許曉輝，許莉莉，張生萍，朱愛麗，曹恩君（甘肅省蘭州市食品藥品檢驗(yàn)所，甘肅蘭州70000；甘肅省平?jīng)鍪兴幤窓z驗(yàn)檢測中心，甘肅平?jīng)?44000；甘肅省慶陽市藥品檢驗(yàn)檢測中心，甘肅慶陽745000）

·藥學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)·

以作用機(jī)理模式模型設(shè)計(jì)新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物

許曉輝1，許莉莉2，張生萍1，朱愛麗2，曹恩君3
（1甘肅省蘭州市食品藥品檢驗(yàn)所，甘肅蘭州730000；2甘肅省平?jīng)鍪兴幤窓z驗(yàn)檢測中心，甘肅平?jīng)?44000；3甘肅省慶陽市藥品檢驗(yàn)檢測中心，甘肅慶陽745000）

鬼臼毒素具有顯著的抗腫瘤活性，研究者對其抗腫瘤機(jī)制進(jìn)行了大量的研究，為尋找高效低毒的鬼臼毒素類抗腫瘤藥物提供了依據(jù)．本研究討論了鬼臼毒素作用機(jī)理的幾種模式模型，提出了以作用機(jī)理模式模型設(shè)計(jì)新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物的思路．

模式模型；鬼臼毒素；抗腫瘤

0　引言

鬼臼毒素（podophyllotoxin，PPT，圖1A）及其衍生物是具有顯著生理活性的木脂素類化合物，主要存在于小檗科（Berberidaeeae）的八角蓮屬（Dysosma Woodson）、山荷葉屬（Diphylleia）、桃兒七屬（Sinopo?dophyllum Ying）及柏科（Cupressaceae）、大麻科（Linaceae）等植物中．在我國，含鬼臼毒素的植物資源主要分布于青海、甘肅、西藏、四川、臺灣等地［1－4］．鬼臼毒素具有明顯的抗腫瘤活性以及導(dǎo)瀉、抗風(fēng)濕和抗病毒活性。目前，臨床上使用的鬼臼毒素類抗腫瘤藥物有依托泊苷 （VP?16，圖1B）和替尼泊苷 （VM?26，圖1C），主要用于包括小細(xì)胞肺癌、睪丸癌、淋巴瘤和卡波濟(jì)氏肉瘤等的治療，它們是以鬼臼毒素為先導(dǎo)化合物衍生出的糖苷縮醛類抗癌藥物．然而在臨床使用中，發(fā)現(xiàn)這兩種藥物的水溶性差，且易產(chǎn)生耐藥性，限制了在臨床上的廣泛應(yīng)用．為了使鬼臼毒素類抗腫瘤藥物研究更加清晰深入，本研究提出了以作用機(jī)理模式模型設(shè)計(jì)新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物，以期為進(jìn)一步研究鬼臼毒素類抗腫瘤藥物提供參考．

圖1　鬼臼毒素（PPT）、依托泊苷（VP?16）、替尼泊苷（VM?26）的結(jié)構(gòu)

1　鬼臼毒素類抗腫瘤藥物的作用機(jī)理模式模型

鬼臼毒素具有顯著的抗腫瘤活性，目前對其抗腫瘤機(jī)制的研究取得了一些重要成果，主要有以下幾種作用機(jī)理模式模型．

1．1鬼臼毒素類抗腫瘤藥物抑制微管聚合作用模式

鬼臼毒素及其衍生物與細(xì)胞微管蛋白能夠特異性結(jié)合，阻滯微管聚合，進(jìn)而使染色體在復(fù)制以后不能分離，導(dǎo)致細(xì)胞有絲分裂停止在G2／M期，最終引起細(xì)胞凋亡．鬼臼毒素及其衍生物與微管蛋白的結(jié)合是一個(gè)單一的雙分子過程，而且不能用直接的方法區(qū)別復(fù)合物和無配體的微管蛋白．此外，鬼臼毒素及其衍生物還能抑制細(xì)胞對腺嘌呤A、尿嘧啶U、鳥嘌呤G、胸腺嘧啶T等核苷酸的攝取，進(jìn)而阻斷細(xì)胞DNA、RNA以及蛋白質(zhì)的合成．

1．2鬼臼毒素類抗腫瘤藥物對DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II具有抑制活性的藥效團(tuán)模型研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)依托泊苷與細(xì)胞核混合時(shí)，能引起DNA的解旋、斷裂，但依托泊苷和純的DNA混合在一起時(shí)，并不會引起DNA的解旋、斷裂，表明依托泊苷作用于細(xì)胞核中的某一種物質(zhì)并引起了DNA的變化，研究證明促使DNA變化的是細(xì)胞核中的拓?fù)洚悩?gòu)酶II（TOP?II）［5］．鬼臼毒素及其衍生物能夠與DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II（DNA TOP II）形成“DNA TOP II?Drug”的復(fù)合物，干擾DNA TOP II介導(dǎo)的DNA再連接反應(yīng)，從而導(dǎo)致DNA雙鏈的斷裂，阻斷DNA復(fù)制．根據(jù)藥物與DNA的結(jié)合方式，DNA TOP II可分為DNA嵌入劑和DNA非嵌入劑．MacDonald等［6］通過分子模擬研究對DNA TOP II抑制劑的嵌入式和非嵌入式提出了一種通用的模型．該模型指出鬼臼毒素及其衍生物必須具備三個(gè)藥效團(tuán)結(jié)構(gòu)才能夠發(fā)揮良好的DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II抑制活性：具有DNA的插入部分；具有能夠與DNA最小凹槽鍵合點(diǎn)作用部分；具有能夠容納不同結(jié)構(gòu)的取代基的分子區(qū)域，其模型見圖2．

圖2　鬼臼毒素及其衍生物對DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II具有抑制活性的藥效團(tuán)模型

1．3鬼臼毒素類抗腫瘤藥物的自由基作用模式在生物體內(nèi)，依托泊苷（VP?16）存在一種鄰苯醌自由基作用模式［7］．該鄰苯醌自由基作用機(jī)制是依托泊苷E環(huán)酚羥基通過生物氧化反應(yīng)生成一種半醌酮式的自由基中間體，通過這種自由基中間體進(jìn)一步發(fā)揮作用．隨著研究的深入，大量的研究結(jié)果也支持此觀點(diǎn)，認(rèn)為鬼臼毒素及其衍生物與體內(nèi)代謝物中的二甲氧基苯酚環(huán)（E環(huán)）以及DNA形成化學(xué)配合物致使DNA失活而達(dá)到抗腫瘤作用．其作用模式見圖3．

圖3　VP?16的鄰苯醌自由基作用模式的示意圖

1．4鬼臼毒素類抗腫瘤藥物的構(gòu)效關(guān)系模型鬼臼毒素先導(dǎo)化合物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上共有五個(gè)環(huán)，DNA分子嵌入的重要功能區(qū)是其A、B、C、D四個(gè)環(huán)形成平面剛性結(jié)構(gòu)，研究者在盡可能保持鬼臼毒素先導(dǎo)化合物平面剛性結(jié)構(gòu)的前提下，對鬼臼毒素先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的化學(xué)修飾工作，以期尋找高效低毒的化合物．通過對鬼臼毒素及其上百個(gè)鬼臼毒素衍生物進(jìn)行SAR、QSAR以及三維QSA構(gòu)效關(guān)系研究，結(jié)果表明，鬼臼毒素及其衍生物若要保持良好的抗腫瘤活性必須具備以下結(jié)構(gòu)：①鬼臼毒素C?4位取代基保持4β構(gòu)型；②鬼臼毒素C?4’位保持游離的酚羥基；③存在反式的內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)；④存在鬼臼毒素A環(huán)中的二氧亞甲基；⑤要有可以自由旋轉(zhuǎn)的E環(huán)．其結(jié)構(gòu)的A、B、C、D和E環(huán)的分子骨架藥效結(jié)構(gòu)見圖4［8］．

圖4　鬼臼毒素及衍生物構(gòu)效關(guān)系模型

2　以作用模式模型設(shè)計(jì)新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物

2．1以對DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II具有抑制活性的藥效團(tuán)模型設(shè)計(jì)目標(biāo)化合物鬼臼毒素及其衍生物的抗腫瘤機(jī)制主要是抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶II的活性，而拓?fù)洚悩?gòu)酶II是鬼臼毒素及其衍生物作用的靶點(diǎn)，以嵌入式和非嵌入式的拓?fù)洚悩?gòu)酶II抑制劑的通用模型為依據(jù)，設(shè)計(jì)利于與標(biāo)靶三維空間結(jié)構(gòu)結(jié)合的目標(biāo)化合物，是尋找新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物的關(guān)鍵．該模型要求目標(biāo)化合物必須具備三個(gè)結(jié)構(gòu)特征：具備能與DNA最小凹槽鍵合點(diǎn)作用部分，具備DNA插入部分，具備能夠容納不同結(jié)構(gòu)的取代基的分子區(qū)域，主要是在C?4位和C?4’位進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)修飾，結(jié)構(gòu)修飾所選擇的鏈接基、小分子化合物、藥效團(tuán)等要以使目標(biāo)化合物有效與拓?fù)洚悩?gòu)酶II結(jié)合，并相互作用．

2．2以構(gòu)效關(guān)系模型為依據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)化合物要得到抗腫瘤活性效果良好的目標(biāo)化合物，鬼臼毒素母體的結(jié)構(gòu)最好擁有以下部分：鬼臼毒素母體上的D環(huán)保持反式結(jié)構(gòu)，4?位為β?構(gòu)型，可自由旋轉(zhuǎn)的E環(huán)等．在盡可能保持鬼臼毒素的平面剛性結(jié)構(gòu)的前提下，對鬼臼毒素母體A、C、D、E環(huán)的位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，主要修飾點(diǎn)是C環(huán)的C?4位和E環(huán)的C?4’位．鬼臼毒素C?4位的修飾主要通過在C?4位的羥基以酯或者酰胺鍵連接其他小分子化合物，或者對C?4位的基團(tuán)進(jìn)行電子等排體取代和在C?4位進(jìn)行胺基化形成雜環(huán)并連接其他小分子化合物進(jìn)行修飾，也有研究者在鬼臼毒素C?4偶聯(lián)其他抗腫瘤藥物形成拼合物，目前已經(jīng)合成的拼合物有與偏端霉素的拼合物、與紫杉醇的拼合物、與喜樹堿的拼合物、與秋水仙堿的拼合物、與嘧啶的拼合物、與聚合物的拼合物、與長春瑞濱的拼合物、與非甾體類消炎藥的拼合物等［9－18］．研究者也對鬼臼毒素母體的C?4’位進(jìn)行了大量的修飾工作，在C?4’位進(jìn)行修飾要利于酚羥基能夠在體內(nèi)游離暴露出來，最終氧化生成鄰醌類衍生物，增強(qiáng)抗腫瘤活性．因此在C?4’進(jìn)行修飾時(shí)，通常采用在C?4’位形成容易斷裂的酯鍵、酰胺鍵．

2．3以自由基作用模式設(shè)計(jì)目標(biāo)化合物以鬼臼毒素及其衍生物的自由基作用模型設(shè)計(jì)目標(biāo)化合物要趨于在體內(nèi)產(chǎn)生一種半醌酮式的自由基中間體．這種半醌酮式的自由基中間體是由鬼臼毒素及其衍生物E環(huán)的酚羥基通過生物氧化反應(yīng)得到的，因此設(shè)計(jì)的目標(biāo)化合物要保留母體化合物中E環(huán)的酚羥基或者能夠在體內(nèi)進(jìn)行作用暴露出E環(huán)中的酚基．

2．4以適宜脂水分配系數(shù)模式設(shè)計(jì)目標(biāo)化合物

Log P是衡量化合物疏水性的重要參數(shù)，也是預(yù)測化合物生物活性的參數(shù)之一．大量化合物的構(gòu)效關(guān)系研究表明，藥物具有適宜的Log P能夠使該藥物在生物體內(nèi)達(dá)到溶解度和脂溶性之間的平衡，有較好的吸收性和滲透性，有利于藥物發(fā)揮藥效．設(shè)計(jì)具有適宜脂水分配系數(shù)的目標(biāo)化合物，有利于藥物在體內(nèi)吸收和利用，提高藥物的生物利用度．應(yīng)用脂水分配系數(shù)計(jì)算軟件ChemBioOffice模擬預(yù)測設(shè)計(jì)的目標(biāo)化合物的Log P，設(shè)計(jì)具有適宜吸收和利用的脂水分配系數(shù)的目標(biāo)化合物，再通過測定該目標(biāo)化合物的Log P以及體內(nèi)生物活性試驗(yàn)驗(yàn)證它們之間存在的關(guān)系．

3　結(jié)語

隨著對鬼臼毒素及其衍生物的抗腫瘤作用機(jī)理模式模型的不斷深入研究，依托鬼臼毒素及其衍生物作用機(jī)理模式模型，同時(shí)借助計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)與鬼臼毒素及其衍生物作用機(jī)理相趨近的目標(biāo)化合物，并以適宜的藥理實(shí)驗(yàn)相佐證，篩選出新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物，為尋找新型鬼臼毒素類抗腫瘤藥物奠定了基礎(chǔ)．

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R914．5

A

2095?6894（2015）08?107?03

2015－05－22；接受日期：2015－06－16

許曉輝．碩士．研究方向：藥品檢驗(yàn)檢測．E?mail：aiwosuozuo ＠163．com