药物设计学-组蛋白去乙酰化酶抑制剂类药物的设计

装订处南开大学现代远程教育学院考试卷2018年度春季学期期末(2018.9)《药物设计学》主讲教师：李月明学习中心：____________________________专业：_______________________姓名：_________________学号：_______________成绩：___________一、请同学们在下列（15）题目中任选一题，写成期末论文。利用互联网资源，简述组蛋白去乙酰化酶抑制剂类药物的设计利用互联网资源，查询三到四个通过共价键方式与靶标相作用的药物，指出其作用靶点、临床用途及副作用。利用互联网资源，查询三到四个拟肾上腺素类药物，论述化合物的构效关系、临床用途、不良反应及使用注意事项。利用互联网资源，查询三到四个磷酸二酯酶抑制剂类药物，简述化合物的开发过程，化合物的构效关系、临床用途及使用注意事项。简述钙离子通道拮抗剂类药物的开发特点及相关成果简述硝苯地平的开发过程、构效关系、制备工艺及临床用途。简述肽类化合物的生物活性（举三到四个实例即可），并简述对肽骨架进行修饰的常用方法。指出卡托普利的作用靶标、与靶标的作用方式，并简述卡托普利的开发过程及临床用途。用互联网资源，查询三到四个COX-2的选择性抑制剂，指出其与靶标的作用方式，并指出其临床用途及注意事项。利用互联网资源简述青霉素类药物的作用原理。利用互联网资源，查询三到四个羟甲戊二酰辅酶A还原酶抑制剂，指出其结构的共性和不同之处，其作用机制以及临床用途。利用互联网资源，查询三到四个叶酸类抗代谢药物，指出其作用靶标、药物与靶标的作用关系及其主要的临床用途。利用互联网资源，查询三到四个嘧啶类抗代谢药物，指出其作用靶标、药物与靶标的作用关系及其主要的临床用途。试论类药性判断及其在新药研发中的关键作用。简述组合化学技术的发展过程及其在新药创制中的作用。利用互联网资源，查询三到四个实际案例，通过这些案例说明如何进行基于片段的药物设计。利用互联网资源，查询三到四个前药案例，并说明这些前药设计的设计思想、在体内的活化方式以及与母体药物相比的改进之处。利用互联网资源，查询三到四个神经氨酸酶的抑制剂，说明这些药物与靶标之间的作用方式、药物的设计理念以及这些药物的临床用途。利用互联网资源，从正反两方面简述类药性判断在新药创制过程中的作用。利用互联网资源，简述组合化学技术在新药创制过程中的作用。二、论文写作要求论文题目应为授课教师指定题目，论文要层次清晰、论点清楚、论据准确；论文写作要理论联系实际，同学们应结合课堂讲授内容，广泛收集与论文有关资料，含有一定案例，参考一定文献资料。三、论文写作格式要求：论文题目要求为宋体三号字，加粗居中；正文部分要求为宋体小四号字，标题加粗，行间距为1.5倍行距；论文字数要控制在2000－2500字；论文标题书写顺序依次为一、（一）、1.。四、论文提交注意事项：1、论文一律以此文件为封面，写明学习中心、专业、姓名、学号等信息。论文保存为word文件，以“课程名+学号+姓名”命名。2、论文一律采用线上提交方式，在学院规定时间内上传到教学教务平台，逾期平台关闭，将不接受补交。3、不接受纸质论文。4、如有抄袭雷同现象，将按学院规定严肃处理。

组蛋白去乙酰化酶抑制剂类药物的设计[摘要]组蛋白去乙酰化酶（HDACs）是一类对染色体的结构修饰和基因表达调控发挥着重要作用的蛋白酶，与肿瘤的发生发展关系密切。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACIs）在抗肿瘤药物的开发中具有重要意义。本文对HDACs分子结构、HDACs与肿瘤的关系、HDACIs化学结构及其目前主要的设计思路、构效关系进行综述。

ew-6895713[关键词]组蛋白去乙酰化酶；抑制剂；肿瘤

近年来，肿瘤已经成为威胁人类健康的一大杀手。2012年全球新增癌症病例达到1400多万例，预计在未来20年内，癌症死亡人数将从每年820万飙升至1300万[1]。2014年2月3日，世界卫生组织下属的国际癌症研究机构发表的《2014年世界癌症报告》显示，全球癌症死亡率正在以惊人的速度增加，平均每8个死亡病例中就有1例死于癌症。目前肿瘤治疗方法主要是手术治疗、化学疗法和放射治疗，花费高、治愈率低、副作用大，给患者造成了沉重的负担，如何解决这些问题成为科研以及医务工作者密切关注的问题。

随着表观遗传学、分子生物学等研究的深入，越来越多的证据表明，肿瘤的发生发展与基因水平的病变密不可分。组蛋白乙酰化酶与组蛋白去乙酰化酶是调控基因转录与表达的两个主要酶家族。HATs将乙酰辅酶A的乙酰基转移到组蛋白氨基末端特定的赖氨酸残基上，降低组蛋白与DNA的结合，激活基因转录及表达；HDACs使组蛋白去乙酰化，增强组蛋白与DNA的结合，染色质致密卷曲，从而抑制基因的转录及表达。在肿瘤细胞中，HDACs过度表达，去乙酰化作用增强，抑制了特定基因的表达，与肿瘤的发生发展具有密切联系。早在1990年就有科学研究[4-5]表明，组蛋白去乙酰化酶抑制剂有助于抑制肿瘤细胞的存活。本文就HDACs与肿瘤的关系及其现阶段已经上市、处于临床及临床前研究的抑制剂进行综述，以期为抗肿瘤药物的研发提供一些新思路。

一、HDACs的结构及其与肿瘤的关系

真核细胞中，染色质由DNA、组蛋白及其他蛋白组成。组蛋白构成的八聚体紧紧环绕在DNA周围，构成核小体，是染色质的基本组成单位。组蛋白的N-端氨基酸是可被修饰的活性位点，可以发生乙酰化、磷酸化、甲基化等作用，调控基因的表达。HDACs可能通过以下2种机制调控基因的表达：①HDACs使组蛋白去乙酰化，增强组蛋白与DNA结合，染色质致密卷曲，基因的转录受到抑制；②HDACs使一些非组蛋白在DNA附近集聚，与组蛋白N-端活性位点发生作用，影响转录过程。

目前已知的人类HDACs存在18种亚型，根据结构和功能可以分为以下4类。Ⅰ类：HDAC1～3和8；Ⅱ类：HDAC4～7，9～10；Ⅲ类：SIRT1～7；Ⅳ类：HDAC11[10-11]。其中Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅳ类HDACs为Zn2+依赖酶，Ⅲ类为NAD+依赖酶。Zn2+依赖的HDACs是研究的主要靶点，其仅有HDAC4、HDAC7和HDAC8获得了蛋白晶体结构。表观遗传学研究表明，在众多的亚型中，HDAC1和HDAC2与肿瘤发生发展的关系最为密切。

组蛋白的乙酰化与去乙酰化分别受HATs和HDACs的调控，一旦平衡被打破，基因的转录过程将失调。病理情况下，HDACs过度表达，一些肿瘤抑制基因转录受到抑制，引起一系列疾病。例如，HDAC1在胃癌和前列腺癌中高表达，HDAC1和HDAC6在胸腺癌中高表达，HDAC2和HDAC3在结肠直肠癌中高表达等。因此，HDACs是抗肿瘤药物研发中的一个重要靶点。

二、HDACIs的结构及其与肿瘤的关系

目前设计开发的HDACIs种类繁多，根据其化学结构可以分为4类：①异羟肟酸类；②苯酰胺类；③环肽类；④羧酸类。按照其结构特征又可分为3部分片段：①与Zn2+络合的异羟肟酸结构；②中间的脂肪链连接部分；③亲脂性的帽子结构，与受体口袋疏水性结合。临床实验及临床前研究表明，HDACIs对多种肿瘤细胞具有生长抑制的作用，影响肿瘤细胞分化及诱导肿瘤细胞凋亡，用于肿瘤的单一或联合治疗。

1、异羟肟酸类

处于临床实验研究的抑制剂异羟肟酸类HDACIs是在二甲基亚砜（dimethylsulfoxide，DMSO）的基础上研究开发的。Friend等在复苏小鼠红白血病细胞时发现DMSO对传代细胞具有生长抑制作用，并且2/3的病变细胞有好转的现象。该现象引起了Marks等的注意，拉开了异羟肟酸类HDACIs的研究序幕。研究表明，一些极性小分子胺类化合物同样对小鼠红白血病细胞具有生长抑制作用，但其抑制活性未能显著增高。两分子的胺类化合物拼接后得到二乙酰胺类化合物六亚甲基二乙酰胺，并选择性的改变基因的表达，从而起到抑制肿瘤细胞生长的作用，对小鼠红白血病细胞的抑制IC50达到5mmol/L，抑制活性得到显著提高。临床前研究表明，HMBA具有毒性低、良好的药动学性质等优点。HMBA曾进入二期临床实验，用于治疗骨髓异常综合征和急性髓细胞白血病，但由于其活性较低，剂量需求过大，在患者中耐受性差，且有血小板减少等副作用，研究被迫终止。

对HMBA进行进一步的结构修饰，采用羟肟酸片段取代酰胺片段，亲脂性的苯环取代一侧羟基，以期同时达到离子螯合和与疏水性口袋结合的作用，获得了一系列的HDACIs。Merk公司开发的化合物Vorinistat是该类化合物中理化性质及活性较好、毒性适中的化合物，于2006年被美国FDA批准上市，主要用于治疗CTCL。Belinostat（PXD-101，2）是TopoTarget公司开发的HDACIs，对HDACs的IC50为27nmol/L，目前已经在美国批准上市，用于治疗外周T细胞淋巴瘤。Novartis公司研发的Panobinostat（LBH589，3）用于治疗恶性淋巴瘤，例如CTCL已经进入Ⅲ期临床实验。体内外实验表明，Italfarmaco公司开发的Givinostat（ITF2357，4）具有抗炎和细胞毒作用，一项用于治疗霍奇金淋巴瘤Ⅱ期临床实验表明，Givinostat具有抑制淋巴瘤的作用，并且呈现出了良好的安全性。Pharmacyclics公司开发的Abexinostat（PCI-24781，5）用于治疗B细胞淋巴瘤现在正处于Ⅱ期临床实验阶段。Resminostat（4SC-201，6）是可以口服的HDACIs，用于治疗顽固性肿瘤处于Ⅰ期临床实验阶段。Quisinostat（JNJ-26481585，7）作为广谱HDACIs，用于治疗骨髓瘤、白血病等的研究正在进行。

2、环肽类

环肽类化合物是HDACIs中结构最复杂、最具成药潜力的一类化合物，对HDACs抑制活性较强，作用方式与异羟肟酸类HDACIs一致。其基本结构是疏水氨基酸构成的12元环，是亲脂性的帽子结构；非天然氨基酸的侧链构成了连接部分；与Zn2+结合区域是一些环氧酮类或者异羟肟酸片段。目前存在的环肽类HDACIs，根据结构组成可以分为含硫抑制剂、含L-Aoe的抑制剂及其他类抑制剂。

含硫的环肽类HDACIs多为前药，分子中的二硫键或硫酯键在体内降解生成硫醇，与HDACs活性位点的Zn2+螯合而发挥作用，例如Romidepsin（FK-228，10）、FR901375（29）、Largazole（30）。其中Romidepsin对HDAC1的IC50为0.2nmol/L，已获得美国FDA批准上市，主治复发或顽固性CTCL及外周T-细胞淋巴瘤。Taori等从海燕蓝藻中分离得到十六元环肽内酯类化合物Largazole，其对HDACs的抑制活性在nmol/L级别。其乙酰化衍生物与Largazole具有同等程度的抑制活性。Ying等和Nasveschuk等[41]均已经完成了Largazole的全部合成工作。

含有L-Aoe的环肽类HDACIs大都从具有抗寄生虫或抗增殖作用的天然产物中筛选获得，是HDACs的不可逆抑制剂，其功能基团为（2S）-2-氨基-9、10-环氧-8-氧代癸酸（L-Aoe），所以叫做L-Aoe类抑制剂。还有一些其他类型的环肽类HDACIs，也具有很好的开发价值。例如Apicidin（38），对HDAC1和HDAC8的IC50分别为2nmol/L和>1000nmol/L，对包括胃癌、乳腺癌和子宫内膜癌在内的多种人类肿瘤细胞均有较好的抗增殖活性。

3、羧酸类

羧酸类的HDACIs对HDACs抑制活性较弱，为mmol/L级别，其与Zn2+结合区域是一个羧基集团。虽然表面识别区对HDACs抑制活性较为重要，但是目前研究开发的羧酸类HDACIs仍然是简单的烷基链。丁酸是结肠中的微生物代谢的副产物，mmol/L级别的丁酸选择地抑制肿瘤细胞生长的G1期，从而抑制肿瘤细胞增殖，并且不影响正常细胞结构和功能。羧酸类HDACIs作为抗肿瘤药物，其毒性较低，但首过效应强、半衰期短，所需剂量大。其抑制活性低，可能是由于其仅仅具有HDACs抑制活性，而促进细胞分化能力较低的缘故。其常与其他药物联合使用，如丁酸钠和抗脂肪酸合成酶激动剂抗体联合用药，能起到协同诱导作用；苯基丁酸（39）和全反维甲酸（ATRA）联合用药治疗前髓细胞白血病。因此，羧酸类化合物生物利用度低，多将羧基制成酯基，做成前药，吸收、代谢更好。

三、结语

HDACs是人体内一类重要的金属蛋白酶，其参与了细胞周期调控，在肿瘤的发生发展中起到了至关重要的作用。目前已经合成了结构丰富的HDACIs，SAHA、FK228及Belinostat已成功被FDA