2. 抗代谢药 干扰 DNA 合成药作用于细胞周期（主要 S 期） 肿瘤细胞合成中所需原料： purine, pyrimidine, folate 抑制肿瘤细胞合成代谢途径，导致肿瘤细胞死亡 设计原理： 将正常代谢物结构作细微的改变（生物电子等排体），得到代谢拮抗物 代替正常代谢物掺入生物大分子，形成非功能的伪生物大分子，导致细胞死.

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1 2. 抗代谢药 干扰 DNA 合成药作用于细胞周期（主要 S 期） 肿瘤细胞合成中所需原料： purine, pyrimidine, folate 抑制肿瘤细胞合成代谢途径，导致肿瘤细胞死亡 设计原理： 将正常代谢物结构作细微的改变（生物电子等排体），得到代谢拮抗物 代替正常代谢物掺入生物大分子，形成非功能的伪生物大分子，导致细胞死 亡， lethal synthesis 嘧啶拮抗物（抑制细胞周期 S 期 DNA 合成、阻遏细胞 G1/S 期进程） 尿嘧啶 氟尿嘧啶 Fluorouracil 5 位 H 用电子等排体 F 代替 代谢活性成分 FUdRP 是 Thymidylate synthetase 抑制剂 治疗实体癌效果好，副作用严重 在空气和水溶液中稳定，在 Na 2 SO3, 强碱溶液中不稳定， 双键加成，酰胺水解

2 Cytarabine 阿糖胞苷 治疗 AML 正常代谢产物是核糖苷 阿糖 — 核糖的差向异构体 t 1/2 短，胞嘧啶脱氨酶作用 下代谢为无活性的尿嘧啶 阿糖胞苷 Tegafur, 5-FU 前药 Capecitabine, 代谢成 5-FU Gemcitabine, 与顺铂连用治疗转移 性 NSCLC 、胰腺癌、膀胱癌 耐受性良好，代谢成有生物活性的 二磷酸、三磷酸核苷形式，抑制 DNA 合成，诱导细胞凋亡。

3 嘌呤拮抗物 腺嘌呤和鸟嘌呤是 DNA 组成部分，设计嘌呤类代谢物的衍生物为拮抗物 Mercaptopurine 巯嘌呤 6-MP 是代谢物次黄嘌 呤的生物电子等排体 OH  SH MPRP

4 巯鸟嘌呤 tioguanine 代谢成 9-(1’-ribosyl-5’-phosphate)] ， 进一步生成三磷酸盐，伪核苷酸掺入 到 DNA Fludarabine 治疗 CLL 骨髓和免疫抑制 Cladribine 骨髓抑制、神经毒性

5 Dihydrofolate reductase inhibitors ( 叶酸拮抗剂 ) 叶酸减少，白细胞减少，设计叶酸拮抗剂治疗白血病 Folic acid dihydrofolic acid Methotrexate 甲氨蝶呤 对 DHFR 亲和力 10 4 X MTX 水溶解度差，酸碱两性，酰胺键易 在酸性溶液中水解失活

6 MTX ：碱中心为 N1 ，相邻的 C2-NH2 (PDB:1U72) 嘧啶环 (N1) 处于亲脂性凹槽中， N1/C2-NH2 阳离子与 DHFR E30/T136 结合。 C10-NH2 与 I7/Y121/V115 形成氢键 Glu 的  -COOH 与 R70 侧链形成离子键相互作用 对氨基苯甲酰基处于疏水口袋： F31/F34/I60 喋啶 Pteridine 环处于口袋： A9/F34/L22 二氢叶酸： (PDB: 4M6K) 对氨基苯甲酰和谷氨酸结合类似于 MTX N1 非结合， N3/N11 与 E30 成氢键 结构较为松散 Pymol Demo…

7 Raltitrexed thymidylate synthase inhibitor pentostatin Adenosine deaminase inhibitor IV 治疗毛细胞白血病 Hydroxycarbamide Ribonucleotide reductase inhibitor

8 3. 抗微管蛋白剂 细胞生长繁殖 4 个周期 G2 ：准备原料，包括微管蛋白（丝状结构，有丝分裂、维持形态、输送管道） 微管组装和去组装处于动态平衡，破坏这一平衡状态的化合物能阻断细胞的有丝分裂， 导致细胞死亡 秋水仙碱 Colchicine 模型药物 抑制细胞核分裂过程中纺 锤体的形成 抗癌活性谱窄，与粒性白 细胞的微管蛋白有一个结 合位点，抑制向炎症区域 的迁移，治疗痛风。 毒性大、少用 RR1R1 R2R2 长春碱 binblastine MeOMeCOMe 长春新碱 Vincristine CHOOMeCOMe 长春碱 / 新碱提取自长春花（ Eli Lily) ，骨髓抑制、神 经毒性  结构改造 与微管蛋白有两个结合位点

9 微管 : 直径 25nm 的长管状结构蛋白， 控制染色体移动的纺锤结构的主 要组件，由微观蛋白  组成。 长春碱半合成衍生物 长春地辛 vindesine 活性增强，毒性和副作 用与长春碱相似 长春瑞滨 Vinorelbine, 偶然发现 强酸脱水 神经毒性 < 长春地辛 四种长春碱类，长春新碱神经毒性最明 显，骨髓抑制副作用最小

10 紫杉烷类 1964 ： NCI 筛选红豆杉针叶和树皮 1966 ：分离 taxol 1971 ： Structure 1990s ：临床 四环双萜（萜：异戊二烯）化合物 抗癌机理：抑制纺锤体的降解，促进微管组 装，稳定微管复合物，抑制微管蛋白二聚体 去组装，降低非聚合的微管蛋白浓度 与顺铂 / 卡铂联用治疗卵巢癌、晚期 NSCLC 、 转移乳腺癌 ？？来源少：从 baccatin 半合成；水溶性差， P- 糖蛋白高表达和编码微管蛋白基因突变引 起耐药性 Paclitaxel/taxol 紫杉醇 docetaxel

11 4. 分子靶向药物 作用在肿瘤细胞中特异 / 上调的生化途径和蛋白途径。细胞广泛利用细胞内外机制 来传递信号，包括生长、凋亡和蛋白降解。肿瘤细胞内某些信号通路可上调或依 赖性产生，这些信号通路的抑制可产生抗肿瘤作用，信号转导抑制剂 / 第二信使抑 制剂 毒性低，口服给药 1.Kinase inhibitors 2.Ras 信号通路抑制 剂 3. 细胞周期抑制剂 4.Ub-Proteasome 抑制 剂 5.mTOR 酶抑制剂

12 激酶抑制剂 磷酸化蛋白的氨基酸残基：作为分子开关启动细胞活动的级联反应；作为分子连接 器结合蛋白分子 1.Serine/threonine-specific kinases 2.Tyrosine-specific kinases 3.Mixed function kinases Receptor kinases: 疏水跨膜区 + 胞外配体结合区 + 位于细胞质的激酶区； erbB(HER),Platelet-derived growth factor receptor; vascular endothelial growth factor receptor, e.g., IGF-1R, KIT, mutant FLt-3 受体 Nonreceptor kinases: 无跨膜区 / 胞外区，可能脂质修饰后膜定位到细胞质表面，固 定在磷脂双分子层或非共价结合到膜受体， eg. ABL, JAK, FAK, SRC serine threoninetyrosine 功能：细胞因子在不跨膜的情况下 从细胞外传递信息到细胞内结构， 调控细胞增殖、细胞 - 基质粘附、 迁移、凋亡、转录、膜转运等 机制： Receptor tyrosine kinase 唯一负责跨膜信号传递的激酶，配体结合到 RTK ，诱导 二聚 / 寡聚，激活激酶 非受体激酶的激活由胞外信号诱导

13 药物调节激酶活性： 不同激酶的应用可产生相反的影响， e.g., TGF-  的激活可抑制细胞生长 激酶残基中去除磷酸化物，切断激酶信号 酶活性降低 / 阻断可调节信号， 激酶和其相关的细胞内定位 肿瘤蛋白激酶在起始阶段主要起致病作用，促进肿瘤细胞不可控的增殖、生长、转移 蛋白激酶突变： e.g., BCR-ABL 突变体是 CML 病原，存在于 15%-30%de ALL ， ~100%CML 蛋白激酶 Overexpression ： EGFR, ErbB2/Her2/neu, ErbB-3, ErbB-4 在 Breast Cancer 中过 表达； PDGFR 在脑膜瘤、黑素瘤、神经内分泌瘤、卵巢癌、胰腺癌、胃癌、肺癌 前列腺癌中过表达； SRC 激酶 @ 结肠癌 药物设计思路：干扰蛋白质的 ATP 结合位点，阻断信号传递

14 Imatinib, Gleevec 经典靶向激酶药物，信号转导抑制剂 染色体易位  异常的 BCR-ABL 激酶  白 血病细胞不可控增殖  CML Druker 发现 imatinib 治疗 CML ， ~90% 患 者获得显著的完全缓解的血液疾病反应 口服给药，应用方便 无细胞毒药物的严重副作用 还可有效抑制 ABL, PDGFR, c-Kit 激酶（治疗 GISTs) Enjoy the video from Brain Druker at http://bionmr.ustc.edu.cn/ courses/druker_imatinib. wmv

15 EGFR inhibitors TGF-  /EGF 结合到无活性的 EGFR  homodimer/heterodimer  Tyrosine Kinase  cascade Overexpression of EGFR in solid tumors: 头颈、肺、 结肠直肠肿瘤 选择性： EGFR 保护癌细胞远离细胞毒剂 / 放疗 Gefitinib, Iressa (AstraZeneca) clogP=4.02; clogSw=-22 Phase II and Phase III results are not consistent  personalized medicine (mutations common in Asians, women, and non-smokers) 减慢肿瘤细胞生长，抑制正常细 胞的代谢

16 埃罗替尼 Erlotinib, Tarceva clogP=3.92; clogSw=-4.81 Pfizer 合成， Roche/OST/Genentech 研发 治疗 NSCLC, 脑癌（罕用药） 耐受良好， EGFR 普遍下调导致的副作用， 皮疹等 EGFR+ 患者中使用 Personalized medicine Other targets: VEGF(semaxanib), PDGFR,IGF-1R, MET, SRC, Ras, AKT, STAT,PKB, etc.

17 Ras signal transduction inhibitors ~30% cancers start from Ras oncogene mutation ；复发： 90%Ras 突变 ~50% 结肠癌， ~90% 胰腺癌 Ras 基因点突变， ~39% 骨髓瘤 Ras 突变 Mutant Ras patients survival median: 2.1yr ， wt-Ras: 4yr Ras 突变失去 GTP 酶活性，停留在 Ras-GTP 态，持 续发送信号到细胞核，导致肿瘤细胞不可控分化。 Ras (21kDa) belongs to Rat- Adeno-Sarcoma superfamily Ras 结合到 GFR 膜内面发挥作用， Ras 大量翻译后修饰： Ras C- terminal CaaX （ a=aliphatic, X = SMAQ) 法尼基化，切除 aaX ， S- Farnesyl-Cys 的 COOH 甲基化，附 着到膜上 膜结合的 Ras 蛋白分 子开关：细胞外配体 刺激受体 RTK  受体 RTK 二聚  Grb2 识别 作用于结合位点  recruit Sos  Ras- GDP(inactive) to Ras- GTP

18 FTase Inhibitors Farnesyl pyrophosphate FPP CaaX 拟肽竞争 F/CVFM: 体外抑 制，体内降解 FPP 类似物：参与角鲨烯合酶等 途径，毒性？ Tipifarnib （ Janssen  J&J ， Phase III) 药效学研究：尽管法尼基蛋白被有效阻断， 与抗肿瘤活性无关联？？ PI3K/AKT2 通路？ 其它非 Ras 通路？ Lonafarnib Indication: NSCLC

19 细胞周期抑制剂 Cyclin-dependent kinase, CDK4/6 作为细胞外信号的中心整合子，在 G1 期磷酸化肿瘤 抑制蛋白 pRb, 导致 pRb 失活。细胞周期蛋白 D1 表达被 Ras 信号通路 upregulated Flavopiridol 印度 rohitukine 植物碱半合成 Phase II 终止 Olomoucine roscovitine Cyclocel 开发， phase II Alsterpaullone 抗 CDK1, GSK-3, CDK5 抑制剂竞争激酶的 ATP 结合位点 Cheng-Prusoff 方程： ?? 细胞内 ATP 浓度 5~15mM; 衡量 IC 50 应考虑生理条件

20 Ubiquitin-proteasome inhibitor 目标蛋白  多泛素化  蛋白酶体识别  目标蛋白降解为多肽片段 + 泛素 许多重要的控制蛋白的降解对细胞周期和有丝分裂很关键 蛋白酶体抑制剂和干扰调控分子的降解而中止或延迟肿瘤的发展 Bortezomib ， Valcade (Millennium Pharm) 抑制胰糜蛋白酶活性 K i 同体外细胞毒性和体内抗肿瘤活性相关 治疗多发性骨髓瘤 More targets: NF-  B 水平升高可促进肿瘤细胞的凋亡，抑制蛋白酶体介导的 I  B 降解可升高 NF-kB 水平

21 mTOR 酶抑制剂 基因转录 细胞生长 增殖血管内皮 生长因子 产生 Biomarker: p S6, p 4E-BP1, p S6K ?? PI3K-mTOR 通路在 >70% 肿瘤中异常 药物名 R 简述 RapamycinH Wyeth 抗排异 药，抗癌终止 AP23573-PO(CH 3 ) 2 BC, GIST everolimusCH 2 CH 2 OHMetastatic BC, PII temsirolimusCOC(CH 3 )(CH 2 OH) 2 PIII, combo 结合 FKBP12 蛋 白，抑制 mTOR

22 Epigenetic protein families: a new frontier for drug discovery Nature Reviews Drug Discovery, 2012

23 Personalized Medicine Biomarker: 蛋白或核酸，在癌症中过度表达 / 突变 需较深入研究作用机理，决定癌症中关键的生物标记物 唾液、尿液、血液化验，质谱技术提高灵敏度 Genomics/proteomics 研究 CancerGenes Breast CancerBRCA1/2, ATM, HER2 Burkitt’s lymphomac-Myc Colorectal CancerMLH1,MSH2/6, KRAS mutation Lung CancerEGRF, HER2/3/4 CMLBRC-ABL MelanomaCDKN2, BCL-2, BRAF V600E mutation endotheliomaVEGFR, VEGFR2 OthersP53, PKA, VEGFR, VEGFR2, PDGF, PDGFR More reading: R. Schilsky, “Personalized medicine in oncology: the future is now” Nature Reviews Drug Discovery, 2010