靶向磷酸二酯酶1的潜在抗癌药物--螺羟吲哚衍生物

2020-04-02 09:39:09 来源:源资信息科技(上海)有限公司

1. 研究背景

多激酶抑制剂和特定的磷酸二酯酶(PDEs)抑制剂的联合使用,会抑制肿瘤的生长,是治疗肿瘤的较好选择。磷酸二酯酶家族有11种同工酶,这些酶能调节细胞增殖、凋亡、分化等途径。其中磷酸二酯酶1(PDE-1)可以催化拓扑异构酶I(TOP-1)的磷酸二酯键水解和基因转录过程中的DNA 3-磷酸水解,因此PDE-1是合理的抗癌靶标。 PDE-1抑制剂也成为潜在的抗癌药物。但是目前PDE-1抑制剂数量较少,仍需要发现新型的PDE-1抑制剂,进而开发出更有效的潜在抗癌药物。

螺羟吲哚是合成天然生物碱和药物分子的重要中间体。由于其具有显著的生物活性,使该类化合物在抗癌等药物制剂中得到广泛应用。有研究发现,含螺羟吲哚的化合物具有抑制分支杆菌生长,及抗炎的活性。由于螺羟吲哚的潜在抗癌活性,使得其衍生物的合成就变得极其重要。本研究期望通过对螺羟吲哚的结构修饰,来发现高效的磷酸二酯酶1抑制剂,用于癌症的治疗。


2. 实验过程

图1 研究过程


研究对已知的螺羟吲哚类抗癌药物进行了结构修饰,并合成了14个新型结构的螺羟吲哚衍生物。然后对合成的14个化合物进行细胞毒性和酶活性抑制试验。最后使用药物设计方法—分子对接等,解释了化合物4d表现出最优生物活性的机理。


3. 实验结果

3.1 生物活性试验

研究对合成的14个螺羟吲哚衍生物进行了细胞毒性试验和磷酸二酯酶1抑制试验。细胞毒性试验选用的细胞为:结肠直肠癌(HCT-116)、肝细胞癌(HepG2)和前列腺癌(PC-3),结果发现化合物4i、4j和4k对HCT-116细胞有明显的毒性。细胞毒性试验还发现化合物4d对HepG2细胞和PC-3细胞都表现出显著的毒性(表1)。磷酸二酯酶1抑制试验结果表明,化合物4d对酶的抑制活性最好,并且有较好的选择性。

 

表1 化合物对肝癌细胞(HepG2)的细胞毒性试验结果


3.2 活性机理研究

研究选择磷酸二酯酶1(PDE-1,PDB: 1NOP)进行分子对接,研究化合物4d与靶酶的作用机理。对接结果如图2所示,化合物4d羟吲哚基团上的羰基与残基Thr261形成氢键相互作用,并与His263形成疏水相互作用。化合物4d的另一个羰基与Ser400形成相互作用,吲哚基团也与Lys495形成相互作用。2,4-二氯苯基基团与Ser463形成p堆积作用。吲哚基团位于酶的催化中心,并与His 493形成疏水相互作用。

为了进一步了解化合物产生抑制活性的机理,及化合物骨架的多样性,研究对合成的螺羟吲哚衍生物进行了三维形状比对。比较化合物4d和化合物4k、4j、4i的三维结构,发现化合物4d显示出特殊的三维形状。通过观察三维结构比对结果(图3),发现化合物4d的2,4-二氯苯基位于吡咯基团上,吲哚基团垂直于羟吲哚基团。该化合物所表现出的独特的三维形状,可能是导致其生物活性较好的原因之一。

图2 化合物4d与1NOP的相互作用结果


图3 三维形状比对结构


4. 结论

本研究采用新的合成方法,得到了14个螺羟吲哚衍生物。然后进行了生物活性测定和理论计算来验证这些新型螺羟吲哚衍生物的生物活性和作用机理。通过细胞毒性试验和酶活性抑制试验发现化合物4d表现出最好的生物活性。因此研究又对化合物4d的作用机理进行了分析。通过分析化合物4d与靶酶形成相互作用的残基和比较化合物的三维形状,发现化合物4d能与靶酶的关键氨基酸形成关键相互作用,并且化合物4d的三维形状较独特,这些因素可能是导致其生物活性较好的原因。综合研究结果,化合物4d可以作为潜在的抗癌药物进行后期的临床试验。

使用模块:OEDocking、ROCS


5. 参考文献

1. Barakat A, Islam M S, Ghawas H M, et al. Substituted spirooxindole derivatives as potent anticancer agents through inhibition of phosphodiesterase 1[J]. RSC Advances, 2018, 8(26):14335-14346.

 


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