BET Bromodomain蛋白小分子抑制剂的合成文献综述

 2023-02-17 20:41:10

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

一、BET蛋白小分子抑制剂的简介及意义

表观遗传学是研究非遗传序列改变所引起的基因表达水平的改变。众所周知,人体内所有细胞从父代中继承了相同的遗传物质,但在不同的组织和器官中保持了各自独特的生物学功能和特异性表型。研究显示,这种特异性依赖于表观遗传学调控的差异化基因表达进程。细胞依赖于这一进程而发生持续分化。此外,表观遗传在细胞生长、增殖、发育过程中发挥了关键调控作用。可见,表观遗传学研究对于阐明这一系列细胞活动的分子机制具有重大的科学意义。

表观遗传通过DNA、组蛋白以及其他染色质相关蛋白上特定位点的化学修饰广泛地调控着基因的转录表达,并在发育和细胞增殖过程中稳定传递。在正常细胞中,表观遗传修饰通过特定识别机制募集具有相反作用的修饰酶和去修饰酶维持着动态平衡。然而,这种平衡能够被外界环境刺激所破坏,引起基因表达和细胞表型的变化,甚至导致机体病变。探索疾病过程中的表观遗传机制可为解析疾病发生发展机理以及药物研发提供理论基础。目前,表观遗传调控在肿瘤、炎症、代谢类疾病和神经精神疾病等重大疾病中的作用机理已成为新兴的研究热点。

组蛋白乙酰化是调节基因转录进程的核心表观遗传修饰。组蛋白赖氨酸的N端乙酰化或去乙酰化修饰可改变染色质的区域结构,从而调控基因的转录激活和抑制。人们已在多种肿瘤中发现组蛋白赖氨酸乙酰化程度异常并最终产生致癌性的现象。近年来,肿瘤发生发展过程中的组蛋白乙酰化调控机制,尤其是有关组蛋白乙酰化识别机制的研究取得了突破性进展。其中,以含有双Bromodomain结构域的BET(bromodomain and extraterminal protein)蛋白家族的抗肿瘤研究进展最为迅速。Bromodomain是迄今为止发现的唯一特异性识别组蛋白末端肽乙酰化位点的蛋白结构域,分布于8个家族的46种蛋白中。因Bromodomain的序列不同,各种蛋白能够识别不同的组蛋白底物,从而能够完成对复杂的组蛋白乙酰化识别网络的精准调控。破坏识别调控网络可能影响癌基因或者抑癌基因的转录表达,从而诱导肿瘤的发生发展。

BET蛋白是重要的基因转录共调控因子,它含有的Bromodomain结构域可特异性识别组蛋白末端ε-N乙酰化的赖氨酸位点。人源BET蛋白存在BRD2、BRD3、BRD4和BRDT四种亚型。越来越多的研究显示,BET蛋白家族成员在肿瘤的发生发展过程中发挥了重要作用。其中,BRD3/BRD4的Bromodomain编码区与NUT基因因染色质易位形成BRD-NUT融合型原癌基因是中线癌的发病机理所在,也是目前BET蛋白参与肿瘤发病过程的直接证据。基因转录调控是BET蛋白参与肿瘤发展进程的另一重要途径。BRD4能通过P-TEFb/Pol-II通路募集转录因子至细胞周期调控基因的转录起始位点,促进这类基因在细胞分裂后期M期向G1期转变过程中的表达,这包括在肿瘤中高表达的细胞周期调节因子Aurora基因。同样,BRD4抑制剂能够特异性抑制细胞周期调控因子c-Myc表达,进而抑制骨髓瘤细胞的增殖。c-Myc是早前发现的一种原癌基因,但因结构原因该蛋白始终无法直接作为抗肿瘤靶标进行药物研究,BET抑制剂的发现给c-Myc诱导的肿瘤治疗带来了希望。与此相似,BET抑制剂在难以治愈的MLL融合基因诱导的白血病治疗中显示出良好的体内疗效。此外,乳腺癌细胞中也发现了高表达的BRD4蛋白及其诱导的促癌症转移基因的高表达。近期发现BRD2和BRD4在病毒基因的转录调控中扮演了重要角色,并且与病毒瘤的发病机制存在一定联系。综上,BET蛋白与多种肿瘤存在密切联系,尤其在一些至今难以治愈或者尚无有效治疗手段的肿瘤中具有重要作用,一定程度上突出了BET蛋白的抗肿瘤研究的必要性和紧迫性。

尽管BET蛋白与肿瘤密切相关,但是其基于Bromodomain的组蛋白乙酰化识别机制参与调控肿瘤进程的作用机理仍不够清晰,这也是本研究试图解决的核心科学问题。由于Bromodomain是BET蛋白的其中一个结构域,因此整体剔除细胞内BET蛋白无法用于研究Bromodomain的特有功能。另一方面,BET家族成员自身具有不同的组织分布和生物功能。特别是,BET蛋白中的两个Bromodomain具有不同的底物识别能力,这些都表明BET蛋白介导的组蛋白乙酰化识别调控本身可能是一项复杂性工程。以Bromodomain为目标,设计对其他Bromodomain蛋白家族以及BET家族内成员具有选择性的BET蛋白抑制剂将有助于解析BET蛋白在肿瘤发生发展中的作用机理,从而为以BET蛋白为靶标的抗肿瘤研究提供坚实的理论基础。

近五年,多种具有潜在抗肿瘤活性的BET抑制剂陆续发表。JQ1是最早发现的高选择性BET抑制剂之一,由Filippakopoulos实验室以Mitisubishi公司的三唑并二氮卓类化合物为基础开发得到的,用于治疗罕见病NUT中线癌。与此同时,葛兰素史克公司(GSK)独立研发的三唑并苯二氮卓类抑制剂iBET762(C1)也已进入临床I/II期研究。其他抑制剂如,二甲氧基喹唑啉类BRD2/3/4抑制剂RVX-208(II期临床),苯基异恶唑类BRD2/3/4抑制剂,喹啉基异恶唑类BRD2/3/4抑制剂iBET151,苯并咪唑基异恶唑类BRD4抑制剂,二氢喹唑酮类BRD4抑制剂, 噻唑烷酮类BRD4抑制剂,酰基吡咯类BRD2/3/4/T抑制剂,异恶唑氮杂卓类BRD4抑制剂,三唑并酞嗪类BRD4抑制剂,重氮基苯类BRD4(1)抑制剂MS436,以及未报道结构的BET抑制剂OTX015(I期临床)等。这些抑制剂均是通过结合于Bromodomain的乙酰化识别位点,从而起到抑制BET的作用,并显示出一定的抗肿瘤能力。然而,对BET具有高选择性、尤其是仅对特定BET亚型具有选择性的抑制剂仍然较少。因此,选择性的BET抑制剂抗肿瘤研究具有相当大的发展前景,寻找结构新颖的选择性BET抑制剂是未来抗肿瘤药物研究的重要方向。

二、实验合成思路

先在研究基础上进行合理的分子设计,然后推出合成路线,再一边进行实验合成,一边进行改进措施,以适当提高产率。

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