近日，药学院刘兆鹏教授课题组在抗肿瘤多药耐药和高水溶性微管蛋白抑制剂发现方面取得进展，在国际药物化学领域顶级期刊Journal of Medicinal Chemistry发表了题为“SAR Investigation and Discovery of Water-Soluble 1-Methyl-1,4-dihydroindeno[1,2-c]pyrazoles as Potent Tubulin Polymerization Inhibitors”的研究成果。山东大学药学院药物化学博士研究生崔英杰和刘超副研究员为共同第一作者。山东大学药物化学研究所吴敬德副教授和刘兆鹏教授为共同通讯作者。
微管蛋白是抗肿瘤药物研究的有效靶点之一。以紫杉醇、长春新碱和埃坡霉素为代表的微管蛋白抑制剂在临床广泛应用，单独使用，或与靶向、免疫抗肿瘤药物联用，用于多种癌症的治疗。但临床应用的微管蛋白抑制剂大多水溶性差、存在一定的神经毒性，并在临床应用中出现多药耐药等问题。为克服紫杉醇等微管蛋白抑制剂这些缺陷，山东大学刘兆鹏教授课题组在前期研究中，以微管蛋白秋水仙碱结合位点为靶点，基于茚并吡唑这一优势结构，借助于计算机辅助药物设计和虚拟筛选，发现一类新型茚并吡唑类微管蛋白抑制剂，并提出该类化合物与秋水仙碱结合位点的新型结合模式(J. Med. Chem.2016,59, 5341–5355)。其中，先导化合物LL01不是多药耐药外排泵的底物，可以克服由P-糖蛋白介导的耐药机制，对多种肿瘤细胞，包括多药耐药肿瘤细胞、紫杉醇耐药细胞等，具有强抗增殖作用，并在多种肿瘤动物模型中证明了其有效性（Investigational New Drugs,2020,38, 29–38）。由于LL01的水溶性较差（< 5 μg/mL），限制了其进一步的开发和应用。
为进一步明确茚并吡唑类微管蛋白抑制剂的构效关系，提高该类化合物的水溶性，刘兆鹏教授课题组以LL01的结构为基础，对茚并吡唑6位、7位酚羟基上的取代基和3位的芳胺，进行了系统的结构修饰，合成了一系列茚并吡唑衍生物。通过微管蛋白聚合抑制实验和抗肿瘤细胞增殖活性评价，明确了茚并吡唑类微管蛋白抑制剂的构效关系，发现了一系列高活性微管蛋白抑制剂。其中，化合物ID09和ID33具有优良的水溶性（溶解度>1 mg/mL）和理想的LogP值（1.70和0.97）。ID09和ID33靶向秋水仙碱结合位点，通过抑制微管蛋白的聚合，干扰微管、微丝的形成，使肿瘤细胞周期停滞于G2/M期，并通过诱导肿瘤细胞凋亡相关蛋白PARP的裂解，活化caspase-3，诱导肿瘤细胞的凋亡。ID09和ID33对多种肿瘤细胞，包括紫杉醇耐药的肿瘤细胞，具有优良的抗增殖活性，GI50在纳摩尔水平，活性优于紫杉醇、CA-4或与其相当。在初步毒性和耐受性评价中，昆明小鼠灌胃给药ID09，50 mg/kg/day，连续给药14天，ID09对小鼠体重、饮食和行为等没有影响。在HepG2异种移植小鼠模型中，口服给药ID09或ID33（25 mg/kg/day），可以有效抑制肿瘤生长，抑制率分别为57%和54%。尾静脉注射给药ID09（10 mg/kg），每两天给药一次，对肿瘤的抑制率达为68%，而对动物体重和行为等没有明显影响，有望作为候选药物进行系统的临床前药学评价。
该研究工作得到国家自然科学基金委（81573275）的资助。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.0c01345
