河南师大郭海明教授课题组与复旦大学王洋教授课题组：新型非环核苷的设计、合成及体内外抗肿瘤活性评价
核苷类药物在抗病毒、抗肿瘤方面具有不可替代的地位，而非环核苷类药物是其中一种重要类型。目前虽有多种非环核苷类药物被FDA批准上市（图1），但关于非环核苷在抗肿瘤方面的系统研究报道较少。近日，河南师范大学郭海明教授课题组与复旦大学王洋教授课题组合作在该方向研究取得了新突破（J. Med. Chem. 2021, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.0c01717）。
图1. FDA批准上市的一些临床非环核苷药物
（来源：J. Med. Chem.）
核苷类药物在抗病毒、抗肿瘤治疗药物方面具有不可替代的作用和地位。基于前期在非环核苷不对称合成方面系列工作（Chem. Eur. J. 2018, 24, 1425; Org. Lett. 2016, 18, 2260; Org. Lett. 2014, 16, 2014; Chem. Eur. J. 2011, 17, 4095; Tetrahedron Lett. 2014, 55, 7156; J. Org. Chem. 2018, 83, 15512; Asian J. Org. Chem. 2019, 8, 1405; Chem. Commun. 2020, 56, 11649），通过aza-Michael加成、烯丙基胺化等反应合成了103个在嘌呤2-位、6-位、8-位、9-位以及嘌呤侧链的1ʹ-位带有不同取代基的非环核苷类化合物以及具有不同构型的手性非环核苷类化合物（图2）。使用MTT法对这些化合物进行初步的抗肿瘤活性研究，分析总结了构效关系。
图2. 非环核苷类化合物的设计
（来源：J. Med. Chem.）
体外实验结果表明，化合物9b对两种结肠癌细胞HCT-116和SW480表现出较强的抑制增殖能力，IC50分别为0.89和1.15 μM，并且R-构型化合物比S-构型表现出更强的抗肿瘤活性。对化合物9b进行了深入的体内外抗肿瘤活性评价和作用机制研究。细胞流式实验结果表明，化合物9b主要是通过诱导细胞凋亡来抑制肿瘤细胞增殖的（图3）。Western Blot实验结果表明，化合物9b可以影响凋亡相关蛋白Bax、P53、Cleaved-PARP及Bcl-xl蛋白表达（图4）。线粒体膜电位（MMP）实验结果表明，MMP的耗散可能参与了化合物9b诱导的细胞凋亡（图5）。细胞集落实验表明，化合物9b可以抑制细胞集落的形成（图6）。随后，对化合物9b的体内外毒性和代谢进行了研究。SW480裸鼠移植瘤实验结果表明，化合物9b显示出同阳性对照药物5-FU相当的疗效且毒性较小；H&E染色实验结果表明，给予化合物9b后裸鼠肿瘤组织发生明显坏死（图7）。
图3. 细胞凋亡实验研究
（来源：J. Med. Chem.）
图4. Western Blot实验研究
（来源：J. Med. Chem.）
图5. 线粒体膜电位（MMP）实验研究
（来源：J. Med. Chem.）
图6. 细胞集落实验研究
（来源：J. Med. Chem.）
图7. 裸鼠移植瘤实验研究
（来源：J. Med. Chem.）
最后，合成了两种探针对作用靶点进行了初步探索（图8和图9）。研究发现Nucleolin、ATP-dependent RNA helicase和ATP-binding cassette protein等蛋白有可能是化合物9b的作用靶点。
图8. 生物素探针的合成
（来源：J. Med. Chem.）
图9. 双吖丙啶探针的合成
（来源：J. Med. Chem.）
综上，作者通过对系列非环核苷类化合物的体内外抗肿瘤活性研究，系统总结了构效关系规律，获得了活性较好的新型非环核苷类抗肿瘤先导化合物，为开发具有自主知识产权的非环核苷类药物奠定基础。该工作以“Design, Synthesis, and Activity Evaluation of Novel Acyclic Nucleosides as Potential Anticancer Agents In Vitro and In Vivo”为题近期发表在J. Med. Chem.（DOI: 10.1021/acs.jmedchem.0c01717）上，第一作者为河南师范大学青年教师郝二军博士，李恭欣硕士和复旦大学梁玉茹博士为共同第一作者，通讯作者为复旦大学王洋教授和河南师范大学郭海明教授（论文作者为：Er-Jun Hao, Gong-Xin Li, Yu-Ru Liang, Ming-Sheng Xie, Dong-chao Wang, Xiao-Han Jiang, Jia-Yi Cheng, Zhi-Xian Shi, Yang Wang,* and Hai-Ming Guo*）。上述研究工作得到了国家自然科学基金委、2020年中央引导地方科技发展专项资金和111计划的资助。