基本信息
- 项目名称：
- Combretastatin A-4衍生物的合成及其肿瘤血管生成抑制活性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 由于存在血管生成援救反应以及癌症基因突变的易发性和复杂性，导致目前已有的基于肿瘤信号转导通路的单靶点或多靶点抑制剂易产生耐药性，从而影响临床使用。 本作品针对bFGF和微管蛋白的双靶点，将微管蛋白聚合抑制剂CA-4与具有bFGF抑制作用的氨基糖进行偶联，共设计合成8个新化合物，初步的药理试验结果表明，目标化合物对人脐静脉内皮细胞增殖的抑制作用强于阳性药CA-4。值得进行深入研究。
- 详细介绍：
- （1）抗肿瘤药物研究开发存在的主要问题 根据作用机制，目前临床使用的抗肿瘤药物主要有以下四类：①直接作用于DNA 的药物；②干扰DNA合成的药物；③抗有丝分裂的药物；④基于肿瘤信号传导通路的药物。前两种药物的作用强，但缺乏选择性，毒副作用大。抗有丝分裂药物作用于微管蛋白，微管蛋白抑制剂（如：长春碱和紫杉醇类）作为抗肿瘤药物在临床上取得了良好的疗效，但也存在抗瘤谱窄、毒性较大、较易产生耐药性等缺点。但某些微管蛋白抑制剂在使用间隙或停药后，原本受到抑制的正常细胞在药物代谢或清除后可恢复细胞周期，而在某些肿瘤细胞由于突变损害过早地灭活纺锤体检查点而使肿瘤细胞停止分裂，从而显示出一定的选择性。基于肿瘤信号传导机制（靶向）的抗肿瘤药物具有毒性低、副作用少等优点。但由于存在血管生成援救反应以及癌症基因突变的易发性和复杂性，导致目前已有的基于肿瘤信号传导通路的单靶点或多靶点TAI 易产生耐药性，从而影响它们的临床使用效果。因此，开发基于不同作用机制的多靶点血管生成抑制剂，有可能获得高效、低毒、低耐药性的新型抗肿瘤药物。 （2）本课题的学术思想和理论依据主要有三点 ①血管生成援救反应。绝大部分肿瘤表达多种不同的促血管生长因子，仅抑制其中一种或一部分也许不能有效地抑制肿瘤血管生长。如抗VEGFR-2 抗体治疗，能诱导bFGF 释放[3]。VEGF 抑制剂贝伐单抗在临床使用中也已发现其能提高体内PIGF（胎盘生长因子）水平。因此，仅抑制某一种生长因子或阻断某一个信号传导通路将不能持续有效地达到治疗肿瘤的目的。 ②癌症基因突变具有易发性。人们曾经认为内皮细胞基因组稳定，不易突变为耐药型，然而有证据显示肿瘤组织的内皮细胞同样存在基因表达异常的现象。鉴于肿瘤血管生成涉及多重信号传导通路，阻断单一信号传导通路不能起到持续的临床治疗效果，为解决TAI 耐药性问题，研究人员转向开发多靶点药物，索拉非尼、舒尼替尼等均为多靶点酪氨酸激酶抑制剂。 ③癌症基因突变具有复杂性。包括不同患者肿瘤间的突变特征和不同种类肿瘤间的突变特征均有很大差异。从而使得索拉非尼等多靶点酪氨酸激酶抑制剂存在抗瘤谱窄、容易产生耐药性等缺点，导致临床表现差强人意。 综上所述，仅仅基于肿瘤信号传导通路的多靶点TAI 的开发遇到了瓶颈。 （3）本课题的主攻关键及独到之处 由于存在血管生成援救反应以及癌症基因突变的易发性和复杂性，导致目前已有的基于肿瘤信号传导通路的单靶点或多靶点间接血管生成抑制剂易产生耐药性，从而影响它们的临床使用效果。 微管蛋白抑制剂是第一类被报道有血管生成抑制作用的化疗药物。微管蛋白抑制剂作为直接血管生成抑制剂，可以在很大程度上避免因抑制单一信号传导通路而引起的血管生成援救反应，从而部分克服耐药性的问题。 本课题的主攻关键：通过设计并合成基于bFGF 和微管蛋白的双靶点肿瘤血管生成抑制剂。目的是有效克服现有肿瘤血管生成抑制剂容易产生耐药性的问题。 独到之处：多靶点药物与多药联合应用及复方药物的主要区别在于：可减少服药量，提高治疗效果，避免药物之间的相互作用及由此带来的毒副作用，均一的药代动力学特性，便于使用。此外，多靶点药物大多来自有目的的设计、合成，因此可望获得一批结构新颖的专利候选药物。 （4）本课题的主要研究内容和研究结果 氨基糖类化合物除了具有模拟肝素的功能以外，还具有良好的分子识别性，生物相容性的优点。某些氨基糖类化合物（如：6，结构式无法显示，请见附件申请书）对bFGF 信号传导通路具有调节作用，对bFGF 刺激的人脐静脉内皮细胞的增殖有明显的抑制作用。CA-4 既是一种微管蛋白聚合抑制剂，也是一种血管阻断剂。 本课题以化合物6 为先导，利用药物化学的拼合原理，将CA-4 及其类似物与氨基单糖进行偶联，设计合成了8个新分子实体。 合成路线包括1-氨基葡萄糖、1-氨基半乳糖、2-氨基葡萄糖、2-氨基半乳糖以及CA-4及其酯类衍生物的合成；最后，将CA-4的酯类衍生物与各种氨基糖进行缩合反应，共计得到8个目标化合物。（由于结构式在此界面无法显示，请见附件申请书） 对所合成的目标化合物进行了初步的药理试验，结果表明，目标化合物对人脐静脉内皮细胞的增殖均有抑制活性；其中化合物 I-1、I-3和I-5对血管内皮细胞的增殖作用明显强于阳性药CA-4，特别是化合物I-5（结构式见附件申请书）的抑制活性是阳性药CA-4的27倍，值得进行深入的开发。 附表1. 化合物I-1~I-6抑制人脐静脉内皮细胞 (HUVEC)增殖的IC50(mol/L) 化合物 IC50 化合物 IC50 CA-4 3.43×10-6 I-4 2.20×10-6 I-1 4.68×10-7 I-5 1.26×10-7 I-2 1.12×10-6 I-6 8.23×10-7 I-3 3.37×10-7
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的： 设计合成基于bFGF和微管的双靶点肿瘤血管生成抑制剂，克服或减少抗肿瘤药物普遍存在的耐药性问题，为新药研究提供候选化合物。 基本思路： 直接作用于DNA或干扰DNA合成的抗肿瘤药物，虽然作用强，但缺乏选择性，毒副作用大。抗有丝分裂药物（如微管蛋白抑制剂）作为抗肿瘤药物在临床上取得了良好的疗效，但也存在抗瘤谱窄、毒性较大、较易产生耐药性等缺点。基于肿瘤信号传导机制的抗肿瘤药物具有毒性低、副作用少等优点。但由于存在血管生成援救反应以及癌症基因突变的易发性和复杂性，导致目前已有的基于肿瘤信号传导通路的单靶点或多靶点肿瘤血管生成抑制剂易产生耐药性，从而影响临床使用效果。 因此，开发基于不同作用机制的多靶点血管生成抑制剂，是获得高效、低毒、低耐药性的新型抗肿瘤药物的重要途径之一。 创新点： 通过设计并合成基于bFGF和微管蛋白的双靶点血管生成抑制剂，有可能克服或部分克服现有肿瘤血管生成抑制剂易产生耐药性的问题。 技术关键和主要技术指标： 利用拼合方法，将CA-4分子中的羟基与氨基糖分子中氨基通过丁二酸作为连接臂进行偶联，使其在体内释放出各自分子，共同发挥抗血管生成作用，克服或部分克服耐药性的问题。共设计合成了8个目标化合物（结构式见附件申请书） 药理测试结果表明，化合物 I-1、I-3和I-5对血管内皮细胞的增殖抑制作用明显强于阳性药CA-4，其中化合物I-5的抑制活性是CA-4的27倍，值得进行深入的开发。
科学性、先进性
- 由于存在血管生成援救反应以及癌症基因突变的易发性和复杂性，导致目前已有的基于肿瘤信号传导机制的单靶点或多靶点肿瘤血管生成抑制剂在临床过程中易产生耐药性，从而影响它们的临床使用效果。 氨基糖类化合物除了具有模拟肝素的功能以外，还具有良好的分子识别性，生物相容性的优点。某些氨基糖类化合物（如：化合物3和4）对bFGF信号传导通路具有调节作用，对bFGF刺激的人脐静脉内皮细胞的增殖有明显的抑制作用。CA-4既是一种微管蛋白聚合抑制剂，也是一种血管阻断剂。 本课题以化合物CA-4为先导化合物，利用药物化学的拼合原理，将CA-4与氨基糖进行偶联，设计合成8个新分子实体，期望能够获得兼有bFGF抑制和微管蛋白聚合抑制活性的化合物，在抑制新生血管生成的同时，破坏现存的血管系统，达到协同抗肿瘤活性，并有效减少耐药性的发生。这是本课题特色所在。
获奖情况及鉴定结果
- 本课题先后获得2010年度中国药科大学大学生实践创新训练计划项目、江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目和国家大学生创新性实验计划项目的立项资助。 立项题目：Combretastatin A-4糖类衍生物的合成及其抗肿瘤活性的研究。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 本作品的实施得到合肥医工医药有限公司的支持。该公司计划对本项目进行后续研究，待成熟后再行技术转让。
作品可展示的形式
- 以图片形式展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 本技术提供了合成新型CA-4氨基糖类衍生物的方法。经药理测试结果表明，该类化合物对人脐静脉内皮细胞（HUVEC）有明显的抑制作用。 经过后续的深入研究后，该类化合物具有成为开发新型抗肿瘤药物的候选药物的潜力，并可能克服或部分克服现有肿瘤血管生成抑制剂容易产生耐药性的缺点。 市场分析和经济效益预测： 本技术合成所用的原料方便易得，合成方法切实可行，化合物作用靶点明确，初步实验结果令人鼓舞。但由于药品是特殊商品，我们所得到的只是初步结果，离临床使用尚有较大的距离。
同类课题研究水平概述
- 肿瘤既可通过肿瘤血管从宿主获取营养和氧气，又可以通过肿瘤血管向宿主输送转移细胞，并在机体的其它部位继续生长和诱导血管生成，导致肿瘤转移。肿瘤血管生成抑制剂（TAI）能破坏或抑制血管生成，有效阻止肿瘤的生长、转移和复发。TAI 基于其作用机理可分为以下三类: （1）间接肿瘤血管生成抑制剂 该类抑制剂主要通过选择性地抑制一种或几种促血管生成因子，或阻断促血管生成因子的下游信号通路而发挥作用。TAI 曾被认为是一种具有广谱性、低毒性和无耐药性的肿瘤治疗药物。然而，这些药物的临床表现差强人意，它们不但抗瘤谱窄，而且具有与传统细胞毒药物相似的耐药性问题。 肿瘤对于抗血管生成治疗的耐药性有内源性和获得性两种。其中获得性耐药性主要包括两种情况：①血管生成援救反应(Angiogenic Rescue)。绝大部分肿瘤表达多种促血管生长因子，仅抑制其中一种或一部分并不能有效抑制肿瘤血管生长。如进行抗VEGFR-2 抗体治疗时，能诱导bFGF的释放。②基因突变。癌症基因易发生突变。肿瘤组织的内皮细胞同样存在基因表达异常的现象。鉴于肿瘤血管生成涉及多重信号传导通路，阻断单一信号传导通路不能起到持续的临床治疗效果。然而，以索拉非尼为代表的多靶点酪氨酸激酶抑制剂，在临床使用中仍然出现耐药现象，这主要归因于癌症基因突变的复杂性，不同患者肿瘤间的突变和不同种类肿瘤间的突变特征均有很大差异。 （2）直接肿瘤血管生成抑制剂 该类抑制剂通过作用于肿瘤内皮细胞抑制其增殖、迁移和形成新生血管。由于这类药物主要作用于遗传相对稳定的血管内皮细胞，故有可能避免间接抑制剂所引起的血管生成援救反应。这类药物包括细胞毒药物的节律化疗以及重组人血管内皮抑制素等。 节律化疗，是指以大大低于最大耐受剂量的用药量，短间隔的给病人使用细胞毒药物，利用细胞毒药物的抗肿瘤血管生成作用，杀死肿瘤组织的内皮细胞。节律化疗与血管生成抑制剂联合使用，如微管蛋白聚合剂紫杉醇节律化疗联合贝伐单抗能在无明显毒副作用下显著改善癌症相关症状。 （3）其他途径肿瘤血管生成抑制剂 代表药物有沙利度胺和来那度胺。 综上所述，突破传统的设计思路，寻找结构新型、拥有自主知识产权、疗效好、耐药性低的双靶点TAI，不仅可能，而且将对我国的肿瘤新药开发和临床治疗产生积极的影响，具有重大的现实意义。
