胞抗肿瘤活性测试的结果表明,大部分化合物显示了优于阳性对照的细胞增殖抑制活性。构效关系研究表明喹喔啉2位不同的脂环胺片段对活性有不同影响：吡咯烷和氢化异喹啉环取代时活性较差、吗啉环取代时活性较好、羟基哌啶和各种哌嗪环取代时活性最好,达纳摩尔级。PI3Kα抑制实验表明,羟基哌啶喹喔啉类化合物(如2-72,IC50：0.077μM;2-75,IC50：0.025μM)和各种哌嗪喹喔啉类化合物显示了良好的PI3Ka抑制活性,以上结果和药效团Hypol预测的活性基本一致,验证了Hypol的可靠性。Akt蛋白磷酸化抑制实验表明,化合物2-75显示了明显的Akt蛋白磷酸化抑制作用,再次证明了该化合物是通过作用于PI3K信号通路而发挥其抗肿瘤活性的。以上结果表明化合物2-75是有潜力的P13Kα中制剂。此外,本文根据文献报道的2-苯基-4-吗啉基喹唑啉类PI3K抑制剂,利用拼合原理,通过在吗啉喹唑啉母核的6位引入芳亚甲胺侧链、芳磺酰胺基侧链、吡咯烷二酮氨基侧链和马来酰亚胺基侧链共设计合成了五类49个结构新颖的吗啉喹唑啉类衍生物。体外抗肿瘤活性测试结果表明,喹唑啉2位苯基的存在有利于抗肿瘤活性的提高；芳磺酰胺基侧链取代的化合物活性好于芳亚甲胺侧链取代的化合物;吡咯烷二酮氨基侧链取代的化合物活性中等；具有马来酰亚胺基侧链的化合物显示了良好的细胞增殖抑制活性(如化合物3-68和3-69)。该研究为喹唑啉类抗肿瘤药物的开发提供了新的思路。

全文目录

致谢  5-8
Acknowledgements  8-11
缩写表  11-12
摘要  12-14
Abstract  14-18
1 N-芳基喹喔啉胺类PI3K抑制剂的设计、合成与活性研究  18-68
  1.1 N-芳基喹喔啉胺类PI3K抑制剂的研究背景和设计思路  18-24
    1.1.1 N-芳基喹喔啉胺类衍生物的研究背景  18-22
    1.1.2 N-芳基喹喔啉胺类衍生物的设计思路  22-24
  1.2 N-芳基喹喔啉胺类衍生物的合成  24-26
    1.2.1 N-芳基-3-芳磺酰基喹喔啉-2-胺类衍生物的合成  24
    1.2.2 N'-(3-芳胺基喹喔啉-2-基)芳磺酰肼类衍生物的合成  24-26
  1.3 N-芳基喹喔啉胺类衍生物的抗肿瘤活性研究  26-37
    1.3.1 N-芳基喹喔啉胺类衍生物的体外细胞抗肿瘤活性测试及初步构效关系研究  26-33
    1.3.2 N-芳基喹喔啉胺类衍生物的PI3Kα抑制活性和肿瘤作用机制研究  33-37
  1.4 小结  37-38
  1.5 实验部分  38-64
  参考文献  64-68
2 计算机辅助的喹喔啉类PI3K抑制剂的优化与活性研究  68-148
  2.1 研究背景  68
  2.2 PI3K药效团模型的构建  68-78
    2.2.1 PI3K药效团模型的建立  68-74
    2.2.2 PI3K药效团模型的验证  74-77
    2.2.3 PI3K药效团模型的数据库搜索和结果分析  77-78
  2.3 计算机辅助优选的2-脂环胺基喹喔啉类PI3K抑制剂的设计  78-80
  2.4 计算机辅助优选的2-脂环胺基喹喔啉类PI3K抑制剂的合成  80-86
    2.4.1 2-吗啉基喹喔啉类衍生物的合成  80-82
    2.4.2 2-哌啶基喹喔啉类衍生物及类似物的合成  82
    2.4.3 2-哌嗪基喹喔啉类衍生物的合成  82-86
  2.5 2-脂环胺基喹喔啉类PI3K抑制剂的活性研究  86-101
    2.5.1 2-脂环胺基喹喔啉类衍生物的体外抗肿瘤活性筛选和初步构效关系  86-97
    2.5.2 2-脂环胺基喹喔啉类衍生物的PI3Kα抑制活性和抗肿瘤作用机制研究  97-101
  2.6 小结  101-103
  2.7 实验部分  103-143
  参考文献  143-148
3 4-吗啉基喹唑林类衍生物的设计、合成与抗肿瘤活性研究  148-192
  3.1 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的研究背景和设计思路  148-151
    3.1.1 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的研究背景  148-149
    3.1.2 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的设计思路  149-151
  3.2 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的合成  151-155
    3.2.1 6-芳亚甲胺基-4-吗啉基喹唑啉类衍生物的合成  151-153
    3.2.2 6-芳磺酰胺基吗啉基喹唑啉类衍生物的合成  153
    3.2.3 6-(3-氯-2,5-吡咯二酮-4-基)吗啉基喹唑啉类衍生物的合成  153-154
    3.2.4 6-马来酰亚胺基-4-吗啉基喹唑啉类衍生物的合成  154-155
  3.3 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的抗肿瘤活性研究  155-162
    3.3.1 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的体外抗肿瘤活性测试及初步构效关系研究  155-162
    3.3.2 4-吗啉基喹唑啉类衍生物的构效关系小结  162
  3.4 小结  162-163
  3.5 实验部分  163-189
  参考文献  189-192
4 抗肿瘤PI3K抑制剂的研究进展(综述)  192-236
  4.1 磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)和PI3K信号通路  193-197
    4.1.1 PI3K概述与分类  193-195
    4.1.2 PI3K信号通路  195-197
  4.2 PI3K与肿瘤  197-200
    4.2.1 PI3Kα的结构特征  197-199
    4.2.2 PI3Kα与肿瘤发生  199-200
  4.3 PI3K小分子抑制剂的分类和研究进展  200-222
    4.3.1 第一代PI3K抑制剂  200-202
    4.3.2 第二代PI3K抑制剂  202-208
    4.3.3 进入临床研究的PI3K抑制剂  208-218
    4.3.4 最新报道的PI3K抑制剂  218-222
  4.4 小结与展望  222-223
  参考文献  223-236
作者简历  236-239

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