基本信息
- 项目名称：
- 新型FGFR1酪氨酸激酶抑制剂的合成及体外抗肿瘤活性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- FGFR酪氨酸激酶抑制剂已成为抗肿瘤药物研究的热点，而经典抑制剂具有靶向选择性差等缺点，科学家把目光转向了新型抑制剂。EF24为一种靶点未知的抗肿瘤药物，本文发现其为新型结构的FGFR1抑制剂；并合成、筛选到多个活性优于EF24的类似物；部分为可能克服经典抑制剂耐药性的新型非ATP竞争性抑制剂，B和C类有好的靶向选择性，均有很好的研发前景；C4和C5有好的抗肿瘤和抗血管生成活性，具有好的成药前景。
- 详细介绍：
- 1. 研究背景 受体酪氨酸激酶（RTKs）在肿瘤细胞恶性增殖过程中有着重要的作用，目前很多临床在用的肿瘤治疗药物属于RTKs抑制剂。成纤维细胞生长因子受体（FGFR）酪氨酸激酶也是RTKs中的一种，FGFR异常高表达与多种肿瘤密切相关。与其它生长因子抑制剂相比，FGFR抑制剂研究相对较少。而最近多篇发表在nature等国际著名学术期刊上的综述文章分析了FGFR作为多种肿瘤治疗靶点的重要性和可行性，FGFR激酶抑制剂已经成为新的研究热点。已经上市的FGFR抑制剂都为经典抑制剂，由于它们均作用于RTKs上保守的“ATP作用口袋”，因此具有特异靶向性差、副作用大、且易耐药等缺点。 鉴于经典竞争性抑制剂的以上缺点，寻找能克服经典抑制剂缺点的新型抑制剂药物成为新的研究热点，具有新骨架结构或者在激酶上具有新作用靶位点的抑制剂已经成为新型抑制剂研发的一个主流方向，非ATP竞争性抑制剂就属于后一种类型。06年在Nat Chem Biol上报道了研发非ATP竞争性抑制剂的重要性，此类抑制剂作用于各种RTKs 所特有的“非ATP作用口袋”，因此此类抑制剂可能会克服经典抑制剂的以上缺点；11年在J Biol Chem上首次报道了通过共结晶得到了非ATP竞争性抑制剂在FGFR1上的作用位点；接下来很可能会掀起一股研究此类抑制剂的热潮。 2. 研究内容 EF24为一种对结肠癌、卵巢癌等多种肿瘤具有很好治疗作用的药物(Cancer Res 2009, 68(6): 1962），但到目前为止，尚未发现其在体内作用的靶点。本文在前期工作中发现EF24对FGFR1酪氨酸激酶有明显的抑制作用，其IC50达到14μmol/L。而EF24的结构完全不同于临床或者已经报道的经典ATP竞争性抑制剂，预期其和受体的作用模式可能不同于经典抑制剂。 因此本文以EF24为先导物设计合成了4个系列（A、B、C和D类）的新型EF24类似物，合成的34个化合物大部分为新化合物，其中B、C和D类为新结构类型，合成螺杂环类化合物（B和C类）采用的是高产率的“一锅煮”反应，且具有极高的区域选择性和立体选择性。 FGFR1激酶抑制活性实验显示大部分A、B和C类化合物都有较好的活性：化合物浓度在20μM时，有22个化合物的抑制率大于60%；其中13个化合物的IC50小于10 μmol/L，均优于先导化合物EF24；螺杂环类（B和C类）的活性普遍很好，其中B3、C1、C4和C5的IC50均小于5μmol/L；B和C类化合物有很好的靶向选择性，对血管内皮生长因子受体（KDR）激酶与血小板衍生生长因子受体beta（PDGFRb）激酶基本不表现出抑制活性，B和C类化合物具有很好的研究开发前景。 选择典型的活性化合物进行ATP竞争性实验，发现A16和B3为全新型的非ATP竞争性抑制剂，推测其它A、B和C类化合物也属于此类抑制剂。A类化合物虽然具有共平面的共轭结构，但是其骨架完全不同于经典抑制剂，因而其作用模式也不同于经典抑制剂。B和C类化合物为立体的螺杂环类结构，完全不同于经典抑制剂的平面结构，这也许是此类化合物靶向选择性好的结构基础；为此我们提出了假说：立体结构的B和C类螺杂环化合物由于其立体选择性，恰好能够进入FGFR1所特有的“非ATP作用口袋”，但是其详细分子作用机制还有待进一步通过蛋白-药物的分子对接和共结晶等方法进行研究。 C4和C5对FGFR1高表达人胶质瘤细胞（U251）、人成骨肉瘤细胞（Saos-2）、人肺癌细胞（A549）、人宫颈癌细胞（HELA）具有好的抑制生长活性，其中C4和C5在5μM时对U251和Saos-2的抑制活性非常明显，且具有较好的量效关系。进一步研究显示，C4和C5对Saos-2中促增殖信号分子FGFR1激酶和Erk1/2的磷酸化水平有明显的降低作用：作用16h时抑制效果最佳；化合物浓度为5μM时就有很好的抑制作用；具有很好的量效关系，其中C5尤其显著。选择C5进一步进行鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）微血管生成抑制实验，发现其在1mmol/L时就能明显降低CAM微血管生成的数量。C4和C5为具有一定研究开发前景的FGFR1激酶抑制剂。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研发抗肿瘤药效佳、靶向选择性强的EF24类新型FGFR1酪氨酸激酶抑制剂候选药物。 以FGFR1激酶为靶标，以前期发现的新型FGFR1激酶抑制剂EF24为先导物，设计合成类似物；测定类似物对FGFR1激酶的抑制活性（为表征靶向选择性，用KDR与PDGFRb激酶做对照）；研究活性类似物与ATP的竞争性关系、对FGFR1高表达肿瘤细胞的增殖抑制活性和FGFR信号通路的抑制作用、对血管生成的抑制活性。
科学性、先进性及独特之处
- 新型FGFR酪氨酸激酶抑制剂已成为抗肿瘤药物的新热点。 发现FGFR1激酶为靶点未知的抗肿瘤药物EF24的新靶点，为其体内抗肿瘤活性提供新机制； 尚未有文献报道的新型FGFR1激酶抑制剂（EF24类似物）；新型非ATP竞争性抑制剂（A16和B3）；靶向选择性好（B和C类）；治疗肿瘤潜力（C4和C5）； 合成的大部分化合物为新化合物，用一锅煮的方法高产率地合成了B、C类新结构类型。
应用价值和现实意义
- 新型FGFR抑制剂药物对肿瘤治疗具有非常重要的实际应用价值和现实意义。本文发现了EF24的新靶点和新用途，这将增加其实际应用价值。以EF24为先导物合成的多个类似物活性优于EF24，B和C类化合物好的靶向选择性显示其具有较好的研发前景。C4和C5优秀的体外抗肿瘤等活性显示它们具有好的成药前景。EF24类抑制剂属于非ATP竞争性抑制剂，该类抑制剂能克服经典抑制剂易耐药等缺点，有更好的应用前景。
学术论文摘要
- 为了发现抗肿瘤药效佳、靶向选择性强的新型成纤维细胞生长因子受体（FGFR）激酶抑制剂。本文在前期工作中发现靶点未知的抗肿瘤药物EF24为一种新型FGFR1抑制剂，以EF24为先导物，设计合成了4个系列（A、B、C和D）共34个类似物，结构经1H-NMR及ESI-MS确认；培养出活性化合物B3的单晶，并通过X衍射确证其属于单斜晶系，空间群P21/n；FGFR1激酶抑制活性实验显示，大部分A、B和C类化合物都有较好的活性，其中B和C类化合物有很好的靶向选择性，对血管内皮生长因子受体（KDR）激酶与血小板衍生生长因子受体beta（PDGFRb）激酶基本不表现出抑制活性；ATP竞争性实验显示A16和B3为新型的非ATP竞争性抑制剂；B3、 C1、C4和C5对FGFR1高表达人胶质瘤细胞（U251）、人成骨肉瘤细胞（Saos-2）、人肺癌细胞（A549）、人宫颈癌细胞（HELA）都表现出了不同程度的抑制增殖活性，其中C4和C5尤为明显，且具有较好的量效关系；C4和C5对Saos-2中FGFR1激酶和Erk1/2的磷酸化水平有明显的降低作用，且具有很好的量效关系，C5尤其显著；C5对鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）微血管生成有很好的抑制作用；C4和C5为具有一定研究开发前景的FGFR1激酶抑制剂。
获奖情况
- 学生第一作者文章 ①Acta Cryst. E. 2010. E66, 03015. (SCI) ②Acta Cryst. E. 2010, E66, o2518. (SCI) ③新型FGFR1酪氨酸激酶抑制剂的合成及体外抗肿瘤活性研究, 中国药学会2011年生化与生物技术药物年会会议论文(已接收) 已申请专利 ①一类新型螺杂环化合物及其作为治疗剂的用途(201110120476.5) ② 新型成纤维细胞生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(201110139209.2) 学生课题资助 ①前期工作获2010年浙江省大学生科技创新活动计划项目（2010R413019）资助 ②获2011年浙江省大学生科技创新活动计划项目资助
鉴定结果
- 在指导老师的指导下，课题组成员在查阅文献资料的基础上，设计出整体实验方案，克服一切困难顺利完成了实验工作，并完成专利和论文的撰写工作，作品具有一定的创新性，在校和省赛中获得了好成绩。申报情况均属实。
参考文献
- RTKs抑制剂研究现状 1) Nat Rev Cancer 2009, 9(1): 28. 2) Nat Chem Biol. 2006, 2(7): 358. FGFR与肿瘤关系及其抑制剂研究现状 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.
同类课题研究水平概述
- 1 受体酪氨酸激酶（RTKs）抑制剂的研究现状 以RTKs为靶点的抗肿瘤药物的研发已成为药物科学的热点。研发RTKs抑制剂是治疗相关肿瘤的有效办法，已有近120种RTKs抑制剂药物上市或进入临床试验。多种生长因子受体都属于RTKs，目前临床在用的RTKs抑制剂中，研究较多的是表皮生长因子受体、人血管内皮细胞生长因子受体等，而对成纤维细胞生长因子受体(FGFR)的研究相对较少。 2 FGFR抑制剂的研究概述及经典抑制剂的局限性 FGFR突变或异常高表达会导致肿瘤生成，已证实与之相关的肿瘤有：神经胶质瘤、前列腺癌、成骨肉瘤、肺癌和宫颈癌等。最新在nature等国际著名杂志上相继报道了以FGFR作为肿瘤治疗靶点的重要性，显然FGFR成了相关肿瘤治疗的热门靶点，FGFR抑制剂。以FGFR为靶标对肿瘤治疗的有效方法是研发FGFR抑制剂药物。尽管已有其抑制剂药物上市，但相对于其它生长因子抑制剂来说，FGFR抑制剂相对年轻，并逐渐成为新的热点。已经有多种经典FGFR抑制剂药物上市。但经典抑制剂共同的缺点是：特异靶向性差，副作用大，且易耐药。其主要原因是：经典抑制剂都是RTKs的ATP竞争性抑制剂，作用于高度保守的ATP结合域，该结合域的三维结构在几乎所有的RTKs家族中都高度保守，因而降低了药物的靶向选择性，增加了其体内毒性。 3 克服经典抑制剂缺点的新型FGFR抑制剂 鉴于经典竞争性抑制剂的以上缺点，近年来研究人员开始寻找可以克服以上缺点的新型抑制剂。其中新骨架结构或者在激酶上新作用位点药物的研发是新型抑制剂研发的一个主流方向，非ATP竞争性抑制剂就属于后一种类型。06年在Nat Chem Biol上报道了研发非ATP竞争性抑制剂的重要性，此类抑制剂作用于各种RTKs 所特有的“非ATP作用口袋”，因此此类抑制剂可能会克服经典抑制剂的以上缺点；11年在J Biol Chem上首次报道了通过共结晶得到了非ATP竞争性抑制剂在FGFR1上的作用位点；非ATP竞争性抑制剂已经成为新的研究热点。 本文在发现靶点未知的抗肿瘤药物EF24为新型FGFR1抑制剂的基础上，筛选到多个活性优于EF24的抑制剂，其中A16和B3为非ATP竞争性抑制剂，且B和C类化合物有好的靶向选择性，其原因很可能是与此类抑制剂作用于FGFR1所特有的“非ATP作用口袋”有关。
