PARP和AuroraA激酶双重抑制剂的设计、合成及生物活性评估文献综述

课题名称

PARP和Aurora A激酶双重抑制剂的设计、合成及生物活性评估

毕业设计的内容和意义

根据PARP和Aurora A激酶两者之间的生物学关系，提出双重抑制剂的设计与合成，并经过初步的评估筛选有前途的候选分子。在课题的实施过程中，提高文献查阅能力和实验操作能力。本课题旨在利用Aurora A抑制剂和PARP抑制剂联用存在的协同效果，开发新型的肿瘤治疗手段。

文献综述

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶（PARP）在肿瘤细胞中过表达，会导致肿瘤细胞的基因修复后产生耐药性[1]。同样的，Aurora激酶也是在肿瘤细胞中，异常表达的有丝分裂调节蛋白。通过抑制这两种物质的活性，抑制其在肿瘤细胞中的表达，在抗肿瘤过程中起到关键性的作用。因而PARP抑制剂和Aurora激酶抑制剂，被作为近些年抗肿瘤药物研究的关注点和突破口。

PARP是一类DNA单链损伤修复酶，具有碱基切除修复的功能，在肿瘤细胞DNA的修复过程中，PARP的过表达起着关键性作用。PARP家族中有18个核蛋白成员，目前的研究认为，其中仅有6个可以发挥DNA修复的作用，而其他成员仅有传递ADP核糖的功能。其中PARP-1和PARP-2在碱基切除修复过程中有着核心修复功能，也是目前研究最成熟的PARP家族成员。其中PARP-1是PARP家族中最主要的成员，其在细胞中承担着PARP家族90%以上的功能，是DNA损伤修复中起关键作用的因子[1-2]。

PARP抑制剂的原理是合成致死。即当细胞存在BRCA1/2缺陷并PARP受到抑制，细胞将无法进行DNA修复而导致死亡。PARP抑制剂的使用，抑制了PARP在肿瘤细胞中的过表达，对放化疗具有一定的增敏效果，而且在特定基因型瘤种中，也有着显著的单独抗肿瘤效应。因此，PARP抑制剂可以作为抗肿瘤治疗过程中的辅助药物。如在肿瘤化疗过程中，抑制PARP-1的DNA修复功能，有助于化疗药物疗效的提高，减少肿瘤细胞出现耐药的可能[1]。

极光激酶(Aurora激酶)是一种新型的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，参与调节有丝分裂的中心体和微管的功能，从而影响细胞周期进程，是细胞有丝分裂过程中必须的激酶。异常表达的Aurora激酶会导致细胞有丝分裂的过程出现异常现象。

目前已知的哺乳动物细胞中，存在3种Aurora激酶亚型：Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C。Aurora-A在细胞中的活动具有周期性，G1、S期表达水平很低，S期末期至G1期，在微管的作用下，中心体移向两极，核膜破裂，形成纺锤体，此时Aurora-A的蛋白质水平显著提高，达到峰值，之后迅速降解[3]。其过度表达可抑制细胞质的分裂，使细胞不能离开M期，从而导致中心体的扩增[4-5]。

Aurora-A是一个关键的致癌基因，其主要分布在细胞质中。正常情况下，只在胎儿肝脏、胸腺等生长活跃的器官组织中高度表达，当其基因位点发生高频率扩增后，就会在其它部位发生过表达[5]。通常情况下Aurora激酶在正常细胞中的活性很低，但在肿瘤细胞中过渡表达，利用这一特性，可以将其作为提高抗肿瘤药物选择性的重要靶标。

近年来，Aurora激酶抑制剂的研制受到广泛关注。Aurora激酶抑制剂根据药物作用的种类，可以分为：(1)非特异性Aurora激酶抑制剂；（2）Aurora-A激酶抑制剂；(3)Aurora-B激酶抑制剂[6]。其中Aurora-A的特异性抑制剂主要包括苯并氮卓类 、噻唑氨基吡啶类和嘧啶环类三种[5]。这些特异性的Aurora-A激酶抑制剂，具有靶向治疗的作用，可以降低临床阶段的不良反应。

已有相关的研究揭示Aurora A与BRCA1/2直接的关系，BRCA1/2 的稳定性需要Aurora A活性[7-8]。换句话说Aurora A活性有利于PARP抑制剂的合成致死搭档的稳定。除此以外，抑制Aurora A有助于降低细胞对顺铂耐药，有助于PARP抑制剂联合顺铂诱导癌细胞凋亡[9-10]。研究表明，Aurora A在卵巢癌进展中调节PARP的表达和活性，从而调节DNA损伤反应和DNA修复。Aurora A抑制剂和PARP抑制剂的联用，有望成为具有协同作用的新的肿瘤治疗手段。本课题主要基于此，试图利用两者的协同效果，设计出一类同时具有两种酶抑制活性的新型分子，目的在于开发新的肿瘤治疗手段。

[参考文献]

[1]王均惠,陈建新,解方为.PARP抑制剂的临床研究进展[J].临床肿瘤学杂志,2015(8):751-754.

[2]王世瑞,薛晓文.PARP家族及临床使用的PARP抑制剂[J].广东化工,2019(9):134-136.

[3]Dutertre S,Descamps S,Prigent C.On the role of aurora-A incentrosome function[J].Oncogene,2002,21(40):6175-6183.

[4]李浩,尤启冬.Aurora激酶抑制剂研究进展[J].药学进展,2008(8):337-344.

[5]凌静,张磊,李泽民,姚其正.Aurora激酶及其抑制剂研究进展[J].国外医药抗生素分册,2016(2):61-67.

[6]郑向前,高明,任秀宝,Jin Q.Cheng.Aurora-A激酶的研究进展[J].中国肿瘤临床,2014(4):272-275.

[7]S.Shao,Y.Wang,S.Jin,et al.Gadd45a interacts with aurora-A and inhibits its kinase activity[J].J Biol Chem,2006,281(39):28943-28950.

[8]G.Yang,I.Mercado-Uribe,A.S.Multani,et al.RAS promotes tumorigenesis through genomic instability induced by imbalanced expression of aurora-a and BRCA2 urian[J].Int J Cancer,2013.

[9]杨丽娜,杨宇琦,杨恭,陈亚萍.Aurora A调控活性氧对卵巢癌顺铂耐药的影响[J].中国癌症杂志,2018(03):184-190.

[10]张蕾.PARP抑制剂联合顺铂对乳腺癌细胞MDA-MB-231的增殖抑制作用和诱导凋亡的实验研究[D].南京:南京理工大学,2012.

研究内容

1.基于PARP抑制剂Olaparib及文献检索得到的母核相似的AuroraA抑制剂的结构，将两者的骨架进行融合，并利用电子等排和骨架跃迁原理进行改造，设计得到系列目标化合物。

2.通过文献调研和数据库检索，设计如下的合成路线（以R取代为异丁胺为例）：

Reagents and conditions: (i)POBr₃, 1,2-Dichloroethane,reflux; (ii)AcOH,relux,4h; (iii) Chloroacetyl chloride, DMF, R.T.;(iv)K₂CO₃,KI, acetone, 80℃, overnight; (v)LiOH, H₂O, 5h; (vi) Isobutylamine, HBTU/DIEA, R.T. overnight; (vii) 1-Methylpyrazole-4-boronic acid pinacol ester, Pd(PPh₃)₄,N₂,toluene, reflux, overnight.

3.合成数个目标化合物之后，选取合适的乳腺癌细胞系进行MTT法细胞毒性测试以筛选它们的活性，筛选其中较好的化合物利用CADD对接研究其与受体的结合模式。

研究计划

1. 前期进行文献查阅，了解两者的研究现状
2. 设计化合物结构及合成路线
3. 目标化合物合成，合成路线优化
4. MTT法检测化合物的乳腺癌细胞毒性，筛选活性较好的化合物
5. 利用计算机辅助药物设计软件对活性的化合物进行对接研究
6. 总结和分析实验结果，撰写毕业论文

特色与创新

本课题利用Aurora A激酶抑制剂与PARP抑制剂可以对肿瘤细胞产生抑制作用，并将其联合应用作为抗肿瘤药物开发的出发点，提供了新的抗肿瘤药物研发途径。将两种抑制剂的骨架融合、改造并筛选他们的活性，从而筛选出活性较好的双重抑制剂，并对这种抑制剂进行对接分析，研究其作用机理，为肿瘤药物开发提供思路。